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钢铁材料结构材料王座难保扫频仪

发布时间：2022-11-02 10:01:59 来源：天泽农业网

钢铁材料：结构材料王座难保？

钢铁材料：结构材料王座难保？关键词钢铁 , 结构材料 , 　　最近，中钢协公布了上半年重点钢企的“考试成绩”，倒也在大家意料之中。作为”钢铁摇篮“的毕业生，对钢铁业的关注还是比较多的。上周末...　　最近，中钢协公布了上半年重点钢企的“考试成绩”，倒也在大家意料之中。作为”钢铁摇篮“的毕业生，对钢铁业的关注还是比较多的。上周末，与一位钢铁业从业人士谈起了钢铁材料。今天，就来聊聊结构材料老大的地位受到挑战的故事吧。　　所谓结构材料，是指用其力学性能制作受力物件的材料。它是我们日常生活遇见、接触最主要的材料。能够用于结构材料的并不是太多，主要是金属材料、碳纤维等复合材料、工程塑料、结构陶瓷等等。　　无可非议，长期以来占据结构材料王座是钢铁材料。它广泛应用于建筑、机械、交通、能源、家用、军工等领域，量大面广。例如，根据中钢协的估计，2014年钢铁产能将达到11亿吨。整个钢铁行业的2012年营收就近9万亿，大约占整个工业的10%，其体量之大，可见一斑。钢铁经常被看做国家综合国力和工业水平的最重要指标之一。所以，我国曾有“大炼钢铁”的疯狂举动。　　为什么是钢铁材料，而不是铝合金、钛合金，或者工程塑料占据这个王座呢？一种材料的应用，有两方面的考量——性能和成本。在某一领域，使用这种材料，一定是基于这两个方面的考虑得到的最优结果。　　钢铁的性能比较多样化，能够满足各种领域的不同需求。它就像一个学生，各学科都不是最突出，但每一科都拿得出手，如果算起总分来，也就成了优等生。再加上它成本低廉的巨大优势，能够成为量大面广的基础材料，就不难理解了。此外，相当长时间内，人们并没有比钢铁更好的结构材料可供选择。铝是二十世纪初、钛合金是五十年代、碳纤维是六十年代才发展起来的。　　不过，随着时代的发展，结构材料已不再是钢铁一手遮天，而在朝着百花争艳的局面转化。这其中发生了怎样的变化？因为人们的需求在发展，结构材料技术也在发展。　　我们先以航空为例，这是一个对材料性能要求最严苛的领域。二战时期，日本研发了一款新型飞机——零式飞机。在太平洋战争初期，零式战斗机性能超过所有盟军飞机，对盟军空军部队造成了巨大的灾难。它获得成功最关键的秘诀在于住友金属工业公司为其生产了一款比钢还要硬的超硬铝合金。正是这个超硬铝合金，让零式变得特别轻，得以速度快，航程远。　　显然，航空结构材料除了力学方面的要求外，还追求轻质。那么航空业追求轻质到什么地步呢？法航在2008年宣布将乘客用来喝可乐的小塑料杯减重3.5g。只此一项，法航一年可减少20吨二氧化碳排放。印度某航空公司曾宣布今后只雇用体重较轻的女性为空乘人员，因为该男性雇员比女性重15-20公斤。这项改动每年为该公司节约300万人民币的燃油费用。　　所以，尽管钢铁的力学性能能够满足要求，但由于比重过大，其在飞机结构材料应用比例正在逐步下降，甚至很罕见的从未占据过航空结构材料的主角。有数据显示，钢的使用从第二代飞机占结构重量的20％-30％，第三代飞机占8％-20％，到新一代飞机占5％-10％。虽然钢可能不会从飞机上消失，但要想成为主角，已经不可能了。　　即使是一步步蚕食钢在航空领域地盘的铝合金、钛合金、复合材料之间，性能与成本之间的博弈，仍然会继续下去。例如，目前成为飞机结构材料的主角的铝合金，地位也受到了钛合金的挑战。钛合金的质量更轻，强度更高，耐腐蚀性能更佳，在飞机中使用正在逐渐上升。而材料人网曾发布的《大飞机材料之争：向左碳纤维向右铝锂合金》，描述的就是碳纤维与铝合金之间的争夺飞机结构材料使用权。　　汽车业是一个庞大的工业，产业链长、关联度大，消费拉动作用和对钢铁、化工、石化、机械、电子等行业的带动作用很大。有数据分析，中国每7个人，就有一个人的工作与汽车相关。在这个领域，钢铁材料的地盘同样面临着与铝合金、复合材料、工程塑料争夺战。　　自上个世纪二十年代发明了全金属车身之后，钢铁就稳居车用材料的主导地位。对于汽车来说，钢铁拥有强度、延展性、抗冲撞能力、再循环使用以及低成本各方面的综合优越性，是车用结构材料的最好选择。汽车业也是钢铁业最大的需求行业之一，两者相互促进，共同发展。　　但是，历经二次石油危机之后，让汽车业认识到车辆轻量化是技术发展的主流。近年来石油价格的上涨，高油耗的车型逐渐不为消费者所青睐。再加上越来越受到重视的环境保护，也使得汽车业不得不朝着低油耗的方向发展。　　减小汽车自重是汽车降低燃耗及减少排放的最有效措施之一。有分析数据指出，汽车质量每减少10%，可降低油耗6%-8%，排放下降4%。毫无疑问，在比重方面劣势很大的钢铁不可避免的受到铝合金、镁合金以及复合材料、工程塑料的冲击，下降最明显的是生铁和普碳钢，而特殊钢则保持了大体稳定的比例。　　铝合金就是蚕食钢铁地盘的有力竞争对手。国外调查公司Ducker Worldwide曾对市面上各类车型做过调查，发现目前钢占汽车平均重量的58%，正在呈下降趋势。但铝合金占比已经达到了12%，且这个数字仍在继续增长。Ducker Worldwide估计到2025年，钢所占比将下降到46%。　　不过与航空业相比，汽车的轻量化带来的经济效益比起成本增加来说并不是特别明显。所以，轻合金、碳纤维没有对钢铁形成巨大的优势，为钢铁保住地盘留下了可能。　　例如，以铝代替钢制造汽车可使汽车整车重量减轻30%-40%，发动机减重30%，轮毂减重30%，全车可减重40%，再加上其他轻量化结构设计，燃油经济性提升幅度达18%。以福特新款全铝车身皮卡为例，比钢制车身足足轻了318千克。但同时，铝又比钢贵很多，不管是原料成本、加工成本还是装配维修。曾有数据统计，一个铝部件比传统钢部件成本高60%-80%。将钢制车身换成铝制车身，成本上浮50%-60%。显然，这不是油耗降低所带来的经济利益能弥补的。至于环保效果，如果要多花几万块的话，恐怕很多消费者会说：“臣妾做不到啊！”　　但这并不代表钢铁就可以高枕无忧。目前世界各地政府对汽车排放的政策越来越严格，加上一路高歌的石油价格和潜在的石油危机，轻量化已不是可有可无的技术。　　除了航空、汽车之外，3C、武器等领域也在发生着同样的事情。正是这些变化，推动着轻合金、碳纤维、工程塑料向前发展。当然，这对于钢铁来说，也是绝好的机会。近些年出现的特殊钢，在汽车、机械等方面，与这些新型材料还是可以一较长短的。　　还有，游戏规则都变了，国内钢企还继续走老路，必然是作死。　　最后，关于结构材料之间的厮杀，也让我想起了一个广为流传的定理：”木桶定理“。木桶盛水的高度取决于短板的高度。钢铁材料就像是木板齐整的木桶，获得了自己的辉煌。但在有特别需求的领域中，齐整的木桶反而成为了劣势。对于我们材料人，可能就是博学与专攻之间的差别吧。