【探索30-7】日常生活中隱形的重要夥伴：臺灣鋼鐵產業的現狀與未來

2024 年 01 月 29 日2024 年 01 月 30 日 CASE PRESS 永續, 碳足跡, 鋼鐵, 韌性

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1970年代，為了改善臺灣各項基礎建設的不足，政府大興土木推出十大建設，成功使臺灣走過能源危機，並為後來的經濟起飛奠下基礎。這十大建設中的「大煉鋼廠」也就是如今的中鋼。或許大眾會覺得鋼鐵很冰冷，但事實上，大至橋梁、汽車，小至不鏽鋼碗、螺絲，鋼鐵是我們日常生活中的好夥伴，支撐起基礎建設，是隱形但重要的產業。如今，鋼鐵產業既是再生能源建設過程中的重要角色，卻也是高碳排產業。如何因應，產業仍在探索。

講者、審定｜中鋼公司鋼鐵研究發展處蔡宇庭研究員

彙整、撰稿｜謝馥伊

現職中鋼鋼鐵研究發展處研究員，擁有臺大材料科學與工程學研究所博士學位的蔡宇庭，利用短短一個半小時，便將臺灣鋼鐵產業發展的過去、現況與未來解釋的清晰。

鋼鐵是指由鐵碳及其他金屬元素形成的固溶體，依照含碳的比例有不同的性質：分類：含碳量低於0.02%為鐵，含碳量大於2%為鑄鐵，含碳量介於之間的稱為鋼鐵，。蔡宇庭說，「我們日常生活中最常使用到的（用品）幾乎都是鋼鐵，反而不是純鐵。」

近代臺灣鋼鐵產業的發展

臺灣近代鋼鐵產業的開端，可溯及日據時期。第二次世界大戰期間，民營企業大同鐵工所（現大同公司）、唐榮鐵工所（現唐榮鐵工廠）先後於1939年、1940年建廠，為臺灣鋼鐵產業史最早成立的幾間公司。戰爭亦帶動鋼鐵需求上漲，日本政府開始利用海南島所產的鐵砂礦和臺灣出產的煤礦煉鋼。二戰結束後，鋼鐵業的原物料則仰賴打撈二戰後廢船。民間發展出打撈戰時沉船，拆下金屬重新冶練的金屬加工模式，打撈基隆港、高雄港附近的日軍沈船。「不過，因為拆船拆到後來，船越來越少，國內鋼鐵業者還跑去香港競標廢船。然而，由於臺灣加工業蓬勃發展，鋼鐵需求越來越高，所以必須從煉鋼開始做起。」

1960年代後期中國民國政府推動十大建設，其中一個目標便為減少臺灣對鋼鐵進口產品的依賴，中國鋼鐵公司（中鋼）這座由政府出資的「一貫化鋼廠」因此誕生。蔡宇庭解釋，一貫化作業是指從原物料鐵礦、石灰石、煉焦煤開始，經過高爐煉鋼、轉爐煉鋼、連續鑄造、軋延四個階段的製程。「基本上高爐煉鋼會煉出一種高碳的鐵水，再經過轉爐煉鋼調整成分、去除雜質，降低碳含量，鑄造成鋼坯，再把它軋延成我們要的形狀。」

形狀，是鋼鐵產業區分產品的依據。蔡宇庭說，中鋼主要販售四項產品供下游廠商運用，「厚一點的叫做鋼板，薄一點、捲起來、一圈一圈像是滾筒衛生紙的叫做鋼捲，另外還有直棒（長條形棒狀）、盤元（線狀）。」這些產品的應用也不同：鋼板適用於巨大構件的建造，如：風力發電機、建築物；熱壓鋼捲可應用於汽車的製造；冷軋鋼捲用來製作家電外殼以及馬達；直棒切成小段、重新加工後可以作為汽車零組件或日常生活中會用到的手工具、扣件。

根據統計，2021 年臺灣鋼鐵產業產值約 1.54 兆元新臺幣。蔡宇庭說，「其實這些都是臺灣蠻重要的產業，只是比較少人知道。比如晶圓製造需要的機臺設備，很多也是由鋼鐵材料製作而成。」

特性變化多端的鋼鐵，滿足各式工業與民生需求

除了形狀，不同材料特性的鋼鐵，可以滿足的用途也不同。蔡宇庭指出，評估鋼鐵材料特有三個主要的維度：強度、延性、韌性，再來也會考量耐火性、銲接性、耐蝕性等指標。

強度是指鋼鐵單位面積能承受的應力來衡量，常見單位為百萬怕（MPa），舉例來說，一般人站立時腳底承受的最大壓力大約為100千帕；延性則是指材料能夠多大程度的被延展。蔡宇庭特別釐清，「我們當然希望東西可以越強越好，但是，除了考慮強度以外，也要考慮延伸率。鋼鐵強度沒辦法一直加強下去，因為通常強度越強，延伸率越差，材料越沒辦法被拉長、伸展。」

韌性則是指鋼鐵遭到破壞時，裂縫傳播的情況。韌性低的鋼鐵，質地較脆，遭受外力之後，裂縫相對容易一路延伸、破裂下去；韌性佳的鋼鐵，遭受外力之後則較可能變形而非破裂。一般來說，偏好使用韌性較佳的鋼鐵，因為比較不容易遭受外力撞擊而破裂，僅有少數例外情況需要鋼鐵質地脆、容易裂。蔡宇庭補充，影響韌性的因素比較不容易掌握，「只要多了一點微量物質或雜質，就會大幅影響韌性。」

有了合適的強度、延展性、韌性之後，耐蝕性便是下一個重要的考量。蔡宇庭舉例，發生於2019年10月的南方澳大橋斷裂事件，便是起因於鋼鐵遭受腐蝕：「當時支撐橋面的鋼桿下方已經生鏽，相當於用來支撐的截面積越來越小、越來越薄，最後就撐不住了。」常見預防鋼鐵腐蝕的方法為表面塗漆，以隔絕金屬接觸氧氣，或於表面鍍鋅、鍍錫，阻絕氧氣洩漏進去。舉例來說，我們平常吃的鐵罐頭，正式以表面鍍錫來防止腐蝕。不鏽鋼則是對抗腐蝕的另一種選擇。不鏽鋼是指於鋼鐵當中加入金屬元素鉻，於鋼鐵表面形成緻密的氧化保護層。蔡宇庭解釋，「研究發現含有11%以上的鉻之後，鋼鐵氧化的速率就會大幅下降，不過這不代表永遠不會生鏽，只是速率降低很多而已。」

時代變化、永續意識抬頭之下，鋼鐵產業的未來

目前，中鋼最主要的客戶來自用鋼量大的汽車產業。蔡宇庭說，近年來中國鋼鐵業快速成長，若中鋼繼續主打價格低廉，難以維持長期競爭力，「因為我們再怎麼便宜都不會便宜過中國。所以，我們希望可以協助提升下游產業的品質、體質，發展精緻鋼品。因為中鋼算是產業中游，生產哪些產品取決於下游客戶；如果下游發展起來，我們也會更容易發展。」不過，與下游產業合作促成產業升級，著實需要一番努力，「因為客戶多半是幫汽車品牌代工，如果我們要推出新產品，便需要客戶跟品牌端都同意採用。」

此外，近幾年永續意識發展，為鋼鐵的發展同時帶來機會與挑戰。舉例來說，為發展再生能源，離岸風力發電成為各國趨之若鶩的選項之一，帶動鋼鐵需求上升，也促使公司開始研究新技術：「如果離岸風力發電機塔架在外海，會希望要耐用，不用常常派人維修，那蓋風電的塔架就很有挑戰，要能夠抗腐蝕，鋼板的銲接技術等等也都要考量。」

然而，煉鋼過程當中的高碳排也經常是被檢討的目標。根據世界能源總署的統計，2020年全球鋼鐵業的直接碳排放總量約為26億噸，占全人類活動碳排放總量的7~9%，是主要碳排放源之一。蔡宇庭指出，高爐煉鋼這個步驟是鋼鐵廠的核心，但減碳排需要把這道核心製程改掉，執行上並不容易。「目前國際上幾個減碳的選項，比如從煤炭冶金改成氫能，改成用氫氣去還原鐵礦石，或是用再生能源發電、再使用電爐煉鋼，最後就是用碳固存等措施輔助。」

蔡宇庭也分享，目前中鋼能先採取的措施是升高爐加熱的效率，以減少能源的消耗，還在研究中的兩個方案則是氫能冶金和前處理流程。他解釋，「除了換成氫能，也可以增加前處理，先降低鐵砂礦當中含氧量，這樣再經過高爐煉鋼時，因為要去除的氧氣比較少、消耗的能源比較少，自然碳排也比較少。」

歷經數十年變化，鋼鐵產業如今既是再生能源基礎建設過程中的重要角色，又同時被認定為高碳排產業，產業正在探索應對之道的路上前行。