2023年，中国LNG（液化天然气）的进口量达7132万吨，约984亿立方米，同比增长12.6%，成为全球最大的液化天然气进口国。随着全球对清洁能源需求的不断增长，LNG作为重要的清洁能源之一，其储运和安全问题日益凸显。
然而，液化天然气（LNG）运输与储存设备等关键设施，需要在-196℃的超低温环境中工作。随着能源工程的超大型LNG储罐容积高达27万m³，为保证其安全运行，钢材不仅需要具有高强度，同时还需要在-196℃的极低温条件下具有优异的冲击韧性。
当前，在超低温下同时实现钢材的高强度与高韧性，十分困难。低温铁素体或马氏体钢，通常通过添加质量分数高达9%的镍（9Ni钢）来实现这种性能。镍既能通过提高淬透性来实现高强度，还可以通过改善位错运动来提高超低温韧性。
但由于镍的成本较高，开发镍含量较低、同时性能与9Ni钢性能相当的新型低温钢，一直是低温钢科研的前沿领域。在过去数十年的研究中，钢铁科研工作者一直无法突破镍含量降低带来的低温条件下强度和韧性同时下降的技术瓶颈。
面对这一挑战，东北大学数字钢铁全国重点实验室刘振宇教授团队携手南钢、湘钢等知名企业，共同研发出了一种新型钼微合金化节镍钢，即6.5NiMo钢，该技术突破了低温能源用钢中强度、韧性难以兼顾的瓶颈，使新型节镍钢性能比肩传统9Ni钢，产品结构大大优化，为高性能绿色清洁能源用钢的开发和应用提供了重要保障。 该技术入选《世界金属导报》评选的2024年度世界钢铁工业十大技术要闻。
技术突破：
钼微合金化与纳米析出相的创新结合
为破解镍合金钢成本较高、LNG储罐强度和韧性难以兼顾的难题，东北大学数字钢铁全国重点实验室（原轧制技术及连轧自动化国家重点实验室）刘振宇教授团队在“十三五重点研发计划”等多项国家和企业重大项目的支持下，汇聚了计算模拟、加工成形、组织表征、性能评价、应用技术等全国18家高校、企业和研究院所的多学科人才，形成了一支名副其实的“产学研检用”协同创新团队，开启了集成攻关的旅程。
时间的刻度是奋斗者的足迹，压力和困难是拼搏者的“试金石”。团队成员心往一处想、劲往一处使，充分发挥各自学科优势，围绕超低温低成本容器用钢的基础理论及关键技术开展了系统研究。研发团队通过深入研究、上百次的反复试验，用了近十年时间成功开发出了一种含Ni量为5.5-6.5wt.%的新型节镍型低温钢成分体系及制造工艺。在母材中，研发团队首次获得了密度高达（2.15-2.60）×10^24/m³、平均尺寸仅为1.73-1.81nm的富钼纳米B2共格析出相。“这一创新的关键，在于细小、超高密度、具有强韧化效果的纳米析出物的成分设计策略与精准调控。”刘振宇教授表示。
刘振宇教授团队在实验室开展科研工作
在钢铁研发的过程中，如何调控析出物是一项巨大的挑战。最初，团队对如何从元素周期表中筛选合适元素及如何优化工艺进行了艰苦的探索。加强基础研究和关键核心技术攻关，团队发挥自身优势和特色，通过计算模拟、理论推导与实验摸索相结合的方式，辅以人工智能技术，为问题的解决提供了新的思路和方法。
在技术攻关的过程中，析出表征依然是核心难题。尤其是面对纳米级析出物时，由于其磁性特征，透射电子显微镜几乎无法有效表征，犹如大海捞针一般困难。
然而，团队成员不畏艰难，勇往直前：“面对困难，我们要再试试，坚持到底。”刘振宇教授不时勉励团队成员。正是这种精神，推动团队不断努力，最终通过与国内外顶尖团队合作，经过长期的摸索和试验，掌握了析出物表征的关键技术，成功突破了技术瓶颈。
通过不断创新与实践，团队打破了传统认知，大胆创新找到了析出物调控与强韧化机制的新路径。这不仅是技术上的突破，更是科学精神的彰显，让团队成员收获了前所未有的成长与喜悦。
富钼纳米B2共格析出相，是一种在金属材料中通过特定工艺形成的微观结构。“这种析出相中钼元素的含量较高，B2是一种晶体结构具有特定的原子排列方式，这种析出相与基体材料之间具有一致的晶格取向，能够增强析出相与基体之间的结合力，提高材料的整体性能。”团队技术骨干张维娜介绍说。
这种析出相，如同钢材中的“强化剂”，能够在极低温环境下保持钢材的高强度和高韧性，为清洁能源极低温用钢铁材料的组织设计提供了新思路。“通过优化析出相的成分、尺寸和分布，我们可以提升钢铁材料的综合性能，使其在不增加Ni含量的前提下，达到了与传统9Ni钢相当甚至更优的性能水平。满足特定应用场景的需求。”团队青年教师唐帅表示。
在实现了钢材本身的性能提升外，团队研发的新型节镍钢的焊接工艺也得到了显著的优化，解决了传统的高Ni合金钢容易引发磁偏吹等焊接难题。
与传统的高锰钢相比，新型节镍钢的焊接过程更加绿色高效，且焊接接头的安全性也得到了显著提升。这一改进，不仅降低了焊接过程中的能耗和污染排放，还提高了焊接接头的强度和韧性，为LNG储罐的整体性能提供了有力保障。
从实验室到大型储罐的成功跨越
技术的突破，需要企业生产一线的检验。基于刘振宇教授团队的合金设计和纳米析出相控制策略，湘钢迅速响应，成功生产出了6-50mm厚的钼微合金化5.5Ni钢。
“这批钢材不仅满足了国内市场的需求，还成功出口‘一带一路’倡议国家，替代了传统的9Ni钢，用于建造LNG储罐。这一应用实践，不仅验证了新型钢材的优异性能，更为其在全球范围内推广奠定了坚实的基础。”湘钢专家张计谋表示。
与此同时，南钢、湘钢等企业也紧跟步伐，在国际上首次采用钼微合金化7Ni钢替代9Ni钢，成功制造了7.89万m³的LNG船用储罐。这一创新应用与9Ni钢相比，新产品可降低成本2000-3000元/吨，更提升了储罐的安全性和稳定性，为液化天然气等清洁能源的输运与储存提供了更加可靠的选择。
“新型钼微合金化节镍钢的成功研发与应用，不仅解决了传统钢材在极低温环境下的性能瓶颈问题，还为高性能清洁能源用钢的开发和应用提供了重要保障，为提升液化天然气等清洁能源的输运与储存安全性提供了有力支持，更为清洁能源产业的繁荣注入了新的活力。”
这一技术的推广和应用，还将有助于降低清洁能源的生产成本，提高能源利用效率，为全球能源转型和可持续发展贡献力量。
“我们会以习近平总书记重要回信精神为指引，牢记习近平总书记的殷殷嘱托，不断推出高水平科研成果，赋能钢铁智能制造，把为国奉献作为最高追求。”刘振宇教授表示，面对未来钢铁能源领域的挑战和机遇，团队将继续秉承创新精神，不断探索和优化钢材的成分体系及制造工艺，通过持续的技术创新推动产业升级，积极寻求与国内外知名企业的合作与交流，让原始创新与产业创新同频共振，推动清洁能源用钢材料领域实现更大的突破，推动钢铁行业新质生产力的发展，为全球清洁能源产业贡献科技力量。
牢记嘱托，感恩奋进
创新求索，砥砺前行
着眼国家战略需求
坚持科技报国
东大始终与国家发展和民族复兴
同频共振、同向同行！