2012年我國(guó)的鋼產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了7.16億噸，產(chǎn)值超過(guò)3萬(wàn)億元，只要把其中的超級(jí)鋼比例提高1%，其帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)效益增量就會(huì)超過(guò)數(shù)十億元。

　　自重更輕而硬度更高，似乎是人們一直不懈追求的方向，針對(duì)這種需求，碳纖維和超級(jí)鋼的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已經(jīng)成為國(guó)際上新材料領(lǐng)域和鋼鐵領(lǐng)域令人矚目的研究熱點(diǎn)。

　　既輕又堅(jiān)固的新材料，似乎從未如此像今天這樣近距離的走進(jìn)過(guò)我們的生活。

　　在剛剛過(guò)去的1月份，寶馬公司在中國(guó)推出了全新進(jìn)口5系轎車(chē)，這款車(chē)最大看點(diǎn)之一，就是其超輕量級(jí)的碳纖維引擎蓋有效的降低了重量。

　　去年，一家科技網(wǎng)站稱(chēng)，蘋(píng)果正在打造一款神秘設(shè)備，而它要用到碳纖維材質(zhì)。消息稱(chēng)，碳纖維材質(zhì)部件主要用于設(shè)備的外殼部分。或許不久的將來(lái)，iPhone 6外殼由碳纖維材料打造也說(shuō)不定。

　　以細(xì)晶粒、高強(qiáng)度、低成本、環(huán)境友好為特征的超級(jí)鋼，自本世紀(jì)初在寶鋼、鞍鋼、本鋼等實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)之后，在鋼鐵企業(yè)掀起一陣陣超級(jí)鋼旋風(fēng)，各廠競(jìng)相開(kāi)發(fā)超級(jí)鋼板帶材、棒線(xiàn)材等產(chǎn)品，超級(jí)鋼產(chǎn)量由最初的幾千噸試制品迅速飆升到數(shù)千萬(wàn)噸。超級(jí)鋼的技術(shù)思路已經(jīng)深入人心。目前，已由企業(yè)個(gè)別行動(dòng)升級(jí)為行業(yè)規(guī)范和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

　　超級(jí)鋼：挺起和平發(fā)展脊梁

　　“30年后，將是‘超級(jí)鋼鐵’的時(shí)代?！?我國(guó)軋鋼領(lǐng)域的著名專(zhuān)家東北大學(xué)劉相華教授在接受科技日?qǐng)?bào)采訪(fǎng)時(shí)，表達(dá)了自己對(duì)于超級(jí)鋼未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)。

　　2012年，央視《創(chuàng)新中國(guó)》欄目報(bào)道，我國(guó)的微晶鋼（超級(jí)鋼）居于世界領(lǐng)先地位。超級(jí)鋼的特點(diǎn)是：低成本、高強(qiáng)韌性、環(huán)境友好、節(jié)省合金元素和有利于可持續(xù)發(fā)展，被視為鋼鐵領(lǐng)域的一次重大革命；我國(guó)是目前世界上唯一實(shí)現(xiàn)超級(jí)鋼的工業(yè)化生產(chǎn)的國(guó)家，其他國(guó)家的超級(jí)鋼尚未走出實(shí)驗(yàn)室。

　　劉相華表示，目前的鋼鐵材料還遠(yuǎn)未達(dá)到強(qiáng)韌性的理論極限，“超級(jí)鋼鐵”研究還將繼續(xù)下去，這幾年我國(guó)陸續(xù)出現(xiàn)的第三代汽車(chē)鋼、高品質(zhì)特殊鋼等就是例證。

　　超級(jí)鋼發(fā)展的另一個(gè)著眼點(diǎn)是廢鋼的再利用，30年后我國(guó)將有更多的鋼鐵陸續(xù)退出服役期成為廢鋼，廢鋼的循環(huán)利用比用鐵礦石煉鋼簡(jiǎn)單廉價(jià)，到那時(shí)超級(jí)鋼因其成分簡(jiǎn)單而發(fā)揮出無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

　　據(jù)劉相華介紹，2012年我國(guó)的鋼產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了7.16億噸，產(chǎn)值超過(guò)3萬(wàn)億元，只要把其中的超級(jí)鋼比例提高1%，其帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)效益增量就會(huì)超過(guò)數(shù)十億元。

　　劉相華說(shuō)，開(kāi)發(fā)超級(jí)鋼的歷程可以追溯到1998年，那時(shí)我國(guó)鋼產(chǎn)量已經(jīng)躍居世界第一，但是品種質(zhì)量與國(guó)外差距很大?？萍疾糠謩e在1998年和2001年啟動(dòng)了973計(jì)劃：《新一代鋼鐵材料研究》和863計(jì)劃：《500MPa碳素鋼先進(jìn)制造技術(shù)》。在這兩個(gè)重大項(xiàng)目的支持下，東北大學(xué)與寶鋼、一汽等企業(yè)合作，2002年成功地實(shí)現(xiàn)了超級(jí)鋼的工業(yè)生產(chǎn)并用于汽車(chē)制造，這標(biāo)志著我國(guó)超級(jí)鋼開(kāi)發(fā)應(yīng)用走到國(guó)際前列。

　　在這兩個(gè)重大項(xiàng)目結(jié)題之后，作為國(guó)家層面的超級(jí)鋼開(kāi)發(fā)整體上告一段落，超級(jí)鋼的思想已經(jīng)深入人心，作為超級(jí)鋼標(biāo)志性成果的一系列技術(shù)措施在全國(guó)遍地開(kāi)花。

　　“開(kāi)發(fā)超級(jí)鋼過(guò)程中形成的技術(shù)思路，十多年來(lái)一直影響著鋼材品種開(kāi)發(fā)和質(zhì)量提升的發(fā)展趨勢(shì)?！?劉相華說(shuō)道。

　　近年來(lái)已經(jīng)把超級(jí)鋼低成本、高強(qiáng)度的思想升級(jí)為低成本、高性能。除了強(qiáng)度這個(gè)重要的指標(biāo)之外，在經(jīng)歷一系列破壞性地震、海嘯等重大自然災(zāi)害之后，人們更加關(guān)注鋼材的屈強(qiáng)比、抗震性、耐火性等關(guān)乎人類(lèi)生命安全的鋼材技術(shù)指標(biāo)?！俺?jí)鋼的技術(shù)指標(biāo)體系中，不再是‘強(qiáng)度’一枝獨(dú)秀，而是強(qiáng)度、塑性、韌性以及抗震性和耐火性等使用性能全面提升?！?劉相華說(shuō)。

　　隨著我國(guó)超過(guò)美國(guó)成為汽車(chē)產(chǎn)量第一大國(guó)，汽車(chē)用鋼品種質(zhì)量發(fā)展迅速。劉相華介紹，汽車(chē)用鋼的主導(dǎo)產(chǎn)品的強(qiáng)度等級(jí)正在由200―400MPa向500―800MPa的方向發(fā)展，個(gè)別部件甚至超過(guò)了1000MPa。低成本、高性能的技術(shù)路線(xiàn)，取得成功。

　　貫穿超級(jí)鋼開(kāi)發(fā)中低成本、高性能的思想，不僅可用于提升材料內(nèi)部的性能，也可以外延用于優(yōu)化鋼材的形狀尺寸。這方面，劉相華教授領(lǐng)導(dǎo)的東北大學(xué)差厚板課題組近幾年在變厚度軋制方面的科研實(shí)踐取得了成效。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，差厚板用于汽車(chē)制造減重效果可達(dá)10―40%。劉相華表示，令人興奮的是，今年3月7日上海汽車(chē)集團(tuán)召開(kāi)了“連續(xù)差厚板自主技術(shù)國(guó)內(nèi)首次成功量產(chǎn)應(yīng)用總結(jié)會(huì)”，標(biāo)志著變厚度軋制技術(shù)已經(jīng)由實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入大生產(chǎn)。給超級(jí)鋼產(chǎn)品插上變厚度的翅膀，將開(kāi)辟出鋼材節(jié)能減排的一片新天地。

　　碳纖維：突出技術(shù)封鎖重圍

　　中國(guó)用聚丙烯腈為原料生產(chǎn)碳纖維的研究始于1962年，起步可謂不晚，但長(zhǎng)期未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢(xún)委員會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)李克健在接受采訪(fǎng)時(shí)曾表示，由于碳纖維在航空航天等國(guó)防工業(yè)中有重要用途，西方國(guó)家將其視為軍用物資，對(duì)中國(guó)“禁運(yùn)”，更不轉(zhuǎn)讓生產(chǎn)技術(shù)。

　　去年9月，中科院寧波材料所把一輛碳纖維小汽車(chē)開(kāi)進(jìn)了人才科技周的高新技術(shù)成果交易洽談會(huì)賺足了眼球，亮點(diǎn)主要在其外殼上：在普通材質(zhì)的汽車(chē)引擎蓋上，榔頭用力敲擊，漆蓋上很有可能會(huì)有凹陷，而這輛車(chē)的車(chē)殼卻非常堅(jiān)固，用力敲擊車(chē)蓋后會(huì)迅猛反彈，表面絲毫未損。伴隨著這次亮相，徹底顛覆了纖維一詞在人們腦海中的柔弱印象。

　　“這種碳纖維復(fù)合材料做的車(chē)，比起普通用鋼材制造的汽車(chē)，它的最大特點(diǎn)是輕和快。”中科院寧波材料所的趙曉光介紹說(shuō)，這輛車(chē)拋棄了傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)，大量采用彈纖維材料制成，比普通鋼材的汽車(chē)重量能減少60%。在同樣用油情況下，這輛車(chē)每小時(shí)可以多開(kāi)50公里。

　　體重減輕了，安全性如何？機(jī)械科學(xué)研究院復(fù)合材料專(zhuān)家陳長(zhǎng)年介紹到，雖然碳纖維看起來(lái)像塑料，但實(shí)際上這種材料抗沖擊性比鋼鐵強(qiáng)，特別是用碳纖維做成的方向盤(pán)，機(jī)械強(qiáng)度和抗沖性相比大大提高。在復(fù)合材料的“武裝”下，這輛小車(chē)反倒成了家用車(chē)中的“裝甲車(chē)”。據(jù)陳長(zhǎng)年透露，現(xiàn)在這種碳纖維材料已經(jīng)在高速列車(chē)的裙擺上應(yīng)用。

　　碳纖維不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。與傳統(tǒng)的玻璃纖維(GF)相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱芙拉纖維(KF-49)相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類(lèi)拔萃。有學(xué)者在1981年將PAN基CF浸泡在強(qiáng)堿NaOH溶液中，時(shí)間已過(guò)去30多年，它至今仍保持纖維形態(tài)。

　　陳長(zhǎng)年說(shuō)，碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。傳統(tǒng)使用中碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨(dú)使用，多作為增強(qiáng)材料加入到樹(shù)脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料可用作飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機(jī)動(dòng)船、工業(yè)機(jī)器人、汽車(chē)板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。