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薄如蟬翼、論克計價,太鋼“手撕鋼”鑄就世界不銹鋼最薄紀錄

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發表時間:2023-12-01 16:04

澎湃新聞記者 周頔

精帶公司員工正在檢查“手撕鋼”。(本文圖片均為澎湃新聞記者周頔拍攝)


不銹鋼能有多輕???今天,中國給出的答案是0.015mm。

在山西太鋼不銹鋼精密帶鋼有限公司(下稱“精帶公司”)的產品展臺上,一張不銹鋼箔通體透亮,反射著鏡面般的銀色光澤,它的厚度只有0.015mm,不到頭發絲直徑的1/6。

拿起鋼箔,它可以像紙張一樣彎曲、折疊,甚至輕輕用力就可以將鋼箔徒手撕開。相比于“太鋼不銹鋼精密箔材”這個學名,它還有一個更為形象也更廣為人知的名字——“手撕鋼”。

盡管厚度超薄,但“手撕鋼”仍然具有高強度、韌性強、耐腐蝕、抗氧化、高屏蔽性等優異的特性,廣泛應用于航空航天、醫療器械、精密儀器、新能源等高精尖端設備制造行業,被譽為“鋼鐵行業皇冠上的明珠”。

厚度0.015mm不銹鋼精密箔材


近日,在國務院國資委新聞中心主辦的十個維度看中國——“走進新國企·打卡新坐標”網絡互動傳播活動中,澎湃新聞(www.thepaper.cn)記者走進太鋼集團及太鋼精帶公司,打卡中國“厚度”,追尋太鋼通過科技硬實力打造“百煉鋼終成繞指柔”的故事。

精帶公司首席精密箔材工藝工程師廖席告訴記者,“手撕鋼”是指厚度0.05mm以下的超薄精密不銹帶鋼,是航空航天、高端電子、新能源等尖端領域的關鍵基礎材料,一直以來僅有少數國家可以生產,且寬度不足400mm。

太鋼精帶公司歷時3年,攻克175個設備難題、452個工藝難題,終于在2018年自主突破了鋼質純凈度、產線工藝、控制水平、高等級表面精度、產品性能等五大核心工藝技術,開發出厚度0.02mm、寬度640mm的“手撕鋼”井形成量產。

2020年8月,太鋼又將“手撕鋼”最薄厚度軋制至0.015mm,創造了新的世界紀錄,實現了從依賴進口到世界領先的跨越。這種箔材技術要求高,生產難度大,它的成功開發使太鋼成為世界上唯一可批量生產寬幅軟態不銹鋼箔材產品的企業。

“最近我們(在0.015mm的基礎上)又繼續嘗試,大概能到12微米(0.012mm)?!本珟Ч狙邪l中心主任段浩杰介紹道,制造超薄手撕鋼的困難會隨著厚度減小而成倍增加,每突破0.001毫米都是一次技術上的巨大挑戰。盡管難度極大,但隨著科研攻關不斷突破,未來0.012mm甚至突破0.01mm并實現量產方面還值得期待。他特別指出,從0.02mm到0.015mm再到更薄的鋼箔,這看似細微的差別在工業上差異巨大。以電池為例,同樣體積的電池,使用0.015mm材料制造,其電池容量能夠增加17%。

鋼箔可徒手輕易撕開


經歷711次失敗后,0.02mm挑戰成功

在“手撕鋼”項目上馬之前,精帶公司的主要產品是0.5mm不銹鋼材料,而厚度小于0.05mm的“手撕鋼”產品,當時全球只有少數幾家企業可以生產,我國對該類產品的需求完全依賴進口。

一張A4紙大小的“手撕鋼”就要四百多元,進口一噸“手撕鋼”的價格更是高達數百萬元,而且還需要至少半年的漫長交貨期。

從0.5mm到0.02mm,這無法用肉眼分辨的厚度,對于工業生產來說卻如同一道巨大的鴻溝。為了突破“手撕鋼”材料“卡脖子”難題,太鋼研發團隊沒日沒夜地干了三年,經歷了711次失敗。

“軋制是首道工序,每往前推進0.01mm,意味著輥系配備就有2萬多種可能性?!倍魏平芨嬖V記者,軋制過程中“斷帶”是最常見的問題,也是最為頭疼的問題。

不同于厚板斷帶會一分為二,薄板一旦斷帶,就會碎成粉末,只能由瘦小的職工爬進僅有0.4米高的設備,用手摳、用手抓,把粉末清理出來。

2016年12月10日,當天“手撕鋼”研發團隊正按照預定方案進行0.02mm穿帶軋制,突然“噼啪”一聲巨響打破了生產車間的平靜。時至今日,廖席仍然清楚地記得軋鋼時發生斷帶的場景:“(我們)打開設備,里面全是粉末狀的白色晶體,3噸、價值近百萬元的鋼材全都碎成粉末了?!?/p>

而這樣的情況在研發過程中并不是偶然,有時候甚至一天內就會遇到多次斷帶的情況。

為了盡快破解研發遇到的難題,精密帶鋼研發團隊找來了一塊白板。每逢遇到難題,就把白板拉過來,相關人員各自將問題和建議寫到上面,然后大家一起分析歸納,逐條對比討論,理清思路。

此外,王天翔還推行“容錯”管理辦法,給每個研究人員一定的斷帶次數、抽帶米數的“免責額度”,鼓勵大家勇敢創新。不久后,光亮線首席工程師王向宇請命:“給我1000米,讓我試一試!”在用了400米額度后,王向宇就攻克了這個難題,生產出600米合格產品。

2018年以來,0.02mm的“手撕鋼”累計開發應用逾50噸,國內市場占有率達到70%,噸鋼利潤達300%到500%。

“‘手撕鋼’代表一種方向,帶動了高端制造原材料的變革,這兩年公司每年收入增長速度達80%,但只是第一步?!本軒т撗邪l團隊新的打算是不斷拓展“手撕鋼”的性能和應用領域,超平、超薄、超硬、超光滑的“手撕鋼”,是他們正在努力研發的方向。

精帶公司員工操作軋機機組


建立國家重點實驗室,突破“卡脖子”技術和材料

太鋼精帶公司之所以能夠實現“手撕鋼”的技術突破,得益于太原鋼鐵(集團)有限公司在2013年建立了“先進不銹鋼材料國家重點實驗室”,其致力于瞄準國際發展方向和前沿技術,解決不銹鋼材料領域科學問題和工藝技術瓶頸環節。

實驗室以“基礎性、公益性”為準則,旨在提高共性技術在我國不銹鋼產業的推廣和應用能力;建設不銹鋼學術交流平臺,打造高水平科研基地;建立不銹鋼學術科研成果轉化基地。圍繞國家重大工程、重要領域用關鍵材料,針對重點前沿關鍵技術,聚焦國家“卡脖子”技術和材料,建設不銹鋼領域科學與工程研究類國家科技創新基地。

國家重點實驗室以資源節約型不銹鋼、特殊領域用高性能和高功能型不銹鋼材料和不銹鋼關鍵制造及應用共性技術為重點研究方向,先后突破了筆頭用超易切削不銹鋼、寬幅超薄精密帶鋼、ITER計劃用不銹鋼、機場屋面板用超純鐵素體不銹鋼等產品。

其中,筆頭用超易切削不銹鋼,通過自主創新,成功開發了筆頭用超易切削不銹鋼線材及全流程關鍵制備技術,形成國內唯一全流程、高效率、大規模筆頭不銹鋼線材生產線,實現穩定生產,整體技術和不銹鋼筆頭出墨量、書寫長度等書寫性能指標均達到了國際先進水平,填補了國內筆頭用不銹鋼線材生產技術空白。

實驗室研發出的化學品船用雙相不銹鋼,強度高、耐蝕性好,能實現船體結構減重、增加介質運輸種類,其載重噸位為世界上最大的49000噸級,并創新了供應模式,實現“拆圖—鋼板制造—零件加工—現場焊接”一站式服務。

此外,2016年該實驗室開發出了超低氫、超低氧、高純凈度快堆用不銹鋼冶煉技術,以及高純凈不銹鋼連鑄板坯、中厚板、鍛造管坯、棒材等系列快堆用不銹鋼,實現了該材料的自主化和國產化。

精密公司生產車間


制定《不銹鋼精密箔材》國家標準,帶動標準體系更加趨于完善

在2020年召開的第六屆中國工業大獎發布會上,太鋼不銹精密帶鋼公司“寬幅超薄精密不銹帶鋼工藝技術及系列產品項目”獲得項目類中國工業大獎,這也是太鋼繼2014年摘得第三屆“中國工業大獎”企業獎后再度獲獎。

即使已經捧回了中國工業界“奧斯卡”獎,“手撕鋼”項目團隊也并沒有滿足于現狀,近年來,該團隊成功開發出新一代5G高端電子用系列精密帶材柔性屏鋼和低磁高強度超平材料,突破了特殊合金軋制及去應力技術,進一步推進了柔性顯示器用掩模板基材國產化,有力地促進了高端行業制造領域關鍵材料的升級換代和可持續發展,帶動了超導、微孔加工等一系列表面深加工重大工藝技術的發展,引領了世界不銹鋼超薄帶鋼的發展方向,為高端中國制造提供了強有力的基礎材料保障。

目前,該項目已經擁有國家專利44項,其中發明專利13項。此外,山西太鋼不銹鋼股份有限公司也主持起草的國家標準《不銹鋼精密箔材》(編號為GB/T 41608-2022)已于2023年2月1日正式執行,該標準結束了我國沒有不銹鋼精密箔材領域國家標準的歷史。

該標準對不銹鋼精密箔材作出了明確的定義,即厚度不大于0.05mm的不銹鋼冷軋鋼帶,并規定了不銹鋼精密箔材的分類、尺寸、外形及允許偏差、技術要求、試驗方法、檢驗規則、包裝、標志和質量證明書等詳細技術內容。

該標準重點關注的尺寸公差、三點差、同條差的要求已達到微米的數量級,并借鑒了有色金屬箔材、涂鍍行業、造紙行業等檢測方法,引入了穿刺強度、表面潤濕角度的檢測,兼顧了電子、醫療、包覆等行業對極薄材料的性能要求。

“目前‘手撕鋼’在國際上沒有通用標準,太鋼制定的‘手撕鋼’標準已經達到甚至超越了很多國家的標準?!币苯鸸I規劃研究院總設計師鹿寧告訴澎湃新聞記者,“手撕鋼”這類高端制造原材料已成為國內許多領域“肉眼可見的支撐材料”,在前沿技術與材料不斷突破的同時,我國核心裝備也正逐漸實現國產化,這充分說明了國家制造業產業鏈、供應鏈的不斷完善。

太鋼鋼材產品


多種鋼材產品突破“卡脖子”技術

除了研制出0.015mm的寬幅超薄不銹精密帶鋼,太鋼也在多領域研發出了先進鋼材,為國家現代化建設提供了材料支撐。

在鐵路用鋼方面,太鋼高強耐蝕不銹鋼用于鐵路重載貨車車廂制造,與傳統鋼材制造的車廂相比,可減輕車體重量15%-20%,相應增加了載重量,延長了車皮壽命,全生命周期成本低,減碳效果顯著。用太鋼材料生產的不銹鋼車累計已達5萬多輛,出口1萬多輛。太鋼成功研發了高鐵、重載貨車和大功率機車輪軸鋼系列產品,累計開發輪軸鋼400多萬噸,國內市場占有率50%,大規格機車車軸市占率超過90%。太鋼軌道車輛用不銹鋼材已累計供應10.7萬噸,應用于國內24個城市的軌道交通建設,出口至13個國家和地區。

在核電用鋼方面,太鋼突破核電用不銹鋼微觀組織、力學性能、腐蝕性能控制以及特寬、特厚鋼板的制造等技術難題,2010年率先實現RCCM規范核1級不銹鋼板的國產化,國內核電站從此用上國產“芯”。2018年成功研發出我國第四代鈉冷示范快堆涉鈉高溫部件用不銹鋼,解決了材料“卡脖子”難題。太鋼核電鋼材產品廣泛應用于我國秦山、大亞灣、三門、福清等已建在建的全部核電機組。太鋼高性能超低溫不銹鋼還應用于“國際熱核聚變實驗反應堆(ITER)計劃”工程。

在新能源材料方面,為適應我國清潔能源發展的新要求,太鋼成功研發了鐵鎳基合金中厚板及無縫管材產品,滿足了光伏關鍵材料裝備的高溫度、高壓力、腐蝕性和長壽命運行要求,材料具有短流程、高效率和低成本特點,批量應用于我國光伏關鍵材料裝備工程領域。太鋼還研發了高端純鐵基材,廣泛應用于新能源汽車電池、非晶、節能電極、航空航天用高溫合金等領域,解決了國內新能源領域高端合金用純鐵材料“卡脖子”問題。新能源專用純鐵成功應用于生產磷酸鐵鋰電池,開發高溫合金專用純鐵FS3-8,屏硫含量達到ppm級水平。

在航空航天材料方面,開發高強耐高溫腐蝕新型不銹鋼冷軋板、航空發動機用不銹鋼冷軋薄板等材料,系列產品應用于長征系列運載火箭、神舟系列飛船、嫦娥系列探月工程等。此外,太鋼還成功實現殷瓦合金國產化批量生產,應用于國產商用大飛機項目,打破了進口材料的市場壟斷和技術封鎖。

在碳纖維材料方面,從2012年起,太鋼與中科院山西煤化所開展聯合攻關,建成具有國際先進水平的干噸級高端碳纖維生產線,實現了高性能碳纖維品種規格的全覆蓋和生產工藝、技術裝備的完全自主知識產權,研制成功TG300宇航級碳纖維、T700S級碳纖維產品等,形成批量供貨 能力,解決了國家“卡脖子"難題。

在造船及海洋工程用不銹鋼方面,太鋼自主研發成功集高強度、高耐蝕、高表面、低成本于一體的資源節約型高性能雙相不銹鋼。300多艘國產化學品船所需不銹鋼材料全部為太鋼生產,其中雙相不銹鋼建造國產化學品船近百艘,國內市場占有率85%。

在汽車用鋼方面,太鋼新能源汽車用節能高效無取向硅鋼已形成5大系列共26個牌號,0.35mm厚高效無取向硅鋼替換日本鋼企產品,全面進入國內新能源龍頭車企,市占率達100%。時至今日,產品已助力300多萬臺新能源汽車綠色運行。

太鋼綠色智慧生產管控中心


打造精品智慧工廠,實現提質增效綠色發展

“把太鋼建設成為中國寶武不銹鋼產業一體化運營的旗艦平臺公司和全球最具競爭力的不銹鋼全產業鏈高科技企業,成為全球不銹鋼業引領者?!?/p>

錨定引領全球目標,太鋼集團給自己定下了轉型發展的時間表與路線圖:到2024年,不銹鋼規模達到1500萬噸,人均產鋼1150噸,研發強度不低于3.3%,噸鋼減碳10%;到2027年,不銹鋼規模達到1800萬噸,人均產鋼1650噸,研發強度不低于3.5%,噸鋼減碳30%。

鋼鐵冶金是傳統的兩高產業(高耗能、高排放),然而太鋼集團與中國寶武在2020年聯合重組后,全面融入中國寶武綠色發展指標體系,縱深推進“1125”綠色發展模式,即:樹立鋼廠與城市是和諧發展的“共同體”的“一個理念”、確立建設冶金行業節能減排和循環經濟的示范工廠的“一個目標”、依靠技術創新和管理創新“兩個創新”、拓展產品制造、能源轉換、廢棄物消納處理、綠色技術輸出、綠化美化等“五大功能”。

為此,中國寶武與太鋼集團都將碳達峰規劃提至了2023年,并力爭到2035年實現減碳30%,2050年實現碳中和。從明年開始,綠色工廠將以碳中和為目標逐年減碳。中國寶武正致力于在2025年具備減碳30%工藝技術與能力,太鋼集團也承諾將在2025年實現6%的減碳目標。

中國寶武提出,聚焦“高強度、高耐蝕、高效能”開展綠色產品創新,發展更多、更好的綠色鋼鐵材料,推動鋼鐵精品化進程,打造精品發展的示范,支撐社會實現低碳轉型。

對此,太鋼承諾將履行“支撐先進制造、創造美好生活”的使命,聚焦全球最具競爭力的不銹鋼全產業鏈高科技企業和國內領先、世界一流的高端碳纖維產業基地,持續加大創新投入,強化核心科技創新能力和隊伍建設,開展“卡脖子”關鍵材料攻關,成為全球不銹鋼業引領者。

目前太鋼精品化指數已達68%,太鋼表示將在2024年將精品化指數提升至70%,在2027年提升至75%。

此外,中國寶武還提出,打造智慧制造升級版,最終形成智慧制造和服務行業引領者的形象和能力。

太鋼也正在深度洞悉未來智慧工廠發展方向,建設“集約、連接、高效、協作、智慧、共享”的未來夢工廠,依托“平臺+數據+算法”智慧決策和“工業大腦”深度智能,實現“員工零枯燥、工序零活套、運行零梗阻”,重塑鋼鐵工業新形象。

展望未來,太鋼集團將沿著“高端化、智能化、綠色化、高效化”發展方向,持續做強做優做大,加快成為全球不銹鋼業引領者,為中國寶武創建世界一流企業,為山西省高質量轉型發展貢獻太鋼力量


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