干勇院士:建設材料強國 打造“大國筋骨”
2016-07-01 11:04:19 作者:王元 來源:中國腐蝕與防護網 分享至:

        當今世界,科技與產業醞釀著新的突破與變革,材料科學與產業技術日新月異,發達國家都將先進材料視為產業競爭力的基礎和關鍵,力圖在高技術含量、高附加值新材料和高端制造業發展中保持領先優勢和主導地位。經過30余年的改革開放、創新發展,我國已發展成為一個材料大國,許多基礎材料的產能已居全球之冠,材料研究隊伍規模列世界首位,但距離材料強國還有一段距離。如何實現我國由材料大國向材料強國的戰略轉變呢?是目前迫切需要考慮的問題。

 

       2016年6月24日,由中國工程院“海洋工程中關鍵材料發展戰略研究”重點咨詢項目組發起“中國海洋材料產業技術創新聯盟”成立大會在武漢洪山賓館隆重召開,會議期間,中國腐蝕與防護網記者有幸采訪到與會專家、全國政協委員、我國著名戰略科學家、黨和國家科技戰略決策的智囊性人物、中國工程院原副院長干勇院士,干院士就我國的材料產業發展方向、鋼鐵產業如何破局以及如何實現海洋強國戰略等方面做了一系列的精彩解讀。

 

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    干勇院士


   
三大風向標引領未來新材料發展


    材料是國民經濟建設、社會進步和國防安全的物質基礎,是實現產業結構優化升級和提升裝備制造業的保證,也是發展新興產業的先導。新材料工業是一國科技進步的基石,是“發明之母”和“產業糧食”,也是國家工業技術與科技水平的前瞻性指標,對未來經濟發展、社會變革起著基礎性作用。


    干勇院士認為新材料產業將引領中國向制造強國轉變,工信部、中國工程院聯合進行制造業強國戰略研究,指出我國制造業強國進程的三個階段:2025年中國制造業可進入世界第二方陣,邁入制造強國行列;2035年中國制造業將位居第二方陣前列,成為名副其實的制造強國;2050年中國制造業可望進入第一方陣,成為具有全球引領影響力的制造強國。因此中國新材料產業未來將以三大方向為導向。


   
(一)、中國的基礎材料要轉型升級


    基礎材料產業是實體經濟不可或缺的發展基礎,我國百余種基礎材料產量已達世界第一,但大而不強,面臨總體產能過剩、產品結構不合理、高端應用領域尚不能完全實現自給等三大突出問題,迫切需要發展高性能、差別化、功能化的先進基礎材料,推動基礎材料產業的轉型升級和可持續發展。


    先進基礎材料是指具有優異性能、量大面廣且“一材多用”的新材料,主要包括鋼鐵、有色、石化、建材、輕工、紡織等基礎材料中的高端材料,對國民經濟、國防軍工建設起著基礎支撐和保障作用。


    因此,先進基礎材料須發展重點為:一是先進鋼鐵材料。二是先進有色金屬材料。三是先進石化材料。四是先進建筑材料。五是先進輕工材料。六是先進紡織材料。


   
(二)、中國的關鍵工程戰略材料要轉移高端、加大國產化比重


    干勇院士表示高端新材料是重大工程成功的保障,需要高端新材料核心技術全面突破時代已經到來。中國的關鍵工程戰略材料轉移高端、加大國產化比重迫在眉睫。


    關鍵戰略材料主要包括高端裝備用特種合金、高性能分離膜材料、高性能纖維及其復合材料、新型能源材料、電子陶瓷和人工晶體、生物醫用材料、稀土功能材料、先進半導體材料、新型顯示材料等高性能新材料,是實現戰略新興產業創新驅動發展戰略的重要物質基礎,且關鍵戰略材料是支撐和保障海洋工程、軌道交通、艦船車輛、核電、航空發動機、航天裝備等領域高端應用的關鍵核心材料,也是實施智能制造、新能源、電動汽車、智能電網、環境治理、醫療衛生、新一代信息技術和國防尖端技術等重大戰略需要的關鍵保障材料,目前,在國民經濟需求的百余種關鍵材料中,約三分之一國內完全空白,約一半性能穩定性較差,部分產品受到國外嚴密控制,突破受制于人的關鍵戰略材料,具有十分重要的戰略意義。


    因此,關鍵戰略材料的須發展重點:一是高端裝備用特種合金。二是高性能分離膜材料。三是高性能纖維及復合材料。此外,新型能源材料、新一代生物醫用材料、電子陶瓷和人工晶體、稀土功能材料、先進半導體材料、顯示材料等均需取得重點突破。


  
  (三)、中國的前沿材料須搶占戰略制高點


    干勇院士表示中國的原始創新缺乏,引領發展能力不足,難以搶占戰略制高點。催生新興產業的新材料主要來自國外,比如,信息技術產業--大尺寸硅片、新型顯示材料、遠紅外探測材料、中紅外激光晶體、特種光纖等光/微電子材料等,現代航空、高鐵、汽車等交通業--高溫合金、輕合金、碳纖維增強樹脂基復合材料等,如波音787夢想客機的復合材料用量達50%,整機減重超過20噸和油耗降低20%以上。還有這些引領材料自身發展的標志性新材料無中國身影:因瓦合金和艾林瓦合金、半導體材料、超導材料、合成塑料及高分子、催化劑、液晶和聚合物、富勒烯和石墨烯、光纖……


    革命性新材料的發明、應用一直引領著全球的技術革新,推動著高新技術制造業的轉型升級,同時催生了諸多新興產業。在發揮前沿新材料引領產業發展方面,我國的自主創新能力嚴重不足,迫切需要在3D打印材料、超導材料、智能仿生與超材料、石墨烯等新材料前沿方向加大創新力度,加快布局自主知識產權,搶占發展先機和戰略制高點。


   
四大舉措助力鋼鐵行業脫困


    近日,武鋼與寶鋼集團確定重組,給正處于去產能的鋼鐵行業開啟新篇章。去產能是當前鋼鐵行業面臨的首要任務,國家已經確定,未來5年鋼鐵行業壓減1億~1.5億噸產能。目標擺在那里,如何實現?


    干勇院士表示鋼鐵企業的眼光需放長遠,并且應該抱團取暖,搭建并用好工業互聯網平臺,走出當前的困局,實現行業的轉型升級。鋼鐵行業如何擺脫當前的困境呢?可利用四大舉措。


   
(一)、以“綠色、智能”為目標  實施節能減排


    干勇院士說,我國鋼鐵行業的流程技術是發展比較完整的。從末端治理、清潔生產、節能減排、循環經濟、低碳經濟,再到綠色發展,綠色發展是最高的一個發展階段,它代表綠色、生態、智能的結合。所以鋼鐵行業的發展就是四個字:綠色、智能。


    現在我國的噸鋼綜合能耗已經降到了國際先進水平。因為我國的鋼廠流程都很好,但是絕對量大,所以雖然單位能耗在下降,總污染的量還是急劇上升。鋼鐵行業的技術水平還需要進一步提高。節能減排實際上措施很多,但還要提高水平。有的企業上了環保設備,但是不運行,怕增加成本,這是不對的。


   
(二)、補齊三大方面短板  加快行業轉型


    除了壓縮鋼鐵產量、進行人員分流等之外,鋼企更應充分利用自身優勢,結合產業需求和社會發展需求做好去產能的“加法”,即是補齊短板、加快轉型。


    國內鋼鐵產能過剩嚴重,但卻大量進口高端鋼材,所以鋼企需要補齊在高端鋼產品方面的短板,加大高端鋼的技術研發力度,滿足核電用鋼、高速鐵路用鋼等高端制造裝備用鋼需求。有了高端鋼產品,鋼企利潤水平提高,自然就有動力壓縮粗鋼等落后產能。


    另外,鋼企還應瞄準節能環保、城市基礎服務等需求。比如很多鋼企在海水淡化、污水處理方面有很強的技術基礎,而海水淡化的利潤水平遠遠高于傳統煉鋼煉鐵業務,因此鋼企可以加大向這些節能環保產業轉型的力度。此外,鋼企還可以利用自身優勢提供城市供水、供熱等社會公眾服務,增加鋼企新的業務增長點。


    發展“互聯網+鋼鐵”的大數據平臺不失為上策。干勇院士介紹說,“以電子商務來代替傳統的數量眾多的鋼材交易中間商,利用信息對稱減少中間貿易環節邊際成本,同時構建物流配送體系,通過相關大數據了解用戶用鋼的實際需求,然后按需加工生產,這樣可以減少生產盲目性,增加有效供給。從而在這一平臺合作實現技術共享、數據共享、市場共享。”


   
(三)、鋼鐵企業應“走出去”實現產能轉移


    干勇院士說,“一帶一路”和國際化產能轉移,把整個工廠搬到外邊去,利用國外的資源、能源,當然國內也可用資金、技術、人才去支持,這樣轉移也不失為一種好辦法。這樣企業可以在國際、國內兩張牌上來救活自己。


   
(四)、生態、低成本、高性能鋼鐵產品是研發的重點


    “十三五”期間,鋼鐵行業應該把產品研發重點放在哪里?干勇院士表示生態、低成本、高性能鋼鐵產品開發是互聯網時代鋼鐵業智能化的主體。生態產品需要滿足在生產和全生命周期的時間尺度上減少社會的資源、能源與環境的負荷,并且能提高社會能源的生產和使用效率。鋼鐵企業應該進行這樣的產品開發,從而獲取新的競爭力。


    (1)開發先進能源用鋼滿足國家能源戰略需要


    干勇院士指出,我國在先進能源用鋼的基礎研究和重大關鍵技術方面已經取得了進步,“十三五”時期還要繼續在這方面開展重點研究。 高/低溫、高壓、復雜介質環境下能源用鋼的失效行為(斷裂、腐蝕、磨損)與機理,能源用鋼的高強韌、長壽命機理與組織精細化調控,低成本、耐腐蝕雙金屬復合材料全軋制復合機理與調控,高強高韌鋼低成本合金設計與全流程組織細化TMCP(熱機械控制工藝)技術,提高耐磨性、耐蝕性與高溫性能穩定性的基體組織與析出相控制技術,雙金屬復合材料全軋制復合工藝與裝備關鍵技術,高品質寬厚板和大型鑄鍛件高潔凈、均質化制造技術,是“十三五”時期我國先進能源用鋼基礎研究及重大關鍵技術。


    (2)開發特殊鋼補齊“工業強基”短板


    “工業強基”是我國實現從“制造大國”到“制造強國”跨越式發展的基礎,其中基礎件量大面廣,但我國高端裝備關鍵基礎件仍需要從國外進口。以高端模具為例,高端模具用材料僅有國外幾個先進模具鋼企業能生產,國內不能生產,幾乎全部依賴進口。因此,我國在特殊鋼研發方面還有很多工作需要做。


    具體目標是,大幅提高特殊鋼及其制品的性能、質量穩定性和可靠性,關鍵產品質量達到進口產品水平,典型特殊鋼品種的國內市場自給率達到80%以上,使用壽命在目前基礎上延長50%;高性能超級模具鋼可使用10萬次以上,超高強度鋼及高強度不銹鋼制造成本降低40%。實現高服役安全性耐熱鋼、高可靠性真空脫氣軸承鋼、高效率低損耗及特殊用途電工鋼、取向硅鋼以及特種電機用電磁功能材料的規模化生產和應用。


    (3)開發極端環境用鋼強壯海工裝備“心臟”


    開采海洋資源是國家重大戰略,我國海洋油氣資源豐富,但油氣資源對外依存度超過50%。這主要是因為我國90%以上的海洋油氣資源儲藏于500米以上深水水域,深海裝備是開發這些資源的重要支撐;而我國海工裝備的“心臟”---水下鉆、采、集、輸系統關鍵部件全部依賴進口。對此,干勇院士表示,我國亟須開發高強度、大規格、易焊接的船舶與海洋工程用鋼。


    就海工特種合金而言,國外研發歷史悠久,材料形成系列,更新換代頻率高。而國內卻呈現高端空白、低端不能用的特征。其表現為:先進材料品種空白,如7Mo超級不銹鋼、耐蝕合金等;特種合金制造關鍵共性技術缺乏,如超純冶煉、無缺陷連鑄、無裂紋熱加工等技術;現有產品等級低、質量差、壽命短,使用不安全;鈦資源豐富,但海洋用鈦尚在起步階段。


    干勇院士明確,“十三五”期間,應顯著提升我國船舶及海工用鋼的研發及應用水平,典型材料的性能分別達到最大強度785兆帕級,最大規格180毫米以上,最大焊接熱輸入200焦耳/厘米,最大壽命延長50%以上,實現焊材、型材配套,示范應用總量達到千噸以上,實現相關高端品種的自給率(按牌號計算)從目前不足40%提高到70%以上。此外,還要完善應用評價體系建設,逐步建立產品評級體系和海工用鋼專用規范體系。


    (4)開發高性能交通與建筑用鋼滿足品質需求


    隨著人們生活水平的提高,對高性能交通與建筑用鋼的需求也日益增長。以第三代汽車用鋼板為例,其應用可在原減重23%的基礎上,繼續減重10%~20%,整車減重3%~6%,燃耗可降低4%。在世界先進發動機研制和生產中,高溫合金材料用量已占到發動機總量的40%~60%。而這些應用部位都關乎發動機的可靠性和安全性,對材料綜合性能水平和相關基礎工業水平要求甚高。


    為了滿足這些新需求,我國需要在高性能交通與建筑用鋼方面加大基礎研究及重大關鍵技術的研發,具體目標是:大幅度、大規模地推動車身輕量化和節能減排,實現1000兆帕~1500兆帕的高強塑積第三代汽車用鋼的制備與應用,整車減重8%~20%以上;實現時速300千米以上高鐵用材基本國產化,重載鋼軌滿足5億噸運量或50年使用壽命要求;高耐蝕貨車車體用鋼滿足25年服役壽命要求;典型建筑及橋梁用鋼使用壽命可延長到50年~100年,且滿足耐火、耐候、耐蝕等功能復合化要求。


    走進高端深海  邁向海洋強國


    發達國家和新興國家普遍把海洋開發作為國家戰略,不斷加大實施力度,海洋工程與科技發展也出現了一些新的趨勢。


    海洋工程技術的發展對正處于經濟轉型升級關鍵時期的我國可以起到重要的技術支撐的戰略意義,海洋資源的開發和利用、國家海疆安全、領土完整,都對海洋工程技術及相關材料發展提出了更高的要求。21世紀不僅是海洋世紀,更是深海世紀。各國從20世紀90年代才開始重視海洋資源、海洋工程技術裝備、海洋探測、圈海的多種戰略活動。而海洋工程裝備及其需求材料的發展,支撐了海洋強國戰略的發展。


    干勇院士表示在全球科技進入新一輪的密集創新時代,海洋工程與科技向著大科學、高技術方向發展,呈現出綠色化、集成化、智能化、深遠化的發展趨勢。


    綠色化主要是指海洋工程的“環保、能效,安全、舒適”等方面的綜合考量,并成為海洋運載裝備行業最大的熱門話題和機遇挑戰;集成化是指隨著海洋科技水平的不斷提高,海洋工程裝備逐漸向多功能、集成化方向發展;智能化是指在電子技術、信息技術和物聯網技術飛速發展帶動下,海洋工程裝備自動化控制系統朝著分布型、網絡型、智能型系統方向推進,實現智能控制、衛星通信導航、船岸信息直接交流等目標,海洋的立體觀測網絡建設成為普遍的關注點;深遠化是指人類走向深海和遠海的步伐逐漸加快,相應的海上裝備也呈現深遠化的發展趨勢,各國海洋科學考察活動不斷向深海領域推進,深海潛水器作業深度不斷增加,尋求新的資源開發和科學發現。


    緊緊圍繞建設海洋強國的戰略目標,針對維護國家海洋主權與權益、開發深遠海資源、拓展生存和發展空間的戰略需求,以提高我國在海洋國際競爭中的技術支撐與保障能力為目標,在海洋探測、運載、能源、生物、環境和海陸關聯等六大工程方面,大力發展具有自主知識產權的深遠海技術和重大裝備,提高深遠海技術自主創新能力;以高、精、尖的深遠海技術為發展重點,以深遠海技術發展帶動近淺海技術,促進整個海洋技術的發展。


    后記:
建設材料強國,打造“大國筋骨”,是一個決定國家前途命運的重大問題。作為一個超級大國,立足國情全方位、多層次的實現技術創新,持之以恒、堅韌不拔地走下去,是建設材料強國的最強對策。


    人物簡介


    干勇,教授級高級工程師,冶金材料專家,中國工程院院士(2001年),博士生導師。1994年至今任連鑄技術國家工程研究中心主任,2001年4月至今任鋼鐵研究總院院長。現兼任中國科學技術協會第八屆委員會常委、中國稀土行業協會會長、中國稀土學會理事長、中國金屬學會理事長、國家“863”戰略專家委員會副主任等職。2002年當選中國共產黨十六大代表、主席團成員,2007年當選中國共產黨十七大代表。2010年6月當選中國工程院副院長,現任十二屆全國政協委員及人口、資源與環境委員會副主任。


    干勇同志長期從事冶金、新材料及現代鋼鐵流程技術研究,是我國材料冶金、現代鋼鐵流程的學術帶頭人之一。先后獲國家科技進步二等獎2項及省部級科技進步一等獎5項,獲準專利24項,其中發明專利15項,發表論文140余篇,出版著作3部。干勇同志為國家級有突出貢獻中青年專家,獲國家“八五”科技攻關計劃“全國先進工作者”稱號和國家“九五”科技攻關計劃“全國突出貢獻者”稱號。主持國家十一五重大支撐計劃項目“新一代可循環鋼鐵流程工藝技術”的研究工作,并擔任鋼鐵行業技術創新戰略聯盟理事長和國家“重點新材料研發及工程化”重大工程方案編制專家組組長。

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責任編輯:王元

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