日本研发“超级钢铁”用废铁制造不依赖铁矿石

　　●我们的口号是“开发出强度为现代钢铁的2倍，寿命也为2倍的超级钢铁”

　　● 日本将不需要铁矿石了，所有的废铁都有可能被制造成“超级钢铁”。这也必将是中韩等国要走的路。

　　日本从1997年开始研究具有高强度和长寿命的“超级钢铁”。日本研究“超级钢铁”的初衷是什么？“超级钢铁”会对传统钢铁行业产生怎样的影响？记者日前来到日本物质材料研究机构（NIMS），对该机构新材料领域的学科带头人、从1997年就参与研发“超级钢铁”的长井寿进行了采访。

　　日本研发“超级钢铁”是为了适应未来发展

　　记者：日本研发“超级钢铁”的背景是什么？

　　长井寿：1995年日本发生阪神大地震，当地钢铁建筑毁于一旦，引发日本学界对钢铁材料重要性的思考。为了适应未来发展，很多学者提出要开发更坚固的钢铁材料。这是研发“超级钢铁”的起源。

　　记者：“超级钢铁”的研发分为第一期和第二期，各期的目标是什么？

　　长井寿：第一期从1997年到2001年，第二期从2002年到2007年。第一期的口号是“开发出强度为现在钢铁的2倍、寿命也为2倍的超级钢铁”，具体有4项内容：一是把在日本利用最广泛的低碳素钢铁SM490的强度提升2倍，并保证其可以焊接使用；二是将螺栓的强度提升到180OMPA；三是为了提高热效率，将用于制造火力发电设备的钢材料的耐热温度从600℃提升到650℃；四是制造不易生锈的钢铁。这4个目标在第一期结束时就基本实现了。

　　记者：效率如此之高，原因何在？

　　长井寿：我们总结了以下4点成功经验。一是设立高目标，我们设立的目标是从来没有人提出过的。二是加强同民间企业、大学研究人员的交流合作。以前我们在这方面做得不够，只是研究所内部专家闭门搞研究。在这个项目中，我们向企业和大学敞开大门，有来自民间企业的经营者80人和各相关大学的教授150人参与。三是在项目运营和管理上分成4个小组，请民间企业和其他研究机构的领导参加，一年举行两次分科会，就项目进程和出现的问题及时通报和讨论。讨论会上，各方都毫无保留地指出存在的问题。四是利用新手段和新设备进行试验。为了得到更精确的参数，我们独自开发了100多种新的试验设备，其中有20多种还申请了专利。

　　记者：你们具体开发了哪些新设备？

　　长井寿：我们开发了能穿透钢铁的电子显微镜。在原有的钢铁中添加多种新元素时，通过这个电子显微镜能观察元素在钢铁结构中的分布状况。在对钢铁进行耐疲劳试验时，还发明了一个高速运转的疲劳机，以前的机器只能试验100万次，现在可以在相同时间内试验10亿次。另外，我们还花了10年时间研制了一个模拟场景装置，叫“腐蚀模拟实验室”，可模拟真空状态下刮风、下雨等各种自然现象下钢铁的变化。我们用了一年时间收集数据，并分析在这些情况下我们制造钢铁时最应该注意的问题。我们以前一直认为下雨时钢铁易生锈，但后来我们发现，如果钢铁沾满了海盐，那么越是下雨就越难生锈。

　　“超级钢铁”逐步走向产业化

　　记者：第一期研发中，有企业出资吗？

　　长井寿：第一期研发经费约120亿日元全部由文部省拨款，不允许企业出资。但是很多企业都通过派研发人员的形式参与共同研究。

　　记者：第二期的目标是什么？

　　长井寿：第一期结束时大部分目标已经完成了，第二期主要是将第一期的目标重新进行整理，并通过更多的重复试验来证明第一期达成的目标是具有可复制性的。为了使新研发的“超级钢铁”运用到实际生产中，我们还请各建筑公司、钢铁公司、电力公司一起举办研讨会，研究到底还存在哪些不足和问题。

　　记者：“超级钢铁”项目第二期的经费是多少？

　　长井寿：约80亿日元。从第二期开始，企业也可参与共同出资。

　　记者：这个项目没有第三期吗？

　　长井寿：没有。一般来说，日本的科技研发程序分为3个阶段，先由文部省发起纯学术研究，之后一些研究成果和项目被经济产业省接手，提高民间企业参与度。第三个阶段完全由民间企业接管。目前我们还在继续进行一些基础研究，如耐热钢的寿命问题、耐腐蚀钢的研究、氢气对钢铁的迟缓破坏作用等。

　　记者：现在日本的钢铁再利用达到了什么水平？

　　长井寿：就我的理解来说，日本钢铁的再利用程度相当高。这些年来，很多企业一直致力于减少钢铁中铜的含量。因为钢铁中混有铜就会影响钢铁的质量。而我们经过研究发现，如果铜含量等于或低于0.3%的话，基本不会对钢铁质量产生影响。今后，如何在提高钢铁高性能的基础上压低成本是我们基础研究的一个课题。

　　记者：你们成立商品化研发小组了吗？

　　长井寿：是，应文部省快速产业化的要求，我们成立了商品化研发小组。当时，各企业对于迅速商品化不是很感兴趣。但从我们科研人员的角度来说，这是一个和企业人士交流的很好平台。我们逐渐开始考虑新产品对于整个钢铁产业的影响。尽管我们现在开发的“超级钢铁”还没有实现产业化，但是在研制过程中的很多成果和理念都已被运用到实际产品中，比如日本企业制造的世界上第一款细微粒钢，就是应用了“超级钢铁”的部分技术。

　　“超级钢铁”利用废铁取代部分铁矿石进口

　　记者：“超级钢铁”的诞生对日本钢铁业及日本钢铁资源有什么影响？

　　长井寿：以前我们曾预测过，如果日本钢铁每年保持产量为1亿吨，到2050年产生的废铁将达6000万吨到7000万吨。但是近10年来这个假设已经不成立了，因为日本生产的钢铁一半以上都出口了，现在日本的废铁量在缓慢增长，大概维持在3000万吨到4000万吨。而日本国内的钢铁需求大概也是这个数字，“超级钢铁”研究的一个重点在于废铁的再利用，目标是让以废铁为原料加工成的钢铁与从铁矿石加工的成铁拥有同等甚至更高的质量，而且价廉。

　　极端一点说就是，日本将不需要铁矿石了。这也必将是中韩等国要走的路。最快30年后，将是“超级钢铁”的时代。如果产业界有需求，日本国内所有的废铁都有可能被制造成“超级钢铁”。日本还可以在国外利用废铁生产“超级钢铁”供出口。这将是钢铁产业的一个新模式。