30•行家|鑄造冬奧巨龍的「鋼鐵俠」
發佈時間:2022-11-22
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本期出場的行家是一位不折不扣的「鋼鐵俠」。蔡佳興，南京鋼鐵股份有限公司（以下簡稱南鋼）新材料研究院腐蝕技術研究所所長，多年一直鑽研鋼材腐蝕與防護技術，助力「耐候鋼」的鍛造，以其強韌、磨蝕、塑延等特性，挺起工業脊樑。
11月21日，2022年卡塔爾世界盃迎來揭幕戰，吸引全世界的目光。此屆比賽，卡塔爾新建和翻新了8個頂級體育場，其中「大金碗」盧塞爾體育場和「沙漠鑽石」卡塔爾教育城體育場，由南鋼等工廠供鋼，打上鮮明的中國烙印。
▲ 卡塔爾教育城體育場
這並非南鋼首次代表中國製造「出征」世界大賽。今年年初的北京冬奧會上，南鋼也為「雪如意」「雪遊龍」等場館，以及豐寧抽水蓄能水電站等重點配套設施提供鋼材。甚至早在2008年的北京奧運會上，南鋼的高強度鋼材就被運用在「鳥巢」的建設中。
1月底的某一天，南鋼新材料研究院裏，高級工程師蔡佳興全神關注著北京延慶小海陀山的國家雪車雪橇中心。那裏，一條國際標準的雪車雪橇賽道蜿蜒而下，仿佛一條遊龍盤桓在山嶺之間。這條被稱為「雪遊龍」的賽道，是世界第17條、亞洲第3條、中國第1條雪車雪橇賽道。賽道全長1975米，共有16個彎，垂直落差121米。
「『雪遊龍』賽道需要反覆製冰，用鋼需要具有較強的『耐大氣腐蝕性』，」蔡佳興介紹。他的身份是南鋼新材料研究院腐蝕技術研究所所長。而南鋼生產的「耐候鋼」正是「雪遊龍」的建設用鋼。它的耐大氣腐蝕性是普通鋼的8倍，高度契合北京冬奧會綠色、共享、開放、廉潔的辦奧理念。
除了北京冬奧會，南鋼「耐候鋼」還成功運用於國家多個重大工程上，比如川藏鐵路拉林線藏木特大橋。大國重器的脊樑正是由蔡佳興這樣默默無聞的研發者所支撐。
打破技術壁壘
「耐候鋼」就是耐大氣腐蝕鋼材。這是一種介於普通鋼和不銹鋼之間的低合金鋼，具有強韌、塑延、成型、焊割、磨蝕、高溫、抗疲勞等特性，主要用於鐵道、車輛、橋樑、塔架、光伏、高速工程等長期暴露在大氣中使用的鋼結構。
耐候鋼腐蝕性能評價及調控技術是耐候鋼新產品開發的關鍵。鋼材腐蝕性能的評價週期較長，服役環境的腐蝕試驗片投樣試驗時間通常以年為單位計算。為縮短研發週期，需要開展實驗室加速腐蝕試驗評價，利用實驗室的週期浸潤腐蝕試驗箱、鹽霧腐蝕試驗箱、電化學工作站等設備開展加速腐蝕技術的研究。為驗證加速腐蝕技術的有效性，並為工程設計提供準確的腐蝕損失量等數據，還要開展自然環境暴露腐蝕試驗。試驗後，需要高精尖的原子力顯微鏡——掃描電化學顯微鏡、試樣形貌重建的3D輪廓儀等試驗儀器對試樣及銹層產物進行精確表徵分析。
為了能夠實現多種腐蝕環境的鋼材腐蝕性能檢測，2012年，南鋼開始籌建大氣腐蝕試驗站，該試驗站擁有自動氣象站等環境工況監測設備，可監測溫度、濕度、氣壓、風向、風速、總輻射量、紫外輻射量、日照時間、雨量等參數，已納入「國家材料腐蝕與防護科學數據中心」。
▲ 蔡佳興在大氣腐蝕試驗站
為掌握充分利用社會優勢資源開展耐候鋼技術研究，蔡佳興參與組建了適合南鋼的研發平台：與北京科大學成立了耐蝕鋼聯合實驗室，在南鋼設立了中國腐蝕與防護學會耐蝕鋼專業委員會、並建立了國家材料環境腐蝕平台南京大氣站。
蔡佳興畢業於北京化工大學材料科學與工程專業，是北京科技大學在讀博士生，現任南鋼新材料研究院腐蝕技術研究所所長、高級工程師，南京市職工創新工作室—— 「蔡佳興腐蝕技術創新工作室」負責人，以及國家材料環境腐蝕平台——「南京大氣腐蝕試驗站」日常工作負責人。2012年加盟南鋼以來，他不斷在鋼材腐蝕與防護技術領域深耕細作，其參與研發的多個項目獲得授權專利18項，完成專有技術3項，在SCI期刊、核心中文期刊等學術期刊上發表學術論文10餘篇。
他充分利用外部資源，並結合南鋼自身的優勢，開展合金成分、金相組織和夾雜物等對鋼材耐蝕性影響的評價與機理研究，以及成分控制、工藝控制等方面的腐蝕性能控制措施研究，攻克耐候鋼研發和推廣應用過程中遇到的耐蝕性控制難題。
▲ 蔡佳興進行檢測實驗
目前，南鋼大氣腐蝕試驗站在架試驗的有黑色金屬、有色金屬、金屬/有機塗層、氧化皮等近800片試樣。南鋼還參與了其他國家材料環境試驗站的試驗，包括4個海水腐蝕試驗站、8個大氣試驗站，選擇17個南鋼典型鋼種作為掛片材料，數量超過1600片，涉及耐候鋼、橋樑鋼、風塔鋼、海洋工程用鋼等多個品種。基於腐蝕數據庫中的各類數據，能分析合金成分、生產工藝對鋼材腐蝕性能的影響，指導新鋼種的研製開發，為客戶提供相關腐蝕性能評價數據。
在「世界屋脊」架橋
「免塗裝耐候鋼是一種綠色環保的延壽型材料，利用免塗裝耐候鋼的服役過程中腐蝕產生的緻密銹層，像塗層一樣起到減緩或阻止鋼基體進一步銹蝕的作用，免除了塗料塗刷產生的環境污染。耐候鋼是經歷時間考驗的產品，研製它更是需要時間的積累」，蔡佳興說。
高品質長壽命綠色結構鋼的研發與產業化生產，一直是我國鋼鐵工業發展的主旋律。在腐蝕技術數字化創新方面，蔡佳興和其團隊開展了耐候橋樑鋼的腐蝕地圖研究，利用在川藏鐵路線已建橋樑及擬建橋位點安裝的在線監測設備，國內外首次獲取了溫濕度、腐蝕電流等全天候腐蝕數據，率先建立了鋼腐蝕量預測模型，國內外首次繪製了川藏鐵路線的腐蝕地圖，為我國川藏鐵路上耐候鋼大橋的運行安全提供基礎數據技術支撐，產生了很好的社會效益。
鑒於此，蔡佳興牽頭開發了耐候鋼銹層穩定化處理的技術，使耐候鋼銹層的顏色均勻一致，形成了耐候鋼銹層的評價新方法，並參與制定了《T/CISA 192-2021 耐候鋼銹層穩定性檢測方法》中國鋼鐵工業協會團體標準。
▲ 蔡佳興對團隊成員進行指導測試
今年，南鋼還成為了冬奧建設項目「供應商」。國家雪車雪橇中心位於北京延慶小海陀山區域，依山勢而建，內外通透，是北京冬奧會設計難度最高、施工難度最大、施工工藝最為複雜的新建比賽場館之一。項目整體採用中華文化圖騰「龍」的創意，1.9公里的賽道如巨龍般從小海陀山上蜿蜒而下，落差達121米、近47層樓高，全程設置了16個彎道，第11彎道為迴旋彎，是亞洲唯一一個具備迴旋彎的賽道，也是我國第一條達到冬奧比賽標準的雪車雪橇賽道。
▲ 國家雪車雪橇中心冬奧會場館
除了北京冬奧會，南鋼「耐候鋼」還成功運用於國家多個重大工程和大國重器上，比如去年6月份通車的川藏鐵路拉林線藏木特大橋。
「藏木特大橋上用的是南鋼免塗裝耐候鋼，這種鋼材是南鋼近幾年研發的重要成果之一，免塗裝耐候鋼不需要油漆塗層，也能抵禦高原地區的腐蝕，這樣既降低了大橋後期維護成本，更有利於雅魯藏布江地區的環境保護，防止水污染。」蔡佳興說，目前，這些高端鋼材已被大量應用於張吉懷鐵路酉水特大橋、中俄黑河大橋等重點工程之中。
西藏素有「世界屋脊」和「地球第三極」之稱，為開發和利用西藏自然資源，穩定和促進西藏發展，我國已投入大量人力、物力和財力建設川藏鐵路。在川藏鐵路眾多橋樑建設中，耐候鋼的使用，一方面免去了施工中的塗裝工序，另一方面節省了在長達百餘年的橋樑維修中的塗料更新，極大地保護了環境，防止了水資源尤其是長江源頭的污染，具有極高的經濟效益和無法比擬的社會效益。2020年下半年，南鋼與中國鐵道科學研究院、北京科技大學、燕山大學等單位共同組建團隊，率先開展川藏鐵路線地區腐蝕環境調研，實現雅礱江大橋、列衣大橋、金沙江大橋和拉林藏木大橋等擬建或在建橋位的腐蝕環境調研及耐候鋼投樣掛片研究工作。
▲ 張吉懷鐵路-酉水特大橋
▲ 川藏鐵路-藏木雅魯藏布江大橋
蔡佳興表示，「未來，我希望能和團隊一起研發出更多新型綠色耐蝕鋼產品、抗腐蝕技術，深入市場，貼近用戶需求，解決用戶痛點，讓南鋼的產品在社會主義現代化建設新征程中發揮更大的作用，挺起工業脊樑。」
策劃：星廚·30
共創：南京鋼鐵股份有限公司
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