王国栋院士：钢铁领域科研先锋，高端特种钢研发屡创突破

王国栋，我国工程院院士，东北大学知名教授。他长期致力于钢铁材料轧制理论、工艺及自动化等领域的深入研究，涉及应用基础与工程技术。在此期间，他先后领导并圆满完成了多项国家级重大研究项目，包括973计划、863计划、攻关项目以及国家自然科学基金重大项目等。东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，由他担任领衔，致力于我国超级钢的研究与开发工作，在低温耐受性、高压耐受性、抗腐蚀性、抗冲击性、抗疲劳性等方面的高强度、特种钢材研发领域，持续实现了一系列重大技术突破。此外，他还荣获了国家科技进步奖一等奖两次，以及国家技术发明奖二等奖一次。

钢铁是全球使用最广泛的金属，而高端和特种钢材更是其中的璀璨明珠。在当前全球各国钢铁产业的竞争中，已不仅仅是总产量的较量，还包括产品结构，特别是高端特种钢材的生产技术和能力的大比拼。然而，这恰恰是我国钢铁产业中亟待加强和提升的薄弱环节。在我国，飞机起落架、高速列车车轴以及轴承等抗疲劳的高强度钢材，以及核电站所需的耐高温、抗辐射的不锈钢耐热钢管等特种钢材，长期以来都需依赖进口。而我国圆珠笔笔头曾一度依赖进口的历史，至今仍让众多人记忆深刻。

历经数十载的辛勤努力，1996年，我国粗钢产量实现了历史性的飞跃，达到了1亿吨的里程碑，从而登上了全球产量的顶峰。在此后的二十余年间，我国始终保持这一领先地位。然而，作为钢铁制造业的强国，我国却面临着低端产品供应过剩与高端产品供应短缺的双重困境。特别是自2008年国际金融危机爆发以来，全球钢铁行业长期陷入产能过剩的泥潭，这对我国构成了极大的挑战。当前，我国经济正朝着高质量的方向转变，淘汰落后产能的行动中，钢铁行业首当其冲，似乎在短时间内钢铁便被贴上了落后材料的标签。曾经占据材料行业主导地位的钢铁，是否仍拥有发展的可能性和潜力？面对产能过剩以及生态环境压力持续攀升的现状，我国钢铁产业的绿色发展道路究竟在何方？为了促使我国钢铁产业以结构优化和质量提升为核心，迈向新一轮的飞跃，我们必须紧紧抓住科技创新这一关键，竭尽全力推动中高端钢铁产品的研发工作，努力塑造属于我国的“顶级钢材”。

好钢是如何炼成的

2018年，我国钢铁产量已突破九亿吨大关。这一数字，超过了全球其他各国钢铁产量之和。在我国，高铁、汽车、建筑、桥梁等重大工程都离不开钢铁的支持。我国能够生产出几乎所有种类和规格的钢材，并于2006年实现了钢铁的净出口。这一发展历程，对我国的经济建设、国防事业以及民众生活水平的提升产生了深远的影响。

钢铁是怎样炼成的？必须先获取铁矿石与煤炭，接着将铁矿石与煤炭经过焦化和烧结等工序，转化为烧结矿与焦炭，随后在高炉中进行化学反应，生成铁水；铁水产出后，经过转炉的冶炼、吹氧、去碳和降碳处理，使碳含量达到特定标准，再经过精炼环节，对成分进行调整，转化为钢水；钢水经过连铸工艺后，形成钢坯，钢坯再经热轧处理，制成热轧产品；最后，热轧产品经过冷轧工序，转变为冷轧产品。此时，我们便获得了多种类型的钢材，诸如型材、板材、管材等。在这一环节，必须关注钢铁的关键特性，对它们进行调整；同时，通过加工工序的提升，增强钢材的品质，此即所谓的控轧控冷技术。

钢材的控轧控冷技术，主要涉及在轧制阶段对加热温度、轧制流程以及冷却条件等关键工艺参数进行调控，以此提升钢材的强度、韧性和焊接性能。钢铁轧制则是通过施加压力，使钢锭或钢坯在旋转的轧辊间发生形状和性能的改变。在钢铁生产技术领域，轧制控制扮演着将粗钢转化为高精度、高性能、高效益钢铁产品的核心工艺角色。

我国在钢铁轧制技术领域的研究与突破，主要依赖对轧制与冷却环节的精细调控，以优化钢材的品质。通过调整多样的轧制参数，可以影响钢的性能。只要精确掌握轧制条件，便能够产出性能卓越的钢材。在21世纪初，新一代钢铁材料的研究中，超级钢的进步同样得益于控轧控冷技术的应用。然而，在国际发展进程中，人们发现传统的控轧控冷系统存在一些问题。这种对冷却模式的研究，若与金属的指标以及其内部材料的变化相融合，便能为优化材料性能提供一种有效的途径。因此，全球范围内对超快速冷却技术的研究又重新兴起。

钢铁材料研发的未来

工业革命一经兴起，钢铁制造便从手工作坊转向了规模化工业生产。在随后的漫长岁月里，钢铁行业对劳动力的需求巨大，而其高能耗、高污染的特性，使得钢铁企业逐渐在公众心目中留下了消极的印象。二战结束之后，科技的进步持续为传统的钢铁产业注入活力。如今，以智能化为标志的第四次工业革命，更是激发了人们对未来的无限憧憬。2018年，我任职的东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室在材料创新方面取得显著成果，首次在全球范围内成功研发出适用于汽车热冲压的2000MPa级高强钢；在液化天然气低温容器用钢领域，全球普遍使用的材料为9Ni（镍）钢，实验室与企业携手合作，在确保钢材性能的同时，采用5Ni钢实现了与9Ni钢相当的性能，有效降低了成本。在生产环节，成功研发了薄带连铸、无头轧制等创新流程与工艺，这些技术正在逐步向企业推广，并且能够适用于多种关键钢种的生产制造。

日本新日铁等众多国际领先的钢铁企业均将实现生产自动化、减少能源消耗、提升人均钢材产量以及生产高附加值“超级钢”视为未来发展的核心目标，这一路径亦是我国钢铁工业迈向高质量发展的关键所在。

我国钢铁工业追求的四个发展目标是：绿色工艺、智能装备、高品质产品、以及服务型供给。这四个目标涵盖了工艺、装备、产品和供给四个领域，其中工艺领域占据主导地位。

工艺的绿色化旨在降低排放与污染，实现环境友好，这是其一；其二则是高效利用资源和能源，力求在最小化消耗的前提下产出高品质产品。以减少排放和污染为例，钢铁行业在此领域仍存在不少挑战，但整个行业已投入大量努力，并取得了显著的成效。钢铁制造过程中耗水量相当可观，目前我国部分钢铁企业已实现无需新增水源，通过将城市污水与钢厂废水混合处理后循环利用，即便不添加任何新水，也能产出超过1000万吨的钢材，并因此荣获世界钢铁协会颁发的可持续发展奖项。生产环节务必注重节约资源和能源，这样才能有效减少生产成本。

智能化装备备受关注。这一领域正致力于通过智能化技术的应用，不断提升装备的自主运行能力。钢铁行业属于流程型工业，其控制系统极为繁复，涉及众多学科间的融合与交互，需要炼铁、炼钢、连铸、轧制等领域的专家，以及信息、自动控制等领域的专家共同协作。此外，行业内还需实现协调与协同，将钢铁行业与信息行业、传感器技术等领域紧密融合。我们的研究所在智能化领域也投入了研究，成功争取到了国家“十三五”规划中的重点项目，并与企业携手共同推进实施。

产品追求高品质。其高质化主要体现在两个方面：一方面，现有产品需通过技术升级和提升效率，力争达到全球领先地位；另一方面，领先和前沿的技术必须实现全球独创。在材料研究领域，必备三种能力：首先是表征与评估，其次是合成与处理，最后是计算与建模。目前，我国在这些能力中相对较弱的是计算与建模，未来我们将着力发展这一领域的尖端技术。

企业在智能制造领域表现活跃，在供给侧结构性改革上成效显著。然而，科研领域存在一种不良倾向，即研究者不注重从实际中挖掘问题，而是倾向于借鉴国外文献。虽然借鉴国外文献并非不可行，但这些研究多已为他人所探讨。那么，这些被探讨过的问题，是否真正符合我们的需求，是否是我们实际可能遇到的问题呢？进行任何领域的研究，都必然需要实践的支撑，以及与企业的紧密协作。若我们的科学研究旨在追踪世界科技的最前沿，应对经济领域的核心挑战，满足国家的重大需求，以及保障人民的健康和生命安全，那么，我们必须深入到企业中，投身于实践，否则，这样的研究将如同无源之水，无本之木。深入企业基层挖掘问题，随后挑选出核心的普遍性问题，进而将其提升至理论层面，再与实际生产相结合，科研成果必将受到企业的热烈欢迎，其转化过程也将顺畅无阻。在供给侧与用户需求侧的紧密协作乃至融合中，两者合二为一，为技术提升注入了强大的动力，从而推动技术进步实现更大幅度的飞跃。

钢铁行业历经两个世纪的发展，时至今日，非但未显颓势，反呈勃勃生机。只要不断追求创新，钢铁行业将持续保持活力，因为随着社会的进步，新的需求不断涌现，而钢铁的潜能亦可通过新技术的研究得到持续增强。创新之路任重而道远，历史赋予我们重任，我们义不容辞。中国在全球钢铁产量中占据了超过一半的份额，我国人民需致力于此事，勇于承担责任、敢于迎接挑战、擅长创新实践，以期在世界钢铁工业的辉煌史册上刻下中华民族的辉煌篇章。