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廉心桐:钢材是持续发展的新材料

万博manbetx官网2020-12-04 来源:中国冶金报

  “铁器自从3500年前进入人类社会后就再也没有离开过,今天的钢铁材料与20年前的钢铁材料已经大不相同了。”11月27日,上海大学材料科学与工程学院博士后廉心桐在由中国钢铁工业协会指导、中国冶金报社和三宝集团股份有限公司联合主办、福建省冶金工业协会和中晶环境科技股份有限公司协办的2020(第三届)全国钢铁行业绿色发展大会上这样表示。她认为,钢材是持续发展的新材料,绿色是钢材发展的方向,并在会上介绍了两种钢铁新材料——稀土耐蚀普碳钢和含银抗菌毒钢铁材料。

  成本低、寿命长的稀土耐蚀钢

  廉心桐介绍,2019年全国粗钢产量近10亿吨,超过全球总产量的一半。在这近10吨的粗钢中,普碳钢占比为70%左右,低合金钢占比为20%左右。这些产品量大面广,面临着容易被腐蚀的问题。

  廉心桐介绍,我国钢铁材料每年因腐蚀造成的损失占GDP的3%~4%。钢铁企业为了减少钢铁材料的腐蚀,常采用两种方法。一是合金化,如低合金耐候钢、高合金不锈钢,但是成本较高;二是表面涂镀,如金属镀层、油漆涂刷等。金属镀层使用的年限大概是15年~20年,失去镀层之后,钢材腐蚀会加快。“所以,我们需要更低成本和更环保的方式来提高钢材性能。”她说道。

  钢材的发展,代表性的阶段产品分别为Q235RE、304L(不锈钢)、316L、904L(超级不锈钢)。在这期间,钢材耐腐蚀性能不断提高,新的合金化概念也被提出,如稀土合金化。

  廉心桐介绍,我国稀土储量和生产量为世界第一,也是唯一一个具有全部稀土元素种类的国家,高丰度、低成本稀土镧铈钇堆积如山,镧铈钇亟须拓展应用,促进稀土均衡利用。

  稀土合金化的耐腐蚀作用已被研究证实。廉心桐所在的上海大学材料科学与工程学院院长董瀚团队研究发现了稀土多形合金化机理,具体为:稀土变性夹杂物,减小与基体电极电位差,避免点蚀发生;稀土偏聚于界 面,降低界 面能量,避免局部腐蚀发生;稳定与致密表面锈层组织,有效减缓腐蚀速率合金化。

  廉心桐介绍,基于以上研究,董瀚团队通过技术创新,开发了稀土稳定加入技术,使得稀土具有高收得率(≥70%),元素均匀分布,连浇生产顺行,钢材耐腐蚀性能提高,平均达到30%~50%,在实际应用过程中钢材耐腐蚀性能可以达到翻番的状态。产品用于钢结构民居、标准钢结构厂房、钢筋混凝土建筑、集装箱方舱、外挂装饰、地螺丝等。

  稀土耐蚀钢和镀锌的钢材相比,优势有两点。一是成本低;二是使用寿命长,镀锌层的时效是15年~20年,而稀土耐蚀钢的使用寿命可以达到70年,对钢材的绿色化及减量化应用具有积极意义。

  为健康增护盾的含银抗菌毒钢

  “绿色材料除了腐蚀性能和低成本以外,还要安全健康。”廉心桐介绍,董瀚团队研发的含银的抗菌毒钢铁材料对生命的安全和健康有较大作用。

  银在水中能分解出极微量的银离子。这种银离子能吸附水中的微生物,使微生物赖以呼吸的酶失去作用,从而杀死微生物。银离子的杀菌能力十分惊人,十亿分之几毫克的银就能净化1千克的水。

  银制品价格高,多用于装饰品或高档餐具,适用范围小,董瀚团队研发的含银抗菌毒钢铁材料,通过银多形合金化可提高银收得率、降低材料成本,具有耐腐蚀、易成形、消毒杀菌的特点。目前在民用领域的主要有马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢。此外,该材料在飞机发动机、重大装备等领域也有应用。

  廉心桐说,目前,董瀚团队研发的HT150抗病毒材料对甲型流感病毒能够起到99.95%的抗病毒率,HT150、751M、A304L抗病毒材料对黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率能达到99.9%以上。抗菌、抗病毒不锈钢可以应用在公共场所设施和餐饮厨卫等领域。

  “钢铁材料的核心竞争力是低成本,我们希望获得低成本、高性能的钢铁材料。”廉心桐说道。

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