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高性能钢应用—美国各领域钢铁材料应用前景简析

   日期:2016-07-01     浏览:425    
核心提示:  日前,美国钢铁工业协会公布了其2014年钢铁简况报告,总结了近几年美国钢铁在各个行业领域的应用情况。  在美国,钢铁工业直接雇佣了15.29万人,直接和间接提供了超过100万个岗位。从上世纪80年代到现在,美国

  日前,美国钢铁工业协会公布了其2014年钢铁简况报告,总结了近几年美国钢铁在各个行业领域的应用情况。

  在美国,钢铁工业直接雇佣了15.29万人,直接和间接提供了超过100万个岗位。从上世纪80年代到现在,美国钢铁业的劳动生产率提高了5倍,吨钢平均耗时从10.1个工时提高到2013年的2.0个工时,很多美国北部的工厂甚至达到了低于1.0个工时的水平。此外,美国多数钢铁企业还承诺继续提高员工的安全和健康水平,以实现零事故的目标。

  钢铁一直以来都被认为是美国制造领域的基石,为包括汽车、能源、机械设备、容器、器械工业和轨道工业在内的下游制造商提供可加工的基础材料。钢铁是美国能源、交通和水利等基础设施,以及商业与居民住宅的关键建筑材料。此外,钢铁也是军事领域的重要支撑,对国家安全至关重要。

  在金融危机之前的5年中,美国的钢铁的需求强劲,表现出了良好的增长态势。在2013年和2014年,美国的钢铁业继续恢复。2013年,美国装运的钢材量为9500万吨,进口钢材2500万吨,出口钢材1300万吨,表观消费量为1.07亿吨。

  美国用钢领域分布图

美国用钢领域分布图

  汽车轻量化的好选择

  汽车市场正在寻求创新的方法,以满足美国汽车工业未来对燃料经济性的要求,而该要求的目标是在2025年燃料节约的水平是目前轻型汽车燃料节约水平的2倍。因此,美国钢铁工业继续在研究先进钢材和制造技术上投资,并引进和研发了多种多样的用于汽车制造的新钢种。其中,新型的先进高强钢(AHSS)以其独特的冶金性能和制造性能满足了汽车工业日益增长的严苛要求。

  研究显示,AHSS等级钢材在新型汽车中的用量正在逐年攀升,增长速度要快于钢铁的主要竞争者———铝和塑料。每年,汽车生产商都在应用能够满足日益增长的安全性要求和燃料节约需求的轻量化、高强度的钢铁产品。

  最近开发的20余个等级的AHSS钢,以及随之开发的加工技术和设计优化,可以使采用这种钢材的汽车降低39%的车重。事实上,这与铝能够达到的减重水平是相当的。例如,将AHSS钢材和技术应用于汽车下控制臂时,其重量与使用铝材料相当,但成本是铝的1/3。

  应用AHSS使车体重量减轻不仅节约了材料,还降低了汽车全生命周期的温室气体排放,包括制造、驾驶和再回收。生命周期评价数据显示,平均占美国车辆60%材料用量的钢铁,产生的制造排放要少于其他车体材料制造过程的排放。研究显示,如果目前全美国的汽车都应用AHSS钢材和相关技术,从汽车排放的温室气体将减少约12%,而这12%的减少量要远大于生产该钢材所产生的排放量。

  建筑领域最可靠的材料

  美国国家标准与技术研究院(NIST)指出,钢铁已经成为这个时代最可靠、用量最大、最重要的材料。

  在住宅建设和商业建设领域,美国钢铁学会制定的建筑标准已经被加入到国际通用的最新版本国际建筑规范和国际住宅规范中。此外,钢铁工业提供的环境友好解决方案和可持续发展标准也已经进入到了国际绿色建筑规范,以及美国绿色建筑委员会等组织的推荐中。

  在桥梁建造方面,据美国联邦公路管理局估算,在全美国共近60万座桥梁中,超过25%的桥梁有结构缺陷或者功能陈旧问题,需要修理或者重建。而钢制桥梁具有耐用性高、成本低等特点,易于维修和建设。实际上,高性能钢材可以节省18%的桥梁建设成本,同时,模块化的钢铁桥梁部件可以使桥梁建设更加省时便捷。美国联邦公路管理局估计,目前用于桥梁的投资约为1210亿美元。美国土木工程师协会2011年发布的关于地面交通的经济报告指出,到2020年时,美国基础设施的恶化将抑制其约8970亿美元的GDP增长。美国土木工程师协会2013年的工作报告指出,从现在到2028年,美国每年花在维修和清除桥梁缺陷的投资约为205亿美元。

  在未来的20年间,美国将利用桥梁技术重建基础设施。设计者和工程师可以利用新型的高性能钢材(HPS)。而这种钢材是由美国钢铁企业、美国海军研究办公室和美国联邦公路管理局共同研究开发的。这种高性能桥梁钢材具有优良的韧性,有些钢材甚至在焊接时无需预热。现在,有500多座HPS桥梁应用于美国的47个州。

  在运输和基础设施建设方面,美国土木工程师协会在2013年关于美国基础设施的工作报告显示,2010年,美国由于拥堵造成了19亿加仑汽油和平均34小时的浪费,在燃料花费上浪费了1010亿美元。据美国公路和运输设施建筑商协会统计,美国交通设计和建设行业每年产生约3540亿美元的经济活动,并支撑了约350万个全职工作,这相当于美国GDP的2.25%。

  此外,美国的钢铁还应用于替代老化的木制电气设施,如配线柱等。2013年发布的详细的生命周期评价研究发现,以镀锌钢电线杆取代木制配线柱可以带来更好的环境效益。如更低的温室气体和悬浮物排放,更低的能源负担,降低了对众多生物栖息地的影响。此外,钢制配线柱比木制、混凝土制配线柱更易安装、可靠、耐用、生命周期成本低、环境友好。在北美地区,约有1.85亿个配线柱。据估计,每年约有250万个木制配线柱需要更换。

  国家安全的重要保障

  因为钢铁应用于铁路、轨道车辆、地面车辆、坦克、轮船、军队营区、军事基地和防御工事等,且在国内和海外均有广泛应用。同时,为了巩固现有的基础设施和装置,扎实的国内钢铁工业可以给予及时、强大的战略和军事支持。

  钢铁这种国家安全战略资源应用广泛。在能源设施方面,钢铁广泛应用于炼油厂、石油和天然气管线、储油罐、电力设施、电力输送塔和配线柱等;在运输设施方面,钢铁大量应用于高速公路、桥梁、铁道、公共运输系统、飞机、海港和导航系统等;在健康和公共安全设施方面,则应用于水坝和水库、废物和废水处理设施、公共给水系统和安全住宅等;在商业、工业和公共组织复合设施方面,应用于制造工厂、学校、商业建筑、医院、零售商店、政府大楼等。

  钢铁的军事应用也很广泛。钢铁工业为美国提供了高质量、具有成本竞争力的军用产品,其应用领域从航空母舰、核潜艇,到爱国者导弹、毒刺导弹、坦克装甲板,以及正在生产的各种主流军用飞机。例如,“纽约”号两栖登陆舰就是用从纽约世贸中心回收的24吨钢铁建成的,乔治H.W布什号航空母舰则使用了4.7万吨结构钢。

  美国国内的钢铁工业直接或间接地保护了美国的工业基础。无论是导弹、喷气式飞机、潜艇、直升机、高机动多功能轮式运输车,还是军需品,美国制造的钢铁和特殊材料是美国军事优势的重要组成部分。


 
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