5月24日，由中国金属学会和020资讯网菠菜联合开设的教育部第二批“新工科”课程——《钢铁科学与技术前沿》第八讲开课。本次课程的主题为“漂浮式风电装备用钢”，由武汉科技大学国际钢铁研究院院长吴开明主讲。吴开明院长长期从事高性能钢铁材料及应用性能工作，主持承担了3项国家自然科学基金重点项目以及50余项其他科技开发项目，并多次获得国家和省部级科技奖励。在本次课程中，吴开明院长主要围绕材料科学的重要性、金属材料的性能要求、冶炼过程中的关键问题；海上风电装备的问题与挑战、浮式风电装备用钢的特点与要求，辅之以实际案例展开教学。

课程伊始，吴开明院长对《Science》提出的125个最具挑战性的问题进行归纳统计，指出材料科学、生命科学、信息科学为当今社会最为重要的三大科学领域，并引用诺奖得主Shechtman的演讲，告诉大家今天技术的最大限制就是材料技术的限制，材料科学需要革命性的进步。当今材料领域面对的重大挑战主要有材料的纯净性、材料的均匀性、材料的稳定性三个方面。

随后，吴院长列举了金属材料的性能要求相关案例。焊接接头对于结构安全性能有重大影响：针对中厚板热影响区的组织粗化问题，其中一种解决方案是在材料的冶炼过程中引入有利的微纳米级的粒子。这些粒子成为针状铁素体的形核核心，可以有效地阻止裂纹扩展。吴院长将这种结构和中国传统的“四梁八柱”建筑结构进行类比，让同学们更容易理解这种针状铁素体形成的微观结构提升焊接热影响区塑韧性的机理。

中国科学院海洋研究所侯保荣院士2018年的研究指出，腐蚀造成的损失约占国民经济的3.34%。吴院长以管线钢为案例讲解在酸性环境下材料的腐蚀机制：材料当中氧化物、硫化物和中心偏析带易导致氢元素聚集并形成气泡，最终导致裂纹的产生。这些问题的根本原因是材料的不均匀性所致。随后吴院长通过原位腐蚀试验向大家讲解了硫化物导致点蚀的微观过程。吴院长同时还介绍了从组织和夹杂物方面提升材料抗疲劳性的方法。

为了解决上述问题，提升金属材料的性能，同时还要从工艺上提出解决方案。吴院长简要地向同学们介绍了一些相关工艺技术来提升产品质量。转炉新型氧枪技术解决了传统氧枪结壳、炉口成渣、炉裙结渣等问题，可以有效改善热平衡，加速成渣和磷的去除；高效微氩气泡精炼技术可以有效降低微细非金属夹杂物含量，并降低钢水中气体含量，缩短精炼时间，降低合金材料消耗；中间包微氩气泡复合精炼技术可以有效去除钢中细小的夹杂物并降低钢水中的氢含量。

在第一节课所教授内容的基础上，第二节课吴院长向大家介绍漂浮式风电装备用钢的相关要求以及发展前景。为了实现“碳排放争取2030年达峰，2060年碳中和”的目标，风电、光伏等可再生能源将是减排的最主要途径。根据国家发改委数据，我国目前能源结构以煤为主，可再生能源比仅占约25%。而在可再生资源中海上风能资源是全球电力需求的10倍以上，深远海漂浮式风电将成为新的增长点，具有非常广阔的前景。漂浮式垂直轴风电机组的优点明显，首先它发电效率与水平轴机组相当，却有着更强的抗台风能力，其次更易于安装维护，可紧凑布局，而且漂浮式机组具有显著的降成本潜力，可以支撑海上风电平价上网。

浮式风电装备的服役寿命一般为20-25年，不能进船坞维修，而却需要面对台风、海浪、腐蚀等复杂的海洋环境。因此就要求风电装备材料厚度大，强度高，韧性好，易焊接，耐腐蚀。设计极限考虑50年一遇的极端环境条件。中国工程院周廉院士牵头负责的“中国海洋工程材料研发现状及发展战略初步研究”2015年调研报告指出：涉及舰船、海洋平台、油气管线等高品质钢铁材料、钛合金、有色金属、复合材料以及防护涂料等依赖进口；相当一部分国产材料质量不稳定，很多材料的关键应用技术落后，这种现状严重制约了我国建设海洋强国的步伐。

为了解决这些问题，吴开明院长及其团队进行了大量应用基础研究工作来探究海水腐蚀机理。通过原位腐蚀试验，可以发现夹杂物从边缘向中间溶解，最终形成点蚀坑。腐蚀影响区域会随暴露时间不断扩大，阳极电流密度随暴露时间不断下降。这些结果揭示了材料在海水环境下的腐蚀过程。

风电装备的研发有多项关键技术。首先是均质化高强韧组织性能调控技术，这些技术包括低碳成分设计，复合脱氧形成微纳级粒子，硫氧化物球化与弥散分布，铁素体+少量分散珠光体。其次则是厚板组织细化及纳米析出强化技术，包括低Si成分设计，Nb-Ti复合微合金化。耐海水腐蚀性能控制技术、高强韧厚板焊接性能同样也很关键。

最后，吴开明院长展示了与宝武、南钢、湘钢等企业合作研发材料的工程应用业绩：极地严寒环境用海洋工程厚钢板的研发与应用。这其中包含了多项前述的关键技术，并成功应用于俄罗斯亚马尔液化天然气项目。证明这些技术已经落实到实际应用上。吴院长最后还解答了相关从业人员、教师、学生的问题。（文：滕欢）