近年来，随着各种新材料的问世，如：塑料、铝合金、陶瓷、纳米材料等，哪种材料未来有可能替代钢铁材料成为下一代新的工业基础材料，一直是工业材料领域热议的话题之一。同样，自二十多年前中国粗钢产量突破1亿t，成为世界上最大的钢铁生产国以来，中国钢铁工业产能是否过剩，是否即将下滑，也一直是钢铁行业热议的话题之一。时至今日，钢铁材料依然是最主要的工业基础材料，中国粗钢产量已经接近10亿t，针对这两个问题的讨论依然在继续。
1. 钢铁材料未来发展分析
各类新型材料的发现为各个领域发展的材料需求提供了更多的选择。在很多领域，如：航空航天、氢能储备、生物医学等，正是因为新型材料的应用，从而推动了这些领域有了重大发展和进步。但是，要想成为工业社会的基础材料，能够被所有行业广泛使用，必须满足特殊的条件和要求。
1.1 工业基础材料的必备条件
工业社会基础材料必须具备的三个条件：（1）原材料易开采，且广泛存在；（2）主元素或主成分可以回收再生产，实现循环；（3）潜在性能要足够宽，例如既可以做成高强度材料，又可以做成韧性材料。
第一条是为了满足规模性和经济性的要求，这是成为基础材料被广泛使用的前提；第二条是为了满足可持续使用的要求，如果无法循环再利用，势必会形成资源恐慌和枯竭，进而不满足第一条；第三条是为了使基础材料可以在各个行业各种场景下都会被使用，不同应用场景下对材料性能的要求往往天差地别，具备足够宽泛的潜在性能是使其被广泛使用的必要条件[1]。
1.2 不同类型材料的对比筛选
如果把目前所有已经被开发的或正在被研究的新型材料按照材料性能原理进行分类，则总体可以分为基材型材料和结构型材料。
基材型材料是以某种元素或化合物为基材，通过掺杂其他元素或化合物，实现不同的材料性能，金属类、陶瓷类等都属于这一类；结构型材料是由于某种特定结构而使材料达到某种特定的性能，石墨烯[2]、纳米材料[3]等都属于这一类，其本身的元素构成并不特殊，但可以通过特殊的微观结构实现特殊的性能。
对照工业社会基础材料的必要条件，基本上可以认定，结构型材料是很好的功能材料，在特定场景下会发挥很好的作用，却无法成为广泛使用的工业社会基础材料，原因是其不满足第三条，由于其某一方面功能的强大和特异性，使其成为这个应用方向上的“霸主”，但代价是牺牲了其他方面性能的可能，丧失了宽泛的潜在性能。
如果把基材型材料按照基材组成继续分类，则可以分为单质基材和化合物基材。单质基材型材料是以单一元素作为基材，例如：钢铁（钢铁材料本身也是一种铁基材料的合金，不过与通常认为的铁合金的概念不同）、铝合金等；化合物基材型材料是以化合物作为基材，例如：陶瓷、水泥等。
通过这个分类，对照基础材料的要求，基本上可以认定，化合物基材型材料虽然有一定可能性拓展其潜在性能，但由于其化合物基材的特点，决定了其难以实现循环再利用。化合物作为基材要求其必须具有极高的稳定性，因而极大地增加了回收利用的难度。
通过对工业社会基础材料的两步粗选，最后只剩下单质基材型材料具备成为工业社会基础材料的条件。那么，在这一类材料中，哪种材料有可能代替钢铁材料呢？
首先，按照基础材料的必要条件第一条进行筛选，查阅地球上各元素的含量[4]。若依质量分数来排序地壳中元素含量的丰富程度，前8位分别是氧（46.6%）、硅（27.7%）、铝（8.1%）、铁（5.0%）、钙（3.6%）、钠（2.8%）、钾（2.6%）、镁（2.1%）；若考虑包括地幔及地核的整个地球进行排序，则含量最丰富的元素前8位分别是铁（32.1%）、氧（30.1%）、硅（15.1%）、镁（13.9%）、硫（2.9%）、镍（1.8%）、钙（1.5%）、铝（1.4%）。将二者取并集，有可能作为单质基材的元素有氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、硫、镍共10种元素。日常广泛存在的碳元素并不在其中，这也间接决定了通过石油化工或煤化工生产的碳化工材料难以作为被整个工业社会广泛使用的基础材料。
然后，通过元素周期表，对这10种元素进行第二步筛选，可以将其分成三类。
第一类是硅、铝、钙、钠、钾、镁。这6种元素具有较强还原性，以至于生产过程以电解法为主，或者需要以更强的还原剂置换还原。这一类元素只能进行还原操作的提炼工艺，决定了此类单质基材型材料一旦掺入其他元素则在重复利用的过程中几乎无法分离。这也是为什么铝合金、镁合金的综合性能比钢铁材料要好，并且已经被很多领域使用，但依然难以成为循环材料，进而完全代替钢铁材料的原因。
第二类是氧、硫。这两种元素本身无法制作成基材材料，在常温常压下，一个是气态，一个是固态粉末状或块状，可以直接排除。
第三类是铁、镍。从基础材料的必要条件来看，镍是惟一有可能代替钢铁材料的金属材料，三个条件都满足，只可惜储量有限。从储量数据可以看出，地球上大量的镍主要储存在地球深层，地表矿非常稀缺，真正可采储量仅占总储量的10%。由此看来，在发明太空采矿和地心采矿之前，镍元素也并不满足工业社会基础材料要求的第一条。
1.3 钢铁材料的未来
通过以上分析可以看出，在现有材料研发体系和工业社会需求的前提下，不管是哪种研发思路开发的新型材料都很难替代钢铁材料成为大规模使用的工业社会基础材料。在可预见的未来，钢铁材料作为最主要的工业社会基础材料的地位依然无法撼动，而新型材料的研发则更多的是面向特定领域和特定需求的功能材料，成为钢铁材料的有益补充。
2. 钢铁工业未来发展分析
既然钢铁材料无法被替代，那么钢铁工业就是社会发展的必然需要。对于中国来说，钢铁工业合理的产业规模应该是多少呢？这是一个典型的社会经济领域问题，需要通过对比的方法进行分析。
2.1 发达国家钢铁工业发展规律
中国作为发展中国家，正在进行工业化进程，要想判断中国钢铁工业未来发展的走势，对比分析已经完成工业化进程的发达国家十分必要。
世界上主要的钢铁生产国家或地区主要有美国、欧洲、日本、俄罗斯、印度和中国。判断和分析钢铁工业规模的最重要指标是粗钢产量。对上述几个国家或地区在1871—2015年间的粗钢产量[5]绘制变化规律曲线，如图1所示。图1中所显示的欧洲钢产量是英国、德国和法国三个核心国家钢产量之和，与真实的欧洲总产量有所差异，但总体规律是一致的；所显示的俄罗斯钢产量，前期是前苏联的粗钢产量数据，前苏联解体后是俄罗斯国家的粗钢产量数据。
