鋼鐵鑄就的“報(bào)國(guó)情懷”

張麗萍

中國(guó)是世界第一產(chǎn)鋼大國(guó)，但鋼鐵制造技術(shù)卻仍處于中下游水平，高端鋼材仍需大量進(jìn)口的現(xiàn)狀阻礙了我國(guó)航空航天、能源交通等領(lǐng)域的快速發(fā)展。掌握核心技術(shù)，擺脫受制于人的局面，成為中國(guó)科研工作者最大的心愿和目標(biāo)。

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所材料加工模擬研究部主任、研究員李殿中就是這樣一位致力于高端鋼鐵材料研究的科研工作者。多年來(lái)，李殿中秉持“從生產(chǎn)實(shí)踐中凝練基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，服務(wù)于生產(chǎn)實(shí)踐”的科研理念，先后在超大尺寸金屬材料制備研究與大型鑄鍛件的缺陷形成機(jī)理、模擬仿真、關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)與國(guó)產(chǎn)化工作等方面取得了顯著成就。

“點(diǎn)石成金”

“別人都是因?yàn)橛谐钍滤恢X(jué)，可我是高興得睡不著，有時(shí)晚上睡著睡著就醒了，腦子里想的都是我們還能繼續(xù)研發(fā)出什么新技術(shù)來(lái)，應(yīng)用到更多的工業(yè)生產(chǎn)中去?！?/p>

6月13日上午，在金屬研究所冶煉車(chē)間，李殿中在接受記者采訪(fǎng)時(shí)，喜悅之情溢于言表。李殿中所興奮的正是他和團(tuán)隊(duì)用10年時(shí)間研發(fā)的稀土鋼純凈化制備技術(shù)被越來(lái)越多地應(yīng)用到鋼鐵企業(yè)中。

稀土被稱(chēng)為“工業(yè)維生素”，20世紀(jì)50年代初，我國(guó)科研人員就開(kāi)始了稀土鋼的研發(fā)工作，但在鋼中加入稀土后其性能時(shí)好時(shí)壞，生產(chǎn)過(guò)程中也容易堵塞澆口，成為多年未能突破的技術(shù)瓶頸。進(jìn)入21世紀(jì)，中國(guó)鋼鐵企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中幾乎放棄了稀土應(yīng)用。科研人員對(duì)稀土鋼的研究也逐漸從熱門(mén)變成了冷門(mén)。

2007年，李殿中到烏克蘭開(kāi)展項(xiàng)目合作，考察中發(fā)現(xiàn)烏克蘭專(zhuān)家將一種稀土加入到了鋼錠的制造中，這引起了李殿中的好奇心，交流中，烏克蘭專(zhuān)家說(shuō)稀土是從中國(guó)內(nèi)蒙古的包頭市運(yùn)來(lái)的，使用效果非常好。

“為什么烏克蘭專(zhuān)家對(duì)中國(guó)的稀土能使用得這么好，而我們國(guó)家有充足的稀土資源，卻放棄了對(duì)稀土的應(yīng)用呢？”帶著這樣的疑問(wèn)，李殿中向?yàn)蹩颂m專(zhuān)家要來(lái)了在鋼中加入稀土的配方，回國(guó)繼續(xù)研究。

無(wú)數(shù)次的嘗試，無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)，李殿中和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)加入了稀土的鋼性能仍不穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)反復(fù)思索，李殿中覺(jué)得還是稀土本身出了問(wèn)題。為了一探究竟，李殿中親自跑到包頭市，觀察稀土廠(chǎng)家的冶煉過(guò)程。原來(lái)，稀土廠(chǎng)家生產(chǎn)出來(lái)的稀土和他所需要的稀土在概念上存在偏差，稀土廠(chǎng)家為了讓稀土更為純凈，將其中的一些鐵、碳元素等都分離了出去。李殿中認(rèn)為，稀土中的鐵、碳正是不可缺少的成分，而其他影響純度的氧、硫等雜質(zhì)元素則應(yīng)予去除。為了證實(shí)自己的這一大膽想法，李殿中將稀土帶回金屬所親自冶煉，之后將保留了鐵、碳元素的純凈稀土直接用于煉鋼中。正如所料，如此煉出來(lái)的鋼不僅性能穩(wěn)定，且有著耐磨、耐熱、耐蝕的優(yōu)點(diǎn)。

“1噸鋼只需加入100克左右的微量稀土，即可起到細(xì)化變質(zhì)夾雜、深度凈化鋼液和強(qiáng)烈微合金化作用，成本只有10多元錢(qián)，但性能卻提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)?！痹谶@場(chǎng)稀土鋼的技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)中，李殿中“點(diǎn)石成金”，將稀土鋼應(yīng)用于高端軸承制造中，打破了高端軸承市場(chǎng)被外國(guó)公司壟斷的局面。目前，包頭鋼鐵集團(tuán)利用這項(xiàng)純凈化制備技術(shù)，已創(chuàng)造了稀土鋼千噸連澆紀(jì)錄，工藝順行穩(wěn)定，對(duì)于稀土鋼在中國(guó)的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用具有標(biāo)志性意義。

從跟跑到領(lǐng)跑

工業(yè)生產(chǎn)中，很多壓力容器件都是通過(guò)大鋼錠做出來(lái)的，由鋼錠來(lái)加工成形，容器件的好壞直接取決于鋼錠的質(zhì)量。我國(guó)大型鋼錠生產(chǎn)還存在很多缺陷，故很多為進(jìn)口。

金屬研究所很早就把鋼錠的研究作為一項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)。1998年，李殿中入選中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”，被引進(jìn)到金屬研究所，與數(shù)十人組成的團(tuán)隊(duì)一起攻關(guān)這一難題。

工作不久，李殿中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前生產(chǎn)的鋼錠主要問(wèn)題是容易成分偏析，性能不穩(wěn)定，為了看看鋼錠里邊到底發(fā)生了什么，他決定把鋼錠剖開(kāi)。這一大膽的想法遭到了很多人的質(zhì)疑，因?yàn)榻馄输撳V成本高、周期長(zhǎng)，在沒(méi)有獲得國(guó)家科研項(xiàng)目資助的情況下，他四處籌集資金，最終，直徑2.4米、高3.5米、單重100多噸的大鋼錠被一剖為二，從剖開(kāi)的橫斷面上看，成分分布不均勻，內(nèi)部產(chǎn)生很多孔洞和裂紋，是導(dǎo)致鋼錠易報(bào)廢的主要原因。當(dāng)時(shí)國(guó)際主流觀點(diǎn)認(rèn)為這些缺陷是鋼的成分自然對(duì)流驅(qū)動(dòng)引起的，李殿中卻認(rèn)為，是氧在鋼中起到了關(guān)鍵作用，以氧化物為核心的輕質(zhì)夾雜物與凝固界面的交互作用，誘發(fā)了鋼錠成分的不均勻性，因此，通過(guò)控制鋼水中的氧含量，就能顯著減少夾雜物的數(shù)量和尺寸，實(shí)現(xiàn)鋼的均質(zhì)性，以達(dá)到穩(wěn)定鋼的性能的作用。2014年，李殿中根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果撰寫(xiě)的論文發(fā)表在《自然·通訊》雜志上，該篇論文引發(fā)了學(xué)術(shù)界較大反響，“控氧可有效控制偏析”機(jī)理成為行業(yè)共識(shí)。

“如果說(shuō)我對(duì)科技有所貢獻(xiàn)，我覺(jué)得就是把鋼做純了，基本不增加成本，只是改變工藝，把鋼做純，提高鋼的質(zhì)量?！睆母艿筋I(lǐng)跑，核心技術(shù)的突破推動(dòng)了大型鑄鍛件的國(guó)產(chǎn)化，打破了依賴(lài)進(jìn)口的局面。

以小制大

技術(shù)突破了，可在應(yīng)用中李殿中又發(fā)現(xiàn)，能源電力、海洋工程中的核心部件———大鍛件對(duì)材料的均質(zhì)性有極高要求，我國(guó)大鍛件長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口，即便是進(jìn)口的大鍛件也存在缺陷，如何提升其冶金品質(zhì)成為世界性難題。造成這一問(wèn)題的根本原因在于大鍛件制備一直采取“以大制大”手段，即先冶鑄大鋼錠，再制造大構(gòu)件，由于金屬凝固過(guò)程存在尺寸效應(yīng)，規(guī)格越大的鋼錠冷速越慢，導(dǎo)致其性能上的缺陷。鋼廠(chǎng)中，工人每次都要放一掛鞭炮來(lái)祈禱大型鋼錠能澆鑄成功，那悲壯的場(chǎng)面，李殿中看后心里很不是滋味，始終想著要解決這個(gè)問(wèn)題。

偶然中，萬(wàn)里長(zhǎng)城的照片給了李殿中啟發(fā)：長(zhǎng)城并不是用一塊磚壘出來(lái)的，而是一塊一塊疊加起來(lái)的，為什么不能采用“以小制大”的方式把一塊塊的小型鋼板砌起來(lái)形成大鍛件呢？實(shí)驗(yàn)中，李殿中和工作人員將多塊鋼板采用高溫冶金連接工藝，充分愈合界面，實(shí)現(xiàn)界面與基體完全一致的無(wú)痕連接。為了將實(shí)驗(yàn)成果應(yīng)用于企業(yè)，李殿中帶著團(tuán)隊(duì)成員不辭辛苦，有時(shí)要坐10多個(gè)小時(shí)的車(chē)才能到達(dá)鋼廠(chǎng)，顧不上休息，白天跟企業(yè)管理人員、工程師和工人討論技術(shù)和流程，晚上進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束天都亮了。經(jīng)過(guò)鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐，通過(guò)這種方式構(gòu)筑成形的大鍛件其性能和穩(wěn)定性都要優(yōu)于傳統(tǒng)鍛件。

掌握了核心技術(shù)，就掌握了創(chuàng)新的主動(dòng)權(quán)、發(fā)展的主動(dòng)權(quán)。從對(duì)國(guó)外技術(shù)的頂禮膜拜到不斷地超越，李殿中深知，關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來(lái)、買(mǎi)不來(lái)、討不來(lái)的。多年來(lái)，他用鍥而不舍的鉆研精神帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)突破了大型船用曲軸、三峽水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、核電壓力容器等大型鑄鍛件的核心制備技術(shù)，為我國(guó)核電、水電、船舶等領(lǐng)域大型鑄鍛件國(guó)產(chǎn)化作出了突出貢獻(xiàn)。研究成果在遼寧乃至全國(guó)重機(jī)和特殊鋼行業(yè)等50余家企業(yè)成功應(yīng)用，企業(yè)新增產(chǎn)值數(shù)百億元，用實(shí)實(shí)在在的成果詮釋了一位科研人員的報(bào)國(guó)情懷。

李殿中時(shí)刻銘記習(xí)近平總書(shū)記對(duì)科技人員的囑托，胸懷“亦余心之所善兮，雖九死其猶未悔”的豪情，步履鏗鏘，邁向新征程。