钢铁市场应用前景调研

赵永好^1,2

¹河海大学，²南京理工大学

（一）我国钢市场现状和未来需求

现状

1.  ‌产量和需求‌：2024年10月份，我国生铁产量为7026万吨，同比增长1.4%；钢材产量为11941万吨，同比增长3.5%。41个大类行业中，有35个行业增加值保持同比增长，显示出钢铁行业整体保持增长态势‌。

2.  ‌品种结构‌：以中厚宽钢带为代表的工业板材占比不断提升，工业用钢材的需求超过建筑用钢材，成为第一大钢材品种‌。

3.  ‌市场动态‌：钢铁行业正处于深度调整期，面临供需矛盾、成本高企等挑战。尽管如此，钢铁行业仍展现出较强的发展韧性，出口增长显著，缓解了国内外市场供需矛盾‌。

未来需求

1.  ‌制造业需求‌：随着制造业的快速发展，特别是新能源、高端装备制造等领域的崛起，钢铁需求结构重心逐步向制造业转移。制造业用钢需求占比预计将进一步上升，尤其是新能源、高端装备制造、光伏等领域将有力拉动相应品种钢材需求‌。

2.  ‌政策影响‌：国家政策对钢铁行业有重要影响。例如，大规模设备更新政策和消费品以旧换新政策将带动中高端钢材消费量年增长800万吨以上‌。

3.  ‌国际市场‌：我国钢铁企业在海外投资建厂的趋势明显，这有助于拓展海外市场并促进全球钢铁产业的布局调整‌。

行业趋势

1.  ‌兼并重组‌：钢铁行业正在经历兼并重组高潮期，旨在提高产业集中度、化解过剩产能、实现市场动态平衡‌。

2.  ‌科技创新‌：钢铁企业需加大科技创新力度，提高生产效率，节能降耗，以应对市场变化‌。

3.  ‌出口竞争力‌：我国钢铁企业的出口竞争力不断提升，出口增长显著，反映出国内钢铁企业的产品质量和竞争力的提升‌。

综上所述，我国钢铁市场在产量和需求方面保持增长态势，但面临供需矛盾和成本高企等挑战。未来需求将主要集中在制造业，特别是新能源、高端装备制造等领域。同时，兼并重组、科技创新和出口竞争力的提升将是行业发展的关键趋势。

（二）钢应用的科技难题和我课题组的突破

1. 耐热钢是一种用于高温作业下具有较好的力学强度和抗腐蚀性能的一种钢，通过添加较多的合金元素实现独特的合金化和微观组织，通过在表面形成致密的Cr₂O₃氧化膜和析出碳化物颗粒提高强度和耐氧化性能，可以广泛运用于航天航空、高温应用、化学工业等领域，具有重要的应用价值。然而因为需要昂贵的合金元素参与合金化，价格相对较高，生产成本比较高，并且因为本身密度比较高在一些需要轻量化的航天航空领域，是一个限制因素，所以如何实现轻量化和控制成本前提下优化材料强塑性匹配性是我们所做的工艺加工。本研究组通过多维动态脉冲剧烈塑性变形技术，实现对棒状材料剧烈三向应力锻打强化金属材料强度，细化晶粒尺寸，形成特定取向的纤维晶粒，再结合后续二次退火工艺调整再结晶比例、超细晶区、纤维晶粒微观组织，实现耐热钢整体强塑性同时提高的结果。对于420马氏体耐热不锈钢初始抗拉强度为680Mpa，屈服强度为450Mpa，断裂延伸率为19.2%，通过旋转锻造最高抗拉强度可达到1460Mpa，通过二次退火工艺热处理，实现抗拉强度810Mpa，提高19.1%，屈服强度为790Mpa，提高75.5%，断裂延伸率为21.1%，提高9.9%,实现通过微观组织调控和变形细化实现优化耐热钢性能和轻量化工艺的一种可行性方法。

2. 近年来，随着人们对汽车轻量化和碰撞安全性的重视，汽车用钢得到了较大发展。中锰钢作为第三代先进高强度钢的主要候选材料之一受到重视。由于中锰钢内存在的TRIP效应，使得在制备过程中，奥氏体转变为马氏体，将会大幅度提高强度。我们采用多维动态脉冲塑性变形技术制备出屈服强度最高为1.9Gpa，延伸率为4.5%的高强中锰钢。为了得到更好的强塑性匹配，我们进行650℃20min退火，得到屈服强度为1085MPa，延伸率为26.7%的优异性能。除此之外，在工程应用领域，我们研究了0.5ε中锰钢不同取向的断裂韧性，发现由于多维动态脉冲塑性变形技术制备出的样品具备强取向，造成断裂韧性的各向异性，其中在两个脆性方向，断裂韧性值分别为K_IC = 31.32 MPa m^1/2，K_IC = 38.80 MPa m^1/2。断裂韧性最高的方向由于裂纹扩展路径的影响，导致裂纹偏转了90°，我们认为测量值为该方向的断裂韧性下限，即使是下限断裂韧性值也达到了K_IC≥96.26 MPa m^1/2。

3. Q235碳素钢是一种易冶炼、强度和塑性较好、价格较为低廉的金属结构材料，因其切削性能和成型性能好、经济性高等优点被广泛应用于造船、车辆、桥梁等行业，但是其低强度限制了它的进一步工业应用。目前国内对于高精度、高质量、高强度、高韧性的高端工艺技术仍然比较薄弱。本研究组发展了多维动态脉冲塑性变形技术，其独特的三向应力状态使之具有突出的强化金属和细化晶粒的能力。通过适当的工艺设计和构筑新型微观结构，将Q235碳素钢的抗拉强度提升至1115MPa。另外，变形材料经过适当热处理工艺后的抗拉强度为740 MPa，延伸率稳定维持在16%左右。翔实的微观组织演变表征、变形行为分析及强化机制揭示对开发高性能碳素钢具有重要的指导意义。

4. 无磁钢广泛应用于电力、轨道交通、军事等领域，其性能要求具有优良的力学性能和无磁稳定性。而非磁性钢一般为奥氏体钢，影响非磁性稳定性的因素是分布在晶界上的磁性析出物。严重塑性变形后，磁性析出物容易析出，难以保持磁稳定性，导致力学性能与磁稳定性不能平衡。本项目为实现高强高韧低磁导率无磁钢，我们提出了纳米微观结构宏观定向设计（MDDM）的新思路，即通过纳米微观结构设计，将材料的性能在需要的方向上最大化，对螺钉螺母而言，使之在强度及磁性方面提升最优。本项目同时发展了多维动态脉冲塑性变形技术，实现了上述微观结构的设计，制备的定向纳米晶高锰无磁钢具有优异的力学和无磁性能。拉伸强度达到1.3 GPa和1.4 GPa，同时保持22%和14%的高塑性。磁导率保持在1.004以下，表现出良好的非磁稳定性。

5. 炮钢材料大多属于低合金高强钢,广泛应用于先进武器装备如炮身、炮尾和炮闩等主要结构件的制造中。研究团队通过对炮钢微观组织演变规律的深入理解和精准控制，通过多维动态脉冲塑性变形技术和退火热处理的优化对炮钢材料进行加工,成功地将其力学性能大幅提升。该炮钢材料的抗拉强度相较初始炮钢材料的930Mpa，提升至1900 MPa,屈服强度达到1350 MPa,与此同时保持了约10%的良好断裂延伸率。这些出色的力学指标不仅大幅提高了材料的整体强度,也确保了其足够的塑性与韧性。这种高强度、高韧性的性能组合,使该炮钢材料能够更好地满足军用装备对材料强度、耐冲击等苛刻要求，有效保证了炮钢的战术技术性能。这不仅提高了武器装备的可靠性和使用寿命,同时也降低了装备制造成本。

（三）钢龙头生产厂家