《大國之材》 

國之棟梁，鑄就大國之材

《大國之材》將鏡頭對準我國奮斗在新材料行業一線的材料人、科研專家和企業轉型升級創新中的關鍵人物，真實記錄他們的智慧、生活和夢想，鮮活講述充滿中國智慧的故事，以期再現中國新材料產業各領域從無到有，直到趕超世界先進水平背后的艱辛感人歷程。

目前已入選國家“十四五”時期重點出版物專項規劃。

新材料在線?《大國之材》原創文章

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“鋼鐵材料的熱點發展方向可以總結為：綠色化、智能化、新產品。”

——上海大學材料科學與工程學院院長 董瀚

近日，工信部等三部門聯合印發了《關于促進鋼鐵工業高質量發展的指導意見》，提出到2025年，我國的鋼鐵工業基本形成布局結構合理、資源供應穩定、技術裝備先進、質量品牌突出、智能化水平高、全球競爭力強、綠色低碳可持續的高質量發展格局。

鋼鐵被譽為“工業糧食”，廣泛應用于人類社會生產生活的各個領域，是不可或缺的戰略性基礎工業品。新中國成立時，我國鋼鐵產量僅居世界第26名。而發展至今日，我國已穩坐世界“產鋼大國”位置。

據工業和信息化部發布的數據顯示，2021年我國累計粗鋼產量10.33億噸。然而，鋼鐵產量不再是鋼鐵工業發展的主要目標。攻克關鍵材料技術、研發前沿、關鍵、基礎的低碳鋼鐵材料，助力實現“雙碳”目標，既是鋼鐵工業邁進新階段的機遇，也是挑戰。

針對鋼鐵行業發展面臨的新機遇、新挑戰，在由新材料在線?、尋材問料?、有材、新材料企業家成長營共同舉辦的《百大名師系列在線課程》上，上海大學材料科學與工程學院院長董瀚作了《鋼鐵材料：已知與未知》的主題報告。

董瀚教授，現任上海大學材料科學與工程學院院長，鋼鐵研究總院博士研究生導師。1982年畢業于浙江大學鑄造專業，本科畢業后，先后在鋼鐵研究總院和清華大學獲得了金屬材料與熱處理專業工學碩士和工學博士學位。

曾任鋼鐵研究總院結構材料研究所所長兼先進鋼鐵材料技術國家工程研究中心主任、鋼鐵研究總院副院長。兼任中國稀土行業協會稀土合金分會會長、中國內燃機學會新材料與表面處理專業委員會主任，《特殊鋼》、《鋼鐵研究學報》、《金屬學報》等期刊編委等。他從事鋼鐵科技研發工作近四十年，注重鋼鐵技術基礎研究，包括DIT變形誘導相變，M3組織調控，PMA多形合金化，形成了一系列高性能鋼鐵材料技術，推動了純鐵、普碳鋼、低合金鋼、特殊鋼的科技進步。授權國家發明專利58件，發表論文468篇，獲國家科技進步一等獎一項，國家技術發明二等獎二項，國家科技進步二等獎二項。

01 “三千多歲”的鋼鐵在與時俱進

“回顧鋼鐵材料發展歷史，可以看出，實際上鋼鐵材料一直在發展進步。19世紀后半期出現了鋼的合金化技術，20世紀初出現了不銹鋼，后來還出現了低微合金鋼等合金鋼技術，鋼鐵新材料層出不窮。”董瀚表示。

三千多年來，鋼鐵材料已經深入人們的生產與生活，其應用觸及人類生產與生活的各個方面，影響著整個人類的發展進程。

針對鋼鐵材料在汽車的應用。董瀚表示，鋼鐵在汽車上的應用尤為廣泛，汽車里有上百種鋼鐵材料，從面板車身，再到發動機、傳動、底盤、車輪等，幾乎處處都離不開鋼鐵材料，鋼鐵材料占汽車的總重量的大約70%。

他表示，當下汽車行業正在尋求輕量化實現路徑，鋼鐵材料面臨著眾多其他材料的競爭，諸如鋁合金、鎂合金、工程塑料等。面臨競爭，汽車鋼的發展非但沒有停滯，相反發展地更快了。

鋼鐵的生產和應用始終在變化中。

02 強度、韌性仍是鋼鐵性能提升的主要方向

董瀚將鋼鐵材料的新發展方向總結為高性能、低成本、高效率、近終形、易加工、長壽命、減量化等。而提升其強度與韌性是始終的努力方向。

據了解，近些年來，董瀚團隊致力于提升鋼鐵強度，然而只著重于提高強度并不足應用需求。同樣亟待解決的，還有韌性、塑性、抗疲勞性能、耐腐蝕性能、耐磨損性能等等。

在提高鋼鐵韌性方面，董瀚帶領的團隊與相關企業合作，應用M3組織調控理論研制出一種新型高韌性低合金鋼，在900MPa屈服級別下，低溫韌性突破250J。董瀚團隊所研究的這款高強度低合金鋼解決了鋼材在高強度下的強韌性匹配問題，形成了屈服強度級別700/900/1100/1300MPa系列低合金鋼板生產技術，且同強度級別下低溫韌性已經達到了世界先進水平。這款高強度低合金鋼已應用于特種車輛防爆、建筑設施防爆、工程機械等領域。

據新材料在線?《2021超高強度鋼行業研究報告》顯示，超高強度鋼是在合金結構鋼的基礎上發展起來的一種高強度、高韌性合金鋼，主要用于制造承受高應力的重要構件，是制造國防尖端武器的關鍵材料，它是為了滿足飛機結構上要求強度的材料而研究和開發的。董瀚團隊采用多形合金化方法研發出了2400MPa超高強度鋼，延伸率不小于10%。努力突破鋼鐵材料的強度極限。

03 鋼鐵材料技術突破的關鍵在于基礎研究

“鋼鐵材料若要持續發展，并不斷推出新型鋼鐵材料，需要科研人員持續進行基礎研究。”董瀚介紹道，重視基礎研究具體體現在，不僅要重視鋼鐵合金化研究，還要重點關注生產工藝流程。物理冶金學、化學冶金學、力學冶金學三者需緊密結合，才能真正實現材料突破。

董瀚表示，近年來團隊視基礎研究為鋼鐵技術突破的關鍵，并持續朝著兩個目標發展：

一方面，挑戰鋼鐵材料的高強度極限、更高性能。目前，團隊已研制出2200MPa、2400MPa級超高強度鋼。同時，正在思考如何突破現有的高強度極限，研究鋼鐵材料的綠色化耐腐蝕技術。

另一方面，探索作為鋼鐵材料的主元素—純鐵的特征。發達國家始終非常重視純鐵的科研，一方面具有深刻科學意義，另外一方面純鐵是重要的工業材料基礎。董瀚團隊持續與河北龍鳳山鑄業進行緊密合作，研發出公斤級高純鐵塊和高純微納鐵粉。高純鐵塊作為原料制備高性能合金鋼，新型微納鐵粉表面積和活性大，適合用作環境治理的材料。

董瀚指出，未來鋼鐵材料仍然有非常大的發展空間，眾人應當重視并深入基礎研究，促進鋼鐵材料與工藝技術持續發展。

主題演講結束后，線上觀眾紛紛提出問題，董瀚耐心地進行了答疑解惑。以下為精選的3個回答：

Q1：請問現在鋼絲為什么主要都是珠光體鋼絲呢，其他絲材有什么發展前景？

董瀚：細珠光體也被稱作為索氏體。細片狀珠光體的冷變形能力好，可以不斷地冷拔加工將鋼絲拔得非常細。通過冷拔加工的位錯強化，在實驗室中可以實現強度達到7000MPa左右，實際應用中的珠光體鋼絲強度可以達到4000MPa。目前，珠光體鋼絲外的其他材料較難達到這樣的高強度級別。比如，鐵素體鋼絲在冷拔加工中也可以產生加工硬化，繼續冷拔需要退火，前道冷拔工序形成的加工硬化就消失了，不易累積達到超高強度水平。

Q2：高氮奧氏體超高強鋼的發展和應用現狀如何？

董瀚：盡管高氮奧氏體不銹鋼發展了多年，但是它是個小眾產品，國內外在這方面已經有了一些實際應用，例如無磁石油鉆鋌、電站無磁護環等。高氮奧氏體不銹鋼比較特殊，對凝固過程中的控制要求較高，處理不好極易產生大量氣泡在次表面賦存，熱變形過程中可能會像豆腐渣一樣開裂。美國曾將高氮奧氏體不銹鋼用作心臟支架材料，也是不錯的。高氮不銹鋼的特殊用途應該還是不少的，也是需要大家進一步開放。

Q3：超純鐵的市場前景如何？

董瀚：超純鐵有兩個用途：可以作為功能材料和結構材料制備的原料，可以很好地提高材料的性能。超純鐵也是一種很好的磁性材料和結構材料，在一些特殊場合應用。人們對超純鐵的認識將隨著高純度制備技術和純鐵基礎研究的進步而深化，將會出現更多的新用途。時至今日，中國的鋼鐵已經發展到一個新階段了，我們需要做的是技術創新，包括關注純鐵的發展。我們需要引領世界鋼鐵材料的發展方向，這也是歷史賦予中國的責任。