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干勇院士:建设材料强国 打造“大国筋骨”

2016-07-01 11:04:19
作者:王元
来源:中国腐蚀与防护网

会议期间,中国腐蚀与防护网记者有幸采访到与会专家、全国政协委员、我国著名战略科学家、党和国家科技战略决策的智囊性人物、中国工程院原副院长干勇院士,干院士就新材料产业的发展方向、钢铁产业如何破局以及如何实现海洋强国战略等方面做了一系列的精彩解读。

        当今世界,科技与产业酝酿着新的突破与变革,材料科学与产业技术日新月异,发达国家都将先进材料视为产业竞争力的基础和关键,力图在高技术含量、高附加值新材料和高端制造业发展中保持领先优势和主导地位。经过30余年的改革开放、创新发展,我国已发展成为一个材料大国,许多基础材料的产能已居全球之冠,材料研究队伍规模列世界首位,但距离材料强国还有一段距离。如何实现我国由材料大国向材料强国的战略转变呢?是目前迫切需要考虑的问题。

 

       2016年6月24日,由中国工程院“海洋工程中关键材料发展战略研究”重点咨询项目组发起“中国海洋材料产业技术创新联盟”成立大会在武汉洪山宾馆隆重召开,会议期间,中国腐蚀与防护网记者有幸采访到与会专家、全国政协委员、我国著名战略科学家、党和国家科技战略决策的智囊性人物、中国工程院原副院长干勇院士,干院士就我国的材料产业发展方向、钢铁产业如何破局以及如何实现海洋强国战略等方面做了一系列的精彩解读。

 

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    干勇院士


   
三大风向标引领未来新材料发展


    材料是国民经济建设、社会进步和国防安全的物质基础,是实现产业结构优化升级和提升装备制造业的保证,也是发展新兴产业的先导。新材料工业是一国科技进步的基石,是“发明之母”和“产业粮食”,也是国家工业技术与科技水平的前瞻性指标,对未来经济发展、社会变革起着基础性作用。


    干勇院士认为新材料产业将引领中国向制造强国转变,工信部、中国工程院联合进行制造业强国战略研究,指出我国制造业强国进程的三个阶段:2025年中国制造业可进入世界第二方阵,迈入制造强国行列;2035年中国制造业将位居第二方阵前列,成为名副其实的制造强国;2050年中国制造业可望进入第一方阵,成为具有全球引领影响力的制造强国。因此中国新材料产业未来将以三大方向为导向。


   
(一)、中国的基础材料要转型升级


    基础材料产业是实体经济不可或缺的发展基础,我国百余种基础材料产量已达世界第一,但大而不强,面临总体产能过剩、产品结构不合理、高端应用领域尚不能完全实现自给等三大突出问题,迫切需要发展高性能、差别化、功能化的先进基础材料,推动基础材料产业的转型升级和可持续发展。


    先进基础材料是指具有优异性能、量大面广且“一材多用”的新材料,主要包括钢铁、有色、石化、建材、轻工、纺织等基础材料中的高端材料,对国民经济、国防军工建设起着基础支撑和保障作用。


    因此,先进基础材料须发展重点为:一是先进钢铁材料。二是先进有色金属材料。三是先进石化材料。四是先进建筑材料。五是先进轻工材料。六是先进纺织材料。


   
(二)、中国的关键工程战略材料要转移高端、加大国产化比重


    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术全面突破时代已经到来。中国的关键工程战略材料转移高端、加大国产化比重迫在眉睫。


    关键战略材料主要包括高端装备用特种合金、高性能分离膜材料、高性能纤维及其复合材料、新型能源材料、电子陶瓷和人工晶体、生物医用材料、稀土功能材料、先进半导体材料、新型显示材料等高性能新材料,是实现战略新兴产业创新驱动发展战略的重要物质基础,且关键战略材料是支撑和保障海洋工程、轨道交通、舰船车辆、核电、航空发动机、航天装备等领域高端应用的关键核心材料,也是实施智能制造、新能源、电动汽车、智能电网、环境治理、医疗卫生、新一代信息技术和国防尖端技术等重大战略需要的关键保障材料,目前,在国民经济需求的百余种关键材料中,约三分之一国内完全空白,约一半性能稳定性较差,部分产品受到国外严密控制,突破受制于人的关键战略材料,具有十分重要的战略意义。


    因此,关键战略材料的须发展重点:一是高端装备用特种合金。二是高性能分离膜材料。三是高性能纤维及复合材料。此外,新型能源材料、新一代生物医用材料、电子陶瓷和人工晶体、稀土功能材料、先进半导体材料、显示材料等均需取得重点突破。


  
  (三)、中国的前沿材料须抢占战略制高点


    干勇院士表示中国的原始创新缺乏,引领发展能力不足,难以抢占战略制高点。催生新兴产业的新材料主要来自国外,比如,信息技术产业--大尺寸硅片、新型显示材料、远红外探测材料、中红外激光晶体、特种光纤等光/微电子材料等,现代航空、高铁、汽车等交通业--高温合金、轻合金、碳纤维增强树脂基复合材料等,如波音787梦想客机的复合材料用量达50%,整机减重超过20吨和油耗降低20%以上。还有这些引领材料自身发展的标志性新材料无中国身影:因瓦合金和艾林瓦合金、半导体材料、超导材料、合成塑料及高分子、催化剂、液晶和聚合物、富勒烯和石墨烯、光纤……


    革命性新材料的发明、应用一直引领着全球的技术革新,推动着高新技术制造业的转型升级,同时催生了诸多新兴产业。在发挥前沿新材料引领产业发展方面,我国的自主创新能力严重不足,迫切需要在3D打印材料、超导材料、智能仿生与超材料、石墨烯等新材料前沿方向加大创新力度,加快布局自主知识产权,抢占发展先机和战略制高点。


   
四大举措助力钢铁行业脱困


    近日,武钢与宝钢集团确定重组,给正处于去产能的钢铁行业开启新篇章。去产能是当前钢铁行业面临的首要任务,国家已经确定,未来5年钢铁行业压减1亿~1.5亿吨产能。目标摆在那里,如何实现?


    干勇院士表示钢铁企业的眼光需放长远,并且应该抱团取暖,搭建并用好工业互联网平台,走出当前的困局,实现行业的转型升级。钢铁行业如何摆脱当前的困境呢?可利用四大举措。


   
(一)、以“绿色、智能”为目标  实施节能减排


    干勇院士说,我国钢铁行业的流程技术是发展比较完整的。从末端治理、清洁生产、节能减排、循环经济、低碳经济,再到绿色发展,绿色发展是最高的一个发展阶段,它代表绿色、生态、智能的结合。所以钢铁行业的发展就是四个字:绿色、智能。


    现在我国的吨钢综合能耗已经降到了国际先进水平。因为我国的钢厂流程都很好,但是绝对量大,所以虽然单位能耗在下降,总污染的量还是急剧上升。钢铁行业的技术水平还需要进一步提高。节能减排实际上措施很多,但还要提高水平。有的企业上了环保设备,但是不运行,怕增加成本,这是不对的。


   
(二)、补齐三大方面短板  加快行业转型


    除了压缩钢铁产量、进行人员分流等之外,钢企更应充分利用自身优势,结合产业需求和社会发展需求做好去产能的“加法”,即是补齐短板、加快转型。


    国内钢铁产能过剩严重,但却大量进口高端钢材,所以钢企需要补齐在高端钢产品方面的短板,加大高端钢的技术研发力度,满足核电用钢、高速铁路用钢等高端制造装备用钢需求。有了高端钢产品,钢企利润水平提高,自然就有动力压缩粗钢等落后产能。


    另外,钢企还应瞄准节能环保、城市基础服务等需求。比如很多钢企在海水淡化、污水处理方面有很强的技术基础,而海水淡化的利润水平远远高于传统炼钢炼铁业务,因此钢企可以加大向这些节能环保产业转型的力度。此外,钢企还可以利用自身优势提供城市供水、供热等社会公众服务,增加钢企新的业务增长点。


    发展“互联网+钢铁”的大数据平台不失为上策。干勇院士介绍说,“以电子商务来代替传统的数量众多的钢材交易中间商,利用信息对称减少中间贸易环节边际成本,同时构建物流配送体系,通过相关大数据了解用户用钢的实际需求,然后按需加工生产,这样可以减少生产盲目性,增加有效供给。从而在这一平台合作实现技术共享、数据共享、市场共享。”


   
(三)、钢铁企业应“走出去”实现产能转移


    干勇院士说,“一带一路”和国际化产能转移,把整个工厂搬到外边去,利用国外的资源、能源,当然国内也可用资金、技术、人才去支持,这样转移也不失为一种好办法。这样企业可以在国际、国内两张牌上来救活自己。


   
(四)、生态、低成本、高性能钢铁产品是研发的重点


    “十三五”期间,钢铁行业应该把产品研发重点放在哪里?干勇院士表示生态、低成本、高性能钢铁产品开发是互联网时代钢铁业智能化的主体。生态产品需要满足在生产和全生命周期的时间尺度上减少社会的资源、能源与环境的负荷,并且能提高社会能源的生产和使用效率。钢铁企业应该进行这样的产品开发,从而获取新的竞争力。


    (1)开发先进能源用钢满足国家能源战略需要


    干勇院士指出,我国在先进能源用钢的基础研究和重大关键技术方面已经取得了进步,“十三五”时期还要继续在这方面开展重点研究。 高/低温、高压、复杂介质环境下能源用钢的失效行为(断裂、腐蚀、磨损)与机理,能源用钢的高强韧、长寿命机理与组织精细化调控,低成本、耐腐蚀双金属复合材料全轧制复合机理与调控,高强高韧钢低成本合金设计与全流程组织细化TMCP(热机械控制工艺)技术,提高耐磨性、耐蚀性与高温性能稳定性的基体组织与析出相控制技术,双金属复合材料全轧制复合工艺与装备关键技术,高品质宽厚板和大型铸锻件高洁净、均质化制造技术,是“十三五”时期我国先进能源用钢基础研究及重大关键技术。


    (2)开发特殊钢补齐“工业强基”短板


    “工业强基”是我国实现从“制造大国”到“制造强国”跨越式发展的基础,其中基础件量大面广,但我国高端装备关键基础件仍需要从国外进口。以高端模具为例,高端模具用材料仅有国外几个先进模具钢企业能生产,国内不能生产,几乎全部依赖进口。因此,我国在特殊钢研发方面还有很多工作需要做。


    具体目标是,大幅提高特殊钢及其制品的性能、质量稳定性和可靠性,关键产品质量达到进口产品水平,典型特殊钢品种的国内市场自给率达到80%以上,使用寿命在目前基础上延长50%;高性能超级模具钢可使用10万次以上,超高强度钢及高强度不锈钢制造成本降低40%。实现高服役安全性耐热钢、高可靠性真空脱气轴承钢、高效率低损耗及特殊用途电工钢、取向硅钢以及特种电机用电磁功能材料的规模化生产和应用。


    (3)开发极端环境用钢强壮海工装备“心脏”


    开采海洋资源是国家重大战略,我国海洋油气资源丰富,但油气资源对外依存度超过50%。这主要是因为我国90%以上的海洋油气资源储藏于500米以上深水水域,深海装备是开发这些资源的重要支撑;而我国海工装备的“心脏”---水下钻、采、集、输系统关键部件全部依赖进口。对此,干勇院士表示,我国亟须开发高强度、大规格、易焊接的船舶与海洋工程用钢。


    就海工特种合金而言,国外研发历史悠久,材料形成系列,更新换代频率高。而国内却呈现高端空白、低端不能用的特征。其表现为:先进材料品种空白,如7Mo超级不锈钢、耐蚀合金等;特种合金制造关键共性技术缺乏,如超纯冶炼、无缺陷连铸、无裂纹热加工等技术;现有产品等级低、质量差、寿命短,使用不安全;钛资源丰富,但海洋用钛尚在起步阶段。


    干勇院士明确,“十三五”期间,应显著提升我国船舶及海工用钢的研发及应用水平,典型材料的性能分别达到最大强度785兆帕级,最大规格180毫米以上,最大焊接热输入200焦耳/厘米,最大寿命延长50%以上,实现焊材、型材配套,示范应用总量达到千吨以上,实现相关高端品种的自给率(按牌号计算)从目前不足40%提高到70%以上。此外,还要完善应用评价体系建设,逐步建立产品评级体系和海工用钢专用规范体系。


    (4)开发高性能交通与建筑用钢满足品质需求


    随着人们生活水平的提高,对高性能交通与建筑用钢的需求也日益增长。以第三代汽车用钢板为例,其应用可在原减重23%的基础上,继续减重10%~20%,整车减重3%~6%,燃耗可降低4%。在世界先进发动机研制和生产中,高温合金材料用量已占到发动机总量的40%~60%。而这些应用部位都关乎发动机的可靠性和安全性,对材料综合性能水平和相关基础工业水平要求甚高。


    为了满足这些新需求,我国需要在高性能交通与建筑用钢方面加大基础研究及重大关键技术的研发,具体目标是:大幅度、大规模地推动车身轻量化和节能减排,实现1000兆帕~1500兆帕的高强塑积第三代汽车用钢的制备与应用,整车减重8%~20%以上;实现时速300千米以上高铁用材基本国产化,重载钢轨满足5亿吨运量或50年使用寿命要求;高耐蚀货车车体用钢满足25年服役寿命要求;典型建筑及桥梁用钢使用寿命可延长到50年~100年,且满足耐火、耐候、耐蚀等功能复合化要求。


    走进高端深海  迈向海洋强国


    发达国家和新兴国家普遍把海洋开发作为国家战略,不断加大实施力度,海洋工程与科技发展也出现了一些新的趋势。


    海洋工程技术的发展对正处于经济转型升级关键时期的我国可以起到重要的技术支撑的战略意义,海洋资源的开发和利用、国家海疆安全、领土完整,都对海洋工程技术及相关材料发展提出了更高的要求。21世纪不仅是海洋世纪,更是深海世纪。各国从20世纪90年代才开始重视海洋资源、海洋工程技术装备、海洋探测、圈海的多种战略活动。而海洋工程装备及其需求材料的发展,支撑了海洋强国战略的发展。


    干勇院士表示在全球科技进入新一轮的密集创新时代,海洋工程与科技向着大科学、高技术方向发展,呈现出绿色化、集成化、智能化、深远化的发展趋势。


    绿色化主要是指海洋工程的“环保、能效,安全、舒适”等方面的综合考量,并成为海洋运载装备行业最大的热门话题和机遇挑战;集成化是指随着海洋科技水平的不断提高,海洋工程装备逐渐向多功能、集成化方向发展;智能化是指在电子技术、信息技术和物联网技术飞速发展带动下,海洋工程装备自动化控制系统朝着分布型、网络型、智能型系统方向推进,实现智能控制、卫星通信导航、船岸信息直接交流等目标,海洋的立体观测网络建设成为普遍的关注点;深远化是指人类走向深海和远海的步伐逐渐加快,相应的海上装备也呈现深远化的发展趋势,各国海洋科学考察活动不断向深海领域推进,深海潜水器作业深度不断增加,寻求新的资源开发和科学发现。


    紧紧围绕建设海洋强国的战略目标,针对维护国家海洋主权与权益、开发深远海资源、拓展生存和发展空间的战略需求,以提高我国在海洋国际竞争中的技术支撑与保障能力为目标,在海洋探测、运载、能源、生物、环境和海陆关联等六大工程方面,大力发展具有自主知识产权的深远海技术和重大装备,提高深远海技术自主创新能力;以高、精、尖的深远海技术为发展重点,以深远海技术发展带动近浅海技术,促进整个海洋技术的发展。


    后记:
建设材料强国,打造“大国筋骨”,是一个决定国家前途命运的重大问题。作为一个超级大国,立足国情全方位、多层次的实现技术创新,持之以恒、坚韧不拔地走下去,是建设材料强国的最强对策。


    人物简介


    干勇,教授级高级工程师,冶金材料专家,中国工程院院士(2001年),博士生导师。1994年至今任连铸技术国家工程研究中心主任,2001年4月至今任钢铁研究总院院长。现兼任中国科学技术协会第八届委员会常委、中国稀土行业协会会长、中国稀土学会理事长、中国金属学会理事长、国家“863”战略专家委员会副主任等职。2002年当选中国共产党十六大代表、主席团成员,2007年当选中国共产党十七大代表。2010年6月当选中国工程院副院长,现任十二届全国政协委员及人口、资源与环境委员会副主任。


    干勇同志长期从事冶金、新材料及现代钢铁流程技术研究,是我国材料冶金、现代钢铁流程的学术带头人之一。先后获国家科技进步二等奖2项及省部级科技进步一等奖5项,获准专利24项,其中发明专利15项,发表论文140余篇,出版著作3部。干勇同志为国家级有突出贡献中青年专家,获国家“八五”科技攻关计划“全国先进工作者”称号和国家“九五”科技攻关计划“全国突出贡献者”称号。主持国家十一五重大支撑计划项目“新一代可循环钢铁流程工艺技术”的研究工作,并担任钢铁行业技术创新战略联盟理事长和国家“重点新材料研发及工程化”重大工程方案编制专家组组长。

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标签: 干勇, 材料强国, 新材料, 钢铁, 海洋材料

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