“手撕鋼”發展曆程和未來展望
2026-04-16 12:46:25
中國冶金報社
泰斯剛
“手撕鋼”即寬幅超薄不鏽精密帶鋼,它是國家重大戰略和重點新興領域急需的關鍵核心材料之一。從2016年起,太鋼集團成立研發團隊,開始開發“手撕鋼”工藝技術和產品,曆時近10年的研發和創新,先後經曆極限規格的突破、功能新材料量產等階段,在生產一代、研發一代、儲備一代的新產品開發思想指導下,“手撕鋼”正開啟新一代智能材料研發與創新,讓“手撕鋼”從跟跑者變身為領跑者。
極限規格及性能的突破
2016年以前,由於技術質量要求高、工藝控製難度大,“手撕鋼”製造技術長期被日本、德國、美國等國外少數企業壟斷,而且寬度僅有350毫米到400毫米,400毫米以上是國際空白。在“手撕鋼”研發之前,國內超薄精密帶鋼全部依賴進口,價格最高達每公斤20萬元,且厚度0.03毫米以下產品對我國嚴格禁售,使得我國長期麵臨“高價買”和被“卡脖子”困境。特別是航天、核電等領域的快速發展,對超寬幅超薄帶鋼提出了向更薄更寬更硬的發展需求,市場潛力巨大。
寬幅“手撕鋼”的研發生產是世界性難題,由於其寬、薄、精的特點和產品的尺寸精度、性能、板形、表麵等方麵的要求,生產中麵臨著鋼質純淨度、帶材控形控性、多品種柔性化、穩定生產、極限性能這五大難題和缺少成熟工藝技術且沒有成套裝備和產線的“兩缺”局麵。麵對國家重大戰略和重點新興領域飛速發展,在“鼓勵創新、寬容失敗、反對守成”“聞新則喜、聞新則動、以新製勝”的創新理念驅動下,“手撕鋼”研發團隊勇挑重擔,迎難而上,決心突破被“卡脖子”的局麵。
太(tai)鋼(gang)作(zuo)為(wei)全(quan)球(qiu)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)行(xing)業(ye)的(de)領(ling)軍(jun)企(qi)業(ye),曾(zeng)經(jing)冶(ye)煉(lian)出(chu)新(xin)中(zhong)國(guo)第(di)一(yi)爐(lu)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang),多(duo)少(shao)年(nian)來(lai),堅(jian)持(chi)不(bu)忘(wang)產(chan)業(ye)報(bao)國(guo)初(chu)心(xin),牢(lao)記(ji)大(da)國(guo)重(zhong)器(qi)使(shi)命(ming),勇(yong)挑(tiao)技(ji)術(shu)創(chuang)新(xin)責(ze)任(ren)。別(bie)人(ren)能(neng)幹(gan),我(wo)們(men)也(ye)能(neng)幹(gan)得(de)更(geng)好(hao)。針(zhen)對(dui)“手撕鋼”生產的問題,團隊成立了鋼質純淨度、軋製控形工藝、高等級表麵精度、產品性能五大核心工藝技術組。
“手撕鋼”的研發生產先要解決的是原料鋼質純淨度問題。常規冶煉鋼質中存在一定的夾雜物,一般鋼中夾雜物直徑為5微米~50微米,幾乎與超薄帶鋼的厚度相當,會導致帶鋼軋製穿孔。團隊提出了鋼質高純淨和夾雜物微細化調控思路:首次創新開發了高純度精煉技術,攻克了不鏽鋼低氧高純淨化與夾雜物塑性化雙向調控難題,精密帶鋼中夾雜物尺寸小於1微米,且呈塑性化,達到世界最高水平。
解決了原料問題,超薄“手撕鋼”軋製難題緊隨而來。軋製“手撕鋼”就像“擀麵”一樣,要經過軋製、退火等多個工序。由於帶鋼寬厚比大,軋製過程軋輥撓曲變形,輥端壓靠嚴重,無法實現高精度軋製。同時,帶鋼幅寬大、厚度薄,生產過程更容易發生抽帶、斷帶、塌卷等嚴重問題。團隊經過700多次試驗開發出“手撕鋼”高精度軋製控形技術,實現了世界最薄最寬的0.02毫米×640毫米帶鋼高精度穩定軋製,厚度精度達±1微米,板形平整度達到<0.1毫米/米。
航天、電子等高端領域的基礎材料需求特點是:品種多、性能功能要求高。硬態產品要求硬度高、疲勞壽命長,軟態產品加工變形量大,塑性要求高,功能性產品要求超平、磁性低等,技術含量高,工藝難度大。團隊首創精密帶鋼性能控製技術,研製出世界綜合性能最優的硬態超薄帶鋼產品(維氏硬度>600、疲勞壽命達20萬次)和世界綜合性能最優的軟態超薄帶鋼產品,極限變形量比國外最高水平大56%。
在以上工藝生產技術基礎上,團隊自主設計、集成建設全球首條寬幅超薄不鏽精密帶鋼的全流程、智能化生產線,研製出微張力均衡控製、螺旋芯軸展平輥等關鍵裝備,實現寬幅超薄精密帶鋼高質量穩定生產,單卷長度達2萬米以上,是窄幅世界最高水平的2.5倍,引領國際超薄不鏽鋼精密帶鋼裝備及生產技術發展。
2020年7月份,一場基於厚度為0.015毫米寬度400毫米以上的新能源汽車電池用特殊不鏽鋼精密箔材攻關開始了。軋機設計極限是0.02毫米,從理論上來說要做到0.015毫米根本不具備條件,熱處理、清洗、拉矯、縱zong切qie機ji組zu都dou麵mian臨lin著zhe同tong樣yang的de問wen題ti。因yin此ci,全quan公gong司si的de設she備bei必bi須xu進jin一yi步bu升sheng級ji改gai造zao,必bi須xu提ti高gao設she備bei功gong能neng精jing度du和he工gong藝yi控kong製zhi精jing度du。麵mian對dui這zhe次ci全quan新xin的de挑tiao戰zhan,研yan發fa團tuan隊dui在zai太tai鋼gang領ling導dao的de部bu署shu下xia組zu織zhi了le多duo次ci專zhuan題ti會hui議yi,分fen析xi0.015毫米精密不鏽鋼箔生產的可行性,在解決了一係列難題後,終於在2020年8月16日完成軋製,標誌著太鋼精密帶生產技術又上了一個台階。
“手撕鋼”團隊對不鏽鋼超薄精帶製造係列理論和工藝技術進行了重大創新。其整體工藝技術已獲得授權發明專利20件,擁有專有技術227項,製定國家標準、行業標準、團體標準各1項,發表論文74篇。該團隊首次實現了世界最寬最薄“手撕鋼”的批量生產,解決了超薄不鏽鋼材料被“卡脖子”難題,填補了寬幅超薄帶鋼的世界空白。行業專家評價:“填補多項空白,成果達到國際領先水平”。
“手撕鋼”項目在2019年榮獲了冶金科學技術獎唯一的特等獎和2020年中國工業大獎,第二十一屆中國國際工業博覽會CIIF大獎,第四屆全國質量創新大賽QIC-V級成果(一等獎),領跑了世界不鏽鋼工業技術發展,提升了我國高端鋼鐵新材料製造水平。2021年,山西太鋼不鏽鋼精密帶鋼有限公司榮獲了全國五一勞動獎章。央視《新聞聯播》、《人民日報》、新華社、中新社、《中國冶金報》等媒體相繼對“手撕鋼”進行了報道。
寬幅超薄不鏽精密帶鋼支撐了我國高科技領域的創新與突破,對保障國家關鍵材料供給安全具有重大戰略意義。“手撕鋼”在戰略和尖端領域應用實現由無到有,用於軍工防爆片、航天壓力傳感器、核電屏蔽罩等;在高端製造領域實現替代進口,用於軍工防輻射服(占有率100%),蘋果手機背板(占有率60%)、新一代USB接口(占有率33%)等。在其它高端領域應用廣泛。特別是“手撕鋼”引領了鋼鐵工業的技術發展,解決了國家關鍵材料被“卡脖子”的難題,“手撕鋼”家喻戶曉、蜚聲中外,增強了民族自信心。
功能性“手撕鋼”的產品開發
2020年5月12日,習近平總書記在太鋼視察時,高度評價“手撕鋼”:“把百煉鋼變成了‘繞指柔’”,同時強調“產品和技術是企業的安身立命之本”,勉勵太鋼“再接再厲,在高端製造業科技創新上不斷勇攀高峰,在支撐先進製造業方麵邁出新的更大步伐”。總書記的囑托和期望,對“手撕鋼”研發團隊是巨大鼓舞和鞭策。研發團隊始終堅持“生產一代、研發一代、儲備一代”為引領,著眼國際前沿科技研發,立足本職本崗以實際行動加快新產品、新工藝創新和自主研發。
近年來,該團隊在第一代極限規格“手撕鋼”係列產品基礎上,圍繞“手撕鋼”研發生產全過程,以高技術產品應用為導向,緊跟材料應用前沿,同時,組建了先進不鏽鋼全國重點實驗室、山西省科技創新領軍團隊、山西省企業技術中心等,並與上海交通大學、北京科技大學、太原科技大學等高校聯合,在新產品、新技術、新材料等方麵發力,在5G無磁不鏽鋼精密帶材為代表的7個高端市場急需的關鍵材料及技術創新攻關組。
超導材料因其獨特的零電阻、完全抗磁性等特征,引導著能源、電力、交通、醫療、大科學裝置等領域的顛覆性變革,是科技前沿的關鍵材料。2023年工信部印發了前沿材料產業化重點發展指導,高溫超導成為我國第一批15項xiang重zhong點dian發fa展zhan的de前qian沿yan材cai料liao產chan業ye之zhi一yi,同tong年nian工gong業ye強qiang基ji專zhuan獲huo批pi立li項xiang,太tai鋼gang和he上shang海hai超chao導dao等deng行xing業ye領ling頭tou企qi業ye成cheng立li創chuang新xin聯lian合he體ti,加jia速su建jian設she超chao導dao全quan產chan業ye鏈lian生sheng產chan研yan發fa基ji地di,推tui動dong高gao溫wen超chao導dao產chan業ye的de快kuai速su發fa展zhan。
新產品C276箔材由於其具有高強度、高gao耐nai蝕shi等deng特te性xing成cheng為wei第di二er代dai高gao溫wen超chao導dao基ji材cai首shou選xuan。它ta具ju有you多duo層ceng氧yang化hua物wu的de載zai體ti,主zhu要yao功gong能neng是shi提ti供gong支zhi撐cheng和he力li學xue性xing能neng。由you於yu需xu在zai基ji材cai表biao麵mian進jin行xing磁ci控kong濺jian射she、脈衝激光沉積精密加工,對基材提出了超薄、高溫力學性能、高平整度、高表麵質量、低粗糙度、大卷重長米數要求。針對C276箔材超薄、高強度等特性,他們研究開發了特殊合金軋製工藝和輥係、多軋程+精準熱處理工藝和全流程多維度張力調整工藝,順利實現了最薄0.03毫米、最長5000米箔材的量產。同時,太鋼提供的基材用到了多個高精尖領域,創造了多項全球第一,比如應用於全球首台高溫超導聚變裝置、以及助力中科院等離子體所創造超導磁體26.8T世界紀錄等。它的量產為國產高溫超導基材提供了材料保障,助力行業快速發展。
掩膜板其主要作用為定義顯示屏幕像素密度和大小,通過精準定位遮擋區域,可實現將不同發光材料蒸鍍至基板上,是OLED(有機發光二極管)顯示屏幕生產過程中的關鍵模具,被稱為OLED顯示行業的光刻機。在OLED顯示產業鏈上,掩膜板對OLED顯示品質至關重要,是阻礙產業的發展的瓶頸。由於被國外壟斷,國內顯示屏技術與三星有代差,產業鏈呈現“越往上遊越被壟斷”“越是關鍵越空白”局麵。掩膜板也是國家“十三五”戰略性新興產業發展規劃中新型顯示技術關鍵材料之一,2022年工信部工業強基項目立項,項目整合產業鏈相關企業,涵蓋了生產、使用、評價全過程,其中太鋼承擔了箔材的研發。
掩膜板加工過程需要在手機大小麵積內通過精密光學蝕刻加工200萬個微孔,孔徑隻有30微米,並且任意一個孔有問題,整個材料就要報廢,這就對材料提出了:近零夾雜物、微米級尺寸精度、零缺陷等技術要求。針對掩膜板的高要求,他們開發了多聯真空熔煉鋼質超純淨控製技術、特殊合金箔材超平控製技術,同時完成了軋機、清洗、拉矯、TA機組等全封閉改造,分切及TA毛氈壓力工藝改進等,實現了箔材生產過程潔淨化,箔材厚度精度為1微(wei)米(mi)。在(zai)這(zhe)些(xie)關(guan)鍵(jian)工(gong)藝(yi)的(de)支(zhi)撐(cheng)下(xia),因(yin)瓦(wa)合(he)金(jin)箔(bo)材(cai)各(ge)項(xiang)指(zhi)標(biao)達(da)到(dao)進(jin)口(kou)先(xian)進(jin)水(shui)平(ping),這(zhe)是(shi)我(wo)國(guo)首(shou)例(li)從(cong)原(yuan)料(liao)熔(rong)煉(lian)開(kai)始(shi)到(dao)因(yin)瓦(wa)箔(bo)材(cai)產(chan)出(chu)真(zhen)正(zheng)完(wan)全(quan)國(guo)產(chan)化(hua)的(de)產(chan)品(pin)。它(ta)的(de)量(liang)產(chan)突(tu)破(po)了(le)日(ri)韓(han)聯(lian)盟(meng)在(zai)OLED高端顯示領域對我國的掩膜板產品限製與技術封鎖,為我國顯示產業開辟出一條獨立自主的發展道路。
未來在功能實現領域,“手撕鋼”將圍繞特殊合金(軟磁鎳基合金)表麵粗糙度及塗層處理、不同種材料的複合、激光熔覆、磁控濺射,開發新的市場需求。
第三代“智能”“手撕鋼”的儲備
習近平總書記指出,抓創新就是抓發展,謀創新就是謀未來。不創新就要落後,創新慢了也要落後。“改革不止,創新不斷!”“手撕鋼”創新研發團隊始終堅持以習近平新時代中國特色社會主義思想為引領,著眼國際前沿科技研發,立足本職本崗以實際行動加快新產品、新工藝創新和自主研發。近年來,太鋼與華為“2012實驗室”、華新光電、京東方、榮耀、上海超導、浙江眾淩等知名企業創新研發平台緊密協作,對標國際一流,不斷超越自我,開展新一代“智能”“手撕鋼”係列產品預研,為高端製造業發展提供關鍵基礎材料的保障。在半導體領域,太鋼深度分析相關箔材需求,與華為、北方華創等企業合作,開發光刻機雙機工作台疏水薄膜相關箔材,目標厚度為0.01毫米,為“卡脖子”領域提供材料支持。
在新能源領域,太鋼長期關注動力電池膜電極發展,與比亞迪、寧德時代、濰柴動力、浙江鋰盾等企業協同,開發動力電池膜電極用高耐蝕性、高平整度、高(gao)塑(su)性(xing)的(de)特(te)殊(shu)合(he)金(jin)箔(bo)材(cai),為(wei)新(xin)一(yi)代(dai)電(dian)池(chi)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)提(ti)供(gong)新(xin)的(de)更(geng)安(an)全(quan)可(ke)靠(kao)的(de)箔(bo)材(cai),為(wei)鋁(lv)箔(bo)的(de)升(sheng)級(ji)替(ti)換(huan)提(ti)供(gong)新(xin)的(de)材(cai)料(liao)選(xuan)擇(ze)。同(tong)時(shi),太(tai)鋼(gang)與(yu)蘇(su)州(zhou)邁(mai)為(wei)等(deng)企(qi)業(ye)合(he)作(zuo),開(kai)展(zhan)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)板(ban)用(yong)HJT絲網印刷網板基礎箔材開發,為行業開辟新的賽道。
“手撕鋼”作zuo為wei電dian子zi領ling域yu的de核he心xin零ling部bu件jian材cai料liao,具ju備bei雙shuang向xiang控kong製zhi的de傳chuan導dao介jie質zhi作zuo用yong,微wei型xing電dian子zi的de發fa熱re材cai料liao,經jing過guo疏shu水shui表biao麵mian處chu理li將jiang會hui在zai智zhi能neng領ling域yu小xiao型xing化hua。未wei來lai“手撕鋼”將輻射到矽鋼領域的薄化。加入微量元素後,其可具備極高的強度、極強的抗高溫能力以及既高強且高韌等綜合性能。
在航空、航天領域,太鋼開發鎳基高溫合金箔材係列產品,並與航天二院、鋼鐵研究總院、商飛等單位合作,開展熱紅外反射薄膜、深空太陽能電池帆板襯底、大飛機除冰複合材料開發。
在電子溫度控製領域,太鋼利用極薄帶的特殊功能及材料的居裏溫度,控製發熱,生產出更多的智能材料。
在基礎工業領域,太鋼與清華大學團隊合作,開展高精度機床用光柵尺材料開發。
“手撕鋼”智能應用需要跨專業、跨領域的交叉學科支持,未來在智能領域,成立跨專業、跨領域的研發團隊,吸引國內優秀人才,研發滿足我國高精尖需求的微電子、微光伏、高精密機床、軍工核電用“手撕鋼”。智能“手撕鋼”材料的研發,將打破人們對“手撕鋼”的認知。“手撕鋼”不僅僅是一個產品,還是集理論研究、科技創新、新產品研發於一體的產學研用平台型技術;它的持續創新和廣泛應用,將給新一輪產業革命提供動力,必將隨著我國高科技領域的快速發展,衍生出更多智能材料的需求。

來源:中國冶金報-中國鋼鐵新聞網
編輯:張雨恬
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