项目介绍：2004年列入国家973计划的“提高钢铁质量和使用寿命的冶金学基础研究”项目已于2009年通过验收，该项目以提高冶金质量为基础，以材料学为先导，以延长钢的使用寿命为目标。主要成果有：设计并开发出低镍、高强度、低成本、高耐磨性、低磁甚至无磁的资源节约型不锈钢原型钢；在常压下利用现有冶金工艺流程冶炼并连铸出了氮含量达0.64％的高氮钢；研究开发出了经济型高强高韧亚稳钢。这些成果有利于提高我国钢铁企业的国际竞争力，拥有广阔的市场应用前景。

  不锈钢是应用极为广泛的材料，在人们生产生活中随处可见。这种添加了铬、镍等元素的合金钢，出于提高抗腐蚀能力的需要，必须降低碳含量，而碳含量一低，强度就很难提高，这也限制了不锈钢作为结构材料的应用范围。有没有这样一种不锈钢，它既能减少贵重金属的添加量以节约成本，又能提高材料强度以扩大应用范围，还要有良好的抗腐蚀性能以减少维护成本并提高成品使用寿命？

  有，这种不锈钢的名字叫做高氮钢。上世纪70年代，世界上就已经有高氮不锈钢出现，用廉价的取之不尽的氮代替昂贵稀缺的镍，同时还提高了不锈钢的强度和抗局部腐蚀能力。阻碍氮作为合金元素广泛使用的主要因素是氮的加入问题，在大气压下氮溶解度非常低，加入很困难，由于加入量少，其有利影响不太明显，高氮钢的普遍生产方式是加压冶炼，需要特殊的生产设备，这就大大增加了高氮钢的生产成本并限制了它的产量。我国是钢铁生产大国，能不能使用现在通用的冶金设备在常压下炼出高氮钢？

  钢铁研究总院结构材料研究所副所长苏杰博士是“提高钢铁质量和使用寿命的冶金学基础研究”项目中“资源节约型不锈钢研究”课题组的负责人，他说：“我们在常压下利用现有冶金工艺流程实际冶炼并连铸出了氮含量达0.64％的高氮钢，并轧制成20mm和14mm的宽幅板，这表明高氮钢冶炼和热加工的瓶颈问题已基本解决，在2009年高氮钢国际会议上引起强烈反响，具有世界领先水平。”

  课题组采取科研院校与企业联合并与产品制造厂家合作的方式对氮合金化不锈钢进行了系统研究。在钢铁研究总院、东北大学、太原钢铁（集团）有限公司的共同努力下，研究者们用Thermo—Calc热力学软件对高氮钢进行合金设计，改善了合金设计配方，提高了氮的溶解度，从而实现了高氮钢的常压生产。苏杰说：“通过引入热力学软件进行理论计算来找到合金的优化成分，不仅减少了实验室摸索过程，保证了冶炼准确命中率，而且从理论上解决了凝固过程中氮饱和溶解度的设计问题，掌握了氮合金化不锈钢的合金化原理和制造技术。”

  理论问题的解决，使研究者们可根据企业需要，开发出满足不同工业需求的系列氮合金化资源节约型不锈钢，从而实现低成本高性能新品不锈钢的生产应用。

  苏杰举例说：“比如，氮加到一定程度，可以制成完全不含镍的不锈钢。有一定比例的人群对镍是过敏的，因此这种无镍高氮钢材料就可以用于人体植入物、手表、眼镜架等。现在‘飞亚达’手表正在跟我们谈合作。”

  研究者们还发现碳、氮混合加入可制成加工塑性好的亚稳钢。“这种材料可用于汽车零件以及火车车体的制造，比现用的301钢成本低20％—40％，力学性能更优，耐蚀性能接近，市场前景十分广阔。目前此项目已进行了半工业化实验。”

  这是将来可以做到的，那么，课题组目前已经成功用AOD炉（一种常用的不锈钢精炼设备）生产的高氮原型钢又可用于哪些地方呢？

  根据高氮原型钢的性能特点，由于其具有和目前大量使用的304不锈钢相当的耐蚀性能，并具有比304不锈钢高2倍的强度，且价格低廉，和304不锈钢相比具有很大的竞争优势，因此可以在部分领域替代304不锈钢。到目前为止，课题组重点将此原型钢推广应用于如下几方面：矿山开采和洗煤用耐磨蚀设备；高强度不锈钢紧固件；高强度建筑钢筋；防弹装甲。其中，采用原型钢制造出的煤矿洗煤用筛网，已成功应用于工业生产中，并表现出优异的耐磨蚀性能。经过与国家标准件产品质量监督检验中心的合作，已成功试制出M12螺栓，并准备进一步试制M20螺栓。一旦试制成功，并制定相应的技术规范，可广泛替代目前304不锈钢制造的紧固件，产生巨大的经济效益。

  苏杰预测，如果国家标准和建筑规范可以跟上的话，钢筋将成为高氮原型钢市场前景最大的应用方向。目前我国的桥梁等建筑都用的是普通钢筋，没有采用不锈钢钢筋，而国际上寒冷地区及沿海地区的桥梁等建筑很多都采用不锈钢钢筋。高氮钢制成的不锈钢钢筋比普通钢筋强度更高，耐腐蚀性更好，还具有零维护的优点。按原型钢的强度级别，可替代目前应用的Ⅳ级钢筋，其120年的使用寿命和零维护特性会让总使用成本大大降低。

  课题组联系方式：sujie@nercast.com