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王國棟


王國棟(1942年10月2日—),生于遼寧大連。材料學家。2005年當選為中國工程院院士。1986年加入九三學社。

王國棟于1966年畢業于東北工學院,被分配到鞍鋼小型廠。1978年,王國棟以優異成績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。王國棟在鞍鋼小型廠12年理論和實踐上的積累和對國際鋼鐵工業發展的認識,為他接受新知識、開拓新的研究領域打下了堅實基礎。他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。他深入到當時設備、工藝技術最先進的武鋼進行調研和合作研究,利用當時最先進的TQ16計算機進行板形問題的分析計算,利用鋼研院先進的軋制設備進行實驗。他提出了計算軋輥彈性變形的計算方法,建立了系統的軋輥彈性變形計算軟件;他提出的雙階梯輥改善板形的方法,應用于上鋼一廠,創造了明顯效益。王國棟1986年出版的第一部專著《板形控制和板形理論》,就是總結這個時期的學習和工作寫成的,他所提出的一些理論和方法,至今仍然為從事板形問題研究的學者使用。畢業時,他已經在國內多個學術期刊發表文章,表現突出。在導師的推薦下,經東北工學院考核,王國棟回到了自己的母校任教。他相信,在東北工學院這片廣闊、自由的學術天空中,他會飛得更高更遠。

王國棟深知鋼鐵材料對于國家經濟的發展、對于科學技術的進步、對于國防安全意味著什么;同時他也深深地感受到鋼鐵工業所面臨的節省資源、節約能源、保護環境的壓力。他要尋求一種新的加工工藝,這種工藝既能夠大幅度提高傳統鋼鐵材料的性能,延長使用壽命,又能夠有效提高資源的利用率和回收率。如果能夠將占我國鋼鐵材料產量50%的普碳鋼在不添加或少添加合金元素的情況下強度提高一倍,用以代替低合金高強度鋼,不僅具有巨大的經濟效益,而且增加了鋼材的可回收性,對于我國經濟的可持續發展將具有重要意義。

1998年,當得知國家重大基礎研究規劃項目(“973”項目)中有一個關于“新一代鋼鐵材料的重大基礎研究”項目時,王國棟馬上拜訪了項目負責人、首席科學家翁宇慶教授,提出了自己的想法。為了爭取到這個大項目,王國棟竭力邀請翁教授來東北大學考察??疾斓倪^程中,翁教授對由王國棟擔任負責人的東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室的研究實力、科研條件都很滿意,決定在“新一代鋼鐵材料的重大基礎研究”項目下設立“軋制過程中實現晶粒細化的基礎研究”課題,并以重點實驗室的研究人員為主體成立了課題組。課題組的目標明確,就是通過細化晶粒,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。那么,怎樣才能獲得超細晶,晶粒要細化到什么程度才行呢?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,其目標就是在成分基本不變的前提下將現有鋼材的強度和壽命提高1倍。他們在前5年主要研究目標就是探究晶粒細化的極限。但王國棟和他的課題組發現細化晶粒對提高材料的屈服強度有明顯作用,但對抗拉強度的作用不十分明顯,單純依靠細晶強化會帶來材料屈強比過高的問題,因而會限制材料的應用。而且,在現有工業條件下,進行微米級或微米以下級的超細化,加工制造難度極大,在現有的軋機上難以實現。因此,王國棟決定將研究的重點定位在現有工業條件下能夠實現的目標上,創新性地提出了晶粒適度細化的概念。他們通過大量實驗證明,適宜的平均晶粒尺寸應當在在3—5μm,這樣可以避免極端成形過程,利用現有軋機就可以生產。得到的鋼材的強度得以提高,塑性保持在較好的水平,特別是強屈比比較低,可以滿足用戶的使用要求。為了進一步提高抗拉強度,他們在適度細晶化基礎上,配合相變強化,利用現代軋制過程軋制速度快、冷卻能力強的特點,充分利用軋制過程中的應變積累,對軋制過程得到的硬化奧氏體進行加速冷卻,實現復合強化,從而保證材料具有優良的綜合性能。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、冷卻工藝參數。王國棟帶領他的課題組,于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,課題組和現場工程技術人員擁抱在一起,流出了喜悅的淚水。

2000年10月,在第3次工業實驗中,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。當初設立項目時的研究目標是5年獲得原型鋼,而他們只用了2年就拿出了工業生產的板卷。

就在大家歡欣鼓舞時,王國棟又陷入了沉思。他深知科研成果只有投入工業生產轉化為產品,才能真正變成生產力,才能真正為國家經濟發展服務。王國棟決定,他們要繼續戰斗,進入工業應用階段。困難接踵而至,將產品應用到實際生產中,不僅要考慮到強度指標,還增加了許多使用性能指標的考核。比如用在汽車上就要考慮焊接性能、疲勞性能,以及長期遠行將會發生的各種復雜問題,甚至產品應用的不同位置都要求有不同的性能指標要求。這就需要課題組根據不同產品的不同需要進行工業應用研究。2000年10月23日,長春第一汽車集團公司和上海寶山鋼鐵股份有限公司簽訂了用400MPa超級鋼代替B510制造平頭貨車發動機前懸置梁的新產品試制協議書,課題組反復論證實驗,新產品于當年11月27日進行熱軋生產,屈服強度超過400MPa,性能檢驗全部合格,用于沖壓發動機前懸置梁,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。產品陸續發往一汽集團公司等使用單位,用于沖壓各種部件。經過千噸級的批量使用,說明400MPa超級鋼用于制作汽車前懸置梁、橫梁已經通過了考驗,是用于替代低合金鋼的理想材料。經過兩年多的試用,2003年,一汽集團公司正式將400MPa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,將超級鋼全面推向了國民經濟主戰場。

在理論研究方面,王國棟及課題組在形變誘導相變實驗方法以及形變誘導相變規律方面的研究成果,對于低碳鋼高溫變形過程中的組織演變以及形變誘導相變的理論研究具有重要意義。研究工作提出的適度細晶化、細晶強化與相變強化相結合的強化方式,以及充分利用奧氏體未再結晶軋制和形變誘導相變機制,結合軋后冷卻過程的有效控制實現晶粒細化和組織控制的思想,開辟了新一代鋼鐵材料研究及生產的新途徑。課題研究期間發表有關論文41篇,其中SCI收錄9篇,EI收錄17篇。獲得經省級鑒定的科技成果3項,省部級以上科學技術獎勵5項,申報與本課題相關專利12項,其中有4項實用新型專利已獲得專利權。

整個課題在國際上處于領先水平,在國際競爭中實現了四個第一:第一次得到超級鋼工業生產的工藝窗口;得到了實驗室條件下第一塊原型鋼樣品;在工業生產條件下軋制出第一卷超級鋼;第一次將超級鋼應用于汽車制造。早開始研究這一項目的日、韓同行們投來了敬佩的目光,向王國棟豎起了大拇指。有多少人知道一次的輝煌背后那數百次、上千次的實驗,那與寂寞、焦灼、壓力相伴的無數個不眠之夜呀。王國棟說:“做項目確實是一件苦差事,但也確實為我們提供了一個展示自我、提升水平的平臺,只要投入進去了,其實是樂趣無窮的!”

2005年3月28日,對王國棟來說是個終生難忘的日子。這一天他作為國家科技進步獎一等獎獲得者,在莊嚴的人民大會堂受到了黨和國家領導人的親切接見,親身感受了黨和政府對科技工作者的親切關懷和殷切希望。王國棟和他的同事們完成的“低碳鐵素體/珠光體鋼的超細晶強韌化與控制技術”研究課題,在國際上率先利用現有工業條件,用普碳鋼生產400MPa超級鋼,在保證韌性前提下實現屈服強度翻番,開辟了節省合金元素、降低鋼材成本、大幅度提高鋼材性能、促進鋼材品種更新換代的新途徑。這項國際領先的科研成果,不僅每年至少為國家節省數億元開支,而且非常有效地降低了資源消耗,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。王國棟自豪地說,鋼鐵冶金領域10多年沒有獲得國家科技進步獎一等獎了,我們終于實現了新的突破,為鋼鐵工業的發展做了一件實事。

在研究生培養中,創新思維和創新能力的培養被公認為是高層次人才培養過程中最關鍵、最重要的一環。王國棟于1993年曾到美國匹茲堡大學擔任訪問學者,讓他感觸最深的就是,美國大學中培養創新思維和創新能力的氛圍相當濃厚,王國棟要為自己的學生創造這樣的環境。他要求研究生做論文堅持高目標、高起點,在學科前沿進行科學探索,做創新性工作。實驗室還把學術交流作為培養研究生創新意識的一個重要舉措,他們邀請國內外知名專家和現場技術人員舉行學術講座,同時鼓勵和支持學生積極匯報自己的研究成果。這些交流使學生拓寬知識面,改善知識結構,開闊視野,增強研究興趣,激發創新的火花。

王國棟秉承“實踐出真知,實踐出人才”的原則,將年輕人投入到生產第一線,讓他們在實踐中增長才干,成長成熟,在短時間內由一個僅僅經歷家門到校門的學生成長為一名領域內的專家。比如,寶鋼建設1580熱連軋機這個項目,為年輕人的成長提供了一個千載難逢的好機會。在這臺當代最先進的軋機安裝、調試階段,年輕教師、研究生都深入到第一線。他們穿著寶鋼工作服,像寶鋼人一樣工作,在調試、投產、改進、提高的日日夜夜中,他們與寶鋼人一起奮斗,共同歡樂。當代最為先進的設備投產了,當代質量水平最高的鋼卷軋出來了,掌握最現代技術的年輕專家也成長起來了。

王國棟認為,對于年輕人來講,通過自己解決問題,建立自信,肯定自我,才是受用一輩子的。實驗室選派兩個研究生承擔寶鋼的一個項目,研究如何將帶鋼厚度超差造成的廢品量減少30%,寶鋼的技術工人在這方面已經研究多年沒有絲毫進展,一開始他們也沒有信心,自己是學生,人家從事多年技術研究的人都沒能攻克的難關,我們能行嗎?王國棟卻對自己的學生充滿信心,他說,年輕人的創造力是無限的,必須加以引導,讓他們從一個個成功中,將創造力釋放出來,建立起自信心。實驗室的老師指導他們閱讀文獻、深入現場調研、測試,一步一個腳印地前進。一年多下來,他們掌握了技術的精髓,也搞清了問題的癥結所在。不僅實現了廢品量降低30%的目標,還超額完成任務,使廢品量降低到50%。畢業后,兩人都留在了寶鋼,成了企業年輕的業務骨干。

社會在發展,對人才的要求也上了一個新的層次。特別是一些先進企業,要求學生不僅了解輥縫里材料的變化,而且要求學生通曉自動化、計算機等相關學科的知識。他們希望學校培養復合型人才,這些人可以從更廣泛的視角,更深刻的層次,去理解軋制過程,去組織軋制生產。王國棟與實驗室看準了這一點,堅持對學生進行多學科交叉教學,從各個不同的環節對學生進行全面培養。為了能夠跟上信息技術的發展,幾乎實驗室的每一位研究生都掌握了良好的計算機實用技術和軟件開發技術。因此,實驗室畢業的學生,都不同程度地掌握了相關學科的知識和技能,在科研中思路開闊,得心應手。

多年來,重點實驗室為國家培養了167名博士研究生、136名碩士研究生,5名博士后出站。這些年輕人有的活躍在冶金企業,成為新一代材料加工專家;有的在高校任教,成為教育戰線的主力軍;有的在國外深造,準備將來歸國為國家做貢獻。

對于未來的發展之路,王國棟信心滿懷,他說,由于一期“973”項目他們成功完成了任務,現在他們已經申請到了二期“973”項目“提高鋼鐵質量和使用壽命的冶金學基礎研究”中的課題“利用鑄軋技術生產細晶均質不銹鋼和高P、Cu耐候鋼薄帶的基礎研究”,將繼續為中國鋼鐵材料的更新換代做出應有的貢獻。

王國棟先后承擔了國家重大基礎研究規劃項目(“973”)、國家高技術項目(“863”)、國家攻關項目和自然科學基金項目等重大項目。所發表的論文被SCI、EI收錄200余篇次;完成專著6部、譯著4部;獲國家科技進步獎一等獎1項,二等獎1項,省部級科技進步獎15項?,F任東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室學術委員會副主任,曾任軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室主任;擔任中國金屬學會軋鋼學會副理事長、中國金屬學會軋制理論及新技術開發學術委員會主任、中國材料研究學會第四屆理事會理事。培養博士36人,碩士34人。

 

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