基礎材料強國制造技術路線 鋼鐵材料卷

本書描述了鋼鐵行業領域先進基礎材料所面臨的問題和形勢，了解和掌握我國相應材料領域先進基礎材料供需狀況，深入分析未來先進基礎材料發展趨勢。統籌提出先進基礎材料領域強國戰略思路、發展目標及重點任務，制定先進基礎材料2020-2035發展技術路線圖。并提出合理可行的政策與保障措施建議，為我國材料強國2035戰略實施提供基礎支撐.

鋼鐵行業是支撐我國制造業和國防工業發展的基石，也是國民經濟中舉足輕重的基礎產業。建國初期我國鋼產量僅為16 萬噸，經過“156 項工程”中鋼鐵項目的建設、“三大五中十八小”建設、三線建設，逐步形成規?；撹F生產工業體系，改革開放后寶鋼的興建開啟了我國鋼鐵工業現代化發展階段。進入新世紀以來，我國鋼鐵產量和消費量長期占世界一半以上，鋼鐵行業進入加速發展階段，我國已經成為當之無愧的世界第一鋼鐵生產大國和消費大國。
當前，我國鋼鐵企業的生產、研發和管理水平不斷提高，誕生了一大批世界一流的產品和技術。曾經“卡脖子”的大型艦船用鋼、軸承鋼、核電用鋼、高鐵用鋼等材料則被一一攻克。在鋼鐵工業綠色制造方面，我國綠色環保標準體系和工藝技術已經整體處于世界領先水平，噸鋼能源消耗達到世界一流水平【2020 年我國鋼鐵綜合能耗545kg（標準煤）/t（鋼）】。尤其是在京津冀地區，由鋼鐵生產帶來的粉塵、SO2、NOx 等主要大氣污染物已經得到有效控制，生態環境明顯改善。在鋼鐵工業智能制造方面，我國已具備了良好的自動化和信息化條件，正在積極探索智能生產方面的技術突破。未來，我國鋼鐵行業將實現大數據、人工智能、云計算等新一代信息技術與研發、設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節深度融合，建立具有信息深度自感知、智慧優化自決策、精準控制自執行等功能的先進制造系統與模式，充分發揮信息技術在縮短產品研發周期、提高生產效率、提升產品質量、降低資源能源消耗等諸多方面的巨大作用，真正實現鋼鐵工業的“智慧制造”。
如今，在我國“碳達峰”“碳中和”重大戰略目標指引下，鋼鐵行業也在制定自身的“雙碳”時間表，積極探索實施路徑，布局“雙碳”技術和人才?？梢灶A見的是，未來我國鋼鐵領域將產生一大批先進的低碳和無碳工藝技術。應對減碳壓力對傳統流程產生極大沖擊的同時，也是我國鋼鐵產業實現從跟隨到引領的重大機遇。
本書是對中國工程院化工、冶金與材料學部2018—2020 年“新材料強國2035 戰略研究”中的“先進基礎材料強國戰略研究”及“2035 我國基礎材料綠色制造和智能制造技術路線圖研究”兩個重大咨詢項目中鋼鐵領域研究成果的提煉總結。全書內容分為3 篇，第1 篇是精品制造，從鋼鐵產品出發，主要對基礎零部件用鋼、船舶及海洋工程用鋼、先進軌道交通用鋼、能源用鋼等11類主要品種，介紹其應用范圍，分析現狀問題，描繪發展愿景。第2、3 篇則是綠色制造和智能制造，主要從生產流程和工藝技術出發，分別著眼于近期、中期及遠期目標，梳理三大“關鍵技術”（推薦應用的關鍵技術、加快工業化研發的關鍵技術和積極關注的關鍵技術）。綠色制造篇從能源消耗、資源綜合利用和污染物排放3 個方面，梳理了石灰、焦化、燒結、球團、煉鐵、煉鋼、軋鋼、污廢處理等流程中共101 項推薦應用的技術、73 項加快研發的技術和46 項積極關注的技術。智能制造篇從智能裝備、智能系統、工業軟件和新一代信息技術4 個方面歸納整理了24 項推薦應用的關鍵技術、23 項加快工業化研發的關鍵技術和17 項積極關注的關鍵技術。
本書匯集了近百位專家學者的學識與智慧，得到了翁宇慶、聶祚仁、錢鋒等院士高屋建瓴的指導，中國金屬學會專家委員會諸多行業同仁等多次通過各種方式提出了大量具體修改意見。本書的撰寫及數據統計主要由中國金屬學會相關專業分會及掛靠單位組織專家完成，其中精品制造篇由中國鋼研科技集團有限公司、北京科技大學、中國寶武鋼鐵集團有限公司、鞍鋼集團等單位相關專家編寫，綠色制造篇由中國冶金科工集團有限公司組織中冶賽迪集團有限公司、中冶建筑研究總院有限公司、中冶焦耐工程技術有限公司等單位負責編寫，智能制造篇由中國鋼研科技集團有限公司自動化研究院、中國寶武鋼鐵集團有限公司相關專家編寫。項目歷時3 年多的調研、整理、編寫和修改，很多專家、學者及工程技術人員都傾注了大量的心血和熱情，在此不一一列舉，謹通過本書向所有參與課題研究、審定和資料撰寫的院士、專家及工作人員表示崇高的敬意和感謝，同時，也向我國鋼鐵強國之路上不斷奮斗的廣大冶金科技工作者致敬，希望本書能為一線科技工作者提供借鑒。
由于編者水平所限，書中不足之處敬請讀者批評指正！

中國金屬學會
2021 年10 月

中國科協先進材料學會聯合體 中國金屬學會 組織編寫。其中精品制造篇由中國鋼研科技集團有限公司、北京科技大學、中國寶武鋼鐵集團有限公司、鞍鋼集團等單位相關專家編寫，綠色制造篇由中國冶金科工集團有限公司組織中冶賽迪集團有限公司、中冶建筑研究總院有限公司、中冶焦耐工程技術有限公司等單位負責編寫，智能制造篇由中國鋼研科技集團有限公司冶金自動化研究設計院、中國寶武鋼鐵集團有限公司相關專家編寫。

《基礎材料強國制造技術路線 鋼鐵材料卷》闡述了用于基礎零部件制造、船舶及海洋工程、軌道交通、汽車、能源、油氣輸送、石油化工、建筑、工程機械等的先進鋼鐵材料的關鍵指標和發展戰略；鋼鐵材料主要產品和技術流程，資源綜合利用、能耗及排放特征以及節能、環保的關鍵技術；鋼鐵行業智能裝備、智能系統、工業專用軟件、新一代信息技術的應用和冶金流程在線檢測、冶金工業機器人、鋼鐵復雜生產過程智能控制系統、全流程一體化計劃調度系統、全流程質量管控系統、能源與生產協同優化系統、設備精準運維系統、鋼鐵供應鏈全局優化系統、鋼鐵工業互聯網平臺等技術的發展路徑。
本書可供鋼鐵行業、企業、科研院所及主管部門參考。

第1篇 精品制造
第1章 總論 003 
1.1 我國鋼鐵產業發展概況 004
1.2 先進鋼鐵材料需求和形勢分析 005
1.3 2035 年鋼鐵強國主要目標 007
1.4 實現鋼鐵材料強國戰略途徑分析 008
1.5 實現鋼鐵材料強國的重大技術措施 009
1.6 技術路線圖 010
1.7 政策措施及建議 011

第2章 基礎零部件用鋼 013 
2.1 齒輪鋼 014
2.1.1 應用領域和種類范圍 014
2.1.2 現狀與需求分析 014
2.1.3 存在的問題 015
2.1.4 發展愿景 016
2.2 軸承鋼 016
2.2.1 應用領域和種類范圍 016
2.2.2 現狀與需求分析 017
2.2.3 存在的問題 019
2.2.4 發展愿景 019
2.3 模具鋼 020
2.3.1 應用領域和種類范圍 020
2.3.2 現狀與需求分析 020
2.3.3 存在的問題 021
2.3.4 發展愿景 022

第3章 船舶及海洋工程用鋼 023 
3.1 先進船體用鋼 024
3.1.1 應用領域和種類范圍 024
3.1.2 現狀與需求分析 024
3.1.3 存在的問題 025
3.1.4 發展愿景 025
3.2 先進海洋平臺用鋼 026
3.2.1 應用領域和種類范圍 026
3.2.2 現狀與需求分析 026
3.2.3 存在的問題 027
3.2.4 發展愿景 027
3.3 深海油氣鉆采儲用關鍵材料 028
3.3.1 應用領域和種類范圍 028
3.3.2 現狀與需求分析 029
3.3.3 存在的問題 030
3.3.4 發展愿景 030
3.4 島礁基礎設施用鋼 031
3.4.1 應用領域和種類范圍 031
3.4.2 現狀與需求分析 032
3.4.3 存在的問題 033
3.4.4 發展愿景 033

第4章 先進軌道交通用鋼 035 
4.1 鋼軌用鋼 036
4.1.1 應用領域和種類范圍 036
4.1.2 現狀與需求分析 036
4.1.3 存在的問題 037
4.1.4 發展愿景 037
4.2 高鐵車輪用鋼 038
4.2.1 應用領域和種類范圍 038
4.2.2 現狀與需求分析 038
4.2.3 存在的問題 039
4.2.4 發展愿景 039
4.3 高鐵車軸用鋼 040
4.3.1 應用領域和種類范圍 040
4.3.2 現狀與需求分析 040
4.3.3 存在的問題 041
4.3.4 發展愿景 041

第5章 先進汽車用鋼 043 
5.1 汽車用先進高強鋼 044
5.1.1 應用領域和種類范圍 044
5.1.2 現狀與需求分析 044
5.1.3 存在的問題 045
5.1.4 發展愿景 046
5.2 汽車彈簧鋼 046
5.2.1 應用領域和種類范圍 046
5.2.2 現狀與需求分析 047
5.2.3 存在的問題 047
5.2.4 發展愿景 047
5.3 汽車緊固件用鋼 048
5.3.1 應用領域和種類范圍 048
5.3.2 現狀與需求分析 048
5.3.3 存在的問題 048
5.3.4 發展愿景 049

第6章 能源用鋼 051 
6.1 先進核電用鋼 052
6.1.1 應用領域和種類范圍 052
6.1.2 現狀與需求分析 053
6.1.3 存在的問題 054
6.1.4 發展愿景 056
6.2 630～700℃高蒸汽參數先進超超臨界機組關鍵用材 056
6.2.1 應用領域和種類范圍 056
6.2.2 現狀與需求分析 057
6.2.3 存在的問題 057
6.2.4 發展愿景 058
6.3 高性能電工鋼 058
6.3.1 應用領域和種類范圍 058
6.3.2 現狀與需求分析 059
6.3.3 存在的問題 059
6.3.4 發展愿景 060
6.4 非晶合金帶材 060
6.4.1 應用領域和種類范圍 060
6.4.2 現狀與需求分析 061
6.4.3 存在的問題 061
6.4.4 發展愿景 062

第7章 油氣輸送用高強韌管線鋼 063 
7.1 應用領域和種類范圍 064
7.2 現狀與需求分析 064
7.3 存在的問題 065
7.4 發展愿景 066
7.4.1 戰略目標 066
7.4.2 重點發展任務 066

第8章 石化壓力容器用鋼 069 
8.1 石化壓力容器用鋼應用領域和種類范圍 070
8.1.1 應用范圍 070
8.1.2 所屬鋼種 070
8.2 石化壓力容器用鋼現狀與需求分析 070
8.2.1 石化壓力容器用鋼“十三五”期間現狀 070
8.2.2 需求分析 073
8.3 石化壓力容器用鋼存在的問題 075
8.4 石化壓力容器用鋼發展愿景 076
8.4.1 戰略目標 076
8.4.2 重點發展任務 076
8.4.3 實施路徑 077
8.5 措施和建議 077

第9章 新一代功能復合化建筑用鋼 079 
9.1 高強耐火耐候房屋建筑鋼 080
9.1.1 應用領域和種類范圍 080
9.1.2 現狀與需求分析 080
9.1.3 存在的問題 082
9.1.4 發展愿景 082
9.2 橋梁用鋼 083
9.2.1 應用領域和種類范圍 083
9.2.2 現狀與需求分析 084
9.2.3 存在的問題 085
9.2.4 發展愿景 086

第10章 工程機械用鋼 089 
10.1 700MPa 以上級別高強度鋼板 090
10.1.1 應用領域和種類范圍 090
10.1.2 現狀與需求分析 090
10.1.3 存在的問題 091
10.1.4 發展愿景 092
10.2 高性能耐磨鋼 093
10.2.1 應用領域和種類范圍 093
10.2.2 現狀與需求分析 093
10.2.3 存在的問題 094
10.2.4 發展愿景 094
10.3 掘進機刀具用鋼 095
10.3.1 應用領域和種類范圍 095
10.3.2 現狀與需求分析 095
10.3.3 存在的問題 096
10.3.4 發展愿景 096
10.4 大線能量焊接材料 097
10.4.1 應用領域和種類范圍 097
10.4.2 現狀與需求分析 097
10.4.3 存在的問題 098
10.4.4 發展愿景 099

第11章 高品質不銹鋼及耐蝕合金 101 
11.1 應用領域和種類范圍 102
11.2 現狀與需求分析 102
11.3 存在的問題 103
11.4 發展愿景 103
11.4.1 戰略目標 103
11.4.2 重點發展任務 103

第12章 其他先進鋼鐵材料 105 
12.1 高溫合金 106
12.1.1 應用領域和種類范圍 106
12.1.2 現狀與需求分析 107
12.1.3 存在的問題 109
12.1.4 發展愿景 110
12.2 超高強度鋼 111
12.2.1 應用領域和種類范圍 111
12.2.2 現狀與需求分析 111
12.2.3 存在的問題 112
12.2.4 發展愿景 113


第2篇 綠色制造
第1章 鋼鐵綠色制造概況 117 
1.1 鋼鐵綠色制造的概念和內涵 118
1.1.1 綠色制造的概念 118
1.1.2 鋼鐵綠色制造的內涵 118
1.1.3 鋼鐵綠色制造的現狀與趨勢 119
1.2 鋼鐵材料主要產品和技術流程 120
1.2.1 鋼鐵材料特性及主要產品 120
1.2.2 鋼鐵材料生產工藝流程 121
1.2.3 中國鋼鐵產能及分布 123
1.3 鋼鐵資源綜合利用、能耗及排放特征 124
1.3.1 資源綜合利用特征 124
1.3.2 能耗品類及工序特征 124
1.3.3 排放物料及工序特征 125
1.4 國外鋼鐵綠色制造的主要計劃 126
1.4.1 日本COURSE50 126
1.4.2 瑞典HYBRIT 127
1.4.3 德國H2FUTURE 128
1.4.4 德國SALCOS 129
1.5 我國鋼鐵綠色制造的主要成績 130
1.5.1 政策導向 130
1.5.2 能耗及排放關鍵技術指標 131
1.5.3 代表性鋼企的綠色制造實踐 131

第2章 鋼鐵行業資源綜合利用現狀和趨勢 133 
2.1 中國單位產鋼資源綜合利用指標 134
2.2 中國與國外單位產鋼資源綜合利用指標對比 140
2.2.1 行業指標 140
2.2.2 典型鋼企指標. 142
2.3 國內外資源綜合利用措施現狀 143
2.4 與國外的差距和存在的主要問題 146
2.5 未來鋼鐵行業資源綜合利用技術趨勢 147

第3章 鋼鐵行業節能現狀和趨勢 149 
3.1 中國單位產鋼能耗指標規范要求 150
3.2 單位產鋼能耗指標實際現狀 156
3.2.1 行業指標 156
3.2.2 典型鋼企指標 157
3.2.3 鋼鐵生產能源介質流向示意圖 158
3.3 節能措施現狀 158
3.3.1 石灰 158
3.3.2 燒結 158
3.3.3 球團 158
3.3.4 焦化 159
3.3.5 高爐煉鐵 159
3.3.6 轉爐煉鋼 159
3.3.7 電爐煉鋼 159
3.3.8 連鑄 159
3.3.9 軋鋼 160
3.3.10 能源公輔 160
3.4 與國外鋼鐵企業能源消耗對比 160
3.5 未來鋼鐵產業節能技術趨勢 161

第4章 鋼鐵行業環?，F狀和趨勢 163 
4.1 中國單位產鋼環保指標 164
4.2 中國與國外單位產鋼環保指標對比 164
4.2.1 行業指標 164
4.2.2 典型鋼企指標 166
4.2.3 全流程鋼鐵生產主要污染物排放示意圖 166
4.3 國內外環保措施現狀 167
4.3.1 廢水 167
4.3.2 SO2 169
4.3.3 NOx 170
4.3.4 顆粒物 171
4.3.5 噪聲 172
4.3.6 固廢 173
4.3.7 CO2 174
4.3.8 有機物 176
4.4 與國外的差距和存在的主要問題 176
4.5 未來鋼鐵產業環保技術趨勢 178

第5章 鋼鐵綠色制造發展目標 179 
5.1 基本原則 180
5.2 發展需求與行業總體環境負荷關系 180
5.3 鋼鐵行業2035 年綠色制造技術路線圖 180
5.3.1 發展愿景 180
5.3.2 鋼鐵行業發展技術路線圖 181

第6章 鋼鐵綠色制造關鍵技術 183 
6.1 關鍵技術分類及評估 184
6.2 原料 184
6.2.1 排放和能源消耗 185
6.2.2 推薦應用的關鍵技術 185
6.2.3 加快工業化研發的關鍵技術 186
6.2.4 積極關注的關鍵技術 186
6.3 石灰 187
6.3.1 排放和能源消耗 187
6.3.2 推薦應用的關鍵技術 195
6.3.3 加快工業化研發的關鍵技術. 204
6.3.4 積極關注的關鍵技術 209
6.4 燒結 211
6.4.1 排放和能源消耗 211
6.4.2 推薦應用的關鍵技術 213
6.4.3 加快工業化研發的關鍵技術 221
6.4.4 積極關注的關鍵技術 224
6.5 球團 229
6.5.1 排放和能源消耗 230
6.5.2 推薦應用的關鍵技術 233
6.5.3 加快工業化研發的關鍵技術 237
6.5.4 積極關注的關鍵技術 239
6.6 焦化 240
6.6.1 排放和能源消耗 240
6.6.2 推薦應用的關鍵技術 254
6.6.3 加快工業化研發的關鍵技術 264
6.6.4 積極關注的關鍵技術 270
6.7 煉鐵 273
6.7.1 排放和能源消耗 273
6.7.2 推薦應用的關鍵技術 277
6.7.3 加快工業化研發的關鍵技術 281
6.7.4 積極關注的關鍵技術 284
6.8 煉鋼 288
6.8.1 排放和能源消耗 288
6.8.2 推薦應用的關鍵技術 294
6.8.3 加快工業化研發的關鍵技術 303
6.8.4 積極關注的關鍵技術 309
6.9 連鑄 309
6.9.1 排放和能源消耗 309
6.9.2 推薦應用的關鍵技術 312
6.9.3 加快工業化研發的關鍵技術 315
6.9.4 積極關注的關鍵技術 316
6.10 軋鋼 317
6.10.1 熱軋板帶 317
6.10.2 冷軋板帶 331
6.10.3 涂鍍板帶 347
6.10.4 長材 368
6.10.5 鋼管 389
6.11 能源管控與環保 394
6.11.1 發電廠與新能源 394
6.11.2 水處理 402
6.11.3 固廢處理 413
6.11.4 能源介質 419
6.11.5 工業爐窯 444
6.12 其他廢棄物消納 450
6.12.1 固廢 450
6.12.2 廢液 452
6.13 特殊鋼種生產 453
6.13.1 不銹鋼 453
6.13.2 其他 460

第7章 鋼鐵綠色制造建議 467 
7.1 國家政策 468
7.2 體系建設 468
7.3 產業環境 469
7.4 人才培養 469


第3篇 智能制造
第1章 鋼鐵行業智能制造發展現狀與智能化需求 473 
1.1 鋼鐵行業智能制造總體發展情況 474
1.1.1 鋼鐵行業重點領域智能制造發展現狀 474
1.1.2 鋼鐵行業重點領域智能化需求 478
1.2 鋼鐵行業智能制造案例 480
1.2.1 寶鋼智能制造案例 480
1.2.2 河鋼集團唐鋼智能制造案例 481
1.3 小結 483

第2章 2020—2035 年鋼鐵行業智能制造目標 485 
2.1 到2025 年鋼鐵行業智能制造目標 486
2.2 到2035 年鋼鐵行業智能制造目標 486

第3章 鋼鐵行業智能制造亟需突破的瓶頸 489 
3.1 智能裝備 490
3.1.1 需要應用的技術 490
3.1.2 需要加快工業化研發的技術 491
3.1.3 需要關注的前瞻技術 495
3.2 智能系統 495
3.2.1 需要應用的技術 495
3.2.2 需要加快工業化研發的技術 499
3.2.3 需要關注的前瞻技術 502
3.3 工業專用軟件 502
3.3.1 需要應用的技術 502
3.3.2 需要加快工業化研發的技術 504
3.3.3 需要關注的前瞻技術 504
3.4 新一代信息技術 504
3.4.1 需要加快工業化研發的技術 505
3.4.2 需要關注的前瞻技術 506

第4章 2035 年鋼鐵行業智能制造重點發展領域及重點任務 507 
4.1 冶金流程在線檢測裝置 508
4.2 冶金工業機器人 509
4.3 鋼鐵復雜生產過程智能控制系統 510
4.4 全流程一體化計劃調度系統 512
4.5 全流程質量管控系統 513
4.6 能源與生產協同優化系統 513
4.7 設備精準運維系統 514
4.8 鋼鐵供應鏈全局優化系統 515
4.9 鋼鐵工業互聯網平臺 515

第5章 2035 年鋼鐵行業智能制造技術發展路線圖 517 


參考文獻 520