王国栋:要为年轻人搭建尽情施展才华的舞台

2010-7-06 09:30 来源: 科学时报
收藏到BLOG

  王国栋院士(右二)指导研究生进行控制冷却实验

  在王国栋工作的实验室里,挂着一幅手书《浪淘沙》:“十载已成功,喜庆临门。当年荜路启山林,创业艰辛经历尽,终夺魁金。重任压于身,鏖战犹临。充当高科技尖兵,品种工艺与质量,争创全新。”这是王国栋的老师为他当选中国工程院院士和他所在的东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室成立10周年而作。“终夺魁金”、“争创全新”,可以说是对王国栋多年科研与实践相结合的点睛总结。

  今年68岁的王国栋先后主持完成了多项国家重大基础研究及攻关项目,在新一代钢铁材料、中厚板轧制技术、轧制过程控制技术研究和工业化方面获得了重大创新成果,创造出多个国际竞争的“第一”,为我国钢铁工业的发展作出了重要贡献。

致力自主创新

  学科前沿、国际领先、世界纪录,当关注王国栋的创新成果时,这样的字眼不时跃入眼帘。在这些词语中最耀眼的当数新一代钢铁材料的开发和产业化。

  1966年,王国栋毕业于冶金特色鲜明的东北工学院(现东北大学),毕业后分配到钢厂工作10年,在读完研究生后,又回到东北大学,可以说与钢铁打了一辈子交道。他深知钢铁材料对于国家经济发展、科技进步和国家安全意味着什么。同时,他也日益感受到钢铁工业发展所面临的资源、能源与环境的压力。

  对技术创新高度敏感的王国栋,一直密切关注着钢铁技术发展的最前沿:如果能够将占我国钢铁材料产量大部分的普碳钢在不添加或少添加合金元素的情况下强度提高一倍,不仅会有巨大的经济效益,而且增加了钢材的可回收性,这对于我国经济的可持续发展将具有重要的意义。王国栋开始思索:怎样找到一种新工艺,用它能够生产出性能好、成本低、资源消耗少、回收率高的“新一代钢铁材料”呢?

  生产出这种钢材,王国栋和他的同事们要闯过三关。首先是实验室阶段,要做出超级钢的原型钢;其次是要在现有大生产条件下实现超级钢的大规模工业化生产;三是工业应用阶段,生产的超级钢要能够满足终端用户提出的各种各样的性能要求。

  1998年底,国家“973”计划项目——“新一代钢铁材料的重大基础研究”立项,其中“轧制过程中实现晶粒细化的基础研究”课题的重任就落在了时任东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室主任王国栋教授的肩上。当时,日本等国家已经开始了这方面的研究,他们追求的是晶粒细化的极限。但是王国栋在经过文献分析和现场调研后,决定不追随国外的潮流,而将研究重点定位在现有工业条件下能够实现的目标上,创新性地提出了晶粒适度细化和复合强化的学术思想。

  经过近一年的实验室研究,他们采用传统控轧控冷技术研发出了新一代钢铁材料原型钢。随后,他们与宝钢公司合作,在2050热连轧生产线上实现了400MPa超级钢热轧带钢的工业试制和工业生产。这种新一代钢铁材料被用于一汽集团卡车底盘发动机前置横梁,不但各项指标全部满足要求,而且每吨钢可以降低成本200~300元,取得了良好的经济效益和社会效益。

  这个课题创造了国际竞争的四个第一:第一次得到超级钢工业生产的工艺窗口;第一次实验室条件下得到了原型钢样品;第一次在工业生产条件下轧制出超级钢;第一次将超级钢应用于汽车制造。

  成功研制出超级钢,并没有让王国栋就此停下创新的脚步。他们在该技术推广中发现,采用传统控制轧制和控制冷却技术生产的超级钢需要低温大压下,对轧制过程要求非常严苛;对微合金和合金元素依赖度较高、生产成本高、焊接性能差,等等。如何能够实现热轧和冷却过程的高效化、减量化、高级化和集约化成为王院士又一个高度关注的课题,他和同事们向“控制轧制和控制冷却技术”这一20世纪钢铁业最伟大的成就之一发起了挑战。针对这一技术存在的问题和应用难点,他们提出了开发新一代控轧轧制控制冷却技术的研究方向,提出了利用超快冷技术,综合实现钢材的细晶强化、析出强化和相变强化的一整套新的理论思路和工艺方法。

  王国栋满怀激情地表示:“我们中国人要对世界钢铁业作出自己的贡献!”

  与世界同步,与科学的发展同步,这是王国栋的一贯作风。到过东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的人都会有一个不约而同的结论:要想知道轧钢的国际前沿是什么,不用出国,只要到这里看一看就行了!

促进行业振兴

  王国栋认真学习、分析国家对国家重点实验室的要求和实验室的定位,深刻认识到,轧制技术及连轧自动化国家重点实验室作为钢铁行业的国家重点实验室,在提高钢铁行业自主创新能力、发挥科技支撑作用、促进行业振兴方面负有重要的使命和责任,必须与企业紧密结合,针对行业发展中的关键技术、共性技术和前沿技术,共同攻关,不断进行技术创新,为行业的跨越式发展作出贡献。

  王国栋认为,科研成果只有投入到工业生产中转化为产品,才能真正变成生产力,才能进入行业竞争的主战场,才能真正为国民经济发展服务。他有一个很形象的比喻,“每一个项目都是一个展示自己才华的舞台,在这个舞台上,要演出威武雄壮的话剧来”。在王国栋的带领下,东大轧制技术及连轧自动化国家重点实验室直接将舞台搭建在国民经济发展的主战场上,实验室在中厚板轧制设备和技术方面的系列工作就是他们不断创新、不断推进轧制技术跨越发展、服务于企业的一个典型案例。

  早在1998年,实验室通过竞标获得了首钢3340轧机的改造项目。王国栋根据项目特点和需要,集中了工艺、自动化、计算机、液压等多学科的人才,组建了科技攻关团队,按时高质量完成了这一改造项目。这一项目的成功,得到了首钢的高度评价,为实验室争得了中厚板项目上的发言权。2000年,首钢决定进一步建设新的3500轧机。凭着3340轧机改造过程建立起来的良好信誉,经过精心的筹备,王国栋带领他的团队拿下了其中2000多万元的核心技术项目。截至2004年底,3500轧机项目已实现经济效益6亿多元。2005年,这个项目被评为国家科技进步奖二等奖。

  淬火可以显著提高钢的强度和硬度,是调质热处理的一个重要环节。一些重要的高强度级别、高附加值的高档中厚板产品,例如储罐压力容器板、舰艇板、军工板、高强桥梁板以及不锈钢板等是通过淬火—回火工艺生产的。最先进的淬火设备辊式淬火机冷却速率高,冷却均匀,但是工艺复杂,冷却过程控制难度很大。因此该项技术多年来一直为极少数国外公司垄断,我国长期以来完全依靠进口。进口设备供货周期长,价格昂贵,而且厚度12mm钢板的淬火技术拒绝提供。辊式淬火机和相关的工艺技术已成为制约国内中厚板企业生产高附加值产品的一个瓶颈问题。

  王国栋看准了中厚板热处理领域的强劲需求和可以挖掘的巨大潜力,带领课题组的同志们果断向这一领域进军。他们在大量储备研究的基础上,与太钢临汾公司合作,经过两年多的艰苦攻关,解决了高效率、高均匀性喷嘴,高可靠性升降结构,高精度控制系统、模型及软件等难题,掌握了制造中厚板辊式淬火设备及开发中厚板辊式淬火生产工艺的关键技术和操作诀窍,开发出3000mm中厚板淬火机,成功打破了国外技术垄断。2006年12月26日,由东北大学RAL和太原钢铁公司联合完成的临汾中板生产线淬火机正式竣工投产,用于不锈钢和9Ni钢等高附加值产品的生产,实现了该项重大冶金技术及核心设备的国产化。国产首套连续型辊式淬火机运行稳定、可靠,碳素钢淬火、奥氏体不锈钢固溶处理以及双相不锈钢热处理等生产工艺先进可行,产品性能及平直度等指标经检测均达到或优于国家和企业相关标准。其中开发的多项不锈钢中厚板产品生产工艺为国内首次开发成功,取得了显著的经济和社会效益。

  太钢临钢3000淬火机开发成功以后,又推广到宝钢特钢2800特钢热处理生产线、唐钢3500中厚板热处理生产线、新余3800中厚板热处理生产线,应用于普碳、低合金钢、合金钢、不锈钢、特钢的热处理。新钢厚板厂3800mm辊式淬火机于2009年2月份开始进行第一阶段的淬火工艺调试,至2009年4月,已经对GL-A32TM、07MnNiMoVDR、XGQ690E/A514MOD、XGCF62等多个钢种12~50mm多个规格的钢板进行了淬火工艺调试,淬火后钢板的板形和性能指标经新钢厚板厂及技术中心跟踪检测,均达到标准要求。新余淬火机可以处理的最薄钢板厚度为6mm,远远超过以往国内可以处理的12mm的纪录。2009年12月2日该项目通过中国金属学会评价。2009年,实验室还承担了南钢3500炉卷轧机热处理生产线淬火机项目,该淬火机采用独自创新的气雾冷却,钢板的处理最小厚度进一步向下拓展到4mm。

  在淬火机项目取得成功的条件下,王国栋又带领课题组将这一成果拓展至中厚板调质热处理生产线。他们承担的宝钢特钢2800热处理生产线是东北大学当时承担的最大的工程项目,2009年5月投产,可以进行不锈钢和特钢的热处理,最高加热温度达到1250℃,最薄规格4mm,为宝钢生产优质不锈钢和特钢板材生产创造了条件。他们又承担了酒钢3500不锈钢调质热处理生产线(含热处理炉和淬火机),总造价9870万元,是东北大学迄今为止承担的最大的工程项目,目前该项目正在进行中,2010年内将竣工投产。

  板厚超过100mm的钢板称为超厚钢板,是中厚板生产的重要品种。锅炉及压力容器向大型化发展,一些大型钢结构工程,由于其结构跨度大,结构复杂,局部受力特别大,这些都要求钢板越来越厚,例如国家体育场钢结构工程局部采用110mm厚的Q460钢材,新保利钢结构工程局部采用125mm厚的Q420钢材;在军事方面,航母甲板、坦克装甲及原子核反应堆对超厚钢板的需要也越来越急迫。我国钢铁行业振兴规划中对特厚板的生产提出了迫切要求。现在国内超厚钢板基本用钢锭为原料生产,一般经过模铸、初轧机开坯、宽厚板轧机轧制等生产工艺,生产周期长,钢板质量差,成材率低,工序复杂,急需开发新的技术取而代之。超厚板的生产已经成为我国中厚板生产中的另一个瓶颈问题。

  日本JFE公司开发了一种利用连铸板坯复合轧制的方法生产极厚钢板的技术。王国栋和课题组的同志们借鉴JFE的复合轧制方法,通过大量的实验室研究和实际中厚板轧机的现场实验,开发出低速强压下轧制技术、防止复合部位氧化的高真空技术、复合表面处理和高洁净化技术、EBW参数控制和优化技术、复合界面的控制技术等系列技术,开发了扩大板厚极限的新型超厚钢板制造技术,轧制复合得到的厚钢板具有良好的整体性和力学性能,可以满足重要工程的需要。在此基础上,实验室正在与企业合作,进行超厚钢板生产车间设计和设备设计、采购工作,预计在2010年下半年建成新的年产20万吨超厚钢板复合钢坯的车间。

言传身教 授业有道

  王国栋时常教育实验室的年轻工作人员和学生,解决国民经济发展中的重大问题,解决企业发展中的技术难题,必须拿出“高招”和“绝招”。这些“高招”和“绝招”从哪里来?只能从实践中来。只有通过大量的实验室实验研究和现场实践,通过大量实测数据的分析、对比,才有可能逐步逼近问题的科学解决,找到问题的答案,发现新的规律,建立新的方法,制成新的设备。实践是科学研究的“根”和“源”。王国栋对学生们的要求是:实践!创新!在实践中铸造自己的“一招绝”。他要求青年教师和研究生做论文要到实践中找问题,找课题,找方法,找答案,找应用。

  在鞍钢小型厂10年的工作经历,在他身上形成了一种作风、一个习惯,那就是迈开双脚,走入实践的王国,在实践过程中增长才干,练就真功夫。他身体力行,常年奔波于各个钢铁企业之间。每次到企业去讲学、搞科研或参观学习,他都带着笔记本和相机。利用笔记本,他记下了现场同志提出的问题,记下了他们实践中体会出的真知灼见。利用相机,他拍摄下了现场的重要信息,拍摄下了红红火火的奋战场面。学生们回忆说,即使现场条件不允许拍照,王老师也要认真观察、仔细琢磨,尽可能把重要的信息储存到自己的头脑中。回到住处,他必然打开笔记本,进行总结,记录收获。他常说:一次出行,如获得一条重要的信息,或者有一点新的体会,那便是不虚此行。

  “年轻人是祖国的未来,我要为他们搭建一个尽情施展才华的舞台。”王国栋时刻关注着实验室年轻人的成长,秉承着“实践出真知,实践出人才”的原则,让他们在解决生产难题的实践中增长才干,在最短时间内由一个仅仅经历家门到校门的学生成长为领域内的专家。为了让求学的研究生与博士生们能得到更好的实践锻炼,王国栋要求他们通过大量实验获取科学规律,带领他们深入企业生产现场,掌握第一手材料。实践的磨炼,使这些学生们知道了科学研究的源泉是实践,成功的希望在于实践。