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“鐵器自從3500年前進(jìn)入人類社會(huì)后就再也沒有離開過(guò)，今天的鋼鐵材料與20年前的鋼鐵材料已經(jīng)大不相同了。”11月27日，上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士后廉心桐在由中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)指導(dǎo)、中國(guó)冶金報(bào)社和三寶集團(tuán)股份有限公司聯(lián)合主辦、福建省冶金工業(yè)協(xié)會(huì)和中晶環(huán)境科技股份有限公司協(xié)辦的2020（第三屆）全國(guó)鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展大會(huì)上這樣表示。她認(rèn)為，鋼材是持續(xù)發(fā)展的新材料，綠色是鋼材發(fā)展的方向，并在會(huì)上介紹了兩種鋼鐵新材料——稀土耐蝕普碳鋼和含銀抗菌毒鋼鐵材料。
成本低、壽命長(zhǎng)的稀土耐蝕鋼
廉心桐介紹，2019年全國(guó)粗鋼產(chǎn)量近10億噸，超過(guò)全球總產(chǎn)量的一半。在這近10噸的粗鋼中，普碳鋼占比為70%左右，低合金鋼占比為20%左右。這些產(chǎn)品量大面廣，面臨著容易被腐蝕的問題。
廉心桐介紹，我國(guó)鋼鐵材料每年因腐蝕造成的損失占GDP的3%~4%。鋼鐵企業(yè)為了減少鋼鐵材料的腐蝕，常采用兩種方法。一是合金化，如低合金耐候鋼、高合金不銹鋼，但是成本較高；二是表面涂鍍，如金屬鍍層、油漆涂刷等。金屬鍍層使用的年限大概是15年~20年，失去鍍層之后，鋼材腐蝕會(huì)加快。“所以，我們需要更低成本和更環(huán)保的方式來(lái)提高鋼材性能。”她說(shuō)道。
鋼材的發(fā)展，代表性的階段產(chǎn)品分別為Q235RE、304L（不銹鋼）、316L、904L（超級(jí)不銹鋼）。在這期間，鋼材耐腐蝕性能不斷提高，新的合金化概念也被提出，如稀土合金化。
廉心桐介紹，我國(guó)稀土儲(chǔ)量和生產(chǎn)量為世界第一，也是唯一一個(gè)具有全部稀土元素種類的國(guó)家，高豐度、低成本稀土鑭鈰釔堆積如山，鑭鈰釔亟須拓展應(yīng)用，促進(jìn)稀土均衡利用。
稀土合金化的耐腐蝕作用已被研究證實(shí)。廉心桐所在的上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)董瀚團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)了稀土多形合金化機(jī)理，具體為：稀土變性?shī)A雜物，減小與基體電極電位差，避免點(diǎn)蝕發(fā)生；稀土偏聚于界面，降低界面能量，避免局部腐蝕發(fā)生；穩(wěn)定與致密表面銹層組織，有效減緩腐蝕速率合金化。
廉心桐介紹，基于以上研究，董瀚團(tuán)隊(duì)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)了稀土穩(wěn)定加入技術(shù)，使得稀土具有高收得率(≥70%)，元素均勻分布，連澆生產(chǎn)順行，鋼材耐腐蝕性能提高，平均達(dá)到30%~50%，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中鋼材耐腐蝕性能可以達(dá)到翻番的狀態(tài)。產(chǎn)品用于鋼結(jié)構(gòu)民居、標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)廠房、鋼筋混凝土建筑、集裝箱方艙、外掛裝飾、地螺絲等。
稀土耐蝕鋼和鍍鋅的鋼材相比，優(yōu)勢(shì)有兩點(diǎn)。一是成本低；二是使用壽命長(zhǎng)，鍍鋅層的時(shí)效是15年~20年，而稀土耐蝕鋼的使用壽命可以達(dá)到70年，對(duì)鋼材的綠色化及減量化應(yīng)用具有積極意義。
為健康增護(hù)盾的含銀抗菌毒鋼
“綠色材料除了腐蝕性能和低成本以外，還要安全健康。”廉心桐介紹，董瀚團(tuán)隊(duì)研發(fā)的含銀的抗菌毒鋼鐵材料對(duì)生命的安全和健康有較大作用。
銀在水中能分解出極微量的銀離子。這種銀離子能吸附水中的微生物，使微生物賴以呼吸的酶失去作用，從而殺死微生物。銀離子的殺菌能力十分驚人，十億分之幾毫克的銀就能凈化1千克的水。
銀制品價(jià)格高，多用于裝飾品或高檔餐具，適用范圍小，董瀚團(tuán)隊(duì)研發(fā)的含銀抗菌毒鋼鐵材料，通過(guò)銀多形合金化可提高銀收得率、降低材料成本，具有耐腐蝕、易成形、消毒殺菌的特點(diǎn)。目前在民用領(lǐng)域的主要有馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼。此外，該材料在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、重大裝備等領(lǐng)域也有應(yīng)用。
廉心桐說(shuō)，目前，董瀚團(tuán)隊(duì)研發(fā)的HT150抗病毒材料對(duì)甲型流感病毒能夠起到99.95%的抗病毒率，HT150、751M、A304L抗病毒材料對(duì)黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌率能達(dá)到99.9%以上。抗菌、抗病毒不銹鋼可以應(yīng)用在公共場(chǎng)所設(shè)施和餐飲廚衛(wèi)等領(lǐng)域。
“鋼鐵材料的核心競(jìng)爭(zhēng)力是低成本，我們希望獲得低成本、高性能的鋼鐵材料。”廉心桐說(shuō)道。
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