凝心聚力鑄造鋼鐵強(qiáng)國(guó)夢(mèng)

　　年過(guò)50歲的國(guó)人很難忘記中國(guó)缺鋼少鐵的日子：由于所需鋼鐵大多系進(jìn)口，以致小小一顆鐵釘，也稱(chēng)“洋釘”。曾經(jīng)，一個(gè)國(guó)家的鋼鐵產(chǎn)量，就是國(guó)家的實(shí)力象征。世界列強(qiáng)，無(wú)一不是鋼鐵大國(guó)強(qiáng)國(guó)。正是因?yàn)橛小盀榱艘粐嶄摮钏烙⑿蹪h”的歷史屈辱，才有今天一批執(zhí)著勤勉的“鋼鐵人”和中國(guó)鋼鐵工業(yè)的崛起。
　　1月8日，在2017年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)名單里鋼鐵行業(yè)中共有7個(gè)項(xiàng)目赫然在列，續(xù)寫(xiě)著中國(guó)鋼鐵行業(yè)科技創(chuàng)新篇章。作為與鋼鐵冶金行業(yè)結(jié)緣半生的專(zhuān)家，上海大學(xué)先進(jìn)凝固技術(shù)中心（簡(jiǎn)稱(chēng)CAST）主任翟啟杰也在這一天，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)登上這一科技界的最高榮譽(yù)殿堂——由他領(lǐng)銜的“脈沖磁致振蕩（簡(jiǎn)稱(chēng)PMO）連鑄方坯凝固均質(zhì)化技術(shù)”被授予2017年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。而這支團(tuán)隊(duì)近20年的奮斗故事，也在團(tuán)隊(duì)每個(gè)人的心里泛起漣漪。因?yàn)�，它關(guān)乎青春，更關(guān)乎夢(mèng)想……
　　把“冰棍”做成“雪糕”
　　鋼鐵和我們的生活息息相關(guān)，往大了說(shuō)有飛機(jī)航母，往小的說(shuō)有圖釘小彈簧。被稱(chēng)為“現(xiàn)代工業(yè)的糧食”的鋼鐵，是制造生活用具、生產(chǎn)機(jī)器和軍事裝備的重要材料，鋼的生產(chǎn)和消耗量至今仍然是衡量綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。因而，人們對(duì)鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)的研究也從未止步。
　　20世紀(jì)50年代，歐美國(guó)家出現(xiàn)連鑄技術(shù)，即把鋼水連續(xù)不斷澆注凝固，制成坯料。與傳統(tǒng)模鑄相比，該技術(shù)大幅提高了生產(chǎn)效率和金屬收得率并節(jié)約了能源。到90年代，全世界90%以上鋼用連鑄工藝生產(chǎn)。然而，由于柱狀晶發(fā)達(dá)等原因，連鑄坯成分不均勻性問(wèn)題突出，嚴(yán)重影響了鋼鐵制品性能均勻性和質(zhì)量穩(wěn)定性。
　　要知道緣由，就需要了解鋼鐵連鑄生產(chǎn)的工藝過(guò)程。翟啟杰饒有興趣地為記者上起科普課�！巴ǔＧ闆r下連鑄坯的凝固過(guò)程就像冰棍的結(jié)晶過(guò)程。冰棍結(jié)晶時(shí)，冰晶粒從外面一直長(zhǎng)到心部，形成貫穿冰棍的大冰碴，把雜質(zhì)、包括糖分等添加物質(zhì)都推到了最后結(jié)晶的中心。而雪糕就不一樣了，它是由很多細(xì)小的冰晶粒組成，這樣雜質(zhì)和糖分等添加物質(zhì)就會(huì)比較均勻。通常，連鑄坯凝固時(shí)像冰棍一樣，鑄坯從外向內(nèi)凝固，形成粗大的穿晶組織，把雜質(zhì)元素、包括有用的合金元素也推到了鑄坯的心部，造成成分和性能不均勻。如果把這樣的鋼坯軋制成板材或棒材，其不同部位性能就不均勻。如果把這樣的鋼切成小塊分別制造成零件，這些零件的質(zhì)量就不穩(wěn)定�！�
　　究竟通過(guò)什么方法可以解決鋼坯凝固均勻性問(wèn)題呢？翟啟杰坦言，在技術(shù)路線的選擇上，他們走過(guò)很多彎路。20多年來(lái)，他們嘗試過(guò)添加形核劑、溫度擾動(dòng)、成分?jǐn)_動(dòng)，施加超聲波、脈沖電流和脈沖磁場(chǎng)，然而最終均或是因?yàn)樾Ч�不穩(wěn)定、或是因?yàn)楣�業(yè)應(yīng)用困難等原因逐一放棄。最終，他們?cè)谘芯棵}沖電流細(xì)化凝固組織的機(jī)制中受到啟發(fā)，發(fā)明了“脈沖磁致振蕩技術(shù)”，從而解決了長(zhǎng)期困擾國(guó)際冶金界的凝固均質(zhì)化技術(shù)難題。
　　那么，這究竟是一項(xiàng)什么技術(shù)呢？用翟啟杰的話來(lái)說(shuō)就是，“這個(gè)技術(shù)就是把‘冰棍’做成‘雪糕’。通過(guò)電磁感應(yīng)效應(yīng)，使鋼水中不斷形成細(xì)小的晶核，從而避免出現(xiàn)粗大的柱狀晶，最終達(dá)到均勻化的效果。”他提到，這項(xiàng)技術(shù)的核心是，感應(yīng)脈沖磁場(chǎng)與金屬熔體之間形成的電磁效應(yīng)。因此，該技術(shù)不僅適用于鋼的方坯連鑄，也適用于鋼的圓坯和板坯連鑄以及模鑄等其他與凝固相關(guān)的生產(chǎn)工藝。而對(duì)于鋁、鎂、銅等其它金屬及合金，也有十分有效的細(xì)化效果。
　　十七年磨一劍
　　“十七年鑄劍，只為爐火純青；一劍出鞘，定當(dāng)倚天長(zhǎng)鳴�！边@句話用來(lái)形容這一項(xiàng)目的成功歷程再恰當(dāng)不過(guò)了。這項(xiàng)發(fā)明的問(wèn)世，凝聚了CAST團(tuán)隊(duì)所有成員長(zhǎng)達(dá)17年之久的默默堅(jiān)守與付出，同時(shí)也給了“團(tuán)隊(duì)精神”“工匠精神”最好的詮釋。
　　在2000年受聘上海大學(xué)之前，翟啟杰在北京科技大學(xué)就已研究鋼鐵的均質(zhì)化問(wèn)題達(dá)5年之久，“研究了很多方法，但這些方法雖然在實(shí)驗(yàn)室是成功的，到現(xiàn)場(chǎng)卻沒(méi)法用”。換了一個(gè)新環(huán)境，轉(zhuǎn)換一個(gè)新思路。來(lái)到上海大學(xué)后，翟啟杰規(guī)劃了一個(gè)全方位物理外場(chǎng)研究計(jì)劃——系統(tǒng)研究脈沖電流、脈沖磁場(chǎng)和超聲波等物理外場(chǎng)在鋼凝固過(guò)程中的作用規(guī)律及機(jī)制，探索應(yīng)用脈沖物理場(chǎng)解決鋼的均質(zhì)化的可能性和條件。因?yàn)橐�用物理�?chǎng)，就要和物理學(xué)專(zhuān)家合作。于是，翟啟杰自己跑到物理系座談好幾次，表達(dá)了自己想把鋼鐵和物理結(jié)合并成立團(tuán)隊(duì)的意愿。此時(shí)，他非常幸運(yùn)地遇到了志同道合的人。
　　富知愚，由于熱衷于研究實(shí)際問(wèn)題少有論文發(fā)表，雖然年過(guò)半百還只是物理系的副教授。這位別人看來(lái)最最平凡的老師，卻和他的助手龔永勇、李仁興一起成為翟啟杰夢(mèng)寐以求的合作伙伴。富知愚一直與翟啟杰合作到退休，而龔永勇和李仁興則一直與翟啟杰合作到今天。龔永勇告訴記者：“我們一開(kāi)始并不真正了解這個(gè)領(lǐng)域有多重要，可進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域跟著做起來(lái)，特別是經(jīng)常和企業(yè)進(jìn)行交流，發(fā)現(xiàn)這的確是制約鋼鐵質(zhì)量提升的共性瓶頸問(wèn)題，于是越做越來(lái)勁，深信我們一定會(huì)有突破！”
　　經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)，他們終于在脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織機(jī)制的研究上取得突破，從而原創(chuàng)性地提出了PMO凝固均質(zhì)化技術(shù)。2005年他們申請(qǐng)了發(fā)明專(zhuān)利，2007年他們?cè)趪?guó)際上第一次公開(kāi)發(fā)表了這一原創(chuàng)性工作。隨后，團(tuán)隊(duì)又開(kāi)展了為期10多年更為艱難的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
　　一個(gè)人潛心研究一件事近20年已屬不易，一個(gè)團(tuán)隊(duì)每個(gè)人都堅(jiān)持做一件事并享受其中則更為難得。團(tuán)隊(duì)成員之一的仲紅剛告訴記者：“我們團(tuán)隊(duì)成員之所以都愿意留下來(lái)，一個(gè)很重要的原因就是我們對(duì)我們的研究工作充滿信心，加上團(tuán)隊(duì)內(nèi)部特別和諧。這些年，大家確實(shí)挺辛苦，幾乎天天加班�！彼�笑言，這種強(qiáng)度要在企業(yè)里面的話不知道要發(fā)多少獎(jiǎng)金。年近80歲高齡的翟啟杰的中學(xué)老師從翟啟杰的學(xué)生那里聽(tīng)聞團(tuán)隊(duì)的工作情況后，感慨地說(shuō)，“即使在50年代，這支團(tuán)隊(duì)也人人都是勞模”。

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