欧洲冶金路线图对中国冶金行业启示!

金属和合金可广泛应用于包括高新技术产品在内的各个领域。欧洲冶金业不仅在基础研究领域表现出色,而且在合金工业生产、下游处理、终端应用和回收领域也表现 突出。促进欧洲金属和冶金研发创新,一方面可以缓解能源短缺,实现碳排放减量,促进可再生能源发展,提供医疗保健和就业保障;另一方面也有助于进一步提高 整个冶金及金属制品业的附加值。


为此,2012年,欧洲科学基金会(ESF)发布了《冶金欧洲——2012—2022复兴计划》科技报告。在此基础上,2014年9月22日,ESF 又启动了一项为期7年的“冶金欧洲”项目。2015年1月,为进一步落实“冶金欧洲”计划的后续行动,欧盟委员会发布了《欧洲冶金路线图:生产商与终端用 户展望》报告,对目前欧洲冶金工业领域中面临的诸多问题,以及未来中长期发展目标和发展主题做了明确的分析和界定。欧洲冶金路线图的发布可以进一步 促进欧洲在金属新材料及其制造技术等领域的研发。同时,加大研发创新和推动下游应用行业发展也是我国冶金行业发展面临的关键问题。因此,本文将重点介绍欧 洲冶金路线图的发布背景和具体内容,并在此基础上提出促进我国冶金行业在各个高新技术领域应用的措施建议。


一、欧洲冶金路线图发布背景1欧洲冶金行业发展现状和趋势

地球上自然存在的元素共有90种,其中18种为非金属元素,如惰性气体和卤素等,7种为半金属元素,而剩余的65种均为金属元素,其中有60种已经作为商 用。金属和合金对于诸多工业及工业制品业来说至关重要。在这些金属元素中,约有20多种被认为是欧洲工业发展的关键金属元素。


通常来说,冶金行业主要包括金属矿物的勘探、开采、精选、冶炼、轧制成材等相关行业,以及涉及金属的材料科技发展。整个冶金行业创新涉及基础理论、金属冶炼、原料添加、规模化生产、新应用,以及新产品开发、材料回收,等等。


从历史上看,欧洲一直在冶金领域独树一帜。目前,欧盟冶金行业的生产总值占整个制造行业总产值的46%,占国内生产总值的11%,是欧洲工业发展的重要部门。然而,随着美国和亚洲的技术发展,欧洲要想保持在金属制品领域的地位,则需要提高其在产品生产方面的创新能力。


冶金行业的发展需要原燃料及其预处理技术等多方面的支持。处理技术的逐步升级,不仅提高了生产效率和熟练程度,降低了环境污染的风险,原料消耗也逐步下降。此外,纳米技术、原燃料和废弃物小化技术以及节能技术的发展,也将长期成为冶金工业创新领域的研究重点。


因此,考虑到材料学和冶金学对经济、能源、环境和社会发展等方面的影响,欧洲冶金工业的发展战略将主要侧重以下4个方面:一是推动产品创新,满足产品和应用 的新需求,以及经济和社会发展的新需求;二是提升材料特性和性能;三是充分利用金属冶炼、制造、加工和再利用等技术,改进矿山勘探、开采、金属回收技术; 四是改善基础设施,促进技术创新。


2欧洲冶金路线图制定的意义

冶金行业的发展对解决整个欧洲面临的社会挑战具有重要意义。该报告为今后10~20年乃至更长时期内,欧洲在金属新材料以及材料性能改善方面的研发活动制定 了一份详细的议程安排。该路线图综合考虑了全部金属材料的应用领域:包括交通、建筑、消费品、电子、能源和工具等行业。这些行业代表了终端应用领域对冶金 科技的不同需求。同时,路线图还指出了各个领域为满足未来应用新需求所应达到的必要条件。该路线图的实施,将极大地增强未来欧洲关键冶金技术的研发需求和 创新,并提升欧洲在先进冶金技术方面的实力。


二、欧洲冶金业发展现状

1交通行业(陆面、海洋和航空)

(1)陆面交通

目前,欧洲冶金行业在陆面交通领域的应用主要包括:


一是涂层。欧洲冶金涂料行业发展较为零碎,因此需更好地协调这一领域的研发活动。目前,冶金涂层领域的应用主要包括:锌和锌合金镀层用于防腐;物理气相沉积 (PVD)技术、可替代热浸镀锌(HDG)技术,应用于汽车行业以减少涂层重量,提高耐久性;热障涂层陶瓷,用于降低发动机舱温度;纳米摩擦学,主要提高 纳米级润滑性;化学气相沉积(CVD)和等离子辅助化学气相沉积(PACVD)技术,用于动力传动应用中的磨损保护,并减少摩擦;热喷涂层技术,用于减少 燃烧发动机内的摩擦,并降低重量。


二是粉末冶金。粉末冶金是欧洲发展突出的领域。根据2011年报告,欧洲粉末冶金产品每年成交额超过60亿欧元。


三是合金。欧盟是全球第二大钢铁生产国,钢铁行业从业人员超过36万人,钢材年产量达到1.77多亿吨,占全球总产量的11%。同时,欧盟还是世界的高 附加值钢材产品的设计国和生产国。但是,近年来,日本、韩国、中国、美国等国家的先进高强度钢材(AHSS)发展较为迅速。


在合金研发领域,欧洲与日本、美国合作开展了关于耐高温钢材的研发。这项研究主要为解决高温车间以及发动机的应用需求;此外,研究还包含了对材料长期断裂全度的预测和中短期的蠕变疲劳作用测试。


欧洲还开展了钢材在轨道应用方面的研究。随着铁路车辆有效载荷的增加,要求轨道钢的强度要达到1000~1100MPa,硬度达到300~320HBW,争取达到400HBW。但由于认证方面的问题,铁路多使用碳锰钢,很难引进新等级钢材,这是目前亟需解决的难题。


高品质钢材的应用越来越广泛,特别是多相超高强度钢发展迅猛。由于解决了焊接性问题,这些钢材也正被引入市场。同时,焊接热循环对微观开发和动态加载的力学性能的影响研究也正在进行。此外,为改善耐蚀性能,推动大范围应用,需进一步研究新的涂层技术。


欧洲针对轻金属合金的研发工作持续进行,如汽车应用领域的铝合金和镁合金。研究领域包括高强度合金开发、涂层技术、焊接技术和轻质泡沫金属等。目前,欧洲新型合金发展的障碍是缺乏经济可行的生产工艺、金属连接技术以及对切割边缘敏感性所带来的危险性的充分认识。


四是金属复合材料。欧洲金属复合材料研究主要集中于交通运输应用中的高强度轻量化关键部件中。目前,研发工作主要针对发动机零部件,而只有嵌入金属复合材料的阀座尚未应用到汽车行业,这主要是由于生产成本过高,加工操作较为困难。


(2)海洋交通

海洋交通领域主要涉及船舶,但是海洋部门还可以包括很多其他与冶金相关的领域,如:海上建筑、石油和天然气管道、深海采矿、焊接、轻量化合金等。这些领域涉及的冶金技术基本类似。


海洋交通领域的创新通常不会带来巨大的突破,主要是技术的逐步改进。在这一领域,新技术的应用首先要考虑可靠性和经济收益,这也就意味着需要稳定发展现有的 成熟技术。然而,需要注意的是,在国际海洋产业领域,即使是应用的微小进展通常也被视为较大的进步。正是由于海洋产业具有如此特性,其不能仅仅局限于单个 国家,任何进展都有可能影响全球的航运业。而海洋交通领域所用材料的变化也正反映了这些趋势的变化。正是由于海上建筑物使用了大量的新材料,因而,更要考 虑其成本收益率。而从冶金学的角度来看,这就需要解决包括提高能源使用效率、加强环境保护,以及提高项目收益率等诸多挑战。


(3)航天

欧洲航天领域发展较为规范,如“洁净天空”联合技术行动制定了一系列详细具体的研究议程。该行动计划拥有较高的技术水平,而后续计划将于2016年开始实施。


目前,欧洲航空行业发展的优势之一就是基本不存在空白的关键技术领域。但是金属在航空领域的应用仍存在弱点,如耐腐蚀性、损伤容量、重量/强度比、热性能以及制造成本等。


此外,目前欧洲正在对航空部件的近净成型或净成型制造开展研究,但这将是一个漫长的过程。


根据欧洲航空研究与创新咨询委员会预计,到2050年,力争实现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%的目标。该目标将从长期改变这一领域的产品技术发展。



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更新时间:2021-12-11  【打印此页】  【关闭