先进基础材料发展趋势：钢铁、有色金属、化工及无机非金属材料性能提升与绿色生产

三先进基础材料

先进基础材料包含先进钢铁材料等。从发展态势来讲，先进钢铁材料着重于持续提升材料性能以及实现生产过程的绿色化。借助先进的冶炼和加工技术，持续提升钢材的强度、韧性与耐腐蚀性，从而满足汽车、建筑、航空航天等领域对高性能钢材的需求。钢铁行业正在积极行动，推进节能减排工作，同时也在推动循环经济的发展，以此来减少在生产过程中所产生的环境污染以及资源的消耗。

先进有色金属材料呈现出高性能、轻量化以及功能化的发展态势。新一代信息技术、新能源汽车等行业快速发展，高性能铝合金、铜合金、镁合金、钛合金等材料的需求持续增加。有色金属行业正努力通过材料创新和工艺优化，来提升材料的性能并扩大其应用范围，同时促使产业朝着高端化、智能化的方向前进。

先进化工材料越来越注重材料的多样化以及高性能化。化工材料行业正在研发新型高分子材料、特种橡胶、高性能纤维等产品，以此来满足不同行业对于材料性能的特定需求。与此同时，化工行业还在加大对环保型材料的研发力度，像生物降解塑料等，以应对环境保护方面的挑战以及市场的需求。

先进无机非金属材料的发展重点在于提升其功能性以及扩大应用范围。此类材料包含先进陶瓷、玻璃、水泥等。它们在电子信息领域、新能源领域以及环保领域等都有广泛的应用。借助材料科学与工艺技术的创新，无机非金属材料的强度得以显著提升，耐磨性也得到提升，耐高温性同样得到提升，为各个行业的发展给予了重要的材料支撑。2023年，先进基础材料领域主要动态如下。

（一）先进钢铁材料和有色金属

1.中国钢铁行业突破重大技术壁垒

2023 年 1 月，宝钢热镀锌的吉帕钢，即 X-GPa 的 DP1310-GA 和 DP1470-GI 在宝钢湛江钢铁顺利下线。这标志着宝钢在 1.3 吉帕和 1.5 吉帕冷冲压热镀锌 DP 钢产品领域完成了系列化开发。其中，DP1470-GI 是全球强度最高的热镀锌纯锌吉帕钢。热镀锌 DP 钢（GI、GA）具备良好的强塑性，同时也具备良好的耐腐蚀性，并且它是白车身用量最大的材料。高弯曲特性的 DP1310-GA 被成功开发，这完善了宝钢冷轧热镀锌 DP 钢的产品系列。DP1470-GI 也被成功开发，同样完善了宝钢冷轧热镀锌 DP 钢的产品系列。这两种产品的成功开发填补了国内外的产品空白。它们为汽车主机厂和零部件制造商在保险杠等关键部件提供了选材方案，这些关键部件对耐腐蚀性、安全性要求较高。同时也为汽车主机厂和零部件制造商在防撞梁等关键部件提供了选材方案。还为汽车主机厂和零部件制造商在电池包等关键部件提供了选材方案。满足了汽车行业轻量化和低碳化对新材料的需求。

2023 年 1 月，承德钒钛自主研发并生产出了 293 吨直径 42 毫米的含钒特钢。该特钢顺利下线。经过全流程的严格检验，产品的内在质量和外在质量都达到了标准。这些产品将被用于基建的核心部位。这表明承德钒钛自主研发的这类产品成功地填补了中国国内的空白。同时，也进一步丰富了含钒特钢的品种。

2023 年 2 月，鞍钢集团进行了一项重要举措。他们全球首发了一种大应变管线钢板，并且实现了工业化生产。这种钢板的厚度为 33 毫米，级别为 X80。该产品会首次在西气东输四线工程的活动断裂带穿越区得到应用。它实现了在复杂地区大输量长输管道使用关键材料方面的零突破。这不仅能够解决中国长输油气管道建设急需的核心材料难题，还能有力地支撑中国重大管道工程的建设。对保障国家能源安全有着重大的意义。

2023 年 3 月，鞍钢集团全球首次发布二氧化碳运输船液货舱用 690 兆帕级低温钢。这种钢的强度级别达到了全球造船海工用钢标准的最高等级，为 690 兆帕级。其低温韧性达到了全球造船海工用钢标准的最高质量等级，是零下 60 摄氏度级。抗开裂性能达到零下 35 摄氏度级，而现有国际标准是零下 10 摄氏度级，该钢的抗开裂性能远低于现有国际标准。该钢种会被应用于两艘全球首制且为世界最大的 7500 立方液化二氧化碳运输船。之后，它还将被应用于欧洲的二氧化碳捕捉及封存计划。

2023 年 7 月，宝武中央研究院发布了自主研发的高强度高耐候冷镦钢 BNH8。这种产品既具备优良的力学性能，又具备良好的耐腐蚀性能。其腐蚀速率低于 Q345B 的 30%，耐候性指数大于 8.5。在工业大气环境下，该产品能够实现紧固件全寿命周期免涂镀、免维护，为紧固件行业的绿色制造提供了宝武方案。

2023 年 9 月，太钢集团开发出了 1000 兆帕级超高强磁轭钢板。此钢板通过了中国钢铁工业协会的新产品技术评审。并且该钢板实现了全球首发。技术水平达到国际领先。

2.中国氢冶金工艺探索再上新台阶

中国河钢集团的全球首例 120 万吨氢冶金示范工程一期获得了圆满成功。

2023 年 5 月，中国河钢集团的全球首例 120 万吨氢冶金示范工程顺利实现了连续生产。生产出了绿色直接还原铁（DRI）产品，该 DRI 产品的金属化率达到 94%，能够作为高端材料来制造高品质洁净原料，并且项目的一期工程取得了圆满的成功。这是氢冶金核心关键技术的重大创新突破，是全球钢铁发展从传统“碳冶金”向新型“氢冶金”转变的重要事件，意味着中国正引领钢铁行业踏入“以氢代煤”冶炼“绿钢”的时代。6 月时，河钢集团首次利用 DRI 产品作为原料，成功生产出汽车用的低合金高强钢。

2)中国宝武钢铁集团长流程低碳冶金工艺开发取得重大进展

2023 年 9 月，中国宝武宣告八钢低碳冶金 2500 立方米富氢碳循环氧气高炉（HyCROF）的商业示范项目正式投入运营。这一事件标志着全球首个工业级别 2500 立方米 HyCROF 开始点火投产，同时也意味着宝武富氢碳循环氧气高炉工艺技术迈向了商业化的阶段。据预计，该项目能够实现每年减排近 100 万吨的二氧化碳。

3)中国首套百万吨级氢竖炉在湛江钢铁投产

2023 年 12 月，宝钢股份湛江钢铁有限公司的百万吨级氢基竖炉项目顺利点火并投入生产。此项目投产后，每年能够减少的二氧化碳排放量在 50 万吨以上。这是国内规模最大的一条生产线，它集成采用了多气源，最终采用全氢进行工业化生产，生产的是直接还原铁。项目采用了宝钢自主创新的“氢冶金电熔炼工艺”(HyRESP)。通过一系列绿色短流程，如贯通富氢气体净化、氢基竖炉还原、二氧化碳捕集、直接还原产品冷却等，形成了“直接还原焦炉煤气精制”“工艺气体灵活调配”“冷态直接还原铁产品处置及应用”等系列领先技术的创新应用。这些创新应用为后续自主集成并开发全氢冶炼技术积累了经验，有助于形成自有知识产权的低碳冶金工艺技术，从而助力钢铁行业的绿色低碳发展。

3.美国研究人员开发出一种具有优异拉伸塑性的梯度纳米结构钢

2023 年 5 月，美国普渡大学的研究人员研发出一种梯度纳米结构钢 G-T91，它具有优异的拉伸塑性。研究人员对用于核和石化领域的改性钢合金 T-91 进行了处理。他们利用压缩应力和剪切应力，把 T-91 样品表面的大晶粒破碎成较小的晶粒，从而形成超细金属颗粒“纳米层压板”，并且其中最小的超细晶粒尺寸小于 100 纳米。扫描电子显微镜显示，改进后的 G-T91 材料的中心是大颗粒且可拉伸，其表面是纳米颗粒且能承受压力，大小颗粒能够产生协同变形。G-T91 样品的屈服强度大约为 700 兆帕，能够承受约 10%的均匀应变，它的综合强度和塑性与 T-91 样品相比有明显的改善。相关研究成果在《科学·进展》期刊上得以发表。

中美研究人员研发出了一种材料，这种材料是镓铟合金弹性材料，它能够防止液体和气体的渗透。

2023 年 2 月，中国上海交通大学的研究人员与美国北卡罗莱纳州立大学的研究人员一起，利用液态金属研制出了一种弹性材料。这种材料能够防止液体和气体渗透，并且可以用作包装材料，用于那些需要气体防护的产品，比如柔性电池。研究人员制作了一层薄膜，这层薄膜是用镓和铟的共晶合金 EGaIn 制成的，在室温下它为液态。他们把这层薄膜包裹在弹性聚合物中，同时在聚合物的内表面镶嵌微型玻璃珠，这样能防止 EGaIn 液膜聚集。最终形成了一个弹性袋或护套，其内衬是液态金属，能够阻止液体或气体进出。研究人员还将进一步优化该材料的制备技术，目的是降低制备成本。相关研究成果已发表在《科学》期刊上。

5.日本研究人员开发出新型耐用铜-铝-锌形状记忆合金

2023 年 4 月，日本东京理科大学的研究人员研发出一种形状记忆合金，名为铜 - 铝 - 锌形状记忆合金（Cu - Al - Mn SMA），这种合金高度耐用，能够承受大量的循环载荷。研究人员把铜、铝、锌在碳坩埚里进行混合，接着在低压下熔化这些金属。之后，将冷却后的合金轧制成铸锭，并且测定混合相与高温相之间的相界温度。最后，把合金在 500 至 900 摄氏度的温度范围内反复进行加热和冷却，以此来增加材料的晶粒尺寸。该合金经过热处理后，晶粒较大且晶界较少。所以它不易断裂，还表现出良好的弹性热性能。在 2%的应变下，它能够承受超过 60000 次机械循环。在释放应变时，它显示出 6.3 焦耳每克的潜热。这种材料未来可应用于高效且具有成本效益的冷却系统。相关研究成果在《物理学杂志：能源》这份刊物上得以发表。