王國棟院士：我們?nèi)绾未蛟臁俺変摗保?/h2>

    發(fā)布日期：2020-04-24


王國棟院士

鋼鐵是目前全球應(yīng)用范圍最廣的金屬材料，高端、特種鋼材則是鋼鐵材料中的明珠。在當今各國鋼鐵競爭中，已不僅僅是總產(chǎn)量，還有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，尤其是高端特種鋼材的生產(chǎn)水平和能力。而在這個方面，恰恰是我們國家亟待補齊的一塊短板。飛機起落架、高速列車車軸、軸承等抗疲勞高強鋼，核電站用耐高溫、抗輻射的不銹耐熱鋼管等特種鋼材，都曾長期依賴進口。幾年前，我們的圓珠筆筆頭都要依賴進口的現(xiàn)實，至今讓許多人記憶猶新。

經(jīng)過40多年的艱苦奮斗，1996年我國粗鋼年產(chǎn)量歷史性地突破1億噸，躍居世界第一。之后20多年，一直雄踞全球首位。然而，作為鋼鐵生產(chǎn)大國，我們卻遇到了低端供給過剩和高端供給不足的雙重尷尬與困擾。尤其是2008年國際金融危機之后，全球鋼鐵長期處于產(chǎn)能過剩狀態(tài)，給我們帶來巨大壓力。如今，我國進入新時代，新目標要求經(jīng)濟向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型，去產(chǎn)能，鋼鐵首當其沖，仿佛一夜之間鋼鐵成了落后材料的代名詞。作為昔日的材料霸主之一，鋼鐵究竟還有沒有發(fā)展的空間和潛力？在產(chǎn)能過剩、生態(tài)環(huán)境壓力不斷加大的今天，中國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型之路究竟在哪里？要實現(xiàn)我國鋼鐵工業(yè)以結(jié)構(gòu)優(yōu)化和質(zhì)量升級為標志的再次騰飛，必須以科技創(chuàng)新為抓手，全力推進中高端鋼鐵材料的研發(fā)，打造我們自己的“超級鋼”。在這條路上，我們究竟取得哪些成就？今后怎樣繼續(xù)突破？CCTV-2《中國經(jīng)濟大講堂》特邀中國工程院院士王國棟，為您深度解析——《我們?nèi)绾未蛟臁俺変摗?？?/p>

王國棟，中國工程院院士，東北大學(xué)教授、鋼鐵軋制技術(shù)領(lǐng)域國際知名專家。1966年從東北工學(xué)院畢業(yè)后，王國棟進入鞍鋼，在生產(chǎn)一線度過了難忘的10年，與鋼鐵材料結(jié)下了一生的不解之緣。1978年10月，研究生畢業(yè)之后，王國棟回到東北工學(xué)院任教。此后30多年，他全身心投入我國橋梁鋼、管線鋼、高層建筑用鋼，以及航母等大國重器用的高端鋼材技術(shù)研發(fā)，矢志使我國的鋼鐵工業(yè)早日擺脫被“卡脖子”的狀態(tài)。由他領(lǐng)銜的東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室，承擔我國超級鋼的研究和開發(fā)科研項目，在耐低溫、耐高壓、耐腐蝕、耐沖擊、耐疲勞等高強、特種鋼材研發(fā)上，不斷取得重大突破。其科研成果曾榮獲國家科學(xué)進步一等獎和二等獎，被業(yè)界譽為不老的“鋼鐵俠”。

1996年的時候，我們的鋼產(chǎn)量達到了1億噸，登上了全球第一的寶座。到了2018年，我們的鋼產(chǎn)量就達到了9億噸。什么意思呢？就是我們中國一個國家的鋼產(chǎn)量，比全世界所有其他國家的鋼產(chǎn)量的總和還要多。比如說我們的高鐵、汽車、建筑、橋梁，我們的大國重器都少不了鋼鐵。我們可以生產(chǎn)幾乎百分之百的鋼材的品種、規(guī)格。2006年的時候。我們通過出口，成為了鋼鐵凈出口國。這個發(fā)展的過程，實際上給我們國家的經(jīng)濟建設(shè)、國防的發(fā)展和人民生活提高都帶來了非常重大的影響。

我們設(shè)想，如果沒有我們今天這9億噸鋼，我們能不能有35000公里的高鐵呢？能不能有我們14萬公里的高速公路呢？能不能有我們6000公里的軌道交通呢？我們的長江上還能不能有100多座大橋呢？我們還能不能有每年2800萬輛~2900萬輛汽車的產(chǎn)量？鋼鐵在這里起了非常大的作用，它涉及到我們的國計民生、國防安全。

現(xiàn)在我們政策上的限產(chǎn)能是限制什么呢？是限制落后產(chǎn)能，把它關(guān)閉了，或者改造成為先進的產(chǎn)能，而對優(yōu)良的產(chǎn)能我們還要扶持它。我們的政策是不鼓勵大家去追求數(shù)量、追求規(guī)模，因為現(xiàn)在我們是要高質(zhì)量發(fā)展。高質(zhì)量發(fā)展的話就是要把東西做得好，然后同樣數(shù)量的東西我們賺錢、有利潤。做企業(yè)不賺錢不行，要把效益、利潤、質(zhì)量等等做上去，這才是我們真正地發(fā)展了我們的鋼鐵工業(yè)。

好鋼是如何煉成的？

鋼鐵是怎么煉成的？首先要有鐵礦石和煤，然后把鐵礦石和煤通過焦化和燒結(jié)的環(huán)節(jié)，變成燒結(jié)礦和焦炭；然后在高爐里邊進行化學(xué)反應(yīng)，變成鐵水；鐵水出來以后，經(jīng)過轉(zhuǎn)爐的冶煉、吹氧、去碳、降碳，使碳達到一定的程度；再經(jīng)過精煉，把成分進行調(diào)整，變成了鋼；鋼水又經(jīng)過連鑄以后變成鋼坯；鋼坯又經(jīng)過熱軋變成熱軋產(chǎn)品；熱軋產(chǎn)品又經(jīng)過冷軋，變成冷軋產(chǎn)品。這時候我們就得到各種各樣的鋼材，比如型材、 板材、管材等等。

在這個過程中，我們要抓住一些鋼鐵重要的性能來進行調(diào)整，通過我們的加工過程來提高鋼材的性能，這就是我們所說的控軋控冷技術(shù)。

鋼材的控軋控冷技術(shù)，是指在軋制過程中通過控制加熱溫度、軋制過程、冷卻條件等工藝參數(shù)，改善鋼材的強度、韌性、焊接性能。而鋼鐵軋制就是通過施加一定的壓力，使鋼錠、鋼坯在旋轉(zhuǎn)的軋輥間改變形狀和性能。在鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)中，軋制控制是使粗鋼變成高精度、高性能、高效益的鋼鐵產(chǎn)品的一個關(guān)鍵工藝。王國棟院士數(shù)十年潛心于我國鋼鐵軋制技術(shù)的研發(fā)和攻關(guān)，通過軋制與冷卻過程來控制、改善鋼材的性能。

我們改變各種各樣的軋制條件就會改變鋼的性能，可以在很大的范圍里調(diào)整鋼材性能。我們?nèi)绻軌虬堰@個條件控制好，比如它的變形程度、溫度等等，我們就會得到非常好、性能非常優(yōu)異的材料。

如何調(diào)整溫度？用水來調(diào)整最好。多加點水，一冷卻，溫度就變化了；多澆水，它就冷卻得快，少澆水就冷卻慢。所以在鋼材的發(fā)展過程中，就出現(xiàn)了叫做控軋技術(shù)，特別是控冷技術(shù)。世紀之交的新一代鋼鐵材料的研究中，超級鋼的發(fā)展也采用了控軋控冷技術(shù)。

國外在這項技術(shù)的發(fā)展過程中，發(fā)現(xiàn)原來的控軋控冷系統(tǒng)有點問題。就是在它冷卻的時候，由于它采用低壓的層流水，導(dǎo)致它的冷卻和傳熱效果都不是特別好，不均勻，所以鋼板就會“翹”，這是一個挺大的問題。另外那時候的冷卻技術(shù)，是直接冷卻下來就完了，很少考慮冷卻的方式，是先快冷后慢冷？還是先慢冷后快冷？還是先快冷再慢冷再快冷呢？這種冷卻的模式上的研究，如果和我們的金屬指標、金屬內(nèi)部的材料的變化結(jié)合在一起的話，可以給我們調(diào)整材料性能提供一個好的手段。所以在這個時候，在國際上來看，他們又開始研究超快速冷卻的技術(shù)

如何打造我們自己的技術(shù)明珠？

上世紀七十年代，日本開發(fā)了一個系統(tǒng)，叫做Super OLAC。OLAC就是在線加速冷卻的意思，Super是超級的。這個超級的冷卻系統(tǒng)，它可以實現(xiàn)高冷速，可以非常均勻地冷卻。

當時得到這個消息以后，我們覺得這個東西很重要，我們也得干這個事。然后我們就琢磨這件事，想了解一下這個情況。但是雖然人家介紹了優(yōu)點，介紹了所開發(fā)的鋼材的性能，但是技術(shù)并沒有公開。鋼材冷卻的時候會有一個淬火的過程，從攝氏900度到1000度這個溫度，用快速冷卻的辦法，把它冷卻到室溫去。這個過程，我們鋼材最薄的只有8個、10個毫米，它都可以保證鋼板很平，而且效果也非常好。我們正好在那時候搞鋼材熱處理，我們的淬火機，取得了一個突破，做得挺好。淬火機出來了之后，這邊就想我們這個軋機冷卻系統(tǒng)，能不能也搞一個快速冷卻系統(tǒng)？這兩個思想一借鑒，那就行了，不用找外國人了，我們自己想辦法，就設(shè)計了這個系統(tǒng)。

我們應(yīng)該說是幾乎和國外是并行的，但還是稍微慢了一點，屬于跟跑的末期階段。但是我們很快就把這個事做上去了。那么怎么做呢？這里就有一個怎么把我們設(shè)計的東西用到現(xiàn)場上去的問題，我們就在找這個機會。

那個時候正好石家莊附近有一個敬業(yè)集團，他們有個3100mm的軋機，我們就在他這塊做了第一套超快冷卻系統(tǒng)，到現(xiàn)在效果還是可以的，因為這東西它板形不愛瓢，就是平，這就很好。

我們就接著把這個技術(shù)往鞍鋼的4300mm軋機上應(yīng)用，還有當時首鋼的一個新引進的4300mm軋機。經(jīng)過大家的共同努力，也克服了不少現(xiàn)場中出現(xiàn)的問題，出來以后板子非常平。板形這個問題的解決，使我們這個管線的生產(chǎn)不斷提升，X80用于西氣東輸，我們國家現(xiàn)在管線鋼是全世界做得最好的。

一個印度人到南鋼，就看著他們的軋制線，整個軋制線上采用的全是德國SMS西馬克的設(shè)備，僅僅控冷這一段，上面是一個RAL的標志，那是我們實驗室的logo。他看著這板子生產(chǎn)這么好，冷卻的效果這么好，他挺奇怪，就問南鋼的同志，這個RAL是什么公司？后來聽說是一個學(xué)校里實驗室，他感到很驚奇。所以說，我們是在外國設(shè)備林立的地方，鑲上了一顆我們中國人做的明珠。

我們在鋼板的冷卻控制上，是從跟跑，到差不多并跑，然后又開始走向領(lǐng)跑的地位。

另外，企業(yè)里跟我提出，說我們這個系統(tǒng)是和外國公司一塊做的，得和它能兼容。首鋼京唐，就是現(xiàn)在的曹妃甸，后來就找了我們，就是在外國的新引進的設(shè)備上給它開了一刀，把我們超快冷設(shè)備給它裝上去了，解決了它在熱連軋生產(chǎn)冷卻過程中的問題。

國內(nèi)好幾家采用這個系統(tǒng)，這個系統(tǒng)都是在和國外的引進設(shè)備在一起的，外國人做不到的地方我們做到了。

在新的時期還有一個問題，就是人們的眼光和他們的期望值和10年之前都不一樣了，有很大的變化。他們的期望值很高，他們希望有更好的設(shè)備來滿足他們的要求。所以我們必須要“啃一些硬骨頭”，就是人家都解決不了的問題你去做，你才可能有市場。如果要是人家有了，人家自己廠里自己能做了就自己做了。人家不能做呢，可能還可以問外國去，如果外國也沒有的話，那這些東西你要做的話，可能就會是一個很好的一個機會。所以在新的時期里頭，我們就必須開發(fā)更多自主的、原創(chuàng)的、外國沒有的這些東西。

在控冷系統(tǒng)上，我們了解到鋼管的控冷系統(tǒng)國內(nèi)外不少廠都嘗試過，但是都沒做成。所以鋼管的生產(chǎn)過程，它有兩個依靠：一個是加合金，還有一個就是后邊的熱處理。大家想加合金也好，熱處理也好，都是資源能源的消耗，它不是一個真正的綠色化的技術(shù)，如果我們能把控冷做好那就行了。

寶鋼聽到這個消息后來找我們，和我們的同志們一塊兒組成了一個聯(lián)合的研發(fā)團隊。經(jīng)過3年多的時間，經(jīng)歷了將近100次的工業(yè)性的實驗，終于把這個系統(tǒng)做出來了。做好以后又對整個的工藝布置重新進行改造，現(xiàn)在這個系統(tǒng)發(fā)揮了很好的作用。

所以我們想，在這種情況下，我們必須要發(fā)揮自主創(chuàng)新的精神，敢啃硬骨頭，敢做別人不敢做的事。

鋼鐵材料研發(fā)，未來什么樣？

我們覺得中國鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展有四個目標：工藝的綠色化、裝備的智能化、產(chǎn)品的高質(zhì)化、供給的服務(wù)化。這是四個方面，分別是工藝、裝備、產(chǎn)品、 供給，其中工藝是龍頭。

1、節(jié)能減排，變廢為寶。

什么是工藝綠色化呢？就是減少排放和污染，保證環(huán)境友好，這是一個方面。另一個方面就是節(jié)省資源和能源，以最低的消耗生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品，比如說減少排放和污染。我想咱們鋼鐵工業(yè)雖然現(xiàn)在在這方面還有很多問題，但是我們這行業(yè)的同志們確確實實作了巨大的努力，而且收到了很好的效果。比如河鋼集團旗下的唐鋼，它的生產(chǎn)用水量是很大的。但鋼鐵生產(chǎn)不需要用新水，把我們城市的廢水和我們鋼廠里頭的廢水加在一塊兒處理了以后，再循環(huán)使用，就可以在不增加一滴新水的情況下，生產(chǎn)1000多萬噸鋼。這個做法還獲得了世界鋼協(xié)的可持續(xù)發(fā)展獎。污染還包括廢氣、固廢物，固廢物現(xiàn)在不是廢物了，是寶物了。固廢物加工以后能賺錢，鋼廠還能夠獲利，這都是我們綠色化的結(jié)果。再就是要節(jié)省資源和能源，我們的生產(chǎn)過程必須是節(jié)省資源和能源的。

2、建設(shè)聰明的生產(chǎn)線。

裝備智能化現(xiàn)在是一個熱門的話題。裝備智能化就是我們要把我們的裝備通過智能化的制造建設(shè)，使之變成一個智能的，能夠思考、能夠?qū)W習(xí)、能自己運行得越來越好的設(shè)備。

我們鋼鐵工業(yè)和汽車上智能制造不一樣。汽車上智能制造是一件件往上焊，是單件生產(chǎn)的。我們鋼鐵工業(yè)叫流程工業(yè)，流程工業(yè)都是黑箱，所以要想控制它是很難的。

現(xiàn)有的控制系統(tǒng)中有一個信息物理系統(tǒng)。假如一邊是實體高爐，另一邊是它的一個孿生的或者是叫雙胞胎的數(shù)字化的東西。這兩個東西是通過數(shù)字化，把高爐里啥樣給描述出來。所以，你得有這個東西才能談得上智能制造，如果沒有這個數(shù)字雙胞胎，你想智能制造，沒門兒。

別看我們鋼鐵行業(yè)不起眼，鋼鐵行業(yè)的自動化水平是各個行業(yè)里最高的。比如軋鋼的系統(tǒng)，它是多變量、強耦合、非線性、大滯后，這些控制系統(tǒng)最難的特點，我們軋鋼的系統(tǒng)全有，它的變量上千。而且這些變量是強耦合的，都攪在一塊了，你動這個那個又變了，在這種情況下，你控制很困難。由于它很難，所以鋼鐵的控制系統(tǒng)是最復(fù)雜的

我們現(xiàn)在需要多學(xué)科結(jié)合、學(xué)科交叉來做，起碼搞鋼鐵的是煉鐵、煉鋼、連鑄、軋制都要有專家，還得有信息專家、自動控制專家等等。按照任正非的話說，還得有物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和化學(xué)家，得有這些人參加，學(xué)科交叉。另外，行業(yè)上要協(xié)調(diào)協(xié)同，鋼鐵行業(yè)和信息行業(yè)、傳感器行業(yè)都得結(jié)合起來。

3、拼質(zhì)量，從第一到唯一。

中國鋼鐵產(chǎn)品的高質(zhì)化大致分為兩方面內(nèi)容：一個是現(xiàn)在大家有的產(chǎn)品，我們要做到通過轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效，做到世界第一；還有一些就是領(lǐng)跑性的、前沿性的，這些技術(shù)全世界還沒有，我們要做到唯一。

做材料研究需要具備三種能力。一個是叫做表征和評價，就是說鋼材來了，你能把它的特點都搞清楚，你能通過觀察顯微鏡或者是各種實驗方法，把它的基本原理給表示出來，這叫表征。這是一個很重要的能力，要是表征不好的話，即便你做出來了，你不知道里邊怎么回事兒也不行。第二個是合成與加工，就是說我們要把材料做出來。第三個能力是計算和建模，這是這些年新發(fā)展起來的。過去材料的工作是講配方，是用顯微鏡看，現(xiàn)在還有一個計算這條路徑。建立模型計算，把這些規(guī)律進行計算，而不是去測量，這個工作也是最近這些年才發(fā)展起來的。國外有材料基因組計劃，有計算材料工程、集成計算材料工程，都是屬于這個方面的內(nèi)容。從這三個方面來看，我覺得我們現(xiàn)在在合成加工方面還是有點基礎(chǔ)的，還有表征和評價我們也不錯。我們的研究手段，比如說原子探針，還有一些原位觀察的設(shè)備，我們國內(nèi)現(xiàn)在也都有了，而且也有不少好的結(jié)果發(fā)表出來，這也不錯。相對來說，最薄弱的就是計算和建模。所以說，這三個面一衡量，我們將來要抓住建模和計算，要抓住前沿。我們要做這個事就得想辦法吸引人才。我們學(xué)校引進了一個年輕人，今年38歲，他是易紅亮教授，他在研究汽車用鋼的熱沖壓過程。這個熱沖壓過程是相對于冷沖壓過程的問題發(fā)展起來的。我們現(xiàn)在主要做先進高強鋼，強度都是在700兆帕以上，要達到800兆帕、900兆帕、1000兆帕這么高的強度，所以成形很困難，對裝備模具的要求也非常高，質(zhì)量也很難控制。為了解決這個問題，人家想出一個創(chuàng)新性的熱沖壓，把它加熱到八、九百攝氏度進行沖壓，成形非常好，還沒有回彈，這多省勁。全世界的鋼廠，還有汽車廠都在做這個事。我們易老師通過和汽車廠的結(jié)合，通過和鋼廠的結(jié)合，開發(fā)了一個2000兆帕的熱沖壓鋼。它不但強度提上去了，而且塑性仍然沒下降。所以它和本鋼合作做出來的2000兆帕的熱沖壓鋼，在北汽新能源進行了上車試驗，效果也是非常好的。

還有一個例子，就是低溫壓力容器用鋼，要求在攝氏零下196度的時候，還有很好的塑性。這個是國家的“十三五”重點項目，一共18個單位一起協(xié)同創(chuàng)新，大伙兒一塊兒來做。我們現(xiàn)在做出了兩類：一類是屬于做陸基的LNG液化天然氣的儲存罐，還有一個是船用運輸?shù)腖NG的儲存罐。原來做這個罐子都是用9鎳(9Ni)鋼，在這個過程中，我們思考能不能把這個9鎳（9Ni）的用量想辦法降下來，因為鎳很貴。這么高的鎳含量的話，造價就上去了。現(xiàn)在就采用了微量鉻和微量鉬代替鎳，同時采取了新的熱處理工藝，最后做出來這個鋼是6.5鎳(6.5Ni)，降了2.5的鎳，這是一個非常大的進步。

那么，如果是做運輸液化天然氣的船，LNG的儲物罐還需要有一個特殊的性能——耐熱疲勞。液化天燃氣的液化溫度是攝氏零下162℃，在這個溫度下，裝船的時候能把液化天然氣灌進去。到了地方，你還得把液化天然氣倒出來，這個罐的溫度又上來了。所以它是一個周期性循環(huán)的這么一個加載、裝載 、熱循環(huán)的過程，這里頭就有一種高錳鋼，它有這個性能。這個工作也取得了很大的進展。

另外還有一個鋼也是我們急需的，就是海洋平臺用的高強鋼。因為海洋環(huán)境非常惡劣，它對強度要求是非?？量痰模瑫r又是在深水里頭，越來越深，負荷也就越來越大。這種鋼過去都是加好多的鎳、鉬等等這些元素，提高它的性能?，F(xiàn)在我們也是在這個過程中開發(fā)了一種高錳的鋼，這個鋼加5%左右的錳，很好地改善這個材料的性能。這樣的話，它的造價就比之前每噸可以節(jié)省4000塊錢成本這些東西都是我們經(jīng)過探索，提出創(chuàng)新的思想，通過對材料方面的研究，解決了我們國家的重大需求，實現(xiàn)高質(zhì)量、低成本，給生產(chǎn)帶來了效益。

4、以需求為導(dǎo)向，一切為客戶服務(wù)。

第四個方面，供給服務(wù)化。我們現(xiàn)在提出供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，推動高質(zhì)量發(fā)展，這方面企業(yè)做了很多的工作。河鋼集團在智能制造方面是非常活躍的，在供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革方面也確確實實是做得不錯的。它有兩個工作是很有意義的，一個是什么呢？海爾是家電方面的巨頭，河鋼和海爾就先建立一個家電用鋼的實驗室，通過這個實驗室來檢測我們的材料，提出性能要求，指出我們的不足，這個實驗室取得了很好的效果。后來它就干脆點，把海爾的部門70%的股權(quán)買下來，讓河鋼的同志真正地進到海爾的產(chǎn)業(yè)鏈去。這樣的話只要有需求，你提出來我們給你做，我們做的你不滿意，咱們倆一塊兒找毛病，找完毛病以后一塊改，改完再做。這使得我們的服務(wù)工作能服務(wù)到用戶的心坎上去，非常貼心。這樣用戶滿意了，同時河鋼的家電用鋼產(chǎn)品也取得了非常大的進步，它后來又成立一個創(chuàng)新中心，也是這個過程。

現(xiàn)在河鋼覆膜的家電板占全國50%以上，彩涂板占全國的30%以上，在全國家電板行業(yè)是領(lǐng)先的單位。所以說，這種鋼廠供給側(cè)和用戶需求側(cè)的緊密結(jié)合，甚至是融合，融為一體，為技術(shù)提高帶來巨大的活力，使我們的技術(shù)進步有更大提高。

最后想說幾句話。鋼鐵工業(yè)200多年歷史了，到今天來說不是夕陽工業(yè)，歷久彌新，還正在朝陽。只要創(chuàng)新，鋼鐵工業(yè)永遠是朝陽工業(yè)。因為社會在發(fā)展，需求在不斷提出來，鋼鐵的潛力通過新的技術(shù)的開發(fā)會不斷地提升。創(chuàng)新任重道遠，歷史的重任落在我們中國人的身上，責無旁貸。因為現(xiàn)在我們占著全世界二分之一還要多的鋼鐵產(chǎn)量，我們中國人把這事做好，就是勇于擔當與挑戰(zhàn)、勇于創(chuàng)新，留下中國人的鋼鐵印記，進入到世界領(lǐng)先的鋼鐵行業(yè)集群?！。▉碓矗阂苯鹩嬃颗c信息化）