日本神戶制鋼研發(fā)現(xiàn)狀分析

□ 辜海芳

日本神戶制鋼研發(fā)現(xiàn)狀分析

□ 辜海芳

介紹了神戶制鋼公司的研發(fā)現(xiàn)狀，在研發(fā)投入、科研機(jī)構(gòu)設(shè)置、主要研究?jī)?nèi)容和近年來的研發(fā)成果等方面進(jìn)行了分析和總結(jié)，指出神戶制鋼研發(fā)主要是開展多元化產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)增強(qiáng)盈利能力、開展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)性發(fā)展、開展全球化業(yè)務(wù)合作提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

神戶制鋼；多元化；節(jié)能環(huán)保；技術(shù)研發(fā)；全球化

一、公司概況

神戶制鋼作為日本第三大鋼鐵企業(yè)成立于1905年，是一家集生產(chǎn)和服務(wù)于一體的多元化企業(yè)。其業(yè)務(wù)涵蓋了機(jī)械制造、材料制造、電力供應(yīng)等方面，公司有九大事業(yè)部：鋼鐵、焊接、鋁銅、產(chǎn)業(yè)機(jī)械、建設(shè)機(jī)械、起重機(jī)、工程技術(shù)、環(huán)境解決方案和其他業(yè)務(wù)。2014年，粗鋼產(chǎn)量為762萬噸，銷售總額為18 247億日元，其中鋼鐵事業(yè)部的貢獻(xiàn)最大，所占比例為44.3%，其次是建筑機(jī)械事業(yè)部和鋁銅事業(yè)部，各占17.4%和16.2%。

二、神戶制鋼研發(fā)現(xiàn)狀

1．研發(fā)投入

神戶制鋼公司每年投入大量資金用于研發(fā)新技術(shù)和新產(chǎn)品，神戶制鋼公司各部門業(yè)績(jī)及研發(fā)費(fèi)用情況見表1。公司研究所與各事業(yè)部的開發(fā)部門密切合作，開發(fā)鋼鐵、材料、機(jī)械、環(huán)境、能源和電子行業(yè)的新技術(shù)和新產(chǎn)品，有助于神戶制鋼公司更好地服務(wù)于不斷變化的市場(chǎng)和用戶需求，增強(qiáng)自身在技術(shù)和產(chǎn)品上的“唯一性”優(yōu)勢(shì)，提高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。

表1 神戶制鋼公司各部門業(yè)績(jī)及研發(fā)費(fèi)用

2．科研機(jī)構(gòu)

神戶制鋼將技術(shù)開發(fā)總部的基礎(chǔ)性研究和尖端技術(shù)研究與客戶和現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合，在各技術(shù)領(lǐng)域有效地加強(qiáng)產(chǎn)品創(chuàng)造和制造能力的提高。機(jī)構(gòu)設(shè)置見圖1。

圖1 神戶制鋼科研機(jī)構(gòu)設(shè)置

3．主要研究?jī)?nèi)容

(1)材料研究所

材料研究所主要以精煉凝固、材料設(shè)計(jì)、機(jī)械加工、表面控制這4項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域?yàn)橹饕芯繉?duì)象。在材料方面，利用表面控制技術(shù)來開發(fā)高性能產(chǎn)品和優(yōu)化生產(chǎn)工藝。在機(jī)械相關(guān)領(lǐng)域，利用材料方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)創(chuàng)造出差異性產(chǎn)品，還通過其高附加值產(chǎn)品開拓新的商業(yè)領(lǐng)域。主要研究?jī)?nèi)容：一是精煉凝固，包括高溫冶煉反應(yīng)和控制、夾雜物結(jié)構(gòu)和形態(tài)控制、凝固分析和凝固組織控制、高溫原位監(jiān)測(cè)和特種熔煉技術(shù)；二是材料設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)和性能預(yù)測(cè)、納米結(jié)構(gòu)分析、微結(jié)構(gòu)控制和材料設(shè)計(jì)、材料結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)化、粉末冶金；三是機(jī)械加工，包括軋制與鑄造技術(shù)、切割與打磨技術(shù)、成形工藝分析；四是表面控制，包括耐腐蝕和環(huán)保材料設(shè)計(jì)、摩擦學(xué)材料設(shè)計(jì)、電子和薄膜材料設(shè)計(jì)等。

(2)工程機(jī)械研究所

工程機(jī)械研究所以結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、動(dòng)力學(xué)、聲學(xué)、流體和熱傳導(dǎo)、燃燒、先進(jìn)模擬技術(shù)等化學(xué)領(lǐng)域?yàn)檠芯恐攸c(diǎn)。該研究所主要在機(jī)械、材料、環(huán)境、能源和鋼結(jié)構(gòu)方面，提高產(chǎn)品性能、加工工藝和流線型設(shè)計(jì)，以及開發(fā)新產(chǎn)品和技術(shù)。主要研究?jī)?nèi)容：一是強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)工程，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程、環(huán)境裝備設(shè)計(jì)工程、材料強(qiáng)度與可靠性評(píng)估和預(yù)測(cè)、材料模擬(鍛造、相變等)、建筑設(shè)備和機(jī)械強(qiáng)度分析；二是動(dòng)力與聲學(xué)，包括振動(dòng)分析和控制、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、聲學(xué)和波分析、隔音結(jié)構(gòu)開發(fā)、聲音和振動(dòng)測(cè)量；三是流體與熱工程，包括流體和熱傳導(dǎo)控制與分析、材料過程模擬、等離子體與燃燒反應(yīng)控制、先進(jìn)的流體計(jì)量、節(jié)能和廢熱利用；四是化學(xué)與環(huán)境技術(shù)，包括有機(jī)涂料、化學(xué)工程、分離和凈化、潤(rùn)滑和清洗、塑料加工機(jī)械聚合物混煉技術(shù)。

(3)生產(chǎn)系統(tǒng)研究所

生產(chǎn)系統(tǒng)研究所以尖端的測(cè)量檢測(cè)、控制、生產(chǎn)計(jì)劃及信息系統(tǒng)和信號(hào)處理等技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)出創(chuàng)新性的生產(chǎn)工藝來提高企業(yè)的生產(chǎn)能力。主要研究?jī)?nèi)容：一是控制技術(shù)，包括過程自動(dòng)控制系統(tǒng)、系統(tǒng)的建模和識(shí)別、動(dòng)態(tài)模擬、電子元件控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；二是系統(tǒng)工程，包括工藝和生產(chǎn)優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、制造工藝模擬、技術(shù)轉(zhuǎn)化遠(yuǎn)程教學(xué)；三是儀器儀表技術(shù)，包括表面及內(nèi)部缺陷檢查、剖面及溫度測(cè)量、超聲波及渦流探傷、材料性能檢測(cè)、光學(xué)測(cè)量、高頻及X光檢測(cè)、高速信號(hào)處理、自動(dòng)化檢測(cè)。

(4)電子技術(shù)研究所

電子技術(shù)研究所以薄膜材料、微細(xì)加工技術(shù)和超導(dǎo)電技術(shù)為核心，在納米技術(shù)、環(huán)境和能源方面為加強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力起著重要作用。同時(shí)，還利用電磁設(shè)計(jì)和電子控制技術(shù)開發(fā)電子電力新產(chǎn)品以及拓展新事業(yè)。主要研究?jī)?nèi)容：一是薄膜，包括濺射靶材、薄膜元件、微細(xì)加工、太陽能電池；二是超導(dǎo)電，包括超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)磁體、電磁設(shè)計(jì)；三是電力電子，包括電子控制系統(tǒng)。

(5)煤炭能源技術(shù)部

煤炭能源技術(shù)部主要開發(fā)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)，如通過脫水、脫灰優(yōu)化低品位礦，煤液化和重油加氫裂化。同時(shí)，還致力于尋求方法有效利用世界上未開發(fā)的自然資源，實(shí)現(xiàn)日本能源的多樣性和穩(wěn)定性利用。主要研究?jī)?nèi)容：煤與能源，包括褐煤提質(zhì)、無灰煤、重油加氫裂化、煤液化。

三、近年神戶制鋼公司研發(fā)成果

1．利用耐腐蝕鋼降低原油船生命周期成本

針對(duì)原油中的單質(zhì)硫和原油中含有的低pH值氯化物溶液這兩個(gè)原油倉的主要腐蝕因素，神戶制鋼在所開發(fā)的鋼中添加相應(yīng)的合金元素并進(jìn)行成分優(yōu)化，使鋼在原油腐蝕環(huán)境下，表面生成的腐蝕產(chǎn)物成為穩(wěn)定的保護(hù)膜，防止硫與鋼材基體接觸，起到抑制腐蝕反應(yīng)的作用。實(shí)踐證明，神戶所開發(fā)的耐蝕船用鋼在硫腐蝕下的點(diǎn)腐蝕速率僅為傳統(tǒng)鋼的1/4，在低pH值氯化物溶液下的點(diǎn)腐蝕速率僅為傳統(tǒng)鋼的1/5，因此大大地降低了原油船的生命周期成本。

2．開發(fā)非晶IGZO替代性材料

神戶制鋼電子研究所開發(fā)出適用于平板顯示器(FPD)源極/漏極電極(S/D)制作工藝的新型氧化物半導(dǎo)體材料及其濺射靶材，該半導(dǎo)體可替代非晶IGZO(氧化銦鎵鋅)材料，應(yīng)用于生產(chǎn)效率高的背溝道型薄膜晶體管(BCE-TFTs)。該半導(dǎo)體材料的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)返修工藝中使用的酸浸液具有耐蝕性，可獲得與IGZO相同的薄膜晶體管特性；場(chǎng)效應(yīng)遷移率是IGZO的5倍，達(dá)到50cm2/Vs。

3．利用原子級(jí)結(jié)構(gòu)分析技術(shù)開發(fā)新產(chǎn)品

汽車用5xxx系鋁鎂合金板材具有高強(qiáng)度、高成形性、高耐腐蝕性、高表面處理性，以及焊接性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)蓋板。但是，該板材在深加工時(shí)易發(fā)生拉伸應(yīng)變痕跡(SS Mark)，這主要是由原子結(jié)構(gòu)引起的。神戶制鋼公司開發(fā)出先進(jìn)的原子級(jí)三維探針分析技術(shù)，能有效地評(píng)估組織原子立體分布，從而很好地抑制拉伸應(yīng)變痕跡的形成。

4．利用蒸汽熱源式發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)可再生能源

神戶制鋼公司開發(fā)的小型雙工質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)、螺旋槳式小型蒸汽發(fā)電機(jī)和輻流式汽輪機(jī)式的發(fā)電機(jī)，均采用工廠廢熱、溫泉及地?zé)岬人a(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行發(fā)電。這種蒸汽熱源式發(fā)電系統(tǒng)已在日本國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，有效降低了發(fā)電燃料費(fèi)用及其所產(chǎn)生的二氧化碳排放量。

5．采用氫氣精制和貯藏工藝（COA-MIB）促進(jìn)燃料電池使用

為提高燃料電池的普及率，開發(fā)能夠提供高效精制、貯藏和供給氫氣的系統(tǒng)必不可少。神戶制鋼機(jī)械研究所和筑波大學(xué)共同研制出占地面積小、啟動(dòng)和停止性能優(yōu)越、抗負(fù)荷變動(dòng)性能良好的氫氣精制、貯藏工藝--COA-MIB工藝。該工藝采用一氧化碳選擇吸附劑和吸附氫氣合金，從煉鋼廠副產(chǎn)物氣體中可回收利用85%以上的純氫氣供燃料電池使用。COA-MIB工藝流程示意圖見圖2。

圖2 COA-MIB工藝流程示意圖

6．采用新型焊劑焊接鋁合金和鋼加速汽車輕量化

為實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，神戶制鋼積極嘗試將各種部件的原材料改為鋁材，而鋁合金和鋼等不同材質(zhì)間實(shí)施異材焊接時(shí)，連接部位比較脆弱，容易生成化合物，難以實(shí)現(xiàn)足夠的連接強(qiáng)度。因此，材料研究所開發(fā)了一種可去除焊接阻礙物的焊劑進(jìn)行異材焊接，這不僅可以改善焊接條件，還可以獲得與焊接兩塊鋁材時(shí)同等的連接強(qiáng)度。

四、神戶制鋼研發(fā)特點(diǎn)

神戶制鋼公司有著強(qiáng)大的研發(fā)能力，能夠根據(jù)市場(chǎng)和客戶需求變化提供高附加值產(chǎn)品，其研發(fā)特點(diǎn)總結(jié)如下：

1．開展多元化產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)，增強(qiáng)盈利能力

神戶制鋼強(qiáng)化多元化產(chǎn)品和技術(shù)的研發(fā)能力，重視研發(fā)成果在各個(gè)事業(yè)部之間的相互滲透和協(xié)同發(fā)展，以巨額的研發(fā)投入確保其擁有獨(dú)有產(chǎn)品與技術(shù)，為提高企業(yè)的盈利水平奠定基礎(chǔ)。

2．開展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展

在節(jié)能環(huán)保方面，神戶制鋼制定了相關(guān)政策和措施，并加大了研發(fā)投資以確保企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。如在汽車用鋼方面，不斷提高高強(qiáng)度用鋼比例，并通過積極開發(fā)鋁材的使用來實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化。在環(huán)保方面，開發(fā)新型工業(yè)機(jī)械和建筑設(shè)備以及煉鐵新工藝來降低二氧化碳等的排放量。

3．開展全球化業(yè)務(wù)合作，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力

神戶制鋼各部門除與日本國內(nèi)企業(yè)合作外，還積極與全球各大鋼廠進(jìn)行合作開拓新市場(chǎng)。如在美國、印度、奧地利和中國等地，與當(dāng)?shù)劁撹F企業(yè)進(jìn)行合資建廠，通過海外制造和銷售來提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

[1]神戶制鋼公司年報(bào)(2010-2014年) [R/OL].http://www. kobelco.co.jp/english/ir/library/annualreport，2010-2014.

[2]神戶制鋼公司競(jìng)爭(zhēng)力分析[N].世界金屬導(dǎo)報(bào)，2013-07-30.

[3]王艷紅，梁慧智，馮士超，等.日本四大鋼鐵企業(yè)研發(fā)動(dòng)向分析[J].冶金信息導(dǎo)刊，2011(5).

（作者單位：武鋼研究院信息所，湖北武漢430080）

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1002-1779 (2015) 06-0019-03