歐洲冶金路線圖對中國冶金行業啟示!

金屬和合金可廣泛應用于包括高新技術產品在內的各個領域。歐洲冶金業不僅在基礎研究領域表現出色,而且在合金工業生產、下游處理、終端應用和回收領域也表現 突出。促進歐洲金屬和冶金研發創新,一方面可以緩解能源短缺,實現碳排放減量,促進可再生能源發展,提供醫療保健和就業保障;另一方面也有助于進一步提高 整個冶金及金屬制品業的附加值。


為此,2012年,歐洲科學基金會(ESF)發布了《冶金歐洲——2012—2022復興計劃》科技報告。在此基礎上,2014年9月22日,ESF 又啟動了一項為期7年的“冶金歐洲”項目。2015年1月,為進一步落實“冶金歐洲”計劃的后續行動,歐盟委員會發布了《歐洲冶金路線圖:生產商與終端用 戶展望》報告,對目前歐洲冶金工業領域中面臨的諸多問題,以及未來中長期發展目標和發展主題做了明確的分析和界定。歐洲冶金路線圖的發布可以進一步 促進歐洲在金屬新材料及其制造技術等領域的研發。同時,加大研發創新和推動下游應用行業發展也是我國冶金行業發展面臨的關鍵問題。因此,本文將重點介紹歐 洲冶金路線圖的發布背景和具體內容,并在此基礎上提出促進我國冶金行業在各個高新技術領域應用的措施建議。


一、歐洲冶金路線圖發布背景1歐洲冶金行業發展現狀和趨勢

地球上自然存在的元素共有90種,其中18種為非金屬元素,如惰性氣體和鹵素等,7種為半金屬元素,而剩余的65種均為金屬元素,其中有60種已經作為商 用。金屬和合金對于諸多工業及工業制品業來說至關重要。在這些金屬元素中,約有20多種被認為是歐洲工業發展的關鍵金屬元素。


通常來說,冶金行業主要包括金屬礦物的勘探、開采、精選、冶煉、軋制成材等相關行業,以及涉及金屬的材料科技發展。整個冶金行業創新涉及基礎理論、金屬冶煉、原料添加、規?;a、新應用,以及新產品開發、材料回收,等等。


從歷史上看,歐洲一直在冶金領域獨樹一幟。目前,歐盟冶金行業的生產總值占整個制造行業總產值的46%,占國內生產總值的11%,是歐洲工業發展的重要部門。然而,隨著美國和亞洲的技術發展,歐洲要想保持在金屬制品領域的地位,則需要提高其在產品生產方面的創新能力。


冶金行業的發展需要原燃料及其預處理技術等多方面的支持。處理技術的逐步升級,不僅提高了生產效率和熟練程度,降低了環境污染的風險,原料消耗也逐步下降。此外,納米技術、原燃料和廢棄物小化技術以及節能技術的發展,也將長期成為冶金工業創新領域的研究重點。


因此,考慮到材料學和冶金學對經濟、能源、環境和社會發展等方面的影響,歐洲冶金工業的發展戰略將主要側重以下4個方面:一是推動產品創新,滿足產品和應用 的新需求,以及經濟和社會發展的新需求;二是提升材料特性和性能;三是充分利用金屬冶煉、制造、加工和再利用等技術,改進礦山勘探、開采、金屬回收技術; 四是改善基礎設施,促進技術創新。


2歐洲冶金路線圖制定的意義

冶金行業的發展對解決整個歐洲面臨的社會挑戰具有重要意義。該報告為今后10~20年乃至更長時期內,歐洲在金屬新材料以及材料性能改善方面的研發活動制定 了一份詳細的議程安排。該路線圖綜合考慮了全部金屬材料的應用領域:包括交通、建筑、消費品、電子、能源和工具等行業。這些行業代表了終端應用領域對冶金 科技的不同需求。同時,路線圖還指出了各個領域為滿足未來應用新需求所應達到的必要條件。該路線圖的實施,將極大地增強未來歐洲關鍵冶金技術的研發需求和 創新,并提升歐洲在先進冶金技術方面的實力。


二、歐洲冶金業發展現狀

1交通行業(陸面、海洋和航空)

(1)陸面交通

目前,歐洲冶金行業在陸面交通領域的應用主要包括:


一是涂層。歐洲冶金涂料行業發展較為零碎,因此需更好地協調這一領域的研發活動。目前,冶金涂層領域的應用主要包括:鋅和鋅合金鍍層用于防腐;物理氣相沉積 (PVD)技術、可替代熱浸鍍鋅(HDG)技術,應用于汽車行業以減少涂層重量,提高耐久性;熱障涂層陶瓷,用于降低發動機艙溫度;納米摩擦學,主要提高 納米級潤滑性;化學氣相沉積(CVD)和等離子輔助化學氣相沉積(PACVD)技術,用于動力傳動應用中的磨損保護,并減少摩擦;熱噴涂層技術,用于減少 燃燒發動機內的摩擦,并降低重量。


二是粉末冶金。粉末冶金是歐洲發展突出的領域。根據2011年報告,歐洲粉末冶金產品每年成交額超過60億歐元。


三是合金。歐盟是全球第二大鋼鐵生產國,鋼鐵行業從業人員超過36萬人,鋼材年產量達到1.77多億噸,占全球總產量的11%。同時,歐盟還是世界的高 附加值鋼材產品的設計國和生產國。但是,近年來,日本、韓國、中國、美國等國家的先進高強度鋼材(AHSS)發展較為迅速。


在合金研發領域,歐洲與日本、美國合作開展了關于耐高溫鋼材的研發。這項研究主要為解決高溫車間以及發動機的應用需求;此外,研究還包含了對材料長期斷裂全度的預測和中短期的蠕變疲勞作用測試。


歐洲還開展了鋼材在軌道應用方面的研究。隨著鐵路車輛有效載荷的增加,要求軌道鋼的強度要達到1000~1100MPa,硬度達到300~320HBW,爭取達到400HBW。但由于認證方面的問題,鐵路多使用碳錳鋼,很難引進新等級鋼材,這是目前亟需解決的難題。


高品質鋼材的應用越來越廣泛,特別是多相超高強度鋼發展迅猛。由于解決了焊接性問題,這些鋼材也正被引入市場。同時,焊接熱循環對微觀開發和動態加載的力學性能的影響研究也正在進行。此外,為改善耐蝕性能,推動大范圍應用,需進一步研究新的涂層技術。


歐洲針對輕金屬合金的研發工作持續進行,如汽車應用領域的鋁合金和鎂合金。研究領域包括高強度合金開發、涂層技術、焊接技術和輕質泡沫金屬等。目前,歐洲新型合金發展的障礙是缺乏經濟可行的生產工藝、金屬連接技術以及對切割邊緣敏感性所帶來的危險性的充分認識。


四是金屬復合材料。歐洲金屬復合材料研究主要集中于交通運輸應用中的高強度輕量化關鍵部件中。目前,研發工作主要針對發動機零部件,而只有嵌入金屬復合材料的閥座尚未應用到汽車行業,這主要是由于生產成本過高,加工操作較為困難。


(2)海洋交通

海洋交通領域主要涉及船舶,但是海洋部門還可以包括很多其他與冶金相關的領域,如:海上建筑、石油和天然氣管道、深海采礦、焊接、輕量化合金等。這些領域涉及的冶金技術基本類似。


海洋交通領域的創新通常不會帶來巨大的突破,主要是技術的逐步改進。在這一領域,新技術的應用首先要考慮可靠性和經濟收益,這也就意味著需要穩定發展現有的 成熟技術。然而,需要注意的是,在國際海洋產業領域,即使是應用的微小進展通常也被視為較大的進步。正是由于海洋產業具有如此特性,其不能僅僅局限于單個 國家,任何進展都有可能影響全球的航運業。而海洋交通領域所用材料的變化也正反映了這些趨勢的變化。正是由于海上建筑物使用了大量的新材料,因而,更要考 慮其成本收益率。而從冶金學的角度來看,這就需要解決包括提高能源使用效率、加強環境保護,以及提高項目收益率等諸多挑戰。


(3)航天

歐洲航天領域發展較為規范,如“潔凈天空”聯合技術行動制定了一系列詳細具體的研究議程。該行動計劃擁有較高的技術水平,而后續計劃將于2016年開始實施。


目前,歐洲航空行業發展的優勢之一就是基本不存在空白的關鍵技術領域。但是金屬在航空領域的應用仍存在弱點,如耐腐蝕性、損傷容量、重量/強度比、熱性能以及制造成本等。


此外,目前歐洲正在對航空部件的近凈成型或凈成型制造開展研究,但這將是一個漫長的過程。


根據歐洲航空研究與創新咨詢委員會預計,到2050年,力爭實現每乘客公里二氧化碳排放下降75%、氮氧化物下降90%、噪音下降65%的目標。該目標將從長期改變這一領域的產品技術發展。



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更新時間:2021-12-11  【打印此頁】  【關閉
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