推進鋼鐵“四化” 強健大國“筋骨”

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”。

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。

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。

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。

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。