科创中国

行业领域

新材料产业,先进钢铁材料,新能源及节能技术

需求背景

钢铁材料广泛应用在建筑、桥梁、管道、车辆等领域，使用环境复杂，传统碳钢材料的腐蚀失效是制约工程安全服役和装备性能发挥的关键技术瓶颈，我国每年因钢铁自然环境（大气、土壤和海水）腐蚀造成的经济损失达5000亿元，约30%的钢铁产品因此而报废。我国在碳钢微观腐蚀机理方面研究不足、宏观腐蚀数据和耐蚀钢全生命周期成本数据积累不足、耐蚀钢推广应用未形成体系和标准，耐蚀钢在政策方面引导和激励不够，另外涂镀、酸洗、涂层、刷漆等预处理方式还处在分步分批淘汰过程中，造成我国工程用耐蚀钢品种规格少，大量使用碳钢材料，造成钢材腐蚀性能差，防腐成本高，使用寿命短等系列问题。

2021年2月10日，中国钢铁工业协会向全行业发出《钢铁担当，开启低碳新征程——推进钢铁行业低碳行动倡议书》，中国钢铁必将秉持固有的不畏艰难、锐意进取的韧劲，在碳达峰、碳中和的新征程中披荆斩棘、闯关夺隘，为低碳钢铁、美丽中国、地球家园贡献积极力量！中国钢铁行业也深刻地意识到，需要开展钢铁产品全寿命周期评价（LCA），从材料使用全生命周期的资源消耗和碳排放评价出发，建立更绿色的用材标准体系和质量控制体系，开发高强、耐蚀、低功耗的绿色钢铁新产品，为用户节能降碳。另据研究表明，生产铝释放出的温室气体超过生产钢的四到五倍。采用高强钢、耐蚀钢将成为行业趋势，大量的铝制品将被钢铁产品代替。

需解决的主要技术难题

针对我国建筑、桥梁、管道、车辆等领域传统碳钢尚在大量使用，耐腐蚀性能不足的现状，需要解决的主要技术难题如下：

（1）开展系统的腐蚀机理研究，破解技术瓶颈。从微纳米尺度到超大尺寸构件等尺度范围上开展材料腐蚀电化学机理与规律研究，建立原子电子、微观组织、宏观（包括冶金制备工艺和服役行为）等多层次跨尺度综合设计理论与方法，实现针对不同使用性能和服役环境的材料成分－组织性能－制备加工工艺一体化耦合集成设计。系统掌握我国典型服役环境中低合金钢和稀土等元素含量与耐蚀性的关系，提出符合我国典型服役环境的低合金耐蚀钢成分调控原则。

（2）综合考虑材料在制造、使用过程中经济性、可持续性、长寿命等要求，研究材料成分、制备工艺、组织结构、性能、服役行为等一体化全寿命周期设计理论、方法与技术，进一步完善并推动适应我国耐蚀钢发展的生命周期评价理论、方法和技术的建立与推广。

（3）建立建筑、桥梁、管道等领域耐蚀钢替代标准及行业规范，在钢铁厂、市政建设、重点工程等领域进行耐蚀钢的替代，实现在桥梁、管道、建筑等特定领域的耐蚀钢替代或耐蚀钢免涂装替代。针对铝制电池包、铝制汽车结构件、耐酸性环境下的铝制件的耐蚀钢替代。

（4）评价耐蚀钢及碳钢产品全寿命周期，建立更绿色的用材标准体系和质量控制体系，提升产品竞争力，建立贯穿于冶金全流程的耐蚀钢质量控制系列化标准，使国内材料的自然环境腐蚀试验研究工作与国际接轨。

期望实现的主要技术目标

主要的技术目标：

（1）开展系统的腐蚀机理研究，实现针对桥梁、管道、建筑等不同服役环境的材料成分－组织性能－制备加工工艺集成设计，提出符合我国典型服役环境的低合金耐蚀钢成分调控原则。

（2）我国耐蚀钢发展的生命周期评价理论、方法和技术的建立与推广。

（3）建立建筑、桥梁、管道等领域耐蚀钢替代标准及行业规范，实现铝制电池包、铝制汽车结构件、耐酸性环境下的铝制件的耐蚀钢替代。

（4）建立更绿色的用材标准体系和质量控制体系，使国内材料的自然环境腐蚀试验研究工作与国际接轨。

需求解析

解析单位：“科创中国”北京科技大学专业科技服务团（北京科技大学） 解析时间：2022-11-25

董超芳

北京科技大学

教授

综合评价

材料的大气腐蚀是自然大气环境中气象和环境因素的复合作用引起的材料变质、甚至破坏的现象，是造成产品、设备、装置、结构件等状态改变、可靠性下降、损坏变质以及耐久性降低的最广泛的一种腐蚀形式，因而开展大气腐蚀与防护对策的研究具有重要意义。因此此技术需求描述的为该行业的共性需求，需企业与专家协力研究。

查看更多>

处理进度