鋼鐵鑄就的“報國情懷”

張麗萍

中國是世界第一產鋼大國，但鋼鐵制造技術卻仍處于中下游水平，高端鋼材仍需大量進口的現狀阻礙了我國航空航天、能源交通等領域的快速發展。掌握核心技術，擺脫受制于人的局面，成為中國科研工作者最大的心愿和目標。

中國科學院金屬研究所材料加工模擬研究部主任、研究員李殿中就是這樣一位致力于高端鋼鐵材料研究的科研工作者。多年來，李殿中秉持“從生產實踐中凝練基礎科學問題，服務于生產實踐”的科研理念，先后在超大尺寸金屬材料制備研究與大型鑄鍛件的缺陷形成機理、模擬仿真、關鍵技術開發與國產化工作等方面取得了顯著成就。

“點石成金”

“別人都是因為有愁事睡不著覺，可我是高興得睡不著，有時晚上睡著睡著就醒了，腦子里想的都是我們還能繼續研發出什么新技術來，應用到更多的工業生產中去。”

6月13日上午，在金屬研究所冶煉車間，李殿中在接受記者采訪時，喜悅之情溢于言表。李殿中所興奮的正是他和團隊用10年時間研發的稀土鋼純凈化制備技術被越來越多地應用到鋼鐵企業中。

稀土被稱為“工業維生素”，20世紀50年代初，我國科研人員就開始了稀土鋼的研發工作，但在鋼中加入稀土后其性能時好時壞，生產過程中也容易堵塞澆口，成為多年未能突破的技術瓶頸。進入21世紀，中國鋼鐵企業在實際生產中幾乎放棄了稀土應用。科研人員對稀土鋼的研究也逐漸從熱門變成了冷門。

2007年，李殿中到烏克蘭開展項目合作，考察中發現烏克蘭專家將一種稀土加入到了鋼錠的制造中，這引起了李殿中的好奇心，交流中，烏克蘭專家說稀土是從中國內蒙古的包頭市運來的，使用效果非常好。

“為什么烏克蘭專家對中國的稀土能使用得這么好，而我們國家有充足的稀土資源，卻放棄了對稀土的應用呢？”帶著這樣的疑問，李殿中向烏克蘭專家要來了在鋼中加入稀土的配方，回國繼續研究。

無數次的嘗試，無數次的實驗，李殿中和他的團隊發現加入了稀土的鋼性能仍不穩定。經過反復思索，李殿中覺得還是稀土本身出了問題。為了一探究竟，李殿中親自跑到包頭市，觀察稀土廠家的冶煉過程。原來，稀土廠家生產出來的稀土和他所需要的稀土在概念上存在偏差，稀土廠家為了讓稀土更為純凈，將其中的一些鐵、碳元素等都分離了出去。李殿中認為，稀土中的鐵、碳正是不可缺少的成分，而其他影響純度的氧、硫等雜質元素則應予去除。為了證實自己的這一大膽想法，李殿中將稀土帶回金屬所親自冶煉，之后將保留了鐵、碳元素的純凈稀土直接用于煉鋼中。正如所料，如此煉出來的鋼不僅性能穩定，且有著耐磨、耐熱、耐蝕的優點。

“1噸鋼只需加入100克左右的微量稀土，即可起到細化變質夾雜、深度凈化鋼液和強烈微合金化作用，成本只有10多元錢，但性能卻提升了一個數量級。”在這場稀土鋼的技術攻堅戰中，李殿中“點石成金”，將稀土鋼應用于高端軸承制造中，打破了高端軸承市場被外國公司壟斷的局面。目前，包頭鋼鐵集團利用這項純凈化制備技術，已創造了稀土鋼千噸連澆紀錄，工藝順行穩定，對于稀土鋼在中國的大規模工業化應用具有標志性意義。

從跟跑到領跑

工業生產中，很多壓力容器件都是通過大鋼錠做出來的，由鋼錠來加工成形，容器件的好壞直接取決于鋼錠的質量。我國大型鋼錠生產還存在很多缺陷，故很多為進口。

金屬研究所很早就把鋼錠的研究作為一項重點任務。1998年，李殿中入選中國科學院“百人計劃”，被引進到金屬研究所，與數十人組成的團隊一起攻關這一難題。

工作不久，李殿中發現，當前生產的鋼錠主要問題是容易成分偏析，性能不穩定，為了看看鋼錠里邊到底發生了什么，他決定把鋼錠剖開。這一大膽的想法遭到了很多人的質疑，因為解剖鋼錠成本高、周期長，在沒有獲得國家科研項目資助的情況下，他四處籌集資金，最終，直徑2.4米、高3.5米、單重100多噸的大鋼錠被一剖為二，從剖開的橫斷面上看，成分分布不均勻，內部產生很多孔洞和裂紋，是導致鋼錠易報廢的主要原因。當時國際主流觀點認為這些缺陷是鋼的成分自然對流驅動引起的，李殿中卻認為，是氧在鋼中起到了關鍵作用，以氧化物為核心的輕質夾雜物與凝固界面的交互作用，誘發了鋼錠成分的不均勻性，因此，通過控制鋼水中的氧含量，就能顯著減少夾雜物的數量和尺寸，實現鋼的均質性，以達到穩定鋼的性能的作用。2014年，李殿中根據實驗結果撰寫的論文發表在《自然·通訊》雜志上，該篇論文引發了學術界較大反響，“控氧可有效控制偏析”機理成為行業共識。

“如果說我對科技有所貢獻，我覺得就是把鋼做純了，基本不增加成本，只是改變工藝，把鋼做純，提高鋼的質量。”從跟跑到領跑，核心技術的突破推動了大型鑄鍛件的國產化，打破了依賴進口的局面。

以小制大

技術突破了，可在應用中李殿中又發現，能源電力、海洋工程中的核心部件———大鍛件對材料的均質性有極高要求，我國大鍛件長期依賴進口，即便是進口的大鍛件也存在缺陷，如何提升其冶金品質成為世界性難題。造成這一問題的根本原因在于大鍛件制備一直采取“以大制大”手段，即先冶鑄大鋼錠，再制造大構件，由于金屬凝固過程存在尺寸效應，規格越大的鋼錠冷速越慢，導致其性能上的缺陷。鋼廠中，工人每次都要放一掛鞭炮來祈禱大型鋼錠能澆鑄成功，那悲壯的場面，李殿中看后心里很不是滋味，始終想著要解決這個問題。

偶然中，萬里長城的照片給了李殿中啟發：長城并不是用一塊磚壘出來的，而是一塊一塊疊加起來的，為什么不能采用“以小制大”的方式把一塊塊的小型鋼板砌起來形成大鍛件呢？實驗中，李殿中和工作人員將多塊鋼板采用高溫冶金連接工藝，充分愈合界面，實現界面與基體完全一致的無痕連接。為了將實驗成果應用于企業，李殿中帶著團隊成員不辭辛苦，有時要坐10多個小時的車才能到達鋼廠，顧不上休息，白天跟企業管理人員、工程師和工人討論技術和流程，晚上進行生產實驗，實驗結束天都亮了。經過鋼鐵企業的生產實踐，通過這種方式構筑成形的大鍛件其性能和穩定性都要優于傳統鍛件。

掌握了核心技術，就掌握了創新的主動權、發展的主動權。從對國外技術的頂禮膜拜到不斷地超越，李殿中深知，關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。多年來，他用鍥而不舍的鉆研精神帶領團隊突破了大型船用曲軸、三峽水輪機轉輪、核電壓力容器等大型鑄鍛件的核心制備技術，為我國核電、水電、船舶等領域大型鑄鍛件國產化作出了突出貢獻。研究成果在遼寧乃至全國重機和特殊鋼行業等50余家企業成功應用，企業新增產值數百億元，用實實在在的成果詮釋了一位科研人員的報國情懷。

李殿中時刻銘記習近平總書記對科技人員的囑托，胸懷“亦余心之所善兮，雖九死其猶未悔”的豪情，步履鏗鏘，邁向新征程。