超級鋼 從實驗室到工廠的路還有多長？

8月24日，全球頂級學術期刊《Science》（《科學》）發(fā)表了中國3地（北京、香港、臺灣）科學家共同合作研究的最新科研成果———D&P超級鋼。他們研制的D&P超級鋼突破了以往鋼鐵材料屈服強度和塑性難以同時提高的限制，力學性能取得了巨大提升，屈服強度最高達2.21吉帕，并且保證了良好的塑性，延伸率達到16%。

“一直以來，同時提高金屬材料的強度和塑性是高強鋼科研工作者研究的重點。我們通過創(chuàng)新軋制工藝，獲得了一種強度和塑性達到最優(yōu)組合的材料，并對其機理展開了分析研究。這給今后超級鋼工業(yè)化生產(chǎn)提供了借鑒，并指明了一種發(fā)展方向。”9月21日，D&P超級鋼研究科學家、北京科技大學冶金與生態(tài)工程學院教授羅海文在接受《中國冶金報》記者采訪時說，“鑒于D&P超級鋼軋制工藝上的改進和強度上的提升，目前普通熱軋和冷軋設備還難以生產(chǎn)該材料。因此，該材料的工業(yè)化應用還需要一定的時間。”

超級鋼為什么超級？

對于金屬材料來說，強度和塑性一般難以兼顧。強度大的金屬材料，一般塑性不佳，延展性不好，比較脆。今年4月10日，《Nature》（《自然》）在線發(fā)布了北京科技大學教授呂昭平的研究成果。呂昭平設計研發(fā)的強度高達2.2吉帕的超高強馬氏體時效鋼，保證了良好的塑性，金屬延伸率達到8.2%，震驚了業(yè)界。

而此次羅海文研究的D&P超級鋼，在屈服強度達到2.21吉帕的情況下，延伸率達到了16%，更是讓業(yè)界驚喜不已。

“在這一方面取得突破，主要是因為我們引入了大量的可移動位錯，解決了提高位錯密度只能提高材料強度，但會降低材料延展性的問題。我們通過加大可移動位錯密度來增加材料的強度和塑性，使材料真正實現(xiàn)‘既硬又不脆’。”羅海文說。

羅海文告訴《中國冶金報》記者，在研制D&P超級鋼的過程中，他們在兩個方面進行了創(chuàng)新。“一方面，在成分設計上，我們在材料中添加了10%的錳、0.47%的碳、2%的鋁、0.7%的釩，這些恰當?shù)暮辖鸹浞奖ＷC了多相多尺度的目標組織設計，在增加材料強度的同時，使材料擁有足夠的塑性。并且，該鋼種成分體系簡單，價格低廉，可降低生產(chǎn)成本。另一方面，我們引入了比較復雜的軋制工藝。除了冷軋和熱軋，我們還采用了溫軋工藝，確保在軋制過程中形成大量具有高位錯密度的馬氏體和足夠多的奧氏體，從而使材料具備較大的屈服強度和較好的塑性。”他說。

另外，羅海文表示，由于超級鋼的強度超過了2.0吉帕，將來在應用方面，可以實現(xiàn)鋼板的輕薄化。這對于汽車、航天航空等領域的輕量化發(fā)展具有極大的推動作用，不僅可以節(jié)約材料、降低成本，還可以節(jié)約能源、減少污染等。

工業(yè)化生產(chǎn)需要全產(chǎn)業(yè)鏈共同合作

“這次的成果屬于超前研究，要實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)，還有很長的一段路要走。一般來說，材料在不同的應用領域?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)所需的時間不同，有的領域?qū)Σ牧系膹姸纫蟛桓?，材料實現(xiàn)應用可能只要四五年；有的領域?qū)Σ牧系乃苄浴姸?、焊接性、耐磨性等要求較高，可能需要數(shù)10年才能實現(xiàn)材料的應用。”羅海文表示，一個好的科研成果出來，大家都希望能夠?qū)崿F(xiàn)快速轉(zhuǎn)化，盡快實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。但實驗條件和工廠生產(chǎn)條件不同，每個應用領域?qū)Σ牧系男阅芤笠膊煌?。因此，要實現(xiàn)超級鋼的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，仍需要一定時間。“我希望全產(chǎn)業(yè)鏈各個領域都能夠參與進來，一起推動科研成果的應用性轉(zhuǎn)化。”他說。

羅海文表示，要實現(xiàn)超級鋼的工業(yè)化生產(chǎn)，首先，要升級和改造軋線。在實驗階段，超級鋼采用的是溫軋工藝。溫軋的軋制溫度低于熱軋溫度，高于冷軋溫度。但是，在軋制過程中，如果溫度低于熱軋溫度，材料的變形抗力就會很大，從而導致軋制失敗。這也是企業(yè)現(xiàn)有軋線無法完成超級鋼軋制的主要原因。“未來，創(chuàng)新軋制技術，通過改進軋制方式來提高材料性能，會是一個趨勢和方向。”他說。

其次，企業(yè)的產(chǎn)線技術升級改造，一般都是根據(jù)用戶或市場的需求，有針對性地做出改變。羅海文指出，在實際應用過程中，并非所有的用戶都要求材料的強度高于2.2吉帕，并且塑性達到16%。因此，在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下，企業(yè)應以達到最佳的力學性能為導向，在實際應用中不斷提升性能，推動產(chǎn)品升級。

“這需要我們根據(jù)用戶的實際需求，做更多的實驗，以便在現(xiàn)有功能上對超級鋼進行改善性研究，不斷完善鋼材的加工性、耐腐蝕性、耐疲勞性、焊接性等應用性能，實現(xiàn)超級鋼的真正應用，提升‘中國鋼鐵’含金量。”羅海文告訴《中國冶金報》記者。

最后，要不斷促進產(chǎn)學研合作，形成全產(chǎn)業(yè)鏈合力，共同推動成果落地，實現(xiàn)超級鋼的工業(yè)化生產(chǎn)。羅海文指出，一個大學教授或科研工作者的精力是有限的，很難完成從研究到工業(yè)化生產(chǎn)和應用上的所有事情。不能要求研究者既會種樹，又會木工活，還會做板凳。因此，全產(chǎn)業(yè)鏈各領域的專家、學者、企業(yè)家等，應該共同行動起來，推動產(chǎn)品升級換代，推動科研成果實現(xiàn)工業(yè)化應用。

另外，在與社會資本合作進行科研成果轉(zhuǎn)化方面，羅海文認為，只要社會資本或企業(yè)能夠尊重知識產(chǎn)權，實現(xiàn)利益共享，社會資本的參與，就有助于推動超級鋼早日實現(xiàn)量產(chǎn)。“不過，科研工作者對于社會資本投資的風險了解不夠，這在一定程度上會影響科研工作者與社會資本合作的積極性。”他說。

科學研究需要博采眾長

此次D&P超級鋼的成功研制，是中國3地科學家共同努力的結果。“在此次超級鋼實驗研究過程中，香港大學博士黃明欣團隊提出了研究目標，并處理分析了后期數(shù)據(jù)；我的團隊在材料軋制方面擁有豐富的經(jīng)驗，主要負責材料制備；臺灣方面主要負責材料的表征測試，從材料科學的角度解釋實驗結果。我們3個團隊的互補性較強。”羅海文說。

羅海文表示，科學研究要博采眾長，精誠合作。即使是愛因斯坦，也不可能精通所有領域，在其不擅長的領域也做不出一條“板凳”。在全球經(jīng)濟一體化化的今天，科學研究不應該被區(qū)域地理位置所限制，一定要善于利用各方面的資源，尋求科學上的更大突破。

“目前，‘產(chǎn)學研用’氛圍濃厚，國家正在推動科技創(chuàng)新，走科技強國之路?？茖W研究離不開交流與合作。不過，在一些領域，跨地區(qū)合作項目并不多。作為科研工作者，我們希望國家繼續(xù)推動重大科研項目的跨區(qū)域合作，加大跨區(qū)域科研合作項目支持力度，為跨區(qū)域科研合作創(chuàng)造更多便利條件。”羅海文表示，“雖然這次3地科學家因為有共同的興趣‘走在了一起’，在沒有項目資金支持的情況下取得了一定的成果，但是，科學研究是一個長期的過程，要想繼續(xù)深化成果，取得更大的成績，需要有專門的項目支撐才行。”另外，他還表示，在評估多方合作取得的成果方面，也需要相關政策層面的設計與鼓勵，這樣有利于提高科研工作者項目合作交流的積極性。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。