薄如蝉翼、论克计价太钢“手撕钢”铸就世界不锈钢最薄纪录

发布时间: 2024-05-17 19:47:16 人气：1 来源：硅溶胶精密铸造

  在山西太钢不锈钢精密带钢有限公司（下称“精带公司”）的产品展台上，一张不锈钢箔通体透亮，反射着镜面般的银色光泽，它的厚度只有0.015mm，不到头发丝直径的1/6。

  拿起钢箔，它可以像纸张一样弯曲、折叠，甚至轻轻用力就可以将钢箔徒手撕开。相比于“太钢不锈钢精密箔材”这个学名，它还有一个更为形象也更广为人知的名字——“手撕钢”。

  尽管厚度超薄，但“手撕钢”仍然具有高强度、韧性强、耐腐蚀、抗氧化、高屏蔽性等优异的特性，大范围的应用于航空航天、医疗器械、精密仪器、新能源等高精尖端设备制造业，被誉为“钢铁行业皇冠上的明珠”。

  近日，在国务院国资委新闻中心主办的十个维度看中国——“走进新国企·打卡新坐标”网络互动传播活动中，澎湃新闻（）记者走进太钢集团及太钢精带公司，打卡中国“厚度”，追寻太钢通过科技硬实力打造“百炼钢终成绕指柔”的故事。

  精带公司首席精密箔材工艺工程师廖席和记者说，“手撕钢”是指厚度0.05mm以下的超薄精密不锈带钢，是航空航天、高端电子、新能源等尖端领域的关键基础材料，一直以来仅有少数国家可以生产，且宽度不足400mm。

  太钢精带公司历时3年，攻克175个设备难题、452个工艺难题，终于在2018年自主突破了钢质纯净度、产线工艺、控制水平、高等级表面精度、产品性能等五大核心工艺技术，开发出厚度0.02mm、宽度640mm的“手撕钢”井形成量产。

  2020年8月，太钢又将“手撕钢”最薄厚度轧制至0.015mm，创造了新的世界纪录，实现了从依赖进口到世界领先的跨越。这种箔材技术方面的要求高，生产难度大，它的成功开发使太钢变成全球上唯一可批量生产宽幅软态不锈钢箔材产品的企业。

  “最近我们（在0.015mm的基础上）又继续尝试，大概能到12微米(0.012mm）。”精带公司研发中心主任段浩杰介绍道，制造超薄手撕钢的困难会随着厚度减小而成倍增加，每突破0.001毫米都是一次技术上的巨大挑战。尽管难度极大，但随着科研攻关不断突破，未来0.012mm甚至突破0.01mm并实现量产方面还值得期待。他特别指出，从0.02mm到0.015mm再到更薄的钢箔，这看似细微的差别在工业上差异巨大。以电池为例，同样体积的电池，使用0.015mm材料制造，其电池容量能够增加17%。

  在“手撕钢”项目上马之前，精带公司的基本的产品是0.5mm不锈钢材料，而厚度小于0.05mm的“手撕钢”产品，当时全球只有少数几家公司能够生产，我国对该类产品的需求完全依赖进口。

  一张A4纸大小的“手撕钢”就要四百多元，进口一吨“手撕钢”的价格更是高达数百万元，而且还需要至少半年的漫长交货期。

  从0.5mm到0.02mm，这无法用肉眼分辨的厚度，对于工业生产来说却如同一道巨大的鸿沟。为了突破“手撕钢”材料“卡脖子”难题，太钢研发团队没日没夜地干了三年，经历了711次失败。

  “轧制是首道工序，每往前推进0.01mm，意味着辊系配备就有2万多种可能性。”段浩杰和记者说，轧制过程中“断带”是最常见的问题，也是最为头疼的问题。

  不同于厚板断带会一分为二，薄板一旦断带，就会碎成粉末，只能由瘦小的职工爬进仅有0.4米高的设备，用手抠、用手抓，把粉末清理出来。

  2016年12月10日，当天“手撕钢”研发团队正按照预定方案进行0.02mm穿带轧制，突然“噼啪”一声巨响打破了生产车间的平静。时至今日，廖席仍然清楚地记得轧钢时发生断带的场景：“（我们）打开设备，里面全是粉末状的白色晶体，3吨、价值近百万元的钢材全都碎成粉末了。”

  而这样的情况在研发过程中并不是偶然，有时候甚至一天内就会遇到多次断带的情况。

  为了尽快破解研发遇到的难题，精密带钢研发团队找来了一块白板。每逢遇到难题，就把白板拉过来，有关人员各自将问题和建议写到上面，然后大家一起分析归纳，逐条对比讨论，理清思路。

  此外，王天翔还推行“容错”管理办法，给每个研究人员一定的断带次数、抽带米数的“免责额度”，鼓励大家勇敢创新。不久后，光亮线首席工程师王向宇请命：“给我1000米，让我试一试！”在用了400米额度后，王向宇就攻克了这个难题，生产出600米合格产品。

  2018年以来，0.02mm的“手撕钢”累计开发应用逾50吨，国内市场占有率达到70%，吨钢利润达300%到500%。

  “‘手撕钢’代表一种方向，带动了高端制造原材料的变革，这两年公司每年收入上涨的速度达80%，但只是第一步。”精密带钢研发团队新的打算是不断拓展“手撕钢”的性能和应用领域，超平、超薄、超硬、超光滑的“手撕钢”，是他们正在努力研发的方向。

  太钢精带公司之所以可以在一定程度上完成“手撕钢”的技术突破，得益于太原钢铁（集团）有限公司在2013年建立了“先进不锈钢材料国家重点实验室”，其致力于瞄准国际发展趋势和前沿技术，解决不锈钢材料领域科学问题和工艺技术瓶颈环节。

  实验室以“基础性、公益性”为准则，旨在提高共性技术在中国不锈钢产业的推广和应用能力；建设不锈钢学术交流平台，打造高水平科研基地；建立不锈钢学术科研成果转化基地。围绕国家重大工程、重要领域用关键材料，针对重点前沿关键技术，聚焦国家“卡脖子”技术和材料，建设不锈钢领域科学与工程研究类国家科学技术创新基地。

  国家重点实验室以资源节约型不锈钢、特殊领域用高性能和高功能型不锈钢材料和不锈钢关键制造及应用共性技术为重点研究方向，先后突破了笔头用超易切削不锈钢、宽幅超薄精密带钢、ITER计划用不锈钢、机场屋面板用超纯铁素体不锈钢等产品。

  其中，笔头用超易切削不锈钢，通过自主创新，成功开发了笔头用超易切削不锈钢线材及全流程关键制备技术，形成国内唯一全流程、高效率、大规模笔头不锈钢线材生产线，实现稳定生产，整体技术和不锈钢笔头出墨量、书写长度等书写性能指标均达到了国际领先水平，填补了国内笔头用不锈钢线材生产技术空白。

  实验室研发出的化学品船用双相不锈钢，强度高、耐蚀性好，能实现船体结构减重、增加介质运输种类，其载重吨位为世界上最大的49000吨级，并创新了供应模式，实现“拆图—钢板制造—零件加工—现场焊接”一站式服务。

  此外，2016年该实验室开发出了超低氢、超低氧、高纯净度快堆用不锈钢冶炼技术，以及高纯净不锈钢连铸板坯、中厚板、锻造管坯、棒材等系列快堆用不锈钢，实现了该材料的自主化和国产化。

  在2020年召开的第六届中国工业大奖发布会上，太钢不锈精密带钢公司“宽幅超薄精密不锈带钢工艺技术及系列新产品项目”获得项目类中国工业大奖，这也是太钢继2014年摘得第三届“中国工业大奖”企业奖后再度获奖。

  即使已经捧回了中国工业界“奥斯卡”奖，“手撕钢”项目团队也并没有满足于现状，近年来，该团队成功开发出新一代5G高端电子用系列精密带材柔性屏钢和低磁高强度超平材料，突破了特殊合金轧制及去应力技术，进一步推进了柔性显示器用掩模板基材国产化，有力地促进了高端行业制造领域关键材料的升级换代和可持续发展，带动了超导、微孔加工等一系列表面深加工重大工艺技术的发展，引领了世界不锈钢超薄带钢的发展趋势，为高端中国制造提供了强有力的基础材料保障。

  目前，该项目已拥有国家专利44项，其中发明专利13项。此外，山西太钢不锈钢股份有限公司也主持起草的国家标准《不锈钢精密箔材》（编号为GB/T 41608-2022）已于2023年2月1日正式执行，该标准结束了我国没有不锈钢精密箔材领域国家标准的历史。

  该标准对不锈钢精密箔材作出了明确的定义，即厚度不大于0.05mm的不锈钢冷轧钢带，并规定了不锈钢精密箔材的分类、尺寸、外形及允许偏差、技术方面的要求、试验方法、检验规则、包装、标志和质量证明书等详细技术内容。

  该标准着重关注的尺寸公差、三点差、同条差的要求已达到微米的数量级，并借鉴了有色金属箔材、涂镀行业、造纸行业等检测的新方法，引入了穿刺强度、表面润湿角度的检测，兼顾了电子、医疗、包覆等行业对极薄材料的性能要求。

  “目前‘手撕钢’在国际上没有通用标准，太钢制定的‘手撕钢’标准已达到甚至超越了很多国家的标准。”冶金工业规划研究院总设计师鹿宁告诉澎湃新闻记者，“手撕钢”这类高端制造原材料已成为国内许多领域“肉眼可见的支撑材料”，在前沿技术与材料不断突破的同时，我国核心装备也正逐渐实现国产化，这充分说明了国家制造业产业链、供应链的不断完善。

  除了研制出0.015mm的宽幅超薄不锈精密带钢，太钢也在多领域研发出了先进钢材，为国家现代化建设提供了材料支撑。

  在铁路用钢方面，太钢高强耐蚀不锈钢用于铁路重载货车车厢制造，与传统钢材制造的车厢相比，可减轻车体重量15%-20%，相应增加了载重量，延长了车皮寿命，全生命周期成本低，减碳效果非常明显。用太钢材料生产的不锈钢车累计已达5万多辆，出口1万多辆。太钢成功研发了高铁、重载货车和大功率机车轮轴钢系列新产品，累计开发轮轴钢400多万吨，国内市场占有率50%，大规格机车车轴市占率超过90%。太钢轨道车辆用不锈钢材已累计供应10.7万吨，应用于国内24个城市的轨道交通建设，出口至13个国家和地区。

  在核电用钢方面，太钢突破核电用不锈钢微观组织、力学性能、腐蚀和抗老化性能控制以及特宽、特厚钢板的制造等技术难题，2010年率先实现RCCM规范核1级不锈钢板的国产化，国内核电站从此用上国产“芯”。2018年成功研发出我国第四代钠冷示范快堆涉钠高温部件用不锈钢，解决了材料“卡脖子”难题。太钢核电钢材产品大范围的应用于我国秦山、大亚湾、三门、福清等已建在建的全部核电机组。太钢高性能超低温不锈钢还应用于“国际热核聚变实验反应堆（ITER）计划”工程。

  在新能源材料方面，为适应我国清洁能源发展的新要求，太钢成功研发了铁镍基合金中厚板及无缝管材产品，满足了光伏关键材料装备的高温度、高压力、腐蚀性和长寿命运行要求，材料具备短流程、高效率和低成本特点，批量应用于我国光伏关键材料装备工程领域。太钢还研发了高端纯铁基材，大范围的应用于新能源汽车电池、非晶、节能电极、航空航天用高温合金等领域，解决了国内新能源领域高端合金用纯铁材料“卡脖子”问题。新能源专用纯铁成功应用于生产磷酸铁锂电池，开发高温合金专用纯铁FS3-8，屏硫含量达到ppm级水平。

  在航空航天材料方面，开发高强耐高温腐蚀新型不锈钢冷轧板、航空发动机用不锈钢冷轧薄板等材料，系列新产品应用于长征系列运载火箭、神舟系列飞船、嫦娥系列探月工程等。此外，太钢还成功实现殷瓦合金国产化批量生产，应用于国产商用大飞机项目，打破了进口材料的市场垄断和技术封锁。

  在碳纤维材料方面，从2012年起，太钢与中科院山西煤化所开展联合攻关，建成具有国际领先水平的干吨级高端碳纤维生产线，实现了高性能碳纤维品种规格的全覆盖和生产的基本工艺、技术装备的完全自主知识产权，研制成功TG300宇航级碳纤维、T700S级碳纤维产品等，形成批量供货 能力，解决了国家“卡脖子难题。

  在造船及海洋工程用不锈钢方面，太钢自主研发成功集高强度、高耐蚀、高表面、低成本于一体的资源节约型高性能双相不锈钢。300多艘国产化学品船所需不锈钢材料全部为太钢生产，其中双相不锈钢建造国产化学品船近百艘，国内市场占有率85%。

  在汽车用钢方面，太钢新能源汽车用节能高效无取向硅钢已形成5大系列共26个牌号，0.35mm厚高效无取向硅钢替换日本钢企产品，全方面进入国内新能源龙头车企，市占率达100%。时至今日，产品已助力300多万台新能源汽车绿色运行。

  “把太钢建设成为中国宝武不锈钢产业一体化运营的旗舰平台公司和全球最具竞争力的不锈钢全产业链高科技企业，成为全世界不锈钢业引领者。”

  锚定引领全球目标，太钢集团给自己定下了转型发展的时间表与路线.3%，吨钢减碳10%；到2027年，不锈钢规模达到1800万吨，人均产钢1650吨，研发强度不低于3.5%，吨钢减碳30%。

  钢铁冶金是传统的两高产业（高耗能、高排放），然而太钢集团与中国宝武在2020年联合重组后，全面融入中国宝武绿色发展指标体系，纵深推进“1125”绿色发展模式，即：树立钢厂与城市是和谐发展的“共同体”的“一个理念”、确立建设冶金行业节能减排和循环经济的示范工厂的“一个目标”、依靠技术创新和管理创新“两个创新”、拓展产品制造、能源转换、废弃物消纳处理、绿色技术输出、绿化美化等“五大功能”。

  为此，中国宝武与太钢集团都将碳达峰规划提至了2023年，并力争到2035年实现减碳30%，2050年实现碳中和。从明年开始，绿色工厂将以碳中和为目标逐年减碳。中国宝武正致力于在2025年具备减碳30%工艺技术与能力，太钢集团也承诺将在2025年实现6%的减碳目标。

  中国宝武提出，聚焦“高强度、高耐蚀、高效能”开展绿色产品创新，发展更多、更好的绿色钢铁材料，推动钢铁精品化进程，打造精品发展的示范，支撑社会实现低碳转型。

  对此，太钢承诺将履行“支撑先进制造、创造美好生活”的使命，聚焦全球最具竞争力的不锈钢全产业链高科技企业和国内领先、世界一流的高端碳纤维产业基地，持续加大创新投入，强化核心科学技术创新能力和队伍建设，开展“卡脖子”关键材料攻关，成为全世界不锈钢业引领者。

  目前太钢精品化指数已达68%，太钢表示将在2024年将精品化指数提升至70%，在2027年提升至75%。

  此外，中国宝武还提出，打造智慧制造升级版，最终形成智慧制造和服务行业引领者的形象和能力。

  太钢也正在深度洞悉未来智慧工厂发展趋势，建设“集约、连接、高效、协作、智慧、共享”的未来梦工厂，依托“平台+数据+算法”智慧决策和“工业大脑”深度智能，实现“员工零枯燥、工序零活套、运行零梗阻”，重塑钢铁工业新形象。

  展望未来，太钢集团将沿着“高端化、智能化、绿色化、高效化”发展趋势，持续做强做优做大，加快成为全世界不锈钢业引领者，为中国宝武创建世界一流企业，为山西省高质量转型发展贡献太钢力量

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