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我們如何打造高質化鋼?
專訪中國工程院院士,東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室教授、博士生導師王國棟

2021-07-15 23:41:00

中國冶金報 中國鋼鐵新聞網(wǎng)
記者 孫正平
 
  “將來研發(fā)的一定是節(jié)省資源、節(jié)省能源,減少甚至沒有有害排放,而且是高質量的,能滿足我們未來發(fā)展需求的新型鋼鐵材料。因此,這些鋼材本身必須具有高質量、高性能、減量化、低成本、長壽命、易循環(huán)等特點,而它們的生產(chǎn)過程一定是低排放、低消耗、節(jié)約型的。隨著社會的發(fā)展和進步,未來的鋼鐵材料應當不斷根據(jù)社會發(fā)展需求,被賦予諸多新的性能,滿足社會需求,引領社會不斷發(fā)展?!?月21日,在由中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會主辦,沙鋼集團、中國寶武、鞍鋼集團、首鋼集團、中信泰富特鋼協(xié)辦,中國冶金報社承辦的全國鋼鐵行業(yè)慶祝建黨100周年座談會上,中國工程院院士、東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室教授、博士生導師王國棟在接受《中國冶金報》記者專訪時表示。
圖為王國棟院士正在接受本報記者采訪。(代鑫/攝)
  那么,我們如何打造高質化鋼?王國棟從以下幾方面談了他的看法。
  開發(fā)獨有技術,中國鋼材才可以獨步天下
  我國經(jīng)濟社會的發(fā)展離不開科學技術的不斷進步,當前的科學技術解決方案非常需要增強創(chuàng)新這個第一動力。習近平總書記在出席兩院院士大會暨中國科協(xié)第十次全國代表大會上發(fā)表重要講話時表示:“科技立則民族立,科技強則國家強?!?/div>
  王國棟院士認為,首先我們得有習近平總書記說的這種自立自強精神。我們面對的是發(fā)展日新月異、一日千里的世界科技前沿,是世界第二大經(jīng)濟體的國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場,是一個由一窮二白向世界科技強國發(fā)展的重大國家需求,是占世界70億人口20%的人民的生命健康。我們干的是前景廣闊的偉大事業(yè)。我們的發(fā)展進步必須建立在自主創(chuàng)新、奮發(fā)圖強、艱苦奮斗的基點上。我們必須丟掉幻想,下決心苦干、實干,靠我們自己的力量在無人區(qū)中開辟出一片新天地,在崎嶇小路上奮力前行,登上光輝的頂點。我們鋼鐵產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)新工藝的建立,是國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場上的局部戰(zhàn)役,但是道理都是一樣的。我們要根據(jù)國家的需要、利用我們自己的力量,自立自強,“自己動手”“豐衣足食”,來滿足國家的需求。
  “我們要樹立自立自強的精神,才能不斷進行研究、創(chuàng)新?,F(xiàn)代技術的創(chuàng)新,不是一個單位或一個人有本事就行,必須發(fā)揮我們社會主義制度的優(yōu)越性,匯聚資源,匯聚人才,行業(yè)上協(xié)同,學科上交叉,產(chǎn)學研深度融合,工藝、裝備、產(chǎn)品、服務一體化創(chuàng)新。綜合起來,我們稱作為資源的‘4個維度’的匯聚?!蓖鯂鴹澰菏空f道,要促進產(chǎn)學研用深度融合,這樣我們社會主義制度優(yōu)越性、集中力量辦大事的能力就會更好地發(fā)揮出來。
  那么,什么樣的產(chǎn)品才能稱之為高質化產(chǎn)品呢?我們需要怎么打造呢?王國棟院士說,日本人說了一個,Number one(第一) 和 Only one(唯一),就是“大家都有的產(chǎn)品,我的最好,我是第一;別人沒有,我們有,我是唯一”。也就是說,我們做的產(chǎn)品不僅滿足了需求,而相比較而言,產(chǎn)品是最好的。這不一定非得是高端產(chǎn)品,普通產(chǎn)品也有這個問題。就看你和別人比,你是不是最好的,是不是頂尖的。這是我們打造高質化產(chǎn)品重要的一點。
  “比如說低溫壓力容器用鋼,液化天然氣(LNG)儲罐用鋼,通常稱為9鎳鋼,要求在-196攝氏度下具有良好的沖擊韌性。這種鋼與我國的能源儲備關系密切。開始的時候,我們不會做,向國外購買,不能按期供貨,而且價格非常高。別人有不如自己有。南鋼和高校合作,決定自己開發(fā)。我們開始跟跑,經(jīng)過幾年的努力,9鎳鋼終于開發(fā)出來了。后來國外開始開發(fā)7鎳鋼代替9鎳鋼。我們就又繼續(xù)合作,攻低鎳鋼?,F(xiàn)在我們通過“十三五”攻關,開發(fā)了獨有的生產(chǎn)工藝和熱處理裝備,開發(fā)成功6.5鎳低溫壓力容器用鋼,滿足了LNG儲罐用鋼的需求。減了2.5個鎳,一個鎳1000多元錢,成本大大降低了?!蓖鯂鴹澰菏空f道。這是一種制造LNG儲罐的低溫壓力容器用鋼,還有一種是制造LNG船用的低溫壓力容器用鋼。LNG運輸船用的儲罐必須頻繁地承受室溫至-162攝氏度裝載卸載,即可以抗溫差變形,因此必須具有更優(yōu)的抗超低溫低周疲勞性能。用這種無鎳高錳鋼(18%-24%Mn)替代9Ni鋼制作船用LNG儲罐,性能更好,成本只相當于含3%-4%鎳的鎳鋼,用于船用LNG儲罐可以節(jié)約成本,提高船用儲罐質量。“十三五”項目聯(lián)合攻關,已經(jīng)完成了這個項目,取得了振奮人心的成果,現(xiàn)在正在產(chǎn)業(yè)化,今年底將投用。
  用自主核心技術服務到用戶心坎上去
  產(chǎn)品研發(fā)力的提升與客戶服務有何聯(lián)系?企業(yè)該如何做好服務才能使客戶滿意?
  習近平總書記曾明確提出,深化科技體制改革,建立以企業(yè)為主體、市場為導向、產(chǎn)學研深度融合的技術創(chuàng)新體系。
  王國棟院士認為,作為搞研究工作的同志必須深入實際,像習近平總書記講的,要產(chǎn)學研深度融合。原來叫產(chǎn)學研結合,后來叫深度融合。我們怎么和企業(yè)深度融合呢?就是你和企業(yè)分不開了。你到企業(yè)里去,企業(yè)提出需求,你和企業(yè)一起,按著企業(yè)的需求去做,遇到問題了你可以和企業(yè)的技術人員、工人一塊去切磋交流、研究設計,不斷創(chuàng)新和改進。這就是現(xiàn)在我們講的轉化。我們研究從哪里來?問題的答案只能是:從企業(yè)來,從市場上來,從實踐中來。我們把這些問題整理出來,在實驗室研究,在鋼廠研究。很多問題涉及重要基礎和應用基礎,我們就要運用基本的理論解釋現(xiàn)象,提出新的原理和方法。基礎問題解決了,我們還要開展應用研究,提出新的工藝方法和裝備設計。經(jīng)過不斷的研究和改進,最終研究的裝備用到了生產(chǎn)線上,工藝技術成為了規(guī)程和標準,產(chǎn)品源源不斷地用到國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場,眾多的廠家找上門來,要采用你的技術,這才算解決了問題。也就是說,如果我們的問題找對了,又能夠和企業(yè)一起來解決這些問題,能夠提供市場需要的產(chǎn)品,你的技術肯定會受到企業(yè)的歡迎。這就是市場為導向,這就是重大需求為牽引。有了這個導向和牽引,成果就不愁轉化了。
  “轉化的問題,關鍵是在于你做的時候,知道為什么去做這個事。你如果真的按企業(yè)需求做去,產(chǎn)品做好了,企業(yè)那邊正等著你的米‘下鍋’呢,你給送來了,這不馬上就轉化了嗎?”王國棟院士提到,轉不轉化,重要之點在于你開始的時候,必須是按照企業(yè)的重大需求,按照市場的重大需求去做研究,和企業(yè)的同志們一起尋找問題的答案,這肯定能完成高水平的研究,獲得高水平的成果。
  “高強、超高強工程機械用鋼、耐磨鋼等的開發(fā)都是這個情況?!蓖鯂鴹澰菏空f,“我國大搞基礎設施建設,必須有國際領先的工程機械用鋼和高端耐磨鋼,但是我國既沒有生產(chǎn)裝備,也沒有生產(chǎn)技術,根本不能生產(chǎn),只能依靠國外,花幾倍高的價錢去購買,而且供不應求,時常斷貨。關鍵核心技術和裝備沒掌握在自己手里,那滋味別提多難受了。”
  這種情況機械工程裝備制造企業(yè)體會最深,而鋼鐵廠的同志們看在眼里,痛在心頭,深深自責。太鋼、南鋼、漣鋼等一批企業(yè),對熱處理工藝技術和裝備可以用“望眼欲穿”來形容。他們一只手拉著院校,另一只手拉著下游用戶,決心大家協(xié)同起來,開發(fā)我們自己的高強、超高強鋼板熱處理設備和生產(chǎn)工藝技術。經(jīng)過十幾年產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同創(chuàng)新,最薄生產(chǎn)1.5毫米高強鋼板熱處理裝備制造出來了,最高級別的高強鋼板開發(fā)出來了。接著,這個產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新團隊,又與自動裝卸卡車廠、三一重工和中聯(lián)重科等工程機械廠、鄭煤機等煤礦機械企業(yè)合作,開發(fā)出各種國際一流、國家急需的工程機械,各種輕型超長臂吊車、輕量化的自動裝卸卡車、高耐磨鏟斗等高端工程機械工作在我國的廣袤的土地上、礦山里、煤井下,并走出國門,在“一帶一路”建設中大顯身手,為國爭光。這就是需求驅動創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新的結果。
  求人不如求己,有了自己的核心技術,一切都有了!這是真理!
  與時俱進,走在世界鋼鐵科技前端
  如何實現(xiàn)與時俱進,走在世界鋼鐵科技的前端?
  王國棟院士表示,要技術創(chuàng)新,就得盯住兩個問題,一是主戰(zhàn)場生產(chǎn)中提出的難題,另外一個是看國際上的發(fā)展趨勢。有了這兩者以后,我們再根據(jù)自己的情況確定我們的工作目標。我們的目標肯定要解決生產(chǎn)中的問題,要領先于國際的發(fā)展水平。只要鋼廠機器轉,必定會有新問題;只要世界在進步,國際前沿就不斷向前延伸。因此,我們的目標就必須不斷改變,向更高水平提升,向更前沿拓展。這就是與時俱進。
  “熱沖壓用鋼是目前國際、國內汽車輕量化材料的熱點。早期的沖壓用鋼強度不高,易成形,可保證成形精度,故采用冷沖壓成形。但是隨著汽車輕量化的發(fā)展,大力開發(fā)高強鋼和超高強鋼,這就是現(xiàn)在所說的吉帕鋼。由于高強鋼沖壓負荷大,成形困難,設備和工具的工作條件很差,產(chǎn)品成形精度也極難保證。人們需要新的成形方式,這就是熱沖壓。工件需要加熱到800-900攝氏度沖壓,沖壓負荷低,成形容易,精度高,沖后冷卻淬火,可以得到1500兆帕甚至2000兆帕以上的超高強鋼。熱成形用鋼受到零件生產(chǎn)者的青睞,逐漸成為高強沖壓件的主流生產(chǎn)方式。我們實驗室易紅亮教授與本鋼、馬鋼、鞍鋼等企業(yè)結合,世界首發(fā)2吉帕熱沖壓鋼,滿足客戶的迫切需求。但是熱沖壓用鋼的涂層技術,成為阻止材料推廣應用的攔路虎。國際上一個公司有涂層技術專利,用此技術,1噸鋼得交1500元錢專利費。因此,易教授團隊又與企業(yè)合作,開發(fā)熱沖壓用鋼的涂層技術。目前技術已經(jīng)開發(fā)成功,產(chǎn)品已經(jīng)通過了國內外著名汽車廠商的認證。該技術控制涂層工藝,優(yōu)化涂層厚度,涂層的質量明顯超出國外技術的產(chǎn)品。相信不久的將來,將大量地生產(chǎn),改變熱沖壓鋼的技術版圖?!蓖鯂鴹澰菏空f道。
  “我們單位是國家重點實驗室,按理說就應該是以基礎研究和應用基礎研究為主,但是從企業(yè)方面來看,還需要關鍵共性技術、先進前沿技術的支撐。我們現(xiàn)在就把這兩者結合起來。有一些項目我們是先研究基礎,弄清道理和機制,然后再據(jù)此開發(fā)出關鍵共性技術;還有一些項目,是先創(chuàng)新關鍵共性技術,把問題解決了,然后返回來倒逼我們的基礎研究,推動理論研究深入,并培育創(chuàng)新人才?!蓖鯂鴹澰菏空J為,基礎研究和關鍵共性技術開發(fā)要互相促進、互相協(xié)同、互相拉動,促進我們整體的水平提升。這樣我們才能做到頂天立地,百戰(zhàn)百勝,由落后變?yōu)轭I先,由跟跑變?yōu)轭I跑。
  數(shù)字驅動,智能發(fā)展,賦能鋼鐵產(chǎn)品高質化
  我們要貫徹黨中央、習近平總書記提出的“加快建設數(shù)字中國”的指示,狠抓科技創(chuàng)新,堅決實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略,做好結構調整,數(shù)字驅動,賦能鋼鐵。
  王國棟院士認為:“面對目前信息革命的大潮,鋼鐵工業(yè)應當與信息產(chǎn)業(yè)合作,利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、5G等先進通信技術,共同組建協(xié)同、共贏、創(chuàng)新、共享的平臺級鋼鐵材料創(chuàng)新基礎設施,推進鋼鐵工業(yè)的智能化轉型。這個平臺集成計算-實驗-數(shù)據(jù)等;以實際生產(chǎn)線作為主要的提供數(shù)據(jù)的實驗工具;以大數(shù)據(jù)與機器學習、深度學習等現(xiàn)代信息技術,進行數(shù)據(jù)挖掘;以企業(yè)大數(shù)據(jù)中心為基礎,提供豐富、精準、寫實的歷史大數(shù)據(jù)和現(xiàn)實生產(chǎn)數(shù)據(jù)。據(jù)此進行鋼鐵行業(yè)鋼鐵材料創(chuàng)新,大幅度節(jié)省新產(chǎn)品研發(fā)時間,降低研發(fā)成本。以材料創(chuàng)新基礎設施為基盤,形成具有“原位分析能力”的數(shù)字孿生,建設鋼鐵生產(chǎn)全流程、一體化的信息物理系統(tǒng),必將有力推進鋼鐵行業(yè)智能制造蓬勃開展,新鋼鐵材料、新生產(chǎn)技術必將迅速開發(fā)和應用,提高我國鋼鐵材料生產(chǎn)技術的總體水平?!?/div>
  王國棟院士表示,目前,企業(yè)技術創(chuàng)新素質轉型的中心工作圍繞兩方面展開。
  其一,是SaaS(工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的管理應用層)之上的云中大數(shù)據(jù)中心,即云端管理層。這是鋼鐵工業(yè)數(shù)字化創(chuàng)新平臺的管理和支撐部分。它包括服務器、存儲、網(wǎng)絡、虛擬化等云基礎設施,它的平臺層工業(yè)PaaS(中臺)進行平臺資源部署和管理,包括設備管理、資源管理、運維管理,故障管理,物流管理,生產(chǎn)計劃與調度等,是正常運行的支撐和保障。平臺層還包括數(shù)字孿生AI優(yōu)化,以利用大數(shù)據(jù)獲得高保真度模型。在管理應用層還包括生產(chǎn)計劃與管理、訂單處理、全流程生產(chǎn)計劃編制,各單元工序生產(chǎn)工藝制度制定等。IaaS(互聯(lián)網(wǎng)技術平臺)層還具有管理創(chuàng)新功能,包括安全環(huán)境、市場分析、供應管理、設備管理創(chuàng)新、資源管理創(chuàng)新、物流管理創(chuàng)新等。
  其二,是邊緣,對鋼鐵等流程工業(yè)來講,邊緣是最重要的。邊緣是鋼鐵工業(yè)數(shù)字化創(chuàng)新平臺的大腦,是最核心的部分。正是邊緣層與物理實體的虛實映射、實時交互、循環(huán)賦能,才有了鋼鐵企業(yè)對加工物料的高保真度的實時控制,才有了鋼鐵企業(yè)最優(yōu)的產(chǎn)品質量,才有了鋼鐵生產(chǎn)過程的可靠穩(wěn)定,才實現(xiàn)了資源、能源的節(jié)約和生產(chǎn)成本的降低。邊緣部分緊靠著最底層的鋼鐵材料創(chuàng)新實驗工具,即鋼鐵生產(chǎn)線、中試裝備、實驗室裝備,以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。處于邊緣的實時控制層包括原有自動化控制系統(tǒng)的底層部分,原基礎自動化和過程機系統(tǒng)在新系統(tǒng)中繼續(xù)發(fā)揮作用。但是邊緣被賦予分布智能云的功能,包括設備接入、協(xié)議分析、邊緣數(shù)據(jù)處理、多接入邊緣計算,是互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的智能云的一部分。高保真度的數(shù)字孿生(來自PaaS),融入實時控制層。依據(jù)實時數(shù)據(jù)與控制目標,實現(xiàn)動態(tài)設定的智能控制功能。
  “在建設鋼鐵材料創(chuàng)新基礎設施的過程中,鋼鐵工業(yè)內生的信息技術人才和隊伍,從萌生、發(fā)展到壯大,形成鋼鐵工業(yè)創(chuàng)新生態(tài),必將促進鋼鐵工業(yè)的數(shù)字化轉型。展望未來,數(shù)字鋼鐵顯神威,智能制造結碩果。有了數(shù)字驅動的鋼鐵工業(yè)數(shù)字孿生、信息物理系統(tǒng)、鋼鐵材料創(chuàng)新基礎設施,中國鋼鐵就率先進入了數(shù)字化時代,鋼鐵產(chǎn)品的高質化就有了可靠的保證?!蓖鯂鴹澰菏空f道,“中國鋼鐵行業(yè)的未來最美好!”

來源:中國冶金報-中國鋼鐵新聞網(wǎng)

編輯:張雨恬

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