不锈钢在《中国制造2025》中的机遇、作用和发展趋势(一)

2020-08-03

全面详解:不锈钢在《中国制造2025》中的机遇、作用和发展趋势(一)

 

1、《中国制造2025》的目标与发展理念

《中国制造2025》的目标是基本上实现工业化,进入世界制造强国的行列,打造中国制造的升级版。具体的目标是:制造业增加值位居世界第一;主要行业产品的质量水平达到或接近世界先进水平,形成一批具有自主知识产权的国际知名品牌;一批优势产品率先实现突破,实现又大又强;部分战略产业掌握核心技术,接近国际先进水平。

智能制造(包括制造业的数字化、网络化、智能化)是4.0版工业革命的核心技术,应该放在《中国制造2025》的核心位置。因为智能制造体现了信息技术与制造技术的深度融合,体现了创新驱动、质量效益、绿色制造和服务型制造的发展理念。中国工程院发布2015制造强国指数,美、日、德为前三名,中国第四,与制造强国相比,质量效益差别极大。

 

2、合金钢特别是不锈钢是《中国制造2025》不可或缺的结构材料与功能材料

作为社会发展的物质基础和先导,材料,特别是钢铁材料中的合金钢倍受人们的重视,而不锈钢是其重要的组成部分。

 

不锈钢以其优越的不锈性、耐腐蚀、强韧性、耐高温性、耐低温性、耐磨性、耐磨蚀性以及良好的制造加工性,对国民经济、国防建设,特别是制造业的发展具有重要的促进作用。

 

不锈钢是传统材料,因为已有100多年的研发和应用史;又是新型材料,因为不断有新品种开发出来,例如不同类型的超级不锈钢系列、资源节约型不锈钢、高韧性高强度(2000MPa级)不锈钢、纳米不锈钢等。

 

不锈钢是结构材料,又是功能材料,是结构功能一体化材料,例如无磁不锈钢、软磁不锈钢、阻尼不锈钢、形状记忆不锈钢、不同膨胀系数不锈钢等。总之,功能不锈钢是功能合金钢中最具有发展前景与发展潜力的钢类。

 

不锈钢的发展现状及趋势是:

(1)不锈钢的品质、性能高级化

主要表现在超高洁净度、超高均匀性的冶炼与铸造技术、全流程超细组织控制技术、钢材外观外形质量控制技术等。

(2)不锈钢品种规格的多样化、多功能化。

(3)不锈钢均质材料的复合化。

(4)不锈钢结构材料的功能化。

(5)不锈钢设计的计算机化。

(6)不锈钢生产技术的柔性化、生态化、智能化。

(7)不锈钢应用研究深入化。

与用户共同提高老钢种质量、性能,开拓新用途,研发新钢种。

(8)重视不锈钢基础理论的研究,特别是耐局部腐蚀机理、磨蚀机理与超高强度不锈钢强韧化机理以及功能不锈钢相关机理研究。

 

总之,不锈钢品种、品质、品牌的创新驱动发展,将为《中国制造2025》目标的实现做出应有的贡献,为中国不锈钢由生产、消费大国变成不锈钢强国奠定基础。

 

3、《中国制造2025》十大重点领域中现在和未来所使用的不锈钢

3.1 新一代信息技术用不锈钢

3.1.1 概述

材料、能源、信息是构成社会赖以生存的三大要素。新一代信息技术的发展离不开不锈钢。

 

现代信息技术尚无公认统一的定义,从技术角度讲包括:(1)信息载体:激光;(2)信息传递:微波、激光通过光钎;(3)信息储存:光盘与计算机结合;(4)信息显示:激光打印,光二极管。

 

信息材料是发展最快、变化最快的材料,其发展方向是轻、薄、短、小;特点是品种规格多、尺寸精度高、表面质量好、性能要求高、使用数量少、技术难度大、开发周期长,但技术含量与附加值高,经济效益好。

 

3.1.2 新一代信息技术用不锈钢的现状

表1 是新一代信息技术元器件用不锈钢

 
          
No. 牌号 元器件各称
1 1Cr13Ni,3Crl3 精密弹簧,绝对压力计元件,办公设备微型轴
2 lCr17,11Cr17 精密弹簧,办公设备微型轴
3 9Cr18Mo 加速表轴尖,不锈轴承
4 0Cr18 Ni9
1Cr18 Ni9Ti
通讯器材用小型十字开关,继电器,简易打印机弹簧,显像管弹簧,电脑真空槽,复印机定影、显影滚筒轴,、电缆屏蔽网与电子对撞机
5 0Cr18Ni12Mo2Ti 通讯电缆保护管,精密弹簧,电缆屏蔽网与电子对撞机、办公设备微型轴
6 00Cr28Ni1.5 N0.2 要求封接强度和气密性的显像管示波器
7 00 Cr18Ni15 Mo5
00 Cr25Ni25 Mo4.5 Cu
集成电路用硅外延片生产设备(≤500℃耐湿氯气腐蚀、气密性、力学性、可焊性好)
8 0Cr17 Ni7 精密弹簧,形状不太复杂弹性元件(膜盒、弹簧管),硅切片机刀片基体金属(σb=1769MPa)
9 0Cr17 Ni7Al 高速打印机环形带,显像管弹簧,形状不太复杂的弹性元件,精密弹簧
10 0 Cr17 Ni4 Cu4Nb
Stainless W
小型继电器弹簧,形状不太复杂的弹性元件,精密弹簧
11 0 Cr15 Ni9 Al 陀螺驱动装置钢带
12 AM 362,AM367
Custom 455
形状复杂要求高弹性的不锈耐蚀元件
13 0Cr19 Ni4 Si2Vl Til 高强耐蚀磁弹性元件(B4000=0.75~0.85T、σb≤1200MPa、E=206 GPa)
14 Y0Cr16 Ni10 Mo Cu CaS 飞机、舰载电子仪表轴,轴套,紧固件
15 Y0Cr18 Ni9 CaS 应答机、地面微波设备同轴接头
16 YlCr18 Ni9 复印机、电脑、传真机等马达及驱动系统用微型轴
17 含0.5%N的马氏体不锈钢 半导体生产设备用轴承,压力和流量控制阀

3.1.3新一代信息技术用不锈钢的进展

3.1.3.1 超高洁净度不锈钢

特别指用于半导体制备装置、印刷线路特别是超高真空元器件(例如不同类型晶闸管、绝缘栅极晶体管等)所使用的气体和非金属、金属夹杂物特别低的不锈钢。

 

气体与杂夹物高的不锈钢在超高真空下长期使用过程中,会释放出气体影响元器件的性能和使用寿命。在半导体制备过程中,不锈钢中的杂质,特别是重金属,例如Cu、Fe、Ni、Co、Cr等在半导体中的残存量越低越好,否则会大大影响、恶化半导体的性能,特别是电学性能。

 

目前超高洁净不锈钢普遍使用洁净度的水平是(10-6):[C]≤60、[N]≤65、[O]≤5、[H]≤1.0:。印刷线路<20μm的超细丝中要求非金属夹杂物特别低,且颗粒尺寸≤6μm。

 

超高洁净度不锈钢包括304、304L、316、316L以及一些超级不锈钢00Cr18Ni18Mo5、00Cr25 Ni25Mo4.5Cu等。

 

3.1.3.2 不锈钢极薄带材

极薄带材也称箔材,指厚度在<0.1mm以下的金属带材,主要用于电子、光电子、电脑、精密机械制造、机器人制造等行业,例如:0.010~0.020mm的铜箔大量应用于电动汽车的动力电池,0.040~0.070mm的Hastelloy合金箔可应用于长尺寸超导电缆的制造,而不锈钢薄带和极薄带的应用范围更广,用量也较大。

 

《中国制造2025》中提出微机电、微制造、机器人、智能制造等高新制造技术领域,对多品种、高品质金属极薄带会提出更高的技术要求。

 

中国东北大学自行设计的金属成形轧机,得到了最薄厚度达0.001mm的铜、铝和普碳箔材;钛、镍、镁、不锈钢、硅钢箔材厚度达到了0.01mm以下。与此同时国内也陆续从国外引进一些精密极薄带材生产线,可以生产出接近世界先进水平的不锈钢极薄带。

 

欧洲高品质超薄精密不锈钢带的价格一般为不锈钢冷轧薄带10倍以上,因其尺寸精度及其波动范围、表面质量(粗糙度、光洁度、平整度等),特别是钢的高洁净度、性能均匀度、使用的可靠性均应满足苛刻技术条件及个性化要求。
 

表2是高品质精密不锈钢薄带的牌号、规格及用途。

牌号
AISI
规格
厚度mm
元器件各称
304 0.05~0.13 电脑弹簧
304 0.05~0.13 电脑解码器
301 0.08~0.20 电脑端子弹簧
304 0.05~0.25 电脑刻蚀元件
301 0.05~0.13 电脑按键弹簧
304 0.08 电脑用电池接触片
304 0.05~0.13 电脑用3.5吋盘开关器
304 0.05~0.13 电池制造阴极接触面
301、302、304 0.05~0.10 各种类型精密弹性元件
各种不锈钢 0.10~0.20 音频、视频磁头垫片
304 0.1(晶粒直径
<2μm)
能进行刻蚀及激光加工电脑及智能手机用元器件
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