金屬和合金可廣泛應(yīng)用于包括高新技術(shù)產(chǎn)品在內(nèi)的各個領(lǐng)域。歐洲冶金業(yè)不僅在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域表現(xiàn)出色，而且在合金工業(yè)生產(chǎn)、下游處理、終端應(yīng)用和回收領(lǐng)域也表現(xiàn) 突出。促進(jìn)歐洲金屬和冶金研發(fā)創(chuàng)新，一方面可以緩解能源短缺，實(shí)現(xiàn)碳排放減量，促進(jìn)可再生能源發(fā)展，提供醫(yī)療保健和就業(yè)保障;另一方面也有助于進(jìn)一步提高 整個冶金及金屬制品業(yè)的附加值。
為此，2012年，歐洲科學(xué)基金會(ESF)發(fā)布了《冶金歐洲——2012—2022復(fù)興計劃》科技報告。在此基礎(chǔ)上，2014年9月22日，ESF 又啟動了一項(xiàng)為期7年的“冶金歐洲”項(xiàng)目。2015年1月，為進(jìn)一步落實(shí)“冶金歐洲”計劃的后續(xù)行動，歐盟委員會發(fā)布了《歐洲冶金路線圖：生產(chǎn)商與終端用 戶展望》報告，對目前歐洲冶金工業(yè)領(lǐng)域中面臨的諸多問題，以及未來中長期發(fā)展目標(biāo)和發(fā)展主題做了明確的分析和界定。歐洲冶金路線圖的發(fā)布可以進(jìn)一步 促進(jìn)歐洲在金屬新材料及其制造技術(shù)等領(lǐng)域的研發(fā)。同時，加大研發(fā)創(chuàng)新和推動下游應(yīng)用行業(yè)發(fā)展也是我國冶金行業(yè)發(fā)展面臨的關(guān)鍵問題。因此，本文將重點(diǎn)介紹歐 洲冶金路線圖的發(fā)布背景和具體內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上提出促進(jìn)我國冶金行業(yè)在各個高新技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的措施建議。
地球上自然存在的元素共有90種，其中18種為非金屬元素，如惰性氣體和鹵素等，7種為半金屬元素，而剩余的65種均為金屬元素，其中有60種已經(jīng)作為商 用。金屬和合金對于諸多工業(yè)及工業(yè)制品業(yè)來說至關(guān)重要。在這些金屬元素中，約有20多種被認(rèn)為是歐洲工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵金屬元素。
通常來說，冶金行業(yè)主要包括金屬礦物的勘探、開采、精選、冶煉、軋制成材等相關(guān)行業(yè)，以及涉及金屬的材料科技發(fā)展。整個冶金行業(yè)創(chuàng)新涉及基礎(chǔ)理論、金屬冶煉、原料添加、規(guī)模化生產(chǎn)、新應(yīng)用，以及新產(chǎn)品開發(fā)、材料回收，等等。
從歷史上看，歐洲一直在冶金領(lǐng)域獨(dú)樹一幟。目前，歐盟冶金行業(yè)的生產(chǎn)總值占整個制造行業(yè)總產(chǎn)值的46%，占國內(nèi)生產(chǎn)總值的11%，是歐洲工業(yè)發(fā)展的重要部門。然而，隨著美國和亞洲的技術(shù)發(fā)展，歐洲要想保持在金屬制品領(lǐng)域的地位，則需要提高其在產(chǎn)品生產(chǎn)方面的創(chuàng)新能力。
冶金行業(yè)的發(fā)展需要原燃料及其預(yù)處理技術(shù)等多方面的支持。處理技術(shù)的逐步升級，不僅提高了生產(chǎn)效率和熟練程度，降低了環(huán)境污染的風(fēng)險，原料消耗也逐步下降。此外，納米技術(shù)、原燃料和廢棄物小化技術(shù)以及節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，也將長期成為冶金工業(yè)創(chuàng)新領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。
因此，考慮到材料學(xué)和冶金學(xué)對經(jīng)濟(jì)、能源、環(huán)境和社會發(fā)展等方面的影響，歐洲冶金工業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略將主要側(cè)重以下4個方面：一是推動產(chǎn)品創(chuàng)新，滿足產(chǎn)品和應(yīng)用 的新需求，以及經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的新需求;二是提升材料特性和性能;三是充分利用金屬冶煉、制造、加工和再利用等技術(shù)，改進(jìn)礦山勘探、開采、金屬回收技術(shù); 四是改善基礎(chǔ)設(shè)施，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。
冶金行業(yè)的發(fā)展對解決整個歐洲面臨的社會挑戰(zhàn)具有重要意義。該報告為今后10～20年乃至更長時期內(nèi)，歐洲在金屬新材料以及材料性能改善方面的研發(fā)活動制定 了一份詳細(xì)的議程安排。該路線圖綜合考慮了全部金屬材料的應(yīng)用領(lǐng)域：包括交通、建筑、消費(fèi)品、電子、能源和工具等行業(yè)。這些行業(yè)代表了終端應(yīng)用領(lǐng)域?qū)σ苯?科技的不同需求。同時，路線圖還指出了各個領(lǐng)域?yàn)闈M足未來應(yīng)用新需求所應(yīng)達(dá)到的必要條件。該路線圖的實(shí)施，將極大地增強(qiáng)未來歐洲關(guān)鍵冶金技術(shù)的研發(fā)需求和 創(chuàng)新，并提升歐洲在先進(jìn)冶金技術(shù)方面的實(shí)力。
二、歐洲冶金業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
1交通行業(yè)(陸面、海洋和航空)(1)陸面交通
目前，歐洲冶金行業(yè)在陸面交通領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括：
一是涂層。歐洲冶金涂料行業(yè)發(fā)展較為零碎，因此需更好地協(xié)調(diào)這一領(lǐng)域的研發(fā)活動。目前，冶金涂層領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括：鋅和鋅合金鍍層用于防腐;物理氣相沉積 (PVD)技術(shù)、可替代熱浸鍍鋅(HDG)技術(shù)，應(yīng)用于汽車行業(yè)以減少涂層重量，提高耐久性;熱障涂層陶瓷，用于降低發(fā)動機(jī)艙溫度;納米摩擦學(xué)，主要提高 納米級潤滑性;化學(xué)氣相沉積(CVD)和等離子輔助化學(xué)氣相沉積(PACVD)技術(shù)，用于動力傳動應(yīng)用中的磨損保護(hù)，并減少摩擦;熱噴涂層技術(shù)，用于減少 燃燒發(fā)動機(jī)內(nèi)的摩擦，并降低重量。
二是粉末冶金。粉末冶金是歐洲發(fā)展突出的領(lǐng)域。根據(jù)2011年報告，歐洲粉末冶金產(chǎn)品每年成交額超過60億歐元。
三是合金。歐盟是全球第二大鋼鐵生產(chǎn)國，鋼鐵行業(yè)從業(yè)人員超過36萬人，鋼材年產(chǎn)量達(dá)到1.77多億噸，占全球總產(chǎn)量的11%。同時，歐盟還是世界的高 附加值鋼材產(chǎn)品的設(shè)計國和生產(chǎn)國。但是，近年來，日本、韓國、中國、美國等國家的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼材(AHSS)發(fā)展較為迅速。
在合金研發(fā)領(lǐng)域，歐洲與日本、美國合作開展了關(guān)于耐高溫鋼材的研發(fā)。這項(xiàng)研究主要為解決高溫車間以及發(fā)動機(jī)的應(yīng)用需求;此外，研究還包含了對材料長期斷裂全度的預(yù)測和中短期的蠕變疲勞作用測試。
歐洲還開展了鋼材在軌道應(yīng)用方面的研究。隨著鐵路車輛有效載荷的增加，要求軌道鋼的強(qiáng)度要達(dá)到1000～1100MPa，硬度達(dá)到300～320HBW，爭取達(dá)到400HBW。但由于認(rèn)證方面的問題，鐵路多使用碳錳鋼，很難引進(jìn)新等級鋼材，這是目前亟需解決的難題。
高品質(zhì)鋼材的應(yīng)用越來越廣泛，特別是多相超高強(qiáng)度鋼發(fā)展迅猛。由于解決了焊接性問題，這些鋼材也正被引入市場。同時，焊接熱循環(huán)對微觀開發(fā)和動態(tài)加載的力學(xué)性能的影響研究也正在進(jìn)行。此外，為改善耐蝕性能，推動大范圍應(yīng)用，需進(jìn)一步研究新的涂層技術(shù)。
歐洲針對輕金屬合金的研發(fā)工作持續(xù)進(jìn)行，如汽車應(yīng)用領(lǐng)域的鋁合金和鎂合金。研究領(lǐng)域包括高強(qiáng)度合金開發(fā)、涂層技術(shù)、焊接技術(shù)和輕質(zhì)泡沫金屬等。目前，歐洲新型合金發(fā)展的障礙是缺乏經(jīng)濟(jì)可行的生產(chǎn)工藝、金屬連接技術(shù)以及對切割邊緣敏感性所帶來的危險性的充分認(rèn)識。
四是金屬復(fù)合材料。歐洲金屬復(fù)合材料研究主要集中于交通運(yùn)輸應(yīng)用中的高強(qiáng)度輕量化關(guān)鍵部件中。目前，研發(fā)工作主要針對發(fā)動機(jī)零部件，而只有嵌入金屬復(fù)合材料的閥座尚未應(yīng)用到汽車行業(yè)，這主要是由于生產(chǎn)成本過高，加工操作較為困難。
(2)海洋交通
海洋交通領(lǐng)域主要涉及船舶，但是海洋部門還可以包括很多其他與冶金相關(guān)的領(lǐng)域，如：海上建筑、石油和天然氣管道、深海采礦、焊接、輕量化合金等。這些領(lǐng)域涉及的冶金技術(shù)基本類似。
海洋交通領(lǐng)域的創(chuàng)新通常不會帶來巨大的突破，主要是技術(shù)的逐步改進(jìn)。在這一領(lǐng)域，新技術(shù)的應(yīng)用首先要考慮可靠性和經(jīng)濟(jì)收益，這也就意味著需要穩(wěn)定發(fā)展現(xiàn)有的 成熟技術(shù)。然而，需要注意的是，在國際海洋產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，即使是應(yīng)用的微小進(jìn)展通常也被視為較大的進(jìn)步。正是由于海洋產(chǎn)業(yè)具有如此特性，其不能僅僅局限于單個 國家，任何進(jìn)展都有可能影響全球的航運(yùn)業(yè)。而海洋交通領(lǐng)域所用材料的變化也正反映了這些趨勢的變化。正是由于海上建筑物使用了大量的新材料，因而，更要考 慮其成本收益率。而從冶金學(xué)的角度來看，這就需要解決包括提高能源使用效率、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，以及提高項(xiàng)目收益率等諸多挑戰(zhàn)。
(3)航天
歐洲航天領(lǐng)域發(fā)展較為規(guī)范，如“潔凈天空”聯(lián)合技術(shù)行動制定了一系列詳細(xì)具體的研究議程。該行動計劃擁有較高的技術(shù)水平，而后續(xù)計劃將于2016年開始實(shí)施。
目前，歐洲航空行業(yè)發(fā)展的優(yōu)勢之一就是基本不存在空白的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。但是金屬在航空領(lǐng)域的應(yīng)用仍存在弱點(diǎn)，如耐腐蝕性、損傷容量、重量/強(qiáng)度比、熱性能以及制造成本等。
此外，目前歐洲正在對航空部件的近凈成型或凈成型制造開展研究，但這將是一個漫長的過程。
根據(jù)歐洲航空研究與創(chuàng)新咨詢委員會預(yù)計，到2050年，力爭實(shí)現(xiàn)每乘客公里二氧化碳排放下降75%、氮氧化物下降90%、噪音下降65%的目標(biāo)。該目標(biāo)將從長期改變這一領(lǐng)域的產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展。
