王國棟院士：“我可以為了國家的鋼鐵工業舍出一切”

本刊記者 劉家貽

鋼鐵行業支撐著我國國民經濟快速發展，是我國經濟社會又好又快發展的重要保證。鋼鐵工業的成長壯大，促進了造船、機電、汽車等國民經濟各行業的迅速發展，推動了我國現代化建設。我國是經濟迅速崛起的發展中國家，持續穩定地生產低成本、高質量鋼鐵產品與掌握石油、糧食等戰略資源具有同等重要的地位。

王國棟院士是我國鋼鐵領域的開拓者，在“超級鋼”這一群雄逐鹿的科研戰場，他引領團隊走在國際前列。他用智慧把“鋼鐵”鍛造成通往科學殿堂的階梯，留給了后來的攀登者。鋼鐵是他目之所及，心之所想，他是科技界的國之棟梁，他讓世界見證了中國的力量。

“我這一生和鋼鐵結下了不解之緣”

1950年，幼年的王國棟隨著父母由大連來到鞍山，一直到1961年，在鞍山讀完了小學和中學。這個時期，鞍山是中國名副其實的鋼都，鞍鋼承擔我國大部分鋼鐵的生產任務，又不斷向全國新建的鋼鐵廠輸送技術和人才。在這個以鋼鐵為主旋律的大環境下，耳濡目染，在王國棟幼小的心靈中，已經種下了鋼鐵情結。

鞍鋼的“大型”、“無縫”、“七高爐”是共和國的驕傲，也是王國棟幼小心中崇高的殿堂；王崇倫和他的萬能工具胎，張明山和他的反圍盤，恰似《西游記》中齊天大圣和他手中的金箍棒一樣令幼時的王國棟心馳神往。

到了1958年，在當時建設的“共青團工程”——鞍鋼冷軋廠的建設工地上，他第一次為鞍鋼的建設灑下汗水，同時也第一次領略了鋼鐵廠的恢宏氣勢和國家對鋼鐵的渴求。然而，在這一次次的接觸中，鋼鐵廠那滾滾的煙塵、上千度的高溫、震耳欲聾的轟鳴，也在他的心中引起一絲膽怯和畏懼。他明白了在恢宏氣勢的后面是艱苦和困難，在國家需求的后面則是犧牲和奉獻。

1961年，王國棟面臨著的一生中的第一次重大抉擇：高考選擇什么專業？是當時比較時髦的機電，還是“傻大黑粗”的鋼鐵？王國棟的母親是鞍鋼教育處負責職工教育的工作人員，她幾乎走遍了鞍鋼每一個基層廠礦，母親的一句話決定了他的一生。她說：要學習主體專業，鋼鐵專業是鋼鐵企業的主體。就這樣，王國棟被當時的東北工學院鋼鐵冶金系鋼鐵壓力加工專業錄取了。按照當時的情況，這意味著他將和鋼鐵相伴，走完今后的人生旅程。

五年的大學生活，他逐漸認識了鋼鐵和鋼鐵的生產過程。在鞍鋼——當時我國最先進的鋼鐵工業基地，他們隨著師傅，操作轟鳴的軋機，像揉面一樣將鋼錠變成鋼材，軋機是那樣的巨大，那樣的威力無窮；他們又隨著老師，卡量鋼材的尺寸，觀察鋼材的組織，它是那樣的細微，又是那樣的精密。巨大與細微，粗壯和精密，就這樣統一在軋制過程之中。

五年的大學生活，還有另一個令王國棟神魂顛倒的領地，那就是書刊的世界。藏書豐富的學校圖書館和全國最大的鋼鐵方面的圖書館——鞍鋼圖書館，沈陽太原街新華書店樓上那個專門出售影印圖書的神秘的內居書店，為他打開了一個個絢麗多彩的窗口。透過這些窗口，他看到了世界鋼鐵的發展，世界軋制技術的發展。

1966年，當他們快要畢業的時候，文革開始了。兩年之后，他被分配到鞍鋼小型廠，一干就是10年，直到文革結束。鞍鋼小型廠，主要生產螺紋鋼和焊管用帶鋼，還有一部分周期斷面型材。在整個鋼鐵行業里，小型廠缺少的是“大”，談不上宏偉和壯觀，倒是“傻、黑、粗”特點鮮明，生產條件最為艱苦，危險性最大。他也和師傅一樣倒班、夾鉗、換輥。上班8小時，20分鐘操作，20分鐘休息。夏日里，勞動服浸透的汗水和空氣里的氧化鐵皮混合在一起，變成了灰紅色，散發著酸臭味；數九寒冬，仍舊是一身單衣，“火烤胸前暖，風吹背后寒”。下班的時候，唯有牙齒和眼睛可以看到白色，他們成了地道的“黑人”。

軋機在轟鳴運轉，軋件在往返穿梭，在這不斷重復但又充滿變化的運動中，書本上學習的知識，變成了活生生的現實。王國棟不僅逐漸理解了金屬變形的規律和軋機工作的原理，也發現了生產中存在的問題和設備的缺陷。現在回憶起來，他非常珍惜在鞍鋼小型廠工作這十年，這段經歷使王國棟對自己有了比較深刻的認識，對鋼鐵工業、鋼鐵廠、鋼鐵工人有了深層次的了解。他說，“盡管我年青稚嫩，但是還有潛力，只要好好把握，可以有所作為。我國鋼鐵工業還很落后，鋼鐵廠需要我，鋼鐵工業需要我，鋼鐵工人需要我。我有責任為我國鋼鐵工業的崛起貢獻自己微薄的力量。鋼鐵的情結在這里升華為責任。”

文化大革命結束后，祖國迎來了“科學的春天”。這時，王國棟在鞍鋼工作也已經快10年了，10年的積累和沉淀，使他明白了3件事：世界的鋼鐵工業－祖國的鋼鐵工業－自己。“我真希望能夠以更廣闊的視角，站在更高的高度，來考慮我們國家的軋制技術。”

1978年，王國棟的強烈的學習愿望終于實現了，考取了北京鋼鐵研究總院壓力加工專業碩士研究生，師從于著名的軋鋼專家張樹堂教授。王國棟的研究課題是當時國際上最熱門、而國內剛剛起步的板形問題。按照老師的指導，他到當時國內鋼鐵業設備、工藝技術最先進的武鋼1700冷、熱連軋機進行調研和合作研究。“大型化、連續化、自動化”這些科技文獻中描述現代軋制技術的最美麗的詞匯，在武鋼已經成為我們可以看得見、摸得著得現實。“這些鋼鐵工業設備、工藝確實很好，但是，這是人家的。什么時候我們中國能有自己的技術、自己的設備？我知道這需要一個過程，但是，我們的任務是加速這個過程。”王國棟說。

因此，他結合武鋼的實際，利用當時最先進的TQ16計算機和鋼研院先進的軋制設備進行大量的理論分析和實驗，提出了計算軋輥彈性變形的矩陣方法，建立了系統的軋輥彈性變形計算軟件；他們把雙階梯輥改善板形的方法，應用于上鋼一廠的生產實際。1986年出版的王國棟的第一部專著《板形控制和板形理論》，就是總結這個時期的工作寫成的。畢業后，在導師和母校老師的推薦下，他回到了闊別十多年的母校任教。他相信，在東北工學院這片廣闊、自由的學術天空中，會飛得更高，更遠，圓他的鋼鐵強國之夢。

回到學校以后，他努力向師長和同事們學習，從最基礎的帶實習、助課、帶實驗開始，開始了自己的教學生涯。“盡管我的教學也得到了學生們的認可，我對自己的教學并不滿意。我自己知道，我對鋼鐵、對中國的鋼鐵、對世界的鋼鐵那些有限的知識，還是難于滿足嗷嗷待哺的學生們的需要。”王國棟如是說。

因此，1984年，他們來到離學校最近的本鋼，先在國產設備上開展工作。1987年、1989年寶鋼引進的2030冷連軋機和2050熱連軋機相繼竣工投產，他們又揮師南下，來到寶鋼，開始了對引進設備的消化、吸收和再創新。王國棟和課題組的老師、研究生們長期生活在寶鋼，與寶鋼的同志們一起，重點消化寶鋼引進的關鍵的冷熱連軋機的核心技術，特別是過程機計算機控制軟件。

經過2年多的時間，他們不僅掌握了引進的模型和軟件，而且自己編制了大型模擬分析軟件，可以依照自己的需要進行軋制過程的模擬分析計算。通過這段時間的工作，他們逐漸領悟到了當代軋制技術的豐富內涵，開始觸摸到當代軋制技術的核心，已經站在一個新的起跑線上。

轉戰南北，走遍中華，引進軋機確實是看起來賞心悅目，用起來得心應手。但是，軋機上的標志著“SMS”、“三菱”的標牌給王國棟提出了嚴峻的問題：什么時候我們才有自己的核心技術，什么時候我們才有自己的品牌？我們要想成為真正的鋼鐵強國，必須走出自己的路！

他從小軋機開始，工藝、機械、液壓、自動化，各個學科交叉合作，由小到大，由弱到強，走自主創新的道路。他們先開發了350四輥熱連軋機，接著是450四輥熱連軋機，一步步走上了國民經濟的主戰場。1998年，得到首鋼領導和同志們的支持，他們第一次承擔大型中厚板軋機的改造任務，在引進的二手精軋機上增設液壓AGC系統。緊接著，首鋼決定新建3500mm軋機，工程總投資6億多元。

這臺軋機的所有參數都達到了當時我國之最，是當時我國自己制造的最大的強力型軋機。利用這臺強力軋機和先進的控制冷卻系統，開發了具有我國特色的TMCP、平面形狀控制、厚度自動控制、板凸度和板形自動控制等多種關鍵技術，實現了中厚板軋機的自主集成和創新。多少年來，利用我們中國人的雙手建設現代化重型軋機的夢想終于成為現實，他和同志們在第一塊鋼軋出的時候，都流出了喜悅的淚水。隨后，他們開發的技術又應用到南京中板、鞍鋼中板等8家中厚板廠。2004年，又跨出國門，輸出到越南，走向了世界。

將超級鋼全面地推向了國民經濟主戰場

1998年，國家重大基礎研究計劃項目（“973”項目）“新一代鋼鐵材料的重大基礎研究”立項了，王國棟實驗室承擔了其中一個課題“軋制過程中實現晶粒細化的基礎研究”，任務是通過細化晶粒等手段，開發出原型鋼，使現有200MPa級別的普碳鋼在成分基本不變的條件下屈服強度提高一倍，并具有良好的塑性和韌性。

在國際上，日本、韓國相繼于1997年和1998年啟動了面向21世紀的結構材料研究計劃，他們在前5年主要的研究目標是探究晶粒細化的極限。為此，他們采取各種不同的技術路線和研究方法，目標是將晶粒細化到1μ以下。接到課題任務后，他們首先到我國最先進的熱帶軋機寶鋼2050生產現場，拜訪老朋友，進行大量調研，同時，又與寶鋼一起，到汽車廠調研，認真考慮用戶對材料綜合性能的要求。他們決定不追隨國外追求晶粒細化極限的潮流，將研究的重點定位在現有工業條件下能夠實現軋制和產品能夠實際應用的目標上，提出了晶粒適度細化的概念，以及細晶強化與相變強化相結合的強化方式，將研究的重點放在軋制之后的控制冷卻上。在這種思想的指導下，經過近1年的實驗室研究，他們拿出了細晶化的超級鋼原型鋼，性能基本達到要求，并從中摸索出生產這種超級鋼的軋制、冷卻工藝窗口。

然而，這只是第一步。由實驗室走到工廠，進行工業實驗，在現有的軋機上軋制超級鋼，他們面臨著巨大風險和難度。寶鋼2050軋機是德國進口的，是當時國內唯一的一套先進水平的軋機，它處于寶鋼整個工藝流程的最關鍵的咽喉部位，前面煉鐵、煉鋼、連鑄工序生產出來的鋼坯，由這套軋機軋制成熱軋板卷，再供應后面的冷軋等工序或者直接供應用戶。在寶鋼這樣的大型聯合鋼鐵企業中，熱連軋機出現的任何一點點閃失，都將直接影響到寶鋼的全局，給企業造成不可估量的損失。要在這套軋機上軋制從未生產過的超級鋼，風險可想而知。

其次，是實驗的難度。如何依據實驗室的實驗結果，在寶鋼工業軋機允許的范圍內，對工業軋制規程進行合理、可行的改進，利用同樣的材料生產強度翻番的產品，是擺在他們面前的又一道難題。

最后，是實驗的成本。實驗用的鋼卷，每卷重達30噸，價值十幾萬元，軋制之后要裁剪開來，進行各種性能的測試。每次軋制幾卷，材料成本就是一筆大開銷。而為此花費的軋機運行成本、人工成本比材料成本還要多幾倍。

王國棟院士團隊詳細地分析了在實驗室中獲得的大量實測數據，并依據這些數據進行在工業軋機上軋制的模擬分析和計算，研究在工業軋機上軋制超級鋼過程中材料組織、性能演變的規律，計算軋機在用新規程軋制超級鋼時可能承擔的軋制力、軋制力矩、主電機功率等關鍵參數，將所有可能出現的問題和現場工程技術人員的疑慮都一一分析，逐個解決。同時，他們充分的吸收現場工程技術人員的意見，反復修改實驗方案，力爭拿出現場滿意的最優的軋制工藝規程。

那段時間，王國棟穿梭于實驗室和寶鋼之間，在實驗室是實驗、分析、計算，在現場則是調研，召開座談會，舉行學術討論，制定實驗方案。寶鋼的領導和現場的工程技術人員一致支持利用寶鋼先進的軋機，進行大規模的工業實驗，在實驗條件、實驗材料、資金等各個方面給予強力支持。1999年9月，在寶鋼2050熱連軋機上進行了SS400鋼細化晶粒的第一次現場軋制實驗，這是世界上第一次用工業化的軋機軋制超級鋼的實驗。當板卷通過轟鳴的軋機和冷卻系統，最后在卷取機上成卷時，課題組的同志和現場的工程技術人員緊緊擁抱在一起，歡呼雀躍。事后進行的檢驗結果提供了工業軋制帶鋼的性能，為下一步的工業實驗和生產提供了詳實的第一手資料。

在隨后的多次工業實驗中，數據顯示的結果一直朝著預期的方向發展。終于2000年10月，第3次工業實驗中，在材力試驗機的計算機屏幕上，良好的曲線清晰地顯示在人們面前，力學性能檢驗結果全面達標，成功了！多年的努力終于取得了勝利。當初立項時的研究目標是5年獲得原型鋼，而他們只用了不到2年就拿出了工業生產的板卷。接著，在長春第一汽車集團公司用400MPa超級鋼代替B510制造平頭貨車發動機前懸置梁，沖壓3000件，無一廢品。之后，這項板材超級鋼生產技術又推廣到本鋼、鞍鋼。2003年，一汽集團公司正式將400MPa級超級鋼列入公司標準。隨后，重點實驗室又繼續前進，在超級鋼線材、棒材、中厚板等方面取得突破，將超級鋼全面地推向了國民經濟主戰場。

400MPa級超級鋼開發成功，但是王國棟的腳步并沒有停歇。他把眼光放到了更大、更遠的地方，那就是在新型工業化我國鋼鐵工業應當如何應對資源、能源、環境的壓力，實現生態化的發展，走減量化、低碳化、數字化的道路，我國的鋼鐵工業和生產的鋼鐵產品如何實現整體升級換代。因此，王國棟和他的團隊，抓住了鋼材生產中的最關鍵的問題，即控制軋制和控制冷卻，采取工藝、裝備（含自動化）、產品和服務一體化的創新，提出了新一代控軋控冷的理論與調控方法，開發了新一代控軋控冷的關鍵裝備——超快速冷卻系統，綜合利用細晶強化、析出強化、相變強化等物理冶金手段，對鋼材的組織和性能進行精細調控，獲得優良的綜合性能，開發出新一代的減量化的鋼鐵產品，有力地推動了我國鋼鐵材料的更新換代。至今，這項工作已經開展將近十年，從艱難的第一臺套的試用，到如今得到行業的認可、在板管型線各類生產線大面積推廣，再到這項技術載入國家政府部門的多個重要文件，其中酸甜苦辣，五味雜陳。但是，令王國棟感到欣慰的是，采用這些減量化技術，不僅可以為生產企業和用戶帶來巨大的經濟效益，而且由于不使用或較少使用昂貴的合金元素，可以非常有效地降低資源消耗，同時廢鋼容易回收再利用，減輕了環境壓力，對于國民經濟全面、協調、可持續發展具有重要意義。在這里，鋼鐵情結轉化為巨大的動力，支撐他們不斷向前。

1989年，我國決定利用世界銀行貸款建設一批國家重點實驗室。王國棟所在的軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室就是在原東北大學軋鋼實驗室的基礎上，利用世界銀行貸款建設起來的。國家重點實驗室建設項目于1989年立項，1991年開始動工興建，1995年建成并于同年12月9日正式通過國家驗收。實驗室建設期間，王國棟擔任實驗室副主任，1996年10月至2004年8月，他開始擔任國家重點實驗室的主任。

建設鋼鐵強國需要有研究手段，即建立學科研究平臺。在實驗室建設當初，王國棟就立下的目標，建立國際一流的、具有特色的軋制技術科學研究公共平臺。這些平臺既可以進行深入理論分析，又符合實際生產需要。經過十幾年建設過程的積累，這個平臺的輪廓在他的心中逐漸清晰起來。

“最近幾年，我們實驗室自己動手，開發大型實驗儀器裝備，例如熱軋實驗軋機、冷軋實驗軋機、熱力模擬試驗機、連續退火模擬試驗機、疲勞試驗機等。這些自制設備和購置的儀器、儀表組成了我們的研究平臺，它包括金屬材料塑性加工模擬分析平臺、材料組織結構分析研究平臺、力學性能測試分析平臺、工業自動化系統調試分析平臺。有了這些平臺，我們可以進行新一代鋼鐵材料的源頭創新，也可以進行成果的轉化，實驗室的同志們有了創新的巨大空間。我們還將這些平臺設備輸出到企業，為鋼鐵企業技術中心的開發工作提供了強力手段，支撐了企業的自主創新。”王國棟說。

“與此同時，我們還要看到，軋制技術還遠遠沒有滿足社會的需求，它的排放，它的消耗，他對環境的負面影響，在刺痛我們的心，在激勵我們開展創新研究。軋制過程要實現減量化，軋制產品要實現高級化，軋制與環境要實現和諧化，而智能化、信息化則是這一進程中極為重要的支撐。在這種新的形勢下，為了適應社會發展的新要求，鋼鐵軋制過程必須進行脫胎換骨的改造，需要重新再造一個全新的節約型、低成本、減量化的綠色鋼鐵軋制過程，這個全新的過程應當能夠適應節省資源和能源、減少排放、環境友好、性能優良這一新時代的新要求。從這一角度考慮，軋制技術又十分年青，稱鋼鐵材料為“新材料”也并不為過。“

今天比以往任何時候都要突出現代軋制技術綠色化特征，著力圍繞“高精度成形、高性能成性、減量化成分設計、減排放清潔工藝”開展創新研究，解決一批前沿、戰略問題和關鍵、共性問題，推進我國軋制技術的發展，在世界軋制技術的發展中，留下中國人的印記將是我國軋制科技工作者長期、艱巨而且光榮的任務。

“為伊消得人憔悴，衣帶漸寬終不悔”，為了刻骨銘心的鋼鐵情結，為了國家鋼鐵工業的發展，72歲的他，依然戰斗在第一線，不曾停歇。