這種戰略元素可能決定未來世界格局，中國正謀求全球布局

鈮，一種在火箭和導彈的發動機以及航空發動機上起著重要作用的金屬。早在上世紀20年代，人類工程師就發現了鈮的重要性能。鋼鐵中僅需加入0.03%的鈮，就可以讓強度提升30%以上。

鈮在航空發動機和火箭發動機上有巨大作用。現在，我們試著了解中國的鈮和鈮在中國的應用。

第一

說起鈮資源的蘊藏量，巴西是全世界當之無愧的第一。

鈮在地殼中的含量為百萬分之二十，在所有元素中排名第33位。

而鈮的分布情況比較有趣，鈮礦主要以燒綠石的形態出現：90%以上的鈮礦探明儲量在巴西，另有7%的鈮礦在加拿大，世界上其他國家和地區的總蘊藏量加起來只佔3%。

而說起鈮資源的消費量，世界上還沒有哪個國家能夠超過中國。

全世界對鈮資源的使用，有80%集中在含鈮鋼材領域。我國在1993年的鋼材產量就達到了8868萬噸，之後更是扶搖直上，穩居全球第一產鋼大國的交椅。

從上世紀90年代中期到2018年，中國的鋼鐵產能穩步發展，而高端鋼材的產能情況更是進步喜人。

要知道，在1993年，當全球的含鈮鋼材產量為4000噸的時候，中國的鈮鋼產量才102噸，僅佔全球的2.55%。而如今，中國的鈮鋼產量早已突破5000萬噸！超過了其他所有國家和地區的鈮鋼產量的總和。

中國含鈮鋼材的種類從上世紀90年代模仿和跟隨西方國家的18種擴充為了現在的200多種，並形成了自己較為完備的體系。

鋼鐵中僅需加入0.03%的鈮，就可以讓強度提升30%以上。通常，中碳鋼的屈服強度為250MPa，而加入很少的鈮之後，屈服強度可以提升為350MPa以上。

高速鐵路和大型艦船的建設，都離不開鈮鋼。

有關中國高性能鈮鋼和其他高性能鋼材的發展情況，我們實際上能夠從4座長江大橋上看出一些端倪。

1955年9月1日，武漢長江大橋開始建設。剛剛成立不久的新中國，還沒有完備的工業體系。

武漢長江大橋建設過程中所需的1.2萬噸高性能鋼材全部是從蘇聯進口的。實際上，武漢長江大橋上數以萬計的螺絲釘也是進口的。

到1960年，我國建設南京長江大橋的時候，已經能夠自己供應一半的鋼材了。

不過，另一半高性能鋼材依然依賴進口。

上圖為1995年6月建成通車的武漢長江二橋。她是一座鋼筋混凝土斜拉橋。全橋長4407.6米，正橋長1876米，主跨400米，橋面寬度29.4米。

此時，我國的鈮鋼產業已經開始抬頭。對進口鋼材的依賴程度進一步降低。

這是2000年9月30日建成通車的蕪湖長江大橋。這座大橋所用的14錳鈮鋼是我國自行研製的高性能鋼材，性能優於德國和日本的同類材料。

這座長江大橋所有的所有鋼材都是國產的，由此僅從含鈮鋼材這一項就節省了至少1.1億元的成本。

這是中國的含鈮鋼鐵產業向國家交付的一張漂亮答卷。

進口

按規劃，中國將輔設國內輸油管線7540公里，輸氣管線超過14580公里。出於防腐蝕等考慮，油氣管線用鋼也多為鈮鋼，僅這一項就需要509萬噸鈮鋼。

另外我國建設的4條國際輸氣管線也需要511萬噸鈮鋼。

從橋樑建設的角度來看，全世界已建成的跨度超過400米的超級斜拉橋有114座，其中在中國的有59座，佔51.8%；

全世界已建成的跨度超過400米的超級懸索橋有109座，其中在中國的有34座，佔31.2%；

全世界計劃建設的跨度超過400米的超級斜拉橋有49座，其中在中國的有39座，佔79.6%；

全世界計劃建設的跨度超過400米的超級懸索橋有37座，其中在中國的有29座，佔78.4%。

這真的可以說，厲害了！

管線、大型船舶、鐵路和橋樑對鈮資源的海量需求，讓中國一躍成為了世界第一大鈮資源凈進口國。

2006年，對於中國的鈮產業來說，是具有里程碑意義的一年。這一年，中國進口鈮鐵1.187萬噸。超過了美國的1.179萬噸，中國也就成為了世界上最大的鈮消費國和鈮進口國。

這1.187萬噸鈮鐵，有1.090萬噸來自巴西（佔91.8%）。另有900多噸來自加拿大，54.5噸來自荷蘭，6.5噸來自德國，5噸來自日本。

航空

中國對鈮的研究可以追溯到上世紀50年代。在1956年，中國的有色金屬工程師用碳熱還原法製成了鈮燒結條。

4年後，在上世紀60年代，中國掌握了用鋁熱還原法製取高純鈮鐵的技術。

在這個時代，包頭鋼鐵廠和唐山鋼鐵廠開始嘗試製備鈮鋼。寧夏和株洲的鈮冶煉產業的萌芽和崛起為中國的鈮工業提供了堅實的物質基礎。

1962年，中國的第一根鈮絲出廠。1963年，中國的第一塊軋制鈮板問世。緊接著，中國就啟動了鈮超導合金和鈮75號合金研製的攻關。

公元1961年3月30日，中蘇雙方在莫斯科簽訂《關於給予中國帶有К-13導彈的米格-21Ф型飛機的生產許可權、技術資料和關於生產帶有К-13導彈的米格-21Ф型飛機方面給予中國技術援助的協定》。

協議規定，蘇聯在不附加任何條件的情況下，向中國頒發米格-21F-13戰鬥機、R-11F-300渦輪噴氣發動機、К-13空對空導彈的生產許可證。

也就是說，自1961年開始，蘇聯方面提供技術、圖紙和零件，準備在中國國內製造米格-21F-13戰鬥機。

不久，1架米格-21F-13的整機，2台圖曼斯基設計局的R-11F渦輪噴氣發動機來到中國。一併前來的，還有可供組裝為15架米格-21F戰鬥機的散件。

圖曼斯基設計局的R-11渦噴發動機是蘇聯首款軸流式雙轉子渦噴發動機，擁有令當時全世界工程師驚慕的壓氣機設計。

隨著蘇-15戰鬥機的列裝和米格-21/殲-7系列戰鬥機的巨大成功，該型發動機的產量達到了令人咋舌和讚歎的20900台！

而對圖曼斯基設計局的R-11渦噴發動機的仿製，則正式開啟了中國在含鈮鎳基高溫合金領域的發展之路。

按圖曼斯基設計局的設計，R-11渦噴發動機為雙轉子結構，擁有6級壓氣機和2級渦輪。低壓壓氣機的轉子軸從高壓轉子軸的內側穿過。

圖曼斯基設計局的R-11渦噴發動機的燃燒室火焰筒採用氣膜冷卻，內壁和外壁都有一層專門的高溫陶瓷。

圖曼斯基設計局的R-11渦噴發動機的渦輪前溫度達到了955℃。這在當時對我國加工工藝學和材料學的挑戰是巨大的。

我國在仿製的過程中，鈮產業剛剛起步，在1965年，有關鈮合金的研究都還比較少，更何況大量生產了。因此，早期中國仿製的R-11渦噴發動機的高溫合金毛坯材料全部從蘇聯進口。

但是，工程師們很快就發現，蘇聯毛坯材料的鍛造晶粒太大，材料容易出現裂紋。在我國當時的機械加工水平條件下，生產渦噴發動機渦輪葉片的廢品率高達52%。

於是，在1965年，我國發動大量科研部門，採用工業部門和高校相互合作的方式，硬是研製出了中國的高溫合金GH46，一舉解決了渦輪葉片的問題。

另外，我國工程師還摸索出了更加適合高溫材料的一套加工工藝，擺脫了對繁雜切削工藝的依賴。

在仿製圖曼斯基設計局R-11渦噴發動機的過程中，中國研製出了26種高溫合金和高溫塗層材料，創製了46項新的加工工藝。

在缺乏蘇聯後續支持的情況下，中國工程師用7個月研製了發動機試車台。

在試車過程中，中國工程師發現了圖曼斯基設計局R-11發動機壓氣機葉片的顫振現象。通過大量計算和測試，決定將1級壓氣機的葉片數量從31片減少為24片。

在後來的試車中，工程師又發現了易停車的現象。經分析，是某軸承在高溫情況下出現了抱軸的現象。

在齊齊哈爾鍊鋼廠和其他科研院所的合作下，一種專門用於航空發動機軸承的高溫合金GH33A誕生。

由此，中國的高溫合金開始逐漸形成體系。

中國變形高溫合金，用GH（高溫合金的漢語拼音Gao wen He jin的縮寫）後面跟阿拉伯數字來表示。第一位是1，表示是鐵基固溶強化高溫合金；第一位是2，表示是鐵基時效強化高溫合金；第一位是3，表示為鎳基固溶強化高溫合金。第一位是4，表示為鎳基時效強化高溫合金。

航天

1978年，中國工程師為某型火箭發動機專門攻關研製的火箭發動機噴管喉襯材料取得重大突破。其樣品在地面點火試車中表現喜人。

如今，中國國產GH738、GH909、GH4169,、GH690、GH145、GH4199等高溫合金能夠用在飛機發動機和火箭發動機的很多零部件上。

鍛制的GH4169合金用來製造發動機盤件、環件、軸件、緊固件和板材，甚至整個機匣。

中國的GH4169含鈮鎳基高溫合金與美國的Inconel718超級合金和法國的NC19FeNb超級合金性能相當。

2018年春節前後，中國的藍箭空間科技發力了。

中國首台由民營企業研製的液氧甲烷火箭發動機連續進行了3次點火。

10噸級縮比推力室的成功點火標誌著這款代表中國商業航天企業技術實力的中國火箭發動機向著整機熱試車邁出了堅實的一步。

這是該型發動機推力室的第一次點火。

這是該發動機推力的第2次點火。

這是藍箭火箭發動機推力室的第3次點火。

通過這3次點火，藍箭液氧甲烷發動機的針栓噴注器的阻塞比、越程比、動量比等設計參數得到了驗證。

在推力室魅惑絢麗的火焰背後，是中國工程師的強大設計能力，同時也有著中國含鈮鎳基高溫合金產業的巨大支持。

藍箭這款發動機大量應用了GH4169含鈮鎳基高溫合金。這種與美國的Inconel718超級合金和法國的NC19FeNb超級合金性能相當的高溫合金為整台火箭發動機的優異性能提供了保障。

中國商業航天產業的崛起，離不開資本和技術的推動，更離不開從廢墟中站起來，勵精圖治，終於擁有了完備的工業基礎和世界領先的研發實力的我們的祖國！

布局

我國的鈮資源與鉭資源或者稀土資源緊密地結合在了一起。

中國的鈮礦，值得特別提一下的就是內蒙古包頭的白雲鄂博礦、內蒙古扎魯特旗的花崗岩型鈮礦（業內人通常說的801礦）、湖北竹山廟鉭鈮礦還有江西宜春的鉭鈮礦（業內人稱作414礦）。

這是筆者好友提供的中國內蒙古白雲鄂博鉭鈮礦礦區的衛星照片。

如果說巴西佔有了全球90%的鈮資源，從這個角度看，在全球得天獨厚的話，那麼內蒙古的白雲鄂博就在中國獨佔鰲頭了。

白雲鄂博的探明鈮儲量佔全國的70%，而稀土儲量更是佔了全國的90%以上。

按五氧化二鈮來計算，內蒙古白雲鄂博鐵礦有90.9萬噸的儲量，內蒙古白雲鄂博都拉哈拉礦的儲量為70.0萬噸。但可惜的是，我國的鈮礦的品位大多比較低。剛剛提到的兩座大礦，前者的品位僅0.12%，後者的品味也僅為0.15%。

我國鈮礦的品位僅僅比判定是否開採的臨界值多一點點。筆者舉3個例子，以便對比：

巴西A鈮礦：儲量1493.4萬噸，品位3.12%；

朝鮮鈮礦：儲量45萬噸，品味0.83%；

加拿大N鈮礦：儲量31.44萬噸，品位0.61%。

也就是說，我國的大寶庫白雲鄂博的單個大礦的儲量，只有巴西單個礦的16.4分之一，品味更是只有巴西的26分之一。

品味的差距使得我國鈮礦的開採成本遠高於進口，這也是我國近幾年來大量依賴從巴西進口鈮資源的原因。

江西宜春414礦探明的鈮資源也是數萬噸量級的。

在這裡，筆者順便說一下礦名編號的來由：宜春礦床是江西冶金地質勘探公司612隊在1968年底發現的。

1969年4月14日，化驗檢驗的正式報告完成，確定這裡有鈮。為了紀念這個日子，該礦就得名414礦了。

江西橫峰的巨大發現振奮人心，這裡或許會成為亞洲最大的鉭鈮礦，潛在經濟價值超過500億元，這是後話了。勘探和礦產領域的筆者好友可以指正和補充。在這裡，筆者向所有奮鬥在勘探第一線的工程師和科學家們致敬！

湖北的特大型鈮礦有著93萬噸的巨大儲量，這也是一個讓大家心安的數據。

為了進一步確保鈮這種戰略資源的供應安全，我國早已進行了全球布局。

2011年，由中信、寶鋼、鞍鋼、首鋼和太鋼聯合成立的中國鈮業投資控股有限公司，出資19.5億美元，收購了巴西礦冶公司 15%的股權。

巴西礦冶公司是全球最大的鈮礦企業，手裡握有巴西儲量最豐富和品味最高的鈮礦資源。

而像非洲的烏干達、莫三比克等國，雖然鈮的儲量不如巴西那樣巨大，但是因為尚未被徹底商業化開發，的確擁有進行提前布局的價值。

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