王国栋院士：推进钢铁“四化”，强健大国“筋骨”

2月6日，《人民日报海外版》科技名家笔谈栏目刊发了王国栋院士的文章《推进钢铁“四化” 强健大国“筋骨”》，以下是文章全文——

(资料图片)

作者王国栋肖像画。张武昌 绘

钢铁工业是国民经济的重要基础产业，为国家建设提供了重要的原材料保障，有力支撑了国民经济的健康发展，推动了我国工业化、现代化进程，促进了民生改善和社会进步。改革开放以来，我国钢铁行业迅速发展，到2020年，我国钢产量已经达到世界总产量的57%，可以生产所有门类的钢铁产品。钢铁是大国“筋骨”，正是有了钢铁产业跨越式发展，我国才成为全球造船大国、工程机械制造大国、发电和变电设备制造大国……

国际钢铁产业竞争比拼的是产量，更是产品结构，尤其是高端特种钢材的生产水平和能力。进入新时代后，我国钢铁业大力推进产品结构优化和质量升级，以科技创新为抓手，全力推进中高端钢铁材料的研发，推进高质量发展，强健大国“筋骨”。

王国栋（右二）带领科研团队在钢铁企业生产一线现场研究、解决问题。资料照片

1、好钢是如何炼成的？

要弄明白如何炼出好钢，必须了解钢铁冶炼的过程。首先，把铁矿石和煤通过焦化和烧结的环节变成烧结矿和焦炭；然后，在高炉里进行化学反应，变成铁水；铁水经过转炉的冶炼、吹氧、去碳、降碳等操作，含碳达到一定程度；再经过精炼，把成分进行调整，进而变成了钢；钢水再经过连铸以后变成钢坯；钢坯又经过热轧变成热轧产品；热轧产品又经过冷轧，变成冷轧产品，最终成为各种各样的钢材，比如型材、 板材、管材等。

通过改变轧制条件就可以改变钢性能，我们如果能把条件控制好，就能得到性能非常优异的钢材。调整温度是通过水，我们通过控制水量来控制轧制过程中钢材冷却的温度和冷却的速度，这就是控轧控冷技术。该技术通过控制加热温度、轧制过程、冷却条件等工艺参数，提高钢材的强度、韧性、焊接性能。

实现控轧控冷技术突破和创新是国际钢铁业追求的共同目标，各国科技专家都为此不懈努力，进行不断探索，但一度收效并不大。比如，有的科技专家采用低压的层流水对轧制过程中钢材进行冷却，发现冷却效果不理想、传热效果不均匀，导致钢板不平整而“翘”起。此后，一些科技专家把冷却模式研究与金属指标、金属内部材料的变化结合起来，进而力图实现调整材料性能的目标。经过进一步研究，超快速冷却技术被开发出来。20世纪70年代，国际上研制出超级冷却系统，可以实现高速均匀冷却，迎来了钢铁控轧控冷技术新的突破。

2、实现控轧控冷突破

作为中国钢铁科技工作者，我们不甘落后，全力实现钢铁控轧控冷技术自主突破。在实践中，我们发现，经过我们的淬火机，钢材淬火冷却到室温后，即使钢板最薄只有约10毫米，也依然能够保持平整。于是，我们就把钢材淬火机与轧机冷却系统两者结合起来，借助河北一家钢铁公司的轧机，我们研制出一套超快冷却系统。初步运行证明，这套系统非常成功。后来这套系统被应用于鞍山钢铁公司和首都钢铁公司并经过改进，生产出板型优质的钢材管线，为国家“西气东输”工程管线供给作出了重大贡献。我国由此成为世界上最优质管线钢的生产国。

在钢板轧制的冷却控制上，我们实现了从跟跑到并跑，再到开始领跑的巨大跨越，研制的超快冷却系统应用于很多钢铁企业的生产线。特别值得一提的是，适应一些企业的需求，我们把这套超快冷却系统做出适应性调整，做到与新引进的外国相关装备相兼容，很好地解决了生产线在热连轧生产冷却过程中的问题。

研制出钢管生产控冷系统是我们的另一项重要创新成果。传统上，钢管生产过程必须依靠加合金和后期热处理，而这两个过程都需要消耗相当的资源和能源，而通过控冷系统就可以达到相同的目的且做到绿色节能。为此，我们与宝山钢铁公司合作组成联合研发团队，经过3年、近100次工业性的实验，终于研发成功钢管生产控冷系统，并以此为基础对工艺布置进行了改造。

此外，我们近年来在钢铁科技上还取得了一些其他创新成果，其中包括：在材料方面上，2018年，笔者所在的东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，在国际上率先研发出2000兆帕（MPa）级汽车用热冲压用高强钢；在应用方面，液化天然气低温容器国际上普遍采用的材料是9Ni（镍）钢，我们用5Ni钢做出了9Ni钢的性能，实现了材料替代，大幅节约了成本。在生产工艺上，我们研发出薄带连铸、无头轧制等新流程、新工艺并向企业转化，可应用于多个重要钢种的生产。

港珠澳大桥是一条“钢铁巨龙”，总用钢量约110万吨，其中有王国栋团队基于新一代控轧控冷工艺研发的高性能绿色桥梁钢。资料照片

3、推进钢铁产业“四化”

工业革命使钢铁生产从作坊式生产进入工业化大生产。在此后很长时期，钢铁工业给人们留下了高耗能、高污染的印象。二次大战后，高科技不断为钢铁工业赋能，钢铁生产工艺不断改进，产品类型不断丰富，应用日益广泛。如今，以智能化为代表的第四次工业革命方兴未艾，使传统钢铁产业焕发出新的光彩。

纵观国际钢铁产业发展趋势，我们可以发现，世界先进钢铁企业都把生产自动化、降低能耗、提高人均产钢量和生产高附加值的“超级钢”作为发展方向。对于追求高质量发展的中国钢铁业来说，也应顺应产业发展趋势，闯出自己的“超级钢”之路。什么是中国“超级钢”之路呢？在笔者看来，应该包含四个维度，即实现“四化”：工艺绿色化、装备智能化、产品高质化、供给服务化。

工艺绿色化就是既要节省资源和能源，以最低的消耗生产高质量的产品，又要减少排放、降低污染，做到环境友好。近年来，中国钢铁业付出极大努力，特别是以科技创新为依托，综合采取各种措施，在绿色低碳方面取得了显著成效。比如，在水资源利用和保护方面，钢铁生产过程耗水量很大，但中国有些钢铁企业可以做到生产不需要用新水，把城市的废水和钢厂里的废水加在一块儿处理以后，再循环使用，在不增加一滴新水的情况下，可以生产1000多万吨钢，获得世界钢铁协会颁发的“可持续发展奖”。

装备智能化就是要通过智能化建设，让装备能自己运行得越来越好。钢铁工业是流程工业，相关控制系统非常复杂，涉及多学科的结合和交叉，需要炼铁、炼钢、连铸、轧制专家和信息专家、自动控制专家一起深度参与。经过长期的建设和发展，钢铁行业已经具有先进的数据采集系统、自动化控制系统和研发设施，可以为我们提供海量的数据资源。我们要充分发挥钢铁行业海量数据和丰富应用场景优势，在工业互联网、大数据、云计算、5G网络等信息技术的支撑下，推进钢铁行业的数字化和智能化转型。

产品的高质化包括两方面：一是现有产品要通过转型升级、提质增效，达到国际前列，直至世界第一；二是在领跑性、前沿性的技术方面，力争做到世界唯一。做钢铁等材料研究，我们要着重培养三种能力，第一种是表征和评价能力，第二种是合成与加工能力，第三种是计算和建模能力。相对来说，我国在计算和建模能力方面显得薄弱，亟待加强，这对于我们实现钢材产品的高质化至关重要。

供给服务化就是钢铁科技创新要紧盯生产一线，服务生产实践、服务产业发展。我们的科学研究要面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康。这要求钢铁科技工作者必须深入到企业和实践中，在一线发现问题，再筛选出关键共性问题，上升到理论研究，然后和企业结合，转化到生产实践中，这样的科研成果必然会为企业欢迎，应用转化才能自然而然地实现。我们只有把钢铁科研的供给侧和钢企用户的需求侧紧密结合起来，甚至使二者融为一体，才能为钢铁产业的科技进步提供持续不竭的动力。

没有夕阳产业，只有落后技术。钢铁产业虽然已有200多年的历史，但是在一波又一波科技浪潮推动下，钢铁材料的更多性能被不断开发出来，不断变革人类生产生活条件。创新永无止境，中国作为世界钢铁产业大国，在推动钢铁科技创新方面责无旁贷，我们要勇于担当、敢于挑战、善于创新，参与创造世界钢铁产业更加辉煌的明天。