2月6日，《人民日報海外版》科技名家筆談欄目刊發(fā)了王國棟院士的文章《推進(jìn)鋼鐵“四化” 強健大國“筋骨”》，以下是文章全文——
作者王國棟肖像畫(huà)。張武昌 繪
鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎產(chǎn)業(yè)，為國家建設提供了重要的原材料保障，有力支撐了國民經(jīng)濟的健康發(fā)展，推動(dòng)了我國工業(yè)化、現代化進(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)，我國鋼鐵行業(yè)迅速發(fā)展，到2020年，我國鋼產(chǎn)量已經(jīng)達到世界總產(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“筋骨”，正是有了鋼鐵產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展，我國才成為全球造船大國、工程機械制造大國、發(fā)電和變電設備制造大國……
國際鋼鐵產(chǎn)業(yè)競爭比拼的是產(chǎn)量，更是產(chǎn)品結構，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，我國鋼鐵業(yè)大力推進(jìn)產(chǎn)品結構優(yōu)化和質(zhì)量升級，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，強健大國“筋骨”。
王國棟（右二）帶領(lǐng)科研團隊在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)一線(xiàn)現場(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)焦化和燒結的環(huán)節變成燒結礦和焦炭；然后，在高爐里進(jìn)行化學(xué)反應，變成鐵水；鐵水經(jīng)過(guò)轉爐的冶煉、吹氧、去碳、降碳等操作，含碳達到一定程度；再經(jīng)過(guò)精煉，把成分進(jìn)行調整，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，我們如果能把條件控制好，就能得到性能非常優(yōu)異的鋼材。調整溫度是通過(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，提高鋼材的強度、韌性、焊接性能。
實(shí)現控軋控冷技術(shù)突破和創(chuàng )新是國際鋼鐵業(yè)追求的共同目標，各國科技專(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軋制過(guò)程中鋼材進(jìn)行冷卻，發(fā)現冷卻效果不理想、傳熱效果不均勻，導致鋼板不平整而“翹”起。此后，一些科技專(zhuān)家把冷卻模式研究與金屬指標、金屬內部材料的變化結合起來(lái)，進(jìn)而力圖實(shí)現調整材料性能的目標。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70年代，國際上研制出超級冷卻系統，可以實(shí)現高速均勻冷卻，迎來(lái)了鋼鐵控軋控冷技術(shù)新的突破。
02 實(shí)現控軋控冷突破
作為中國鋼鐵科技工作者，我們不甘落后，全力實(shí)現鋼鐵控軋控冷技術(shù)自主突破。在實(shí)踐中，我們發(fā)現，經(jīng)過(guò)我們的淬火機，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與軋機冷卻系統兩者結合起來(lái)，借助河北一家鋼鐵公司的軋機，我們研制出一套超快冷卻系統。初步運行證明，這套系統非常成功。后來(lái)這套系統被應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(xiàn)，為國家“西氣東輸”工程管線(xiàn)供給作出了重大貢獻。我國由此成為世界上最優(yōu)質(zhì)管線(xiàn)鋼的生產(chǎn)國。
在鋼板軋制的冷卻控制上，我們實(shí)現了從跟跑到并跑，再到開(kāi)始領(lǐng)跑的巨大跨越，研制的超快冷卻系統應用于很多鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)線(xiàn)。特別值得一提的是，適應一些企業(yè)的需求，我們把這套超快冷卻系統做出適應性調整，做到與新引進(jìn)的外國相關(guān)裝備相兼容，很好地解決了生產(chǎn)線(xiàn)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)控冷系統是我們的另一項重要創(chuàng )新成果。傳統上，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)程都需要消耗相當的資源和能源，而通過(guò)控冷系統就可以達到相同的目的且做到綠色節能。為此，我們與寶山鋼鐵公司合作組成聯(lián)合研發(fā)團隊，經(jīng)過(guò)3年、近100次工業(yè)性的實(shí)驗，終于研發(fā)成功鋼管生產(chǎn)控冷系統，并以此為基礎對工藝布置進(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)化國家重點(diǎn)實(shí)驗室，在國際上率先研發(fā)出2000兆帕（MPa）級汽車(chē)用熱沖壓用高強鋼；在應用方面，液化天然氣低溫容器國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)現了材料替代，大幅節約了成本。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)轉化，可應用于多個(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，其中有王國棟團隊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(cháng)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，使傳統鋼鐵產(chǎn)業(yè)煥發(fā)出新的光彩。
縱觀(guān)國際鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，我們可以發(fā)現，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“超級鋼”作為發(fā)展方向。對于追求高質(zhì)量發(fā)展的中國鋼鐵業(yè)來(lái)說(shuō)，也應順應產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，闖出自己的“超級鋼”之路。什么是中國“超級鋼”之路呢？在筆者看來(lái)，應該包含四個(gè)維度，即實(shí)現“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(zhù)成效。比如，在水資源利用和保護方面，鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程耗水量很大，但中國有些鋼鐵企業(yè)可以做到生產(chǎn)不需要用新水，把城市的廢水和鋼廠(chǎng)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“可持續發(fā)展獎”。
裝備智能化就是要通過(guò)智能化建設，讓裝備能自己運行得越來(lái)越好。鋼鐵工業(yè)是流程工業(yè)，相關(guān)控制系統非常復雜，涉及多學(xué)科的結合和交叉，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(cháng)期的建設和發(fā)展，鋼鐵行業(yè)已經(jīng)具有先進(jìn)的數據采集系統、自動(dòng)化控制系統和研發(fā)設施，可以為我們提供海量的數據資源。我們要充分發(fā)揮鋼鐵行業(yè)海量數據和豐富應用場(chǎng)景優(yōu)勢，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數據、云計算、5G網(wǎng)絡(luò )等信息技術(shù)的支撐下，推進(jìn)鋼鐵行業(yè)的數字化和智能化轉型。
產(chǎn)品的高質(zhì)化包括兩方面：一是現有產(chǎn)品要通過(guò)轉型升級、提質(zhì)增效，達到國際前列，直至世界第一；二是在領(lǐng)跑性、前沿性的技術(shù)方面，力爭做到世界唯一。做鋼鐵等材料研究，我們要著(zhù)重培養三種能力，第一種是表征和評價(jià)能力，第二種是合成與加工能力，第三種是計算和建模能力。相對來(lái)說(shuō)，我國在計算和建模能力方面顯得薄弱，亟待加強，這對于我們實(shí)現鋼材產(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(xiàn)，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)濟主戰場(chǎng)、面向國家重大需求、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(xiàn)發(fā)現問(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)結合，轉化到生產(chǎn)實(shí)踐中，這樣的科研成果必然會(huì )為企業(yè)歡迎，應用轉化才能自然而然地實(shí)現。我們只有把鋼鐵科研的供給側和鋼企用戶(hù)的需求側緊密結合起來(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，中國作為世界鋼鐵產(chǎn)業(yè)大國，在推動(dòng)鋼鐵科技創(chuàng )新方面責無(wú)旁貸，我們要勇于擔當、敢于挑戰、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
（作者王國棟為中國工程院院士，東北大學(xué)教授，長(cháng)期從事鋼鐵材料軋制理論、工藝、自動(dòng)化等領(lǐng)域的應用基礎研究和工程技術(shù)的研究，曾獲國家科技進(jìn)步獎一等獎、國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎等獎項）
