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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
記者 孫正平
 
  “將來研發的一定是節省資源、節省能源,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、易循環等特點,而它們的生產過程一定是低排放、低消耗、節約型的。隨著社會的發展和進步,未來的鋼鐵材料應當不斷根據社會發展需求,被賦予諸多新的性能,滿足社會需求,引領社會不斷發展?!?月21日,在由中國鋼鐵工業協會主辦,沙鋼集團、中國寶武、鞍鋼集團、首鋼集團、中信泰富特鋼協辦,中國冶金報社承辦的全國鋼鐵行業慶祝建黨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。
  開發獨有技術,中國鋼材才可以獨步天下
  我國經濟社會的發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第十次全國代表大會上發表重要講話時表示:“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。我們面對的是發展日新月異、一日千里的世界科技前沿,是世界第二大經濟體的國民經濟主戰場,是一個由一窮二白向世界科技強國發展的重大國家需求,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。我們的發展進步必須建立在自主創新、奮發圖強、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。我們鋼鐵產品的研發、生產新工藝的建立,是國民經濟主戰場上的局部戰役,但是道理都是一樣的。我們要根據國家的需要、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、創新?,F代技術的創新,不是一個單位或一個人有本事就行,必須發揮我們社會主義制度的優越性,匯聚資源,匯聚人才,行業上協同,學科上交叉,產學研深度融合,工藝、裝備、產品、服務一體化創新。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,要促進產學研用深度融合,這樣我們社會主義制度優越性、集中力量辦大事的能力就會更好地發揮出來。
  那么,什么樣的產品才能稱之為高質化產品呢?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,我們做的產品不僅滿足了需求,而相比較而言,產品是最好的。這不一定非得是高端產品,普通產品也有這個問題。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。我們開始跟跑,經過幾年的努力,9鎳鋼終于開發出來了。后來國外開始開發7鎳鋼代替9鎳鋼。我們就又繼續合作,攻低鎳鋼?,F在我們通過“十三五”攻關,開發了獨有的生產工藝和熱處理裝備,開發成功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儲罐可以節約成本,提高船用儲罐質量?!笆濉表椖柯摵瞎リP,已經完成了這個項目,取得了振奮人心的成果,現在正在產業化,今年底將投用。
  用自主核心技術服務到用戶心坎上去
  產品研發力的提升與客戶服務有何聯系?企業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,建立以企業為主體、市場為導向、產學研深度融合的技術創新體系。
  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,要產學研深度融合。原來叫產學研結合,后來叫深度融合。我們怎么和企業深度融合呢?就是你和企業分不開了。你到企業里去,企業提出需求,你和企業一起,按著企業的需求去做,遇到問題了你可以和企業的技術人員、工人一塊去切磋交流、研究設計,不斷創新和改進。這就是現在我們講的轉化。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象,提出新的原理和方法?;A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。經過不斷的研究和改進,最終研究的裝備用到了生產線上,工藝技術成為了規程和標準,產品源源不斷地用到國民經濟主戰場,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,又能夠和企業一起來解決這些問題,能夠提供市場需要的產品,你的技術肯定會受到企業的歡迎。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。你如果真的按企業需求做去,產品做好了,企業那邊正等著你的米‘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,必須是按照企業的重大需求,按照市場的重大需求去做研究,和企業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裝備,也沒有生產技術,根本不能生產,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?!?/div>
  這種情況機械工程裝備制造企業體會最深,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,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,決心大家協同起來,開發我們自己的高強、超高強鋼板熱處理設備和生產工藝技術。經過十幾年產業鏈的協同創新,最薄生產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出來了。接著,這個產業鏈創新團隊,又與自動裝卸卡車廠、三一重工和中聯重科等工程機械廠、鄭煤機等煤礦機械企業合作,開發出各種國際一流、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。這就是需求驅動創新、產業鏈協同創新的結果。
  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,要技術創新,就得盯住兩個問題,一是主戰場生產中提出的難題,另外一個是看國際上的發展趨勢。有了這兩者以后,我們再根據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中的問題,要領先于國際的發展水平。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展,大力開發高強鋼和超高強鋼,這就是現在所說的吉帕鋼。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者的青睞,逐漸成為高強沖壓件的主流生產方式。我們實驗室易紅亮教授與本鋼、馬鋼、鞍鋼等企業結合,世界首發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合作,開發熱沖壓用鋼的涂層技術。目前技術已經開發成功,產品已經通過了國內外著名汽車廠商的認證。該技術控制涂層工藝,優化涂層厚度,涂層的質量明顯超出國外技術的產品。相信不久的將來,將大量地生產,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,然后再據此開發出關鍵共性技術;還有一些項目,是先創新關鍵共性技術,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,并培育創新人才?!蓖鯂鴹澰菏空J為,基礎研究和關鍵共性技術開發要互相促進、互相協同、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,百戰百勝,由落后變為領先,由跟跑變為領跑。
  數字驅動,智能發展,賦能鋼鐵產品高質化
  我們要貫徹黨中央、習近平總書記提出的“加快建設數字中國”的指示,狠抓科技創新,堅決實施創新驅動發展戰略,做好結構調整,數字驅動,賦能鋼鐵。
  王國棟院士認為:“面對目前信息革命的大潮,鋼鐵工業應當與信息產業合作,利用工業互聯網、大數據、云計算、5G等先進通信技術,共同組建協同、共贏、創新、共享的平臺級鋼鐵材料創新基礎設施,推進鋼鐵工業的智能化轉型。這個平臺集成計算-實驗-數據等;以實際生產線作為主要的提供數據的實驗工具;以大數據與機器學習、深度學習等現代信息技術,進行數據挖掘;以企業大數據中心為基礎,提供豐富、精準、寫實的歷史大數據和現實生產數據。據此進行鋼鐵行業鋼鐵材料創新,大幅度節省新產品研發時間,降低研發成本。以材料創新基礎設施為基盤,形成具有“原位分析能力”的數字孿生,建設鋼鐵生產全流程、一體化的信息物理系統,必將有力推進鋼鐵行業智能制造蓬勃開展,新鋼鐵材料、新生產技術必將迅速開發和應用,提高我國鋼鐵材料生產技術的總體水平?!?/div>
  王國棟院士表示,目前,企業技術創新素質轉型的中心工作圍繞兩方面展開。
  其一,是SaaS(工業互聯網平臺的管理應用層)之上的云中大數據中心,即云端管理層。這是鋼鐵工業數字化創新平臺的管理和支撐部分。它包括服務器、存儲、網絡、虛擬化等云基礎設施,它的平臺層工業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,生產計劃與調度等,是正常運行的支撐和保障。平臺層還包括數字孿生AI優化,以利用大數據獲得高保真度模型。在管理應用層還包括生產計劃與管理、訂單處理、全流程生產計劃編制,各單元工序生產工藝制度制定等。IaaS(互聯網技術平臺)層還具有管理創新功能,包括安全環境、市場分析、供應管理、設備管理創新、資源管理創新、物流管理創新等。
  其二,是邊緣,對鋼鐵等流程工業來講,邊緣是最重要的。邊緣是鋼鐵工業數字化創新平臺的大腦,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、循環賦能,才有了鋼鐵企業對加工物料的高保真度的實時控制,才有了鋼鐵企業最優的產品質量,才有了鋼鐵生產過程的可靠穩定,才實現了資源、能源的節約和生產成本的降低。邊緣部分緊靠著最底層的鋼鐵材料創新實驗工具,即鋼鐵生產線、中試裝備、實驗室裝備,以及數據采集系統。處于邊緣的實時控制層包括原有自動化控制系統的底層部分,原基礎自動化和過程機系統在新系統中繼續發揮作用。但是邊緣被賦予分布智能云的功能,包括設備接入、協議分析、邊緣數據處理、多接入邊緣計算,是互聯網系統的智能云的一部分。高保真度的數字孿生(來自PaaS),融入實時控制層。依據實時數據與控制目標,實現動態設定的智能控制功能。
  “在建設鋼鐵材料創新基礎設施的過程中,鋼鐵工業內生的信息技術人才和隊伍,從萌生、發展到壯大,形成鋼鐵工業創新生態,必將促進鋼鐵工業的數字化轉型。展望未來,數字鋼鐵顯神威,智能制造結碩果。有了數字驅動的鋼鐵工業數字孿生、信息物理系統、鋼鐵材料創新基礎設施,中國鋼鐵就率先進入了數字化時代,鋼鐵產品的高質化就有了可靠的保證?!蓖鯂鴹澰菏空f道,“中國鋼鐵行業的未來最美好!”

來源:中國冶金報-中國鋼鐵新聞網

編輯:張雨恬

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