日本新材料科學家:30年後將是"超級鋼鐵"的時代

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我們的口號是“開發出強度為現代鋼鐵的2倍，壽命也為2倍的超級鋼鐵”日本將不需要鐵礦石了，所有的廢鐵都有可能被製造成“超級鋼鐵”。這也必將是中韓等國要走的路。

日本從1997年開始研究具有高強度和長壽命的“超級鋼鐵”。日本研究“超級鋼鐵”的初衷是什麼？“超級鋼鐵”會對傳統鋼鐵行業產生怎樣的影響？本報記者日前來到日本物質材料研究機構(N IM S)，對該機構新材料領域的學科帶頭人、從1997年就參與研發“超級鋼鐵”的長井壽進行了採訪。

日本研發“超級鋼鐵”是為了適應未來發展

《經濟參考報》：日本研發“超級鋼鐵”的背景是什麼？

長井壽：1995年日本發生阪神大地震，當地鋼鐵建築毀於一旦，引發日本學界對鋼鐵材料重要性的思考。為了適應未來發展，很多學者提出要開發更堅固的鋼鐵材料。這是研發“超級鋼鐵”的起源。

《經濟參考報》：“超級鋼鐵”的研發分為第一期和第二期，各期的目標是什麼？

長井壽：第一期從1997年到2001年，第二期從2002年到2007年。第一期的口號是“開發出強度為現在鋼鐵的2倍、壽命也為2倍的超級鋼鐵”，具體有4項內容：一是把在日本利用最廣泛的低碳素鋼鐵SM 490的強度提升2倍，並保證其可以焊接使用；二是將螺栓的強度提升到180O M PA；三是為了提高熱效率，將用於製造火力發電設備的鋼材料的耐熱溫度從6 0 0℃提升到650℃；四是製造不易生銹的鋼鐵。這4個目標在第一期結束時就基本實現了。

《經濟參考報》：效率如此之高，原因何在？

長井壽：我們總結了以下4點成功經驗。一是設立高目標，我們設立的目標是從來沒有人提出過的。二是加強同民間企業、大學研究人員的交流合作。以前我們在這方面做得不夠，只是研究所內部專家閉門搞研究。在這個項目中，我們向企業和大學敞開大門，有來自民間企業的經營者80人和各相關大學的教授150人參與。三是在項目運營和管理上分成4個小組，請民間企業和其他研究機構的領導參加，一年舉行兩次分科會，就項目進程和出現的問題及時通報和討論。討論會上，各方都毫無保留地指出存在的問題。四是利用新手段和新設備進行試驗。為了得到更精確的參數，我們獨自開發了100多種新的試驗設備，其中有20多種還申請了專利。

《經濟參考報》：你們具體開發了哪些新設備？

長井壽：我們開發了能穿透鋼鐵的電子顯微鏡。在原有的鋼鐵中添加多種新元素時，通過這個電子顯微鏡能觀察元素在鋼鐵結構中的分佈狀況。在對鋼鐵進行耐疲勞試驗時，還發明瞭一個高速運轉的疲勞機，以前的機器只能試驗100萬次，現在可以在相同時間內試驗1 0億次。另外，我們還花了10年時間研製了一個模擬場景裝置，叫“腐蝕模擬實驗室”，可模擬真空狀態下颳風、下雨等各種自然現象下鋼鐵的變化。我們用了一年時間收集數據，並分析在這些情況下我們製造鋼鐵時最應該注意的問題。我們以前一直認為下雨時鋼鐵易生銹，但後來我們發現，如果鋼鐵沾滿了海鹽，那麼越是下雨就越難生銹。

“超級鋼鐵”逐步走向產業化

《經濟參考報》：第一期研發中，有企業出資嗎？

長井壽：第一期研發經費約120億日元全部由文部省撥款，不允許企業出資。但是很多企業都通過派研發人員的形式參與共同研究。

《經濟參考報》：第二期的目標是什麼？

長井壽：第一期結束時大部分目標已經完成了，第二期主要是將第一期的目標重新進行整理，並通過更多的重復試驗來證明第一期達成的目標是具有可複製性的。為了使新研發的“超級鋼鐵”運用到實際生產中，我們還請各建築公司、鋼鐵公司、電力公司一起舉辦研討會，研究到底還存在哪些不足和問題。

《經濟參考報》：“超級鋼鐵”項目第二期的經費是多少？

長井壽：約80億日元。從第二期開始，企業也可參與共同出資。

《經濟參考報》：這個項目沒有第三期嗎？

長井壽：沒有。一般來說，日本的科技研發程式分為3個階段，先由文部省發起純學術研究，之後一些研究成果和項目被經濟產業省接手，提高民間企業參與度。第三個階段完全由民間企業接管。目前我們還在繼續進行一些基礎研究，如耐熱鋼的壽命問題、耐腐蝕鋼的研究、氫氣對鋼鐵的遲緩破壞作用等。

《經濟參考報》：現在日本的鋼鐵再利用達到了什麼水準？

長井壽：就我的理解來說，日本鋼鐵的再利用程度相當高。這些年來，很多企業一直致力於減少鋼鐵中銅的含量。因為鋼鐵中混有銅就會影響鋼鐵的品質。而我們經過研究發現，如果銅含量等於或低於0.3%的話，基本不會對鋼鐵品質產生影響。今後，如何在提高鋼鐵高性能的基礎上壓低成本是我們基礎研究的一個課題。

《經濟參考報》：你們成立商品化研發小組了嗎？

長井壽：是，應文部省快速產業化的要求，我們成立了商品化研發小組。當時，各企業對於迅速商品化不是很感興趣。但從我們科研人員的角度來說，這是一個和企業人士交流的很好平臺。我們逐漸開始考慮新產品對於整個鋼鐵產業的影響。儘管我們現在開發的“超級鋼鐵”還沒有實現產業化，但是在研製過程中的很多成果和理念都已被運用到實際產品中，比如日本企業製造的世界上第一款細

微粒鋼，就是應用了“超級鋼鐵”的部分技術。

“超級鋼鐵”利用廢鐵取代部分鐵礦石進口

《經濟參考報》：“超級鋼鐵”的誕生對日本鋼鐵業及日本鋼鐵資源有什麼影響？

長井壽：以前我們曾預測過，如果日本鋼鐵每年保持產量為1億噸，到2050年產生的廢鐵將達6000萬噸到7000萬噸。但是近10年來這個假設已經不成立了，因為日本生產的鋼鐵一半以上都出口了，現在日本的廢鐵量在緩慢增長，大概維持在3000萬噸到4000萬噸。而日本國內的鋼鐵需求大概也是這個數字， “超級鋼鐵”研究的一個重點在於廢鐵的再利用，目標是讓以廢鐵為原料加工成的鋼鐵與從鐵礦石加工的成鐵擁有同等甚至更高的品質，而且價廉。

極端一點說就是，日本將不需要鐵礦石了。這也必將是中韓等國要走的路。最快30年後，將是“超級鋼鐵”的時代。如果產業界有需求，日本國內所有的廢鐵都有可能被製造成“超級鋼鐵”。日本還可以在國外利用廢鐵生產“超級鋼鐵”供出口。這將是鋼鐵產業的一個新模式。