2月2日從國家能源局獲悉，國家能源局在京召開全國“十三五”能源規劃專題論證會。國家發展改革委副主任、國家能源局局長努爾。白克力主持會議并講話。中國工程院院士倪維斗主持專家討論。會議期間，來自能源、經濟、環保等領域的多位專家圍繞新常態下能源發展的主要目標、發展思路、供給側改革、新能源消納、過剩產能化解、系統效率提升、天然氣消費市場培育等問題開展了充分討論，各位專家群策群力，廣開言路，最終形成了對“十三五”能源規劃有關重大問題專家論證意見。

　　十三五能源規劃編制進入沖刺階段，哪些材料將備受青睞呢？小編歸納整理六大材料領域：功能材料、非晶/納米晶材料、粉末冶金材料、焊接材料、超硬材料、高速工具材料。

　　一、功能材料

　　功能材料種類繁多，用途廣泛，正在形成一個規模宏大的高技術產業群，有著十分廣闊的市場前景和極為重要的戰略意義。世界各國均十分重視功能材料的研發與應用，它已成為世界各國新材料研究發展的熱點和重點，也是世界各國高技術發展中戰略競爭的熱點。在全球歐諾個一段新材料研究領域中，功能材料約占 85 % 。我國高技術（863）計劃、國家重大基礎研究[973]計劃、國家自然科學基金項目中均安排了許多功能材料技術項目（約占新材料領域70%比例），并取得了大量研究成果。

　　高溫超導材料制備與應用技術

　　稀土功能材料

　　新型能量轉換材料與技術（能源材料）

　　生物醫用材料

　　綠色奧運工程材料與技術

　　分辨離膜材料與技術（海水、氯堿膜）

　　印刷（制版、感光）、顯示（ OLED）材料

　　高新技術改造傳統產業技術

　　當前國際功能材料及其應用技術正面臨新的突破，諸如超導材料、微電子材料、光子材料、信息材料、能源轉換及儲能材料、生態環境材料、生物醫用材料及材料的分子、原子設計等正處于日新月異的發展之中，發展功能材料技術正在成為一些發達國家強化其經濟及軍事優勢的重要手段。

　　二、非晶/納米晶材料

　　“非晶納米晶”是對“非晶納米晶原子抗菌技術”的簡稱，是由日本東北大學和北京航空航天大學基于航天應用共同研發的最新科研成果，是一種最新的航天抗菌材料技術。該技術在多個國家申請了專利技術。

　　“非晶納米晶”是對一種新型材料原子排列結構狀態的描述，該狀態的金屬及合金的原子處于高能量的極限狀態，其原子能夠逸出表面，產生具有殺菌活性的高能量原子及原子團（這些原子團大小僅為普通細菌和真菌的十幾萬分之一），可迅速進入病菌細胞內核，破壞細菌的DNA結構、阻止其遺傳物質的復制的模式達到殺菌和抑菌效果。經中國科學院理化技術研究所抗菌材料檢測中心的檢測報告顯示，該類材料殺菌有效率高達99.9%，特有的原理、功效及片狀構造突破了傳統的藥物殺菌范疇。

　　非晶納米晶材料主要在航空航天領域使用，主要用作宇航員宇航服材料技術，用于應對外太空可能出現的各種不利環境，保護宇航員不受外界病菌侵害。

　　三、粉末冶金材料

　　粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經過成形和燒結，制造金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工藝技術。粉末冶金法與生產陶瓷有相似的地方，均屬于粉末燒結技術，因此，一系列粉末冶金新技術也可用于陶瓷材料的制備。由于粉末冶金技術的優點，它已成為解決新材料問題的鑰匙，在新材料的發展中起著舉足輕重的作用。

　　粉末冶金包括制粉和制品。其中制粉主要是冶金過程，和字面吻合。而粉末冶金制品則常遠遠超出材料和冶金的范疇，往往是跨多學科（材料和冶金，機械和力學等）的技術。尤其現代金屬粉末3D打印[1-2]  ，集機械工程、CAD、逆向工程技術、分層制造技術、數控技術、材料科學、激光技術于一身，使得粉末冶金制品技術成為跨更多學科的現代綜合技術。

　　粉末冶金具有獨特的化學組成和機械、物理性能，而這些性能是用傳統的熔鑄方法無法獲得的。運用粉末冶金技術可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導桿、刀具等，是一種少無切削工藝。

　　（1）粉末冶金技術可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲氫材料、稀土發光材料、稀土催化劑、高溫超導材料、新型金屬材料（如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫結構材料等）具有重要的作用。

　　（2）可以制備非晶、微晶、準晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優異的電學、磁學、光學和力學性能。

　　（3）可以容易地實現多種類型的復合，充分發揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產高性能金屬基和陶瓷復合材料的工藝技術。

　　（4）可以生產普通熔煉法無法生產的具有特殊結構和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結構陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。

　　（5）可以實現近凈形成和自動化批量生產，從而，可以有效地降低生產的資源和能源消耗。

　　（6）可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進行材料再生和綜合利用的新技術。

　　我們常見的機加工刀具，五金磨具，很多就是粉末冶金技術制造的。

　　粉末冶金相關企業主要是適用于汽車行業、裝備制造業、金屬行業、航空航天、軍事工業、儀器儀表、五金工具、電子家電等領域的零配件生產和研究，相關原料、輔料生產，各類粉末制備設備、燒結設備制造。產品包括軸承、齒輪、硬質合金刀具、模具、摩擦制品等等。軍工企業中，重型的武器裝備如穿甲彈，魚雷等，飛機坦克等剎車副均需采用粉末冶金技術生產。粉末冶金汽車零件近年來已成為為中國粉末冶金行業最大的市場，約50%的汽車零部件為粉末冶金零部件。

　　（1）應用：（汽車、摩托車、紡織機械、工業縫紉機、電動工具、五金工具。電器。工程機械等）各種粉末冶金（鐵銅基）零件。

　　（2）分類：粉末冶金多孔材料、粉末冶金減摩材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金結構零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金電磁材料和粉末冶金高溫材料等。

　　四、焊接材料

　　焊接材料是指焊接時所消耗材料的通稱，例如焊條、焊絲、金屬粉末、焊劑、氣體等。焊接行業發展迅速，主要分為氬焊、CO2焊接、氧切割、電焊。

　　《2013-2017年中國焊接材料行業產銷需求與投資預測分析報告》顯示，2010年我國鋼材表觀消費量約為7.7億噸，我國焊材消費量與鋼材消費量的比約為0.6%左右，由此可知，2010年焊接材料的消費量在465萬噸左右。

　　目前，我國焊接材料廠商近千家，已形成天津、自貢、上海、昆山、錦州等為主的幾個較大的企業集團。由于國內市場規模持續擴大，國際著名焊接材料生產企業紛紛來華建廠，利用其技術優勢和資本優勢占領高端焊接材料市場，與國內企業展開直接競爭。

　　我國焊接材料行業市場化程度較高，焊材中的普通低檔焊條和鍍銅焊絲技術含量較低，進入門檻較低，近年來已呈現嚴重的產能過剩。隨著市場競爭日益加劇，行業呈現出規模化、集團化的經營模式，國內一些企業通過低價手段蠶食市場的同時，正加快產品結構調整步伐，以期占領高端市場。

　　我國焊接材料行業的產品仍以手工焊條為主，2008年我國焊條在焊接材料中的比重為48.9%，自動化焊材實芯和藥芯焊絲在焊接材料中的比重共為40.5%，與日本、韓國等工業發達國家80%的數值相比，我國自動化程度較高的焊材消耗比重仍然很低。

　　因此，未來中國焊接材料產品的發展戰略逐步轉移，由自動化程度較高的高效優質產品逐步替代手工型產品，手工焊條產品逐步向高強、高韌、低氫、環保方向發展，以滿足不同品種、不同焊接結構、不同服役條件下不同焊接技術要求。

　　五、超硬材料

　　超硬材料主要是指金剛石和立方氮化硼。金剛石（英文：Diamond）是目前已知的世界上最硬的物質，另外C60的硬度可能不亞于金剛石，但尚未定論。立方氮化硼硬度僅次于金剛石。這兩種超硬材料的硬度都遠高于其它材料的硬度，包括磨具材料剛玉、碳化硅以及刀具材料硬質合金、高速鋼等硬質工具材料。因此，超硬材料適于用來制造加工其它材料的工具，尤其是在加工硬質材料方面，具有無可比擬的優越性，占有不可替代的重要地位。止因如此，超硬材料在工業上獲得了廣泛應用。除了用來制造工具之外，超硬材料在光學、電學、熱學方面具有一些特殊性能，是一種重要的功能材料，引起了人們的高度重視，這方面的性能和用途正在不斷地得到研究開發。

　　據《2013-2017年中國復合超硬材料行業市場調研與投資預測分析報告》[3]  數據顯示，隨著下游應用市場需求的不斷擴大，復合超硬材料下游需求呈現較快增長的態勢。監測數據顯示，目前國內超硬材料與制品產值大約在1:3-1:6之間，隨著下游復合超硬材料制品市場規模的不斷增長，復合超硬材料的市場需求隨之擴大，其中高品級金剛石的市場需求占整個市場的比例大約為60-70%。

　　首先，石油/天然氣鉆頭用PCD復合片的市場容量和需求主要由下游油氣鉆頭市場需求量決定，而油氣鉆頭需求量主要由油氣市場需求和油氣開采企業開采計劃決定。前瞻產業研究院的統計數據顯示，2009年我國石油產量為18,949萬噸，消費量卻高達38,384.5萬噸，石油對外依賴性強。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》中明確指出要加大石油勘探開發力度，穩定國內石油產量。

　　另一方面，中國天然氣產量和消費量總體呈增長趨勢。數據顯示，2005年到2011年我國天然氣產量一直呈現高速增長趨勢。2011年我國天然氣產量增長迅猛，產量占全球天然氣總產量的3.1%，達到1,025億立方米，同比增長8.12%。

　　隨著我國油氣產量的不斷增長，對于油氣用金剛石復合片的需求量也表現出旺盛的需求。油氣用PCD復合片全球市場規模約為110億元人民幣，我國市場空間大約為14億元人民幣，發展潛力巨大。

　　根據美國能源署（EIA）公布的《2011年全球頁巖氣資源初步評估》報告，中國是全球頁巖氣儲量最多的國家，可采儲量約為36.1萬億立方米，遠高于世界其他國家。進入“十二五”，我國將頁巖氣勘探開發作為國家能源戰略的重要發展領域之一，在《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》中指出“退佃煤層氣、頁巖氣等非常規油氣資源開發利用”，在《頁巖氣發展規劃（2011-2015年）》明確目標要“力爭到2020年產量達到600-1,000億立方米”。所以，隨著頁巖氣開發利用的深入，油氣用PCD復合片必將迎來新的發展機遇，市場規模將進一步擴大。

　　其次，煤田/礦山工具用PCD復合片的市場需求主要受煤炭的開采量影響。國家統計局數據顯示，我國從1990年到2009年煤炭的產量和消費量都呈現不斷增長的態勢，產消基本平衡。2011年我國原煤總產量達到35.2億噸，同比增加8.7%。在煤炭產量的不斷帶動下我國礦用金剛石復合片市場規模不斷擴大，礦山用復合片全球市場規模近200億元，中國市場規模約為20億元。

　　再次，PCD高品級拉絲模胚受線材在工業生產和工程建設中需求量巨大的帶動，市場容量可觀，但由于PCD 拉絲模坯的生產成本和售價較高，有部分對拉絲效果、精度要求較高的終端用戶選用PCD 拉絲模坯，市場容量有待進一步擴大。

　　六、高速工具材料

　　高速鋼是加入了鎢（W）、鉬（Mo）、鉻（Cr）、釩（V）等合金元素的高合金工具鋼。按重量計，鎢和鉬占10-20％，鉻約占4％，釩占1％以上，它們都是強烈的碳化物形成元素，在熔煉與熱處理過程中與碳形成了高硬度的碳化物，從而提高了鋼的耐磨性。另外，高速銅采用了接近熔點的淬火溫度，得到細晶粒的合金化的馬氏體組織，它在低溫回火（約560℃）時又使合金碳化物析出，從而進一步提高了硬度與耐磨性。在高速鋼中，鉬和鎢的作用基本相同，1％的鉬可代替2％的鎢。鉬并能減少鋼中碳化物的不均勻性，細化碳化物晶粒，提高韌性。

　　另外，在某些高速鋼中，為了提高高溫硬度，添加鈷、鋁、硅、鈮等元素；為了提高耐磨性，可適當增加含釩量。但是，隨著含釩量的增加，可磨削性變差，因此釩的含量不宜超過3％。-表21 <http://depa.usst.edu.cn/jixie/courseware/Cutting/scan/3521.htm>、-22 <http://depa.usst.edu.cn/jixie/courseware/Cutting/scan/3622.htm>分別列出了主要高速鋼的成分和性能。從表中可見，高速鋼在600℃時，仍能保持切削加工所要求的硬度，切削中碳鋼時，切削速度可0.5m／s（30m／min）左右。

　　高速鋼的強度、韌性和工藝性能均較好，能進行鍛造，磨出的切削刃比較鋒利，熔煉質量穩定，使用比較可靠。各種刀具都可用高速鋼制造；尤其是形狀復雜的刀具和小型刀具，均大量使用著高速鋼。目前，高速鋼占刀具材料總使用量的60％以上。

　　按基本化學成分，高速鋼可分為鎢系、鎢鉬系和鉬鎢系。按切削性能分，則有普通高速鋼和高性能高速鋼。按制造方法分，則有熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。

　　（一）、普通高速鋼

　　通高速鋼的特點是工藝性好，切削性能可滿足一般工程材料的常規加工，常用品種有：

　　1.W18Cr4V

　　屬鎢系高速鋼。它的歷史悠久，至今尚在普遍使用。其綜合機械（力學）性能和可磨削性好，可用以制造包括復雜刀具在內的各類刀具。

　　2.W6Mo5Cr4V2

　　屬鎢鋁系高速鋼；其碳化物分布的均勻性、韌性和高溫塑性均超過W18Cr4V，但是，可磨性比W18Cr4V略差，切削性能則大致相同。國外由于資源關系，已淘汰所謂傳謂傳統高速鋼W18Cr4V而以W6Mo5Cr4V2代替。這一鋼種目前我國主要用于熱軋刀具（如麻花鉆），也可用于制作大尺寸刀具。

　　3.W14Cr4VMn-RE

　　這種高速鋼有較大的塑性，可作熱軋刀具用。此鋼種中含鎢量較W18Cr4V少，而含有少量的錳及稀土元素RE ，其切削性能相當于W18Cr4V。

　　4.W9Mo3Cr4V

　　是近年我國研制出的一種鎢鋼系高速鋼，其性能接近于W6Mo5Cr4V2。

　　（二）、高性能高速鋼

　　調整普通高速鋼的基本化學成分和添加其他合金元素，使其機械（力學）性能和切削性能有顯著提高，這就是高性能高速鋼。高性能高速鋼的常溫硬度可達HRC67-70，高溫硬度也相應提高，可用于高強度鋼、高溫合金、鈦合金等難加工材料的切削加工，并可提高刀具使用壽命。高性能高速鋼主要有以下幾種：

　　1.鈷高速鋼

　　典型鋼種是AISI的M42，它的特點是綜合性能好，硬度高（接近HRC70），高溫硬度在同類鋼中居于前列（見-表22 <http://depa.usst.edu.cn/jixie/courseware/Cutting/scan/3622.htm>），可磨削性也好。-表23 <http://depa.usst.edu.cn/jixie/courseware/Cutting/scan/372.htm>為其磨削比的參考數據[62]，從表中可知，M42的磨削比接近普通高速鋼W6Mo5Cr4V2。

　　用M42制作的刀具用于加工高溫合金、不銹鋼等效果很好。然而，這一鋼種含有較多的鈷元素，價格較貴。針對國內資源情況，我國應發展低鈷或無鈷的高性能高速鋼。

　　2.低鈷高速鋼

　　低鈷高速鋼（W12Mo3Cr4V3Co5Si）是用減少鈷增加硅的辦法以獲得高性能。其耐磨性比M42好，但韌性比M42差。缺點是仍然含有-定的鈷，而且由于增加了含鈕量，使可磨性變差，因而不宜用于制造復雜刀具。

　　3，鋁高速鋼

　　鋁高速例（W6Mo5Cr4V2Al）是我國獨創的無鈷高速鋼，它在W6Mo5Cr4V2的基礎上加鋁增碳，其高溫硬度在600℃時約為HV602，抗彎強度為3.50-3.80GPa（350-380kgf／mm2），沖擊韌性為0.20MJ／m2（2.0kgf·m/cm2），均與M42相當，抗彎強度及沖擊韌性則高于W12Mo3Cr4V3Co5Si鋼。缺點是可磨削性略低于M42。此鋼種不含鈷，性能好，生產成本較低。其缺點是熱處理溫度較難控制，鋼材成材率較低。

　　此外，我國研制的無鈷高速鋼還有加鋁強化5F6鋼和加鋁、鋁、鈮強化的B201鋼等，性能達到鈷高速鋼的水平，但也存在著含釩多而可磨性差的問題。它仍在生產中用得不多。

　　近年來，我國研制成功無鈷和低鈷的高性能高速鋼W12Mo3Cr4V3N（V3N）和

　　W12Mo3Cr4VCo3N（Co3N），頗有應用前景。V3N價格較低，但可磨性稍差。

　　（三）、粉末冶金高速鋼

　　高速鋼的制造質量受多方面因素的影響，其中對性能影響較大而又難以改善的因素，是對碳化物分布的均勻性及其粒度粗細的控制。熔煉高速鋼中碳化物偏析比較嚴重。

　　完全消除碳化物偏析的方法是粉末冶金法。其基本原理是將高頻感應爐熔煉的鋼液用高壓惰性氣體（如氬氣）霧化成粉末，再經過熱壓（同時進行燒結）制成刀坯，或制成鋼坯再經軋制或鍛造成材。

　　粉末高速鋼與熔煉高速鋼相比，有很多優點：如韌性與硬度較高，可磨削性能顯著改善（例如含釩5％的粉末冶金高速鋼的可磨削性相當于含釩2％的普通高速鋼），材質均勻，熱處理變形小，質量穩定可靠，故刀具使用壽命較長。粉末冶金高速鋼可以切削各種難加工材料，特別適合于制造各種精密刀具和形狀復雜的刀具。

　　高速鋼刀具可以用鹽浴軟氮化、氣體軟氮化、輝光離子化及離子氮注入等方法進行表面處理，形成高硬、耐磨的薄層（0.02-0.1mm）；也可以采用物理氣相沉積（PVD）等方法在高速鋼刀具表面涂覆一層（約10μm）TiN或TiC等材料。經過表面處理或涂層后，刀具的耐磨性和使用壽命可以得到顯著提高。近年，TiN涂層高速鋼刀具發展較快，應用較廣。高速鋼鉆頭、絲錐、銑刀及齒輪刀具，經涂層后，其耐用度常可提高3-5倍以上。

責任編輯：王元

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