2月6日，《人民日?qǐng)?bào)海外版》科技名家筆談欄目刊發(fā)了王國(guó)棟院士的文章《推進(jìn)鋼鐵“四化” 強(qiáng)健大國(guó)“筋骨”》，以下是文章全文——
作者王國(guó)棟肖像畫(huà)。張武昌 繪
鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，為國(guó)家建設(shè)提供了重要的原材料保障，有力支撐了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展，推動(dòng)了我國(guó)工業(yè)化、現(xiàn)代化進(jìn)程，促進(jìn)了民生改善和社會(huì)進(jìn)步。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)鋼鐵行業(yè)迅速發(fā)展，到2020年，我國(guó)鋼產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到世界總產(chǎn)量的57%，可以生產(chǎn)所有門(mén)類(lèi)的鋼鐵產(chǎn)品。鋼鐵是大國(guó)“筋骨”，正是有了鋼鐵產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展，我國(guó)才成為全球造船大國(guó)、工程機(jī)械制造大國(guó)、發(fā)電和變電設(shè)備制造大國(guó)……
國(guó)際鋼鐵產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)比拼的是產(chǎn)量，更是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，尤其是高端特種鋼材的生產(chǎn)水平和能力。進(jìn)入新時(shí)代后，我國(guó)鋼鐵業(yè)大力推進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化和質(zhì)量升級(jí)，以科技創(chuàng)新為抓手，全力推進(jìn)中高端鋼鐵材料的研發(fā)，推進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展，強(qiáng)健大國(guó)“筋骨”。
王國(guó)棟（右二）帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)一線現(xiàn)場(chǎng)研究、解決問(wèn)題。資料照片
01 好鋼是如何煉成的？
要弄明白如何煉出好鋼，必須了解鋼鐵冶煉的過(guò)程。首先，把鐵礦石和煤通過(guò)焦化和燒結(jié)的環(huán)節(jié)變成燒結(jié)礦和焦炭；然后，在高爐里進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，變成鐵水；鐵水經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)爐的冶煉、吹氧、去碳、降碳等操作，含碳達(dá)到一定程度；再經(jīng)過(guò)精煉，把成分進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而變成了鋼；鋼水再經(jīng)過(guò)連鑄以后變成鋼坯；鋼坯又經(jīng)過(guò)熱軋變成熱軋產(chǎn)品；熱軋產(chǎn)品又經(jīng)過(guò)冷軋，變成冷軋產(chǎn)品，最終成為各種各樣的鋼材，比如型材、 板材、管材等。
通過(guò)改變軋制條件就可以改變鋼性能，我們?nèi)绻馨褩l件控制好，就能得到性能非常優(yōu)異的鋼材。調(diào)整溫度是通過(guò)水，我們通過(guò)控制水量來(lái)控制軋制過(guò)程中鋼材冷卻的溫度和冷卻的速度，這就是控軋控冷技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)控制加熱溫度、軋制過(guò)程、冷卻條件等工藝參數(shù)，提高鋼材的強(qiáng)度、韌性、焊接性能。
實(shí)現(xiàn)控軋控冷技術(shù)突破和創(chuàng)新是國(guó)際鋼鐵業(yè)追求的共同目標(biāo)，各國(guó)科技專(zhuān)家都為此不懈努力，進(jìn)行不斷探索，但一度收效并不大。比如，有的科技專(zhuān)家采用低壓的層流水對(duì)軋制過(guò)程中鋼材進(jìn)行冷卻，發(fā)現(xiàn)冷卻效果不理想、傳熱效果不均勻，導(dǎo)致鋼板不平整而“翹”起。此后，一些科技專(zhuān)家把冷卻模式研究與金屬指標(biāo)、金屬內(nèi)部材料的變化結(jié)合起來(lái)，進(jìn)而力圖實(shí)現(xiàn)調(diào)整材料性能的目標(biāo)。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研究，超快速冷卻技術(shù)被開(kāi)發(fā)出來(lái)。20世紀(jì)70年代，國(guó)際上研制出超級(jí)冷卻系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高速均勻冷卻，迎來(lái)了鋼鐵控軋控冷技術(shù)新的突破。
02 實(shí)現(xiàn)控軋控冷突破
作為中國(guó)鋼鐵科技工作者，我們不甘落后，全力實(shí)現(xiàn)鋼鐵控軋控冷技術(shù)自主突破。在實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)我們的淬火機(jī)，鋼材淬火冷卻到室溫后，即使鋼板最薄只有約10毫米，也依然能夠保持平整。于是，我們就把鋼材淬火機(jī)與軋機(jī)冷卻系統(tǒng)兩者結(jié)合起來(lái)，借助河北一家鋼鐵公司的軋機(jī)，我們研制出一套超快冷卻系統(tǒng)。初步運(yùn)行證明，這套系統(tǒng)非常成功。后來(lái)這套系統(tǒng)被應(yīng)用于鞍山鋼鐵公司和首都鋼鐵公司并經(jīng)過(guò)改進(jìn)，生產(chǎn)出板型優(yōu)質(zhì)的鋼材管線，為國(guó)家“西氣東輸”工程管線供給作出了重大貢獻(xiàn)。我國(guó)由此成為世界上最優(yōu)質(zhì)管線鋼的生產(chǎn)國(guó)。
在鋼板軋制的冷卻控制上，我們實(shí)現(xiàn)了從跟跑到并跑，再到開(kāi)始領(lǐng)跑的巨大跨越，研制的超快冷卻系統(tǒng)應(yīng)用于很多鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)線。特別值得一提的是，適應(yīng)一些企業(yè)的需求，我們把這套超快冷卻系統(tǒng)做出適應(yīng)性調(diào)整，做到與新引進(jìn)的外國(guó)相關(guān)裝備相兼容，很好地解決了生產(chǎn)線在熱連軋生產(chǎn)冷卻過(guò)程中的問(wèn)題。
研制出鋼管生產(chǎn)控冷系統(tǒng)是我們的另一項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)新成果。傳統(tǒng)上，鋼管生產(chǎn)過(guò)程必須依靠加合金和后期熱處理，而這兩個(gè)過(guò)程都需要消耗相當(dāng)?shù)馁Y源和能源，而通過(guò)控冷系統(tǒng)就可以達(dá)到相同的目的且做到綠色節(jié)能。為此，我們與寶山鋼鐵公司合作組成聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)3年、近100次工業(yè)性的實(shí)驗(yàn)，終于研發(fā)成功鋼管生產(chǎn)控冷系統(tǒng)，并以此為基礎(chǔ)對(duì)工藝布置進(jìn)行了改造。
此外，我們近年來(lái)在鋼鐵科技上還取得了一些其他創(chuàng)新成果，其中包括：在材料方面上，2018年，筆者所在的東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在國(guó)際上率先研發(fā)出2000兆帕（MPa）級(jí)汽車(chē)用熱沖壓用高強(qiáng)鋼；在應(yīng)用方面，液化天然氣低溫容器國(guó)際上普遍采用的材料是9Ni（鎳）鋼，我們用5Ni鋼做出了9Ni鋼的性能，實(shí)現(xiàn)了材料替代，大幅節(jié)約了成本。在生產(chǎn)工藝上，我們研發(fā)出薄帶連鑄、無(wú)頭軋制等新流程、新工藝并向企業(yè)轉(zhuǎn)化，可應(yīng)用于多個(gè)重要鋼種的生產(chǎn)。
港珠澳大橋是一條“鋼鐵巨龍”，總用鋼量約110萬(wàn)噸，其中有王國(guó)棟團(tuán)隊(duì)基于新一代控軋控冷工藝研發(fā)的高性能綠色橋梁鋼。資料照片
03 推進(jìn)鋼鐵產(chǎn)業(yè)“四化”
工業(yè)革命使鋼鐵生產(chǎn)從作坊式生產(chǎn)進(jìn)入工業(yè)化大生產(chǎn)。在此后很長(zhǎng)時(shí)期，鋼鐵工業(yè)給人們留下了高耗能、高污染的印象。二次大戰(zhàn)后，高科技不斷為鋼鐵工業(yè)賦能，鋼鐵生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn)，產(chǎn)品類(lèi)型不斷豐富，應(yīng)用日益廣泛。如今，以智能化為代表的第四次工業(yè)革命方興未艾，使傳統(tǒng)鋼鐵產(chǎn)業(yè)煥發(fā)出新的光彩。
縱觀國(guó)際鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，我們可以發(fā)現(xiàn)，世界先進(jìn)鋼鐵企業(yè)都把生產(chǎn)自動(dòng)化、降低能耗、提高人均產(chǎn)鋼量和生產(chǎn)高附加值的“超級(jí)鋼”作為發(fā)展方向。對(duì)于追求高質(zhì)量發(fā)展的中國(guó)鋼鐵業(yè)來(lái)說(shuō)，也應(yīng)順應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，闖出自己的“超級(jí)鋼”之路。什么是中國(guó)“超級(jí)鋼”之路呢？在筆者看來(lái)，應(yīng)該包含四個(gè)維度，即實(shí)現(xiàn)“四化”：工藝綠色化、裝備智能化、產(chǎn)品高質(zhì)化、供給服務(wù)化。
工藝綠色化就是既要節(jié)省資源和能源，以最低的消耗生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品，又要減少排放、降低污染，做到環(huán)境友好。近年來(lái)，中國(guó)鋼鐵業(yè)付出極大努力，特別是以科技創(chuàng)新為依托，綜合采取各種措施，在綠色低碳方面取得了顯著成效。比如，在水資源利用和保護(hù)方面，鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程耗水量很大，但中國(guó)有些鋼鐵企業(yè)可以做到生產(chǎn)不需要用新水，把城市的廢水和鋼廠里的廢水加在一塊兒處理以后，再循環(huán)使用，在不增加一滴新水的情況下，可以生產(chǎn)1000多萬(wàn)噸鋼，獲得世界鋼鐵協(xié)會(huì)頒發(fā)的“可持續(xù)發(fā)展獎(jiǎng)”。
裝備智能化就是要通過(guò)智能化建設(shè)，讓裝備能自己運(yùn)行得越來(lái)越好。鋼鐵工業(yè)是流程工業(yè)，相關(guān)控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，涉及多學(xué)科的結(jié)合和交叉，需要煉鐵、煉鋼、連鑄、軋制專(zhuān)家和信息專(zhuān)家、自動(dòng)控制專(zhuān)家一起深度參與。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的建設(shè)和發(fā)展，鋼鐵行業(yè)已經(jīng)具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)和研發(fā)設(shè)施，可以為我們提供海量的數(shù)據(jù)資源。我們要充分發(fā)揮鋼鐵行業(yè)海量數(shù)據(jù)和豐富應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)的支撐下，推進(jìn)鋼鐵行業(yè)的數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型。
產(chǎn)品的高質(zhì)化包括兩方面：一是現(xiàn)有產(chǎn)品要通過(guò)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提質(zhì)增效，達(dá)到國(guó)際前列，直至世界第一；二是在領(lǐng)跑性、前沿性的技術(shù)方面，力爭(zhēng)做到世界唯一。做鋼鐵等材料研究，我們要著重培養(yǎng)三種能力，第一種是表征和評(píng)價(jià)能力，第二種是合成與加工能力，第三種是計(jì)算和建模能力。相對(duì)來(lái)說(shuō)，我國(guó)在計(jì)算和建模能力方面顯得薄弱，亟待加強(qiáng)，這對(duì)于我們實(shí)現(xiàn)鋼材產(chǎn)品的高質(zhì)化至關(guān)重要。
供給服務(wù)化就是鋼鐵科技創(chuàng)新要緊盯生產(chǎn)一線，服務(wù)生產(chǎn)實(shí)踐、服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我們的科學(xué)研究要面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康。這要求鋼鐵科技工作者必須深入到企業(yè)和實(shí)踐中，在一線發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，再篩選出關(guān)鍵共性問(wèn)題，上升到理論研究，然后和企業(yè)結(jié)合，轉(zhuǎn)化到生產(chǎn)實(shí)踐中，這樣的科研成果必然會(huì)為企業(yè)歡迎，應(yīng)用轉(zhuǎn)化才能自然而然地實(shí)現(xiàn)。我們只有把鋼鐵科研的供給側(cè)和鋼企用戶(hù)的需求側(cè)緊密結(jié)合起來(lái)，甚至使二者融為一體，才能為鋼鐵產(chǎn)業(yè)的科技進(jìn)步提供持續(xù)不竭的動(dòng)力。
沒(méi)有夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，只有落后技術(shù)。鋼鐵產(chǎn)業(yè)雖然已有200多年的歷史，但是在一波又一波科技浪潮推動(dòng)下，鋼鐵材料的更多性能被不斷開(kāi)發(fā)出來(lái)，不斷變革人類(lèi)生產(chǎn)生活條件。創(chuàng)新永無(wú)止境，中國(guó)作為世界鋼鐵產(chǎn)業(yè)大國(guó)，在推動(dòng)鋼鐵科技創(chuàng)新方面責(zé)無(wú)旁貸，我們要勇于擔(dān)當(dāng)、敢于挑戰(zhàn)、善于創(chuàng)新，參與創(chuàng)造世界鋼鐵產(chǎn)業(yè)更加輝煌的明天。
科學(xué)家感言
（作者王國(guó)棟為中國(guó)工程院院士，東北大學(xué)教授，長(zhǎng)期從事鋼鐵材料軋制理論、工藝、自動(dòng)化等領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)研究和工程技術(shù)的研究，曾獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)）
