2月6日，《人民日報海外版》科技名家筆談欄目刊發了王國棟院士的文章《推進鋼鐵“四化” 強健大國“筋骨”》，以下是文章全文——
作者王國棟肖像畫。張武昌 繪
鋼鐵工業是國民經濟的重要基礎產業，為國家建設提供了重要的原材料保障，有力支撐了國民經濟的健康發展，推動了我國工業化、現代化進程，促進了民生改善和社會進步。改革開放以來，我國鋼鐵行業迅速發展，到2020年，我國鋼產量已經達到世界總產量的57%，可以生產所有門類的鋼鐵產品。鋼鐵是大國“筋骨”，正是有了鋼鐵產業跨越式發展，我國才成為全球造船大國、工程機械制造大國、發電和變電設備制造大國……
國際鋼鐵產業競爭比拼的是產量，更是產品結構，尤其是高端特種鋼材的生產水平和能力。進入新時代后，我國鋼鐵業大力推進產品結構優化和質量升級，以科技創新為抓手，全力推進中高端鋼鐵材料的研發，推進高質量發展，強健大國“筋骨”。
王國棟（右二）帶領科研團隊在鋼鐵企業生產一線現場研究、解決問題。資料照片
01 好鋼是如何煉成的？
要弄明白如何煉出好鋼，必須了解鋼鐵冶煉的過程。首先，把鐵礦石和煤通過焦化和燒結的環節變成燒結礦和焦炭；然后，在高爐里進行化學反應，變成鐵水；鐵水經過轉爐的冶煉、吹氧、去碳、降碳等操作，含碳達到一定程度；再經過精煉，把成分進行調整，進而變成了鋼；鋼水再經過連鑄以后變成鋼坯；鋼坯又經過熱軋變成熱軋產品；熱軋產品又經過冷軋，變成冷軋產品，最終成為各種各樣的鋼材，比如型材、 板材、管材等。
通過改變軋制條件就可以改變鋼性能，我們如果能把條件控制好，就能得到性能非常優異的鋼材。調整溫度是通過水，我們通過控制水量來控制軋制過程中鋼材冷卻的溫度和冷卻的速度，這就是控軋控冷技術。該技術通過控制加熱溫度、軋制過程、冷卻條件等工藝參數，提高鋼材的強度、韌性、焊接性能。
實現控軋控冷技術突破和創新是國際鋼鐵業追求的共同目標，各國科技專家都為此不懈努力，進行不斷探索，但一度收效并不大。比如，有的科技專家采用低壓的層流水對軋制過程中鋼材進行冷卻，發現冷卻效果不理想、傳熱效果不均勻，導致鋼板不平整而“翹”起。此后，一些科技專家把冷卻模式研究與金屬指標、金屬內部材料的變化結合起來，進而力圖實現調整材料性能的目標。經過進一步研究，超快速冷卻技術被開發出來。20世紀70年代，國際上研制出超級冷卻系統，可以實現高速均勻冷卻，迎來了鋼鐵控軋控冷技術新的突破。
02 實現控軋控冷突破
作為中國鋼鐵科技工作者，我們不甘落后，全力實現鋼鐵控軋控冷技術自主突破。在實踐中，我們發現，經過我們的淬火機，鋼材淬火冷卻到室溫后，即使鋼板最薄只有約10毫米，也依然能夠保持平整。于是，我們就把鋼材淬火機與軋機冷卻系統兩者結合起來，借助河北一家鋼鐵公司的軋機，我們研制出一套超快冷卻系統。初步運行證明，這套系統非常成功。后來這套系統被應用于鞍山鋼鐵公司和首都鋼鐵公司并經過改進，生產出板型優質的鋼材管線，為國家“西氣東輸”工程管線供給作出了重大貢獻。我國由此成為世界上最優質管線鋼的生產國。
在鋼板軋制的冷卻控制上，我們實現了從跟跑到并跑，再到開始領跑的巨大跨越，研制的超快冷卻系統應用于很多鋼鐵企業的生產線。特別值得一提的是，適應一些企業的需求，我們把這套超快冷卻系統做出適應性調整，做到與新引進的外國相關裝備相兼容，很好地解決了生產線在熱連軋生產冷卻過程中的問題。
研制出鋼管生產控冷系統是我們的另一項重要創新成果。傳統上，鋼管生產過程必須依靠加合金和后期熱處理，而這兩個過程都需要消耗相當的資源和能源，而通過控冷系統就可以達到相同的目的且做到綠色節能。為此，我們與寶山鋼鐵公司合作組成聯合研發團隊，經過3年、近100次工業性的實驗，終于研發成功鋼管生產控冷系統，并以此為基礎對工藝布置進行了改造。
此外，我們近年來在鋼鐵科技上還取得了一些其他創新成果，其中包括：在材料方面上，2018年，筆者所在的東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室，在國際上率先研發出2000兆帕（MPa）級汽車用熱沖壓用高強鋼；在應用方面，液化天然氣低溫容器國際上普遍采用的材料是9Ni（鎳）鋼，我們用5Ni鋼做出了9Ni鋼的性能，實現了材料替代，大幅節約了成本。在生產工藝上，我們研發出薄帶連鑄、無頭軋制等新流程、新工藝并向企業轉化，可應用于多個重要鋼種的生產。
港珠澳大橋是一條“鋼鐵巨龍”，總用鋼量約110萬噸，其中有王國棟團隊基于新一代控軋控冷工藝研發的高性能綠色橋梁鋼。資料照片
03 推進鋼鐵產業“四化”
工業革命使鋼鐵生產從作坊式生產進入工業化大生產。在此后很長時期，鋼鐵工業給人們留下了高耗能、高污染的印象。二次大戰后，高科技不斷為鋼鐵工業賦能，鋼鐵生產工藝不斷改進，產品類型不斷豐富，應用日益廣泛。如今，以智能化為代表的第四次工業革命方興未艾，使傳統鋼鐵產業煥發出新的光彩。
縱觀國際鋼鐵產業發展趨勢，我們可以發現，世界先進鋼鐵企業都把生產自動化、降低能耗、提高人均產鋼量和生產高附加值的“超級鋼”作為發展方向。對于追求高質量發展的中國鋼鐵業來說，也應順應產業發展趨勢，闖出自己的“超級鋼”之路。什么是中國“超級鋼”之路呢？在筆者看來，應該包含四個維度，即實現“四化”：工藝綠色化、裝備智能化、產品高質化、供給服務化。
工藝綠色化就是既要節省資源和能源，以最低的消耗生產高質量的產品，又要減少排放、降低污染，做到環境友好。近年來，中國鋼鐵業付出極大努力，特別是以科技創新為依托，綜合采取各種措施，在綠色低碳方面取得了顯著成效。比如，在水資源利用和保護方面，鋼鐵生產過程耗水量很大，但中國有些鋼鐵企業可以做到生產不需要用新水，把城市的廢水和鋼廠里的廢水加在一塊兒處理以后，再循環使用，在不增加一滴新水的情況下，可以生產1000多萬噸鋼，獲得世界鋼鐵協會頒發的“可持續發展獎”。
裝備智能化就是要通過智能化建設，讓裝備能自己運行得越來越好。鋼鐵工業是流程工業，相關控制系統非常復雜，涉及多學科的結合和交叉，需要煉鐵、煉鋼、連鑄、軋制專家和信息專家、自動控制專家一起深度參與。經過長期的建設和發展，鋼鐵行業已經具有先進的數據采集系統、自動化控制系統和研發設施，可以為我們提供海量的數據資源。我們要充分發揮鋼鐵行業海量數據和豐富應用場景優勢，在工業互聯網、大數據、云計算、5G網絡等信息技術的支撐下，推進鋼鐵行業的數字化和智能化轉型。
產品的高質化包括兩方面：一是現有產品要通過轉型升級、提質增效，達到國際前列，直至世界第一；二是在領跑性、前沿性的技術方面，力爭做到世界唯一。做鋼鐵等材料研究，我們要著重培養三種能力，第一種是表征和評價能力，第二種是合成與加工能力，第三種是計算和建模能力。相對來說，我國在計算和建模能力方面顯得薄弱，亟待加強，這對于我們實現鋼材產品的高質化至關重要。
供給服務化就是鋼鐵科技創新要緊盯生產一線，服務生產實踐、服務產業發展。我們的科學研究要面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康。這要求鋼鐵科技工作者必須深入到企業和實踐中，在一線發現問題，再篩選出關鍵共性問題，上升到理論研究，然后和企業結合，轉化到生產實踐中，這樣的科研成果必然會為企業歡迎，應用轉化才能自然而然地實現。我們只有把鋼鐵科研的供給側和鋼企用戶的需求側緊密結合起來，甚至使二者融為一體，才能為鋼鐵產業的科技進步提供持續不竭的動力。
沒有夕陽產業，只有落后技術。鋼鐵產業雖然已有200多年的歷史，但是在一波又一波科技浪潮推動下，鋼鐵材料的更多性能被不斷開發出來，不斷變革人類生產生活條件。創新永無止境，中國作為世界鋼鐵產業大國，在推動鋼鐵科技創新方面責無旁貸，我們要勇于擔當、敢于挑戰、善于創新，參與創造世界鋼鐵產業更加輝煌的明天。
科學家感言
（作者王國棟為中國工程院院士，東北大學教授，長期從事鋼鐵材料軋制理論、工藝、自動化等領域的應用基礎研究和工程技術的研究，曾獲國家科技進步獎一等獎、國家技術發明獎二等獎等獎項）
