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中国装备制造业升级 特钢企业急需开发新产品

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【摘要】:
日前,在以“新材料与装备制造”为主题的技术创新·企业发展论坛上,来自石化、造船、核电、汽车等制造行业的专家就我国装备制造业的现状、发展趋势,对我国钢铁业、尤其是特钢企业提出了新的要求,企盼国产钢材进一步满足工业用钢行业的发展需求,加速研发钢材新产品、新材料,破除材料“瓶颈”。    石化行业:国产大型储罐用高强度钢板亟待开发    “中国石油石化工业的发展,离不开钢铁工业的支持和帮助。”中国石油化
       日前,在以“新材料与装备制造”为主题的技术创新·企业发展论坛上,来自石化、造船、核电、汽车等制造行业的专家就我国装备制造业的现状、发展趋势,对我国钢铁业、尤其是特钢企业提出了新的要求,企盼国产钢材进一步满足工业用钢行业的发展需求,加速研发钢材新产品、新材料,破除材料“瓶颈”。
       石化行业:国产大型储罐用高强度钢板亟待开发
       “中国石油石化工业的发展,离不开钢铁工业的支持和帮助。”中国石油化工集团公司科技委顾问、中国工程院工程管理学部主任、中国工程院院士王基铭表示,油气勘探开发和炼油化工项目建设,需要大量的钢铁材料。如中国石化目前年均需求钢材约200万吨,2011年采购的主要钢材品种包括石油地质专用管76万吨、中厚钢板27.71万吨、无缝钢管21.85万吨、焊接钢管12.63万吨、大中型材18.2万吨、其他钢材30.89万吨,合计187.28万吨。
       王基铭说,由于我国钢铁行业的迅速发展,绝大多数钢材已从国内采购,只有少数工况条件苛刻的钢材品种仍须进口,如加氢反应器用特厚钢板、高钢级合金炉管、特殊用途石油地质专用管等。2011年,中石化进口钢材数量约为9000吨,进口品种主要是9%Ni钢板、合金炉管等,占全年采购总量的0.46%。
       随着我国石油化工能源工业的发展,对国内材料和装备制造业的要求也随之提高。例如装置规模大型化,要求钢管、阀门的规格口径增大;原料劣质化、产品质量升级、结构调整,要求钢管的壁厚、阀门压力等级和材料质量不断提高;酸性天然气的开发利用,要求钢管和阀门材料具有耐酸性气体腐蚀性能;煤化工能源的发展,要求钢管、阀门的耐磨损和结焦等能力相应提高。
       目前,石油石化行业大型储罐用高强度钢板仍长期依赖进口。对此,王基铭表示,石化行业与钢铁业应共同研发国产大型储罐用高强度钢板,打破国外垄断。他特别强调,加氢CrMo钢板亟待开发。据介绍,加氢反应器是加氢装备中的关键设备之一,其操作条件苛刻,材料长期暴露在高温、高压及临氢工况下,国外仅有少数钢厂能够生产加氢设备用钢。随着我国对油品质量的要求越来越高,加氢装置建设增长迅速,加氢用钢需求量急剧增加。此外,装置规模的大型化也使得容器壁厚大幅增加,若材料全部依靠进口,一方面钢材的采购周期长,增加了产品制造周期;另一方面,采购成本急剧增加,将制约石化工业的发展。
       核电行业:高端产品国产化问题有待解决
       专家指出,核电建设需求的钢材都是优钢特钢、高端钢材,如AP1000关键设备所选用的主要材料种类有锻件、棒材、板材、管材、丝材、铸件。随着核电建设的快速发展,新一代核电站的建设给新材料带来了需求。
       比如,相比“二代加”核电站,AP1000核电站关键设备新增的主要材料有:钢安全壳用SA-738B钢板,模块用ASTM A-240 S32101双相不锈钢板,非能动余热排出热交换器用SB-163 690 C形管,驱动机构用AMS 5387 Co29Cr4.5W(Stellite 6)铸件,堆内构件、稳压器、堆芯补水箱等用SA-240 304、SA-240 304H钢板及304、304H锻件,安注箱用SA-533 B+SA-240 304L复合钢板,堆内构件压紧弹性环用改良型403(N-4-11)锻件等。
       其中,AP1000反应堆压力容器主螺栓材料SA-540 B23 Cl.3,AP1000堆内构件紧固件用SA-479 316(N-60-5)、SA-193 Gr.B8M Cl.2(N-60-5)棒材,AP1000蒸汽发生器管子支撑板用SA-405钢板,AP1000蒸汽发生器水室隔板、堆内构件用SA-168 690板,AP1000堆内构件采用的SA-240 304、304H板,AP1000蒸汽发生器传热管用690U形管,AP1000驱动机构驱动杆零件用棒材等产品,国内企业尚不能生产或还没有供货商,且由于材料使用环境复杂,对产品质量要求高,给其国产化带来一定难度。AP1000反应堆压力容器接管段、顶盖用整体锻件,AP1000蒸汽发生器水室封头用锻件,AP1000蒸汽发生器上封头锻件,AP1000蒸汽发生器管板等产品,国内有部分企业可以生产,但国产产品合格率都不高,分别存在断裂韧性不合格、无损检测不合格、质量不稳定等问题。而CAP1400反应堆所需材料的尺寸更大,生产难度也更高,亟待钢铁企业进行攻克和研发。
       造船行业:需大规格、高强度、新技术船舶用钢
       在世界造船业供求矛盾突出、新船订单不断减少、履约交船风险加大、新船价格持续下滑、造船成本日益高涨的环境下,中国船舶行业面临的形势也不乐观。2011年全球新船订单总量比2010年下滑约19%。2011年,国内造船业消耗钢材1700万吨~1800万吨,而国内的造船用钢产能达到3500万吨,大量的过剩产能与船板价格的低迷会诱发无序竞争,造船用钢企业的发展将面临风险。
       但目前,国内钢铁企业还不能满足造船业需求的全部钢种,只是在普通船板方面实现自给自足,超高强度船板、异形船板、超宽超长超薄船板以及大型型材和高质量的钢管等还远不能满足国内造船厂的需求。未来船舶行业的发展对钢铁行业提出了“大、高、新”的要求,即大规格、高强度、新技术,需要在品种和规格、低温用钢、集装箱止裂板、油舱用耐腐蚀钢、海洋工程装备用钢、船用配套设备用钢、高效焊接技术等方面取得更大突破。
       随着船舶大型化、专业化提出减重、增加有效载重量的要求,对低合金高强度钢的需求量将大幅增加,如D、E级别中32千克、36千克、45千克甚至60千克级别船板等。特殊性能的钢材需求也在大幅增加,如大型LNG(液化天然气)运输船采用的低温压力容器板及其内胆大量使用的205双相不锈钢等,目前只有日本新日铁和国内极少数钢厂形成了正常生产和整船配套供货的能力。在型材方面,船厂对大规格的球扁钢、大型不等边不等厚角钢的需求量也将加大,对无缝管的壁厚均匀性和圆度准确性的要求都将提高。
       除对品种的要求之外,专家还指出,我国钢铁厂生产的船用钢板规格尚需要完善。由于建一艘船舶涉及的钢板品种规格有上千个,目前,为了满足大吨位船舶的设计要求,船厂不得不同时在几个钢厂为一艘船舶定货,而且往往产品在宽度上不能满足要求,只能通过焊接完成,既降低了钢材利用率,又增加了建船的劳动强度。从提高造船效率的角度看,船板使用规格也呈现大型化趋势。
       专家还指出,船舶结构大型化对厚板止裂性能评价技术需求迫切,钢铁行业亟须开展大型集装箱用钢板止裂性评价研究。为保证船体结构强度,超大型集装箱船大量应用高强度钢板,万箱级集装箱船的高强度钢用量达到60%以上;同时,为保证安全可靠性,须大量采用板厚规格超过50毫米的具有止裂功能的超厚板。据悉,日本已提出“超大型集装箱船用高强度超厚板止裂性能指标及其测试方法”指南,而我国尚未开展厚板止裂性能评价技术研究,也未建立相应的测试方法。
       此外,钢铁行业还应重视船用配套产品用钢、船用钢对大线能量焊接的适应性研究等问题。
       汽车行业:高强度钢材是汽车轻量化的必然趋势
       节能减排是汽车工业发展的必然趋势。业内专家指出,汽车行业节能减排除了改善发动机效率、传动系统效率和汽车风阻等提高燃油经济性的措施之外,轻量化是必不可少的手段。
       汽车轻量化技术包括先进的设计技术和高强度轻量化材料的应用。目前,先进的加工成形技术、检测评价技术等方面已经取得了一些进展,包括使用热冲压成形、液压成形、激光拼焊板、差厚板轧制技术、辊压成形等技术,达到减少零件数量和焊点的目的。但仍有大量的问题和课题需要深入研究。
       钢材是汽车节能减排的关键。汽车用钢品种主要包括钢板、优质钢、型钢、带钢、钢管、金属制品等。其中,板材(包括热轧、冷轧钢板和镀层板)是生产汽车的最主要原材料,制造一辆轿车约需要薄钢板600千克~800千克。钢材在相当长的时间内仍将是汽车最主要的原材料,并长期稳定在60%~70%的使用比例。汽车的轻量化,要求汽车所采用的钢材等材料必须自重轻、强度高。
       钢材的高强度是汽车轻量化及节能减排的必然趋势。如双相钢是车身部分使用较多的一种钢材,厚度一般为1.2毫米,达到主要结构件所需强度。此外,我国已成功开发了抗拉强度为540兆帕、590兆帕和640兆帕等级别的双相钢,但是产量低,在汽车中的应用范围有待进一步扩大。用于汽车制造的新型钢材还有IF钢(无间隙原子钢)、TRIP钢(相变诱发塑性变形钢)等。目前,国内宝钢、武钢等钢企已经能够批量生产冷轧TRIP钢,并已应用于国产轿车,但强度级别低于国外先进水平,研发创新能力有待进一步加强。
       “十二五”期间,新能源汽车将得到大力发展,拉动钢材需求。业内人士预测,到2015年,新能源汽车的年销量将达到100万辆左右。未来几年内,高强度钢在汽车中的应用将迅速增长,年增长率达到5%。以通用汽车公司为例,预计在车身所用的材料中,双相钢约占45%,中强度钢约占33%,低碳钢和马氏体钢分别约占10%。
       来自下游制造业的呼声和企盼,引起了钢铁业界人士的高度重视。在这次由中国科协常委会促进企业自主创新专门委员会主办,中信泰富特钢集团、中国金属学会承办的论坛上,中国工程院院士、中国科协副主席、中国科协常委会促进企业自主创新专门委员会主任、中信泰富特钢集团有限公司董事长刘玠认为,要实现中国钢铁工业“十二五”发展目标,需要全行业在工艺、技术、装备和产品创新上下工夫。从特钢技术创新来说,当前应该特别重视和关注的:一是高洁净化学冶金和精确控制化学分析技术;二是凝固过程中的均匀度控制技术;三是成分、加工方式等对产品组织结构和性能的影响;四是减少表面氧化、提高表面质量的现场控制技术;五是炼铁、轧钢过程中温度控制技术;六是提高焦炭、大宗原材料等利用率的工艺技术等。