00656.HK --

30·行家|铸造冬奥巨龙的“钢铁侠”

发布时间:2022-11-22





本期出场的行家是一位不折不扣的“钢铁侠”。蔡佳兴,南京钢铁股份有限公司(以下简称南钢)新材料研究院腐蚀技术研究所所长,多年一直钻研钢材腐蚀与防护技术,助力“耐候钢”的锻造,以其强韧、磨蚀、塑延等特性,挺起工业脊梁。



11月21日,2022年卡塔尔世界杯迎来揭幕战,吸引全世界的目光。此届比赛,卡塔尔新建和翻新了8个顶级体育场,其中“大金碗”卢塞尔体育场和“沙漠钻石”卡塔尔教育城体育场,由南钢等工厂供钢,打上鲜明的中国烙印。


▲ 卡塔尔教育城体育场


这并非南钢首次代表中国制造“出征”世界大赛。今年年初的北京冬奥会上,南钢也为“雪如意“雪游龙等场馆,以及丰宁抽水蓄能水电站等重点配套设施提供钢材。甚至早在2008年的北京奥运会上,南钢的高强度钢材就被运用在“鸟巢”的建设中。


1月底的某一天,南钢新材料研究院里,高级工程师蔡佳兴全神关注着北京延庆小海陀山的国家雪车雪橇中心。那里,一条国际标准的雪车雪橇赛道蜿蜒而下,仿佛一条游龙盘桓在山岭之间。这条被称为“雪游龙”的赛道,是世界第17条、亚洲第3条、中国第1条雪车雪橇赛道。赛道全长1975米,共有16个弯,垂直落差121米。


“‘雪游龙’赛道需要反复制冰,用钢需要具有较强的‘耐大气腐蚀性’,”蔡佳兴介绍。他的身份是南钢新材料研究院腐蚀技术研究所所长。而南钢生产的“耐候钢”正是“雪游龙”的建设用钢。它的耐大气腐蚀性是普通钢的8倍,高度契合北京冬奥会绿色、共享、开放、廉洁的办奥理念。


除了北京冬奥会,南钢“耐候钢”还成功运用于国家多个重大工程上,比如川藏铁路拉林线藏木特大桥。大国重器的脊梁正是由蔡佳兴这样默默无闻的研发者所支撑。



打破技术壁垒


“耐候钢”就是耐大气腐蚀钢材。这是一种介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢,具有强韧、塑延、成型、焊割、磨蚀、高温、抗疲劳等特性,主要用于铁道、车辆、桥梁、塔架、光伏、高速工程等长期暴露在大气中使用的钢结构。


耐候钢腐蚀性能评价及调控技术是耐候钢新产品开发的关键。钢材腐蚀性能的评价周期较长,服役环境的腐蚀试验片投样试验时间通常以年为单位计算。为缩短研发周期,需要开展实验室加速腐蚀试验评价,利用实验室的周期浸润腐蚀试验箱、盐雾腐蚀试验箱、电化学工作站等设备开展加速腐蚀技术的研究。为验证加速腐蚀技术的有效性,并为工程设计提供准确的腐蚀损失量等数据,还要开展自然环境暴露腐蚀试验。试验后,需要高精尖的原子力显微镜——扫描电化学显微镜、试样形貌重建的3D轮廓仪等试验仪器对试样及锈层产物进行精确表征分析。


为了能够实现多种腐蚀环境的钢材腐蚀性能检测,2012年,南钢开始筹建大气腐蚀试验站,该试验站拥有自动气象站等环境工况监测设备,可监测温度、湿度、气压、风向、风速、总辐射量、紫外辐射量、日照时间、雨量等参数,已纳入“国家材料腐蚀与防护科学数据中心”。


▲ 蔡佳兴在大气腐蚀试验站


为掌握充分利用社会优势资源开展耐候钢技术研究,蔡佳兴参与组建了适合南钢的研发平台:与北京科大学成立了耐蚀钢联合实验室,在南钢设立了中国腐蚀与防护学会耐蚀钢专业委员会、并建立了国家材料环境腐蚀平台南京大气站。


蔡佳兴毕业于北京化工大学材料科学与工程专业,是北京科技大学在读博士生,现任南钢新材料研究院腐蚀技术研究所所长、高级工程师,南京市职工创新工作室—— “蔡佳兴腐蚀技术创新工作室”负责人,以及国家材料环境腐蚀平台——“南京大气腐蚀试验站”日常工作负责人。2012年加盟南钢以来,他不断在钢材腐蚀与防护技术领域深耕细作,其参与研发的多个项目获得授权专利18项,完成专有技术3项,在SCI期刊、核心中文期刊等学术期刊上发表学术论文10余篇。


他充分利用外部资源,并结合南钢自身的优势,开展合金成分、金相组织和夹杂物等对钢材耐蚀性影响的评价与机理研究,以及成分控制、工艺控制等方面的腐蚀性能控制措施研究,攻克耐候钢研发和推广应用过程中遇到的耐蚀性控制难题。


▲ 蔡佳兴进行检测实验


目前,南钢大气腐蚀试验站在架试验的有黑色金属、有色金属、金属/有机涂层、氧化皮等近800片试样。南钢还参与了其他国家材料环境试验站的试验,包括4个海水腐蚀试验站、8个大气试验站,选择17个南钢典型钢种作为挂片材料,数量超过1600片,涉及耐候钢、桥梁钢、风塔钢、海洋工程用钢等多个品种。基于腐蚀数据库中的各类数据,能分析合金成分、生产工艺对钢材腐蚀性能的影响,指导新钢种的研制开发,为客户提供相关腐蚀性能评价数据。


在“世界屋脊”架桥


“免涂装耐候钢是一种绿色环保的延寿型材料,利用免涂装耐候钢的服役过程中腐蚀产生的致密锈层,像涂层一样起到减缓或阻止钢基体进一步锈蚀的作用,免除了涂料涂刷产生的环境污染。耐候钢是经历时间考验的产品,研制它更是需要时间的积累”,蔡佳兴说。


 高品质长寿命绿色结构钢的研发与产业化生产,一直是我国钢铁工业发展的主旋律。在腐蚀技术数字化创新方面,蔡佳兴和其团队开展了耐候桥梁钢的腐蚀地图研究,利用在川藏铁路线已建桥梁及拟建桥位点安装的在线监测设备,国内外首次获取了温湿度、腐蚀电流等全天候腐蚀数据,率先建立了钢腐蚀量预测模型,国内外首次绘制了川藏铁路线的腐蚀地图,为我国川藏铁路上耐候钢大桥的运行安全提供基础数据技术支撑,产生了很好的社会效益。


鉴于此,蔡佳兴牵头开发了耐候钢锈层稳定化处理的技术,使耐候钢锈层的颜色均匀一致,形成了耐候钢锈层的评价新方法,并参与制定了《T/CISA 192-2021 耐候钢锈层稳定性检测方法》中国钢铁工业协会团体标准。


▲ 蔡佳兴对团队成员进行指导测试


今年,南钢还成为了冬奥建设项目“供应商”。国家雪车雪橇中心位于北京延庆小海陀山区域,依山势而建,内外通透,是北京冬奥会设计难度最高、施工难度最大、施工工艺最为复杂的新建比赛场馆之一。项目整体采用中华文化图腾“龙”的创意,1.9公里的赛道如巨龙般从小海陀山上蜿蜒而下,落差达121米、近47层楼高,全程设置了16个弯道,第11弯道为回旋弯,是亚洲唯一一个具备回旋弯的赛道,也是我国第一条达到冬奥比赛标准的雪车雪橇赛道。


▲ 国家雪车雪橇中心冬奥会场馆


除了北京冬奥会,南钢“耐候钢”还成功运用于国家多个重大工程和大国重器上,比如去年6月份通车的川藏铁路拉林线藏木特大桥。


“藏木特大桥上用的是南钢免涂装耐候钢,这种钢材是南钢近几年研发的重要成果之一,免涂装耐候钢不需要油漆涂层,也能抵御高原地区的腐蚀,这样既降低了大桥后期维护成本,更有利于雅鲁藏布江地区的环境保护,防止水污染。”蔡佳兴说,目前,这些高端钢材已被大量应用于张吉怀铁路酉水特大桥、中俄黑河大桥等重点工程之中。


西藏素有“世界屋脊”和“地球第三极”之称,为开发和利用西藏自然资源,稳定和促进西藏发展,我国已投入大量人力、物力和财力建设川藏铁路。在川藏铁路众多桥梁建设中,耐候钢的使用,一方面免去了施工中的涂装工序,另一方面节省了在长达百余年的桥梁维修中的涂料更新,极大地保护了环境,防止了水资源尤其是长江源头的污染,具有极高的经济效益和无法比拟的社会效益。2020年下半年,南钢与中国铁道科学研究院、北京科技大学、燕山大学等单位共同组建团队,率先开展川藏铁路线地区腐蚀环境调研,实现雅砻江大桥、列衣大桥、金沙江大桥和拉林藏木大桥等拟建或在建桥位的腐蚀环境调研及耐候钢投样挂片研究工作。


▲ 张吉怀铁路-酉水特大桥

▲ 川藏铁路-藏木雅鲁藏布江大桥


蔡佳兴表示,“未来,我希望能和团队一起研发出更多新型绿色耐蚀钢产品、抗腐蚀技术,深入市场,贴近用户需求,解决用户痛点,让南钢的产品在社会主义现代化建设新征程中发挥更大的作用,挺起工业脊梁。”



策划:星厨·30

共创:南京钢铁股份有限公司





//////////

荐读


  复星  


从西南边陲到上海,这位乡村医生登上2900公里外的公益盛典


复星基金会获南方周末2022“年度乡村振兴贡献”奖