金屬材料工程師：我在60米高空“燒開水”

大家燒過開水嗎？聽說過瓦特改良蒸汽機的故事嗎？發電廠將水加熱到沸騰，產生高溫高壓的水蒸氣，推動幾十噸重的汽輪機轉子旋轉，從而帶動發電機轉子切割磁感線發電，再通過輸電線路，將電力輸送到天南地北、萬戶千家。

推動幾十噸重的汽輪機轉子，需要燒多少“開水”？每小時2000 噸！

每小時加熱2000 噸水，需要多大的“鍋爐”？60 米高，20 米寬！

而我，就是一名在60 米高空“燒開水”的金屬材料工程師。

騰云駕霧的“火眼金睛”

60 米高的火電機組，一小時產生的電力，能供一個300 戶的小區用上十年。幾乎365 天都在燃燒的大鍋爐，無休止地吞吐煤與水，產生熱與電。誰來負責檢修、維護如此龐大的金屬鍋爐？誰來確保機組中金屬材料的安全穩定？這時候就輪到我們金屬材料工程師出場了。

作為一名金屬材料工程師，我在火力發電機組上班。但我既不是傳統意義上的鐵匠，也不是一名鍋爐工。我負責診斷整個火力發電機組中金屬材料的狀態，大到上百噸的汽輪機，小到一個門把手，所有金屬設備都要接受我和同事們的排查。我們需要觀察火電機組材料的運行狀態，檢查整個機組的金屬設備是否有缺陷、損傷或失效的隱患。這可是攸關安全與經濟的大事兒，在60 米高的鍋爐頂上工作，可沒想象中那么容易。

我第一次爬上鍋爐時，就被60 米的高空嚇得膽戰心驚。我的腳下是網狀格柵板，透過網格看向地面，視線所及的房子和人，鐵路和汽車，都變成了樂高模型般的迷你小塊。風從四面八方吹來，我踏著晃晃悠悠的網狀格柵板，整個人仿佛走在摩天輪上。我只想用手捂住眼睛，哪還有心思去檢查鍋爐設備的問題。

當時，前輩見我臉色發白，便在我耳邊不停地叮囑：“不要往下看，往上看！”我控制住兩腿的顫抖，放下捂眼睛的雙手，不去想腳底下凌空的畫面，游離的魂魄這才勉強回到體內。不過，時間是最好的陪練員，沒個把月，我就從“步步驚心”變成了“閑庭信步”。爬上鍋爐勘查作業，比走在自家樓道里還自然愜意。

“恐高”的障礙克服了，下一步就要檢查機組的每一處細節。孫悟空在煉丹爐里練出了一雙“火眼金睛”，我們也在鍋爐里苦練神功，成了發電機組的活體“照妖鏡”。記得我第一次進鍋爐內部檢查，十幾米高的鋼管矗立在眼前，就像一片茂密的黑色竹林。我和同事在這片鋼鐵叢林中攀著臨時搭好的架子穿行，一處一處地檢查鋼管有沒有腐蝕痕跡、煙氣磨損或裂紋，每一處缺陷都要記錄在案，并提出處理意見。萬一有缺陷未被查出，造成管道泄漏，導致發電機組停止運作，會損失上千萬元。

光靠一雙肉眼還不夠，有些細微的問題并非目力所能及，給鍋爐做“體檢”還需要啟用專業超聲波、射線設備。很多時候，我們都戲稱自己是金屬材料的“醫生”：醫院里的醫生用B 超，我們用A 超；醫院用CT，我們用RT——都是使用超聲波或者射線去尋找“病人”身體里的病灶。當然，我們的“病人”是個龐然大物，有60 米高呢！

發電廠還建有一個暗室，專門拿來洗用射線拍出的照片。我的前輩說，這么多年歷練下來，他洗照片的手藝可不比專業照相師差。沒想到吧，成為一名金屬材料工程師，還得十八般武藝樣樣精通。

在顯微鏡下看清金屬“細胞”

離開60 米高空時，工程師還會從鍋爐上提取樣品，把樣品帶回實驗室進行更細致的檢查。為了排查材料的老化失效隱患，我和同事們會長時間地泡在實驗室里，利用光學顯微鏡、電子顯微鏡、掃描電鏡、光譜儀、力學試驗機、高溫爐等更先進的設備，檢測樣品的宏觀形貌、金相組織和力學性能。

如果說射線照相是為了發現病灶，那么把金屬拿到顯微鏡下觀察，則是為了看清金屬的“細胞”和“血管”。我們都知道，動物和植物是由細胞組成的，在顯微鏡下，人們可以看到細胞緊密排列成組織。同樣地，金屬在顯微鏡下也呈現出“細胞”結構，它們緊密排列，形成金屬的“組織”。工程師用不同級別的砂紙均勻打磨，然后用金剛石研磨液拋光，最后用硝酸酒精或者氯化鐵溶液腐蝕，得到的就是金相樣品了。

圖_朱大鳳

用顯微鏡觀察樣品，就能進入一個奇妙的微觀金屬世界。不同金屬有不同組織，有的是白色等軸多邊形，一個連著一個，像是不規則的棋盤；有的黑白相間，如同圍棋的棋子；有的像連綿不斷的柱子；有的像起舞的羽毛。不同組織也有自己的名字，比如45 鋼的金相組織是鐵素體，T91 鋼的金相組織是馬氏體，316L 不銹鋼的組織是奧氏體。通過顯微鏡觀察不同的金相組織，就可以判斷這個材料的性能，是否發生了老化，是否還能在鍋爐等設備中正常使用。

除此之外，掃描電鏡能帶你進入十萬倍放大的世界，我們用它對金屬進行成分掃描。通過發射電子擊打金屬表面，可以測得每一片區域的元素分布；通過掃描電鏡下的景深觀察，可以判斷斷裂面的形貌，酒杯狀花樣代表材料韌性好，而人字紋、河流狀花樣則代表材料發生解離脆性斷裂。通過人字紋的形態走向，我們可以尋找到裂紋的初始點，從而更好地診斷金屬的老廢問題。

學習金屬材料專業，你將會同時感受到大和小的魅力：既要在60 米的高空為巨型鍋爐做體檢，也要在10 萬倍的顯微鏡下仔細觀察。一名金屬材料工程師有時候也像一位“偵探”，對樣品做實驗就像“破案”——我們通過各種儀器檢測，發現種種線索，最終找到導致問題發生的“真兇”。

材料工程師的“職業病”

每個男孩在童年時，都愛盯著路邊的漂亮汽車看個不停。鋼水是如何凝固成鋼錠、軋制成鋼板，再被沖壓成流線型光亮車身的……千變萬化的材料工藝，是我對金屬材料專業的興趣由來，報考大學時，我也毫不猶豫地選擇了材料成型及控制工程專業，為的就是了解材料背后的神奇奧秘。

衣食住行、信息溝通、能源供應，人類社會的發展借助于形形色色的材料載體來實現。人們從早期利用天然材料如泥土燒陶，伐木采石建屋，到后來創造金屬、水泥與混凝土等人工材料，材料的創新更迭也造就了更美好的現代生活。

就我個人的生活經歷來看，在材料領域工作時間長了，會患上有趣的“職業病”。買個鍋，買個保溫杯，都要先看看牌號是304還是316L，這些數字代表了不銹鋼的精煉度。一般來說，日常使用的不銹鋼產品里，數字越大，精煉度也就越好，對于我們金屬專業人士來說，“顏值”抵不上“材料”重要。

我的一位同事在閑聊時說起她新買了一根玫瑰金項鏈，但仔細查看后發覺手感和光澤都不太對勁。我們拿來觀察一番，有人說是鍍金的，有人說根本不是貴金屬，最后我拿來手持式光譜儀檢測——90%的銅和10%的鋅。大家紛紛支持她把檢測結果拍下來去找賣家維權，這件事至今仍是我們實驗室的趣聞。

正是我們這樣一批年輕盡職的金屬材料工程師，在笑談間為城市電力保駕護航。璀璨的城市天際線、溫暖的萬家燈火，我知道，那里有一束光芒來自60 米高空之上的我們。

專業面對面

人類存在于物質世界，我們目之所及、手之所觸，都是性能不同的各種材料。從挖泥燒陶、伐木采石，到大量使用金屬、混凝土等現代材料，社會的發展離不開對材料的探索與利用。關于材料成型及控制工程專業的更多內容，讓我們來聽聽老師和學長學姐的分享吧。

材料成型及控制工程

本科專業代碼：080203

本專業學生需學習理論力學、材料力學、電工電子技術、自動控制原理、微機原理與接口、軟件語言程序設計等專業基礎課程，而后學習材料科學與工程基礎、材料成型原理、機械原理與機械設計、測試技術、結構有限元分析、機器人傳感視覺與控制等專業課程，以掌握各種材料性能，以及對加工設備的自動控制編程以及對成型模具的設計與改進的綜合能力。

本專業就業領域非常寬廣，有材料研發與制造的科研單位，有芯片制造、檢測與電子封裝行業，有汽車、飛機與船舶制造業，還有能源電力行業、機械加工制造與銷售業，學生亦可從事工業管理和公共管理工作。

專業基礎或核心課程（如理論力學、材料科學基礎等）為“不走班”模式，專業選修課程（如納米技術、復合材料等）為“走班制”模式。材料專業所涉知識面廣，方向眾多，一般由多名教授在線上和線下講解相關專業知識、理論及近期學術前沿進展概況。同時，該專業對實踐能力要求較高，需要學生到實驗室實操演練。如果選擇到老師的課題組學習，還能享有導師一對一輔導的福利。

現為武漢大學材料系書記、系副主任、副教授

碩士畢業于武漢大學材料系，現為武漢大學動力與機械學院教師