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【河北日报】创新为炉 炼出中国好钢
2019-01-11 记者 张怀琛    (点击: )

除了工作,张福成最爱登山。

他常爬学校附近的祖山,每次都专拣野路子“探险”,有的学生被他“虐”哭了,他还发脾气:“这点好奇心都没有,搞什么研究?”

一次,他迷路了。从早8时一直走到晚9时,折腾了十来个小时,亏得有驴友留下标记在先,这才得以出山。跟随的学生们叫苦不迭,他却兴奋地好似发现了新大陆:“改天必须再来,就不信蹚不出一条路!”

这股险中蹚路的劲儿,让他在科研上翻山越岭。20多年来,他突破了高速重载铁路全线无缝瓶颈、颠覆了美国爆炸预硬化高锰钢辙叉技术标准……

1月10日,站上“2018年度河北省科学技术突出贡献奖”领奖台,这位钢铁材料领域著名专家仍不忘自勉:“不畏艰辛,一路向上!”

“把木头焊在钢管上”,实现中国

全线无缝铁路的技术超越

从1997年4月1日算起,中国铁路经过6次大提速,终于飞驰驶进了高铁时代。然而,想让火车跑得快可不是“踩脚油门”那么简单:高速、重载、跨区间无缝铁路……这一系列苛刻条件,都是横在科研人员眼前的“大山”。

站在月台上,细心的人都会发现,脚下的铁路都是由钢轨和辙叉两部分组成的。钢轨自不必说,那是火车奔跑的路线。但若想让列车改变运行方向,就要靠辙叉来发挥作用了。

铁路要提速,钢轨和辙叉的接缝问题是一大安全隐患。但前者是高碳钢,后者是高锰钢,想把它们无缝连接,难度就像“把木头焊在钢管上”。

“上世纪70年代,美国、西欧、日本等发达国家和地区先后提出了铁路全线无缝的技术需求,以延长列车和轨道的使用寿命,提高运行速度。”张福成说,“我国早在1984年就展开技术攻关,但始终没找到理想的焊接技术。”

1996年,四处碰壁的山海关桥梁厂(即今“中铁山桥集团有限公司”)到燕山大学求援,32岁的张福成接下了这个“烫手山芋”。

前面的人都栽了跟头,但张福成说,“我从没想过搞砸了怎么办,就想着怎么把它搞成。”

高碳钢焊接要求慢冷,否则会变脆易断;高锰钢焊接则要求快冷,不然韧性就会变差。张福成尝试了好几种焊接方法都没成功,调整工艺后,小件实验效果不错,但一到生产性实验环节问题又一个接一个冒出来。

最难的一关是落锤实验:在3米高处让1吨重的铁块做自由落地,焊缝被砸击3次不断就算成功。而他拿来的样品,1次就断成了两截。

“既然‘此路不通’,那就另辟蹊径。”张福成“蹚条路”的劲头来了。

他试着用“软”视角去思考“硬”问题:“把高碳钢和高锰钢焊在一起,就像让两个脾气秉性完全不同的人做朋友,直接接触很难,但如果有个性格相对温和的中间人呢……”

顺着这个思路想下去,张福成设计发明了一种梯度过渡焊接材料,“碳含量很低,组织稳定,焊接性能良好,最适合帮‘朋友’牵线搭桥。”

“焊接时,先将新材料与高碳钢钢轨焊在一起,然后留足长度、截去多余部分,冷却后再与高锰钢辙叉相焊。”再做落锤实验时,张福成的产品顺利过关。

2005年,这项突破焊接领域世界难题的“难焊高锰钢辙叉与高碳钢钢轨焊接材料和异质焊接技术”在中铁山桥等企业大规模产业化,实现了我国全线无缝铁路的技术超越。紧接着,他又发明高锰钢辙叉Re+N炉外精炼技术、TMCP技术、冲击预硬化技术等,使辙叉使用寿命从1亿吨提高到4亿吨,改变了世界沿袭百年的铸造高锰钢辙叉制造技术。

突破纳米贝氏体钢制造难题,立志为高铁换上国产轴承

轴承是工业制造的核心零部件。小到人们随身佩戴的手表,大到遨游大海的航母,它的身影几乎无处不在。

“我国轴承市场规模大概每年有1800亿元,但因材料问题,高端轴承制造一直被世界工业强国垄断。就拿高铁来说,尽管国产化率已达90%以上,支撑列车运行的轴承却仍全部依赖进口。”瞄准“卡脖子”技术,张福成将挑战的目光投向轴承钢。

2012年,张福成承担国家863重点项目,目标即是大功率风电轴承。但作为钢铁生产中要求最严苛的钢种之一,轴承钢的氧含量、氢含量要达到什么程度,碳化物要控制在何种水平等,都是亟待攻克的现实难题。

几年艰苦攻关,他率领团队闯过一个又一个艰难险阻,才使我国从“3兆瓦以上风电轴承全部进口”,跨越到“能够自主研发6兆瓦国产风电轴承”。

但这“小小的胜利”远非终点。迎向更高“山峰”,他们又“5+2”“白+黑”地继续跋涉,终于成功突破纳米贝氏体钢制造中的多项技术难题,打造出我国第二代贝氏体轴承和超高强韧耐磨钢板中国品牌。

2018年1月,这项由张福成主持研究的《超细贝氏体钢制造关键技术及应用》成果被授予国家技术发明二等奖。

“搞研究的人都喜欢用数据说话。就拿我们发明的‘超高强韧渗碳和高碳纳米贝氏体轴承钢及其制造技术’来说,自2014年被洛阳LYC轴承有限公司等采用后,其生产的轴承使用寿命提高了50%以上,被中国轴承工业协会命名为‘第二代贝氏体轴承’。”张福成说。

在张福成看来,好技术就像大拇指,想要变成拳头产品,还需其他四根手指的配合努力。“有时候企业对新技术有顾虑,怕做赔本买卖,我们就让他们先拿去用,等见到实效了再谈钱。”用他的话说,“吃点亏不打紧,关键是把信任基础先建起来,后续再谈成果转化就顺畅多了。”

如今,由他发明的三个贝氏体钢种及其热处理技术已写入5项国家或行业标准,成果被批量应用在风电、轧机、矿山机械等苛刻重载环境中,不仅确立了国际领先地位,还打破了国外轴承企业的垄断态势。

“搞科研最怕有‘偷懒’的小心思”

作为老师,连张福成自己都承认“脾气不大好”。

看新入学的硕士生论文,他经常“改着改着就心烦了”,然后大笔一挥:这删、那调、后面去补充……把学生“逼”得重写四五遍都是家常便饭。但生气归生气,学生有看不明白的地方来找他指点,他从不吝惜时间。

“我特别不赞同有些老师‘帮忙’的做法。学生做实验、他来代写论文,看着是担心学生‘文笔’太差、为他们早发文章着想,但实际上,却让他们失去了形成独立思考、写作和严密逻辑的锻炼机会。”张福成说。

在他看来,评价人才不能“唯论文”,但培养研究型人才的学术功底却不能抛开论文。撇去那些“糊弄事的凑数文章”不说,很多时候,一篇论文常能反映出一个人的科研思路是否严谨,科学理论和实验功底是否扎实。

“老师逐字逐句地改论文,学生只要轻松誊抄,也许都懒得去琢磨那些隐藏在字里行间的‘修改意图’。等他们毕了业,真正要独立从事科学研究了,就会发现自己在这个领域根本‘张不开嘴’,再后悔也晚了。”张福成说。

而除了功课上“难对付”,课堂外的张福成也像个“黑脸包公”。

学院楼的四层电梯是货物专梯,虽然写明了严禁人乘用,还是难免有学生因为“偷懒”违反规定。如果被张福成逮到了,免不了要团队例会上好好教育教育。

“人们常说‘无规矩不成方圆’,一个人的科学素养绝不是靠课堂上那几十分钟就能养成的,搞科研最怕有‘偷懒’的小心思。”在张福成看来,“习惯有时很可怕,它可以‘轻’得无法察觉,也能够‘重’得难以挣脱。”

当了20多年老师,张福成如今发现,有必要让自己的形象“软”一些了:“有的学生,课堂上你不提问、他不开口,非常不利于学术进步。怎么办?还得爬山!年轻人都爱热闹,没事拉他们出来转转,换个轻松点的环境,师生间话题多了,彼此的距离也就近了。”

亦师亦友、宽严相济。回想自己指导培养的学生,很多已成为国内材料科学领域的佼佼者。这让张福成颇感欣慰:“学生成材,就是对老师最大的褒奖。”

张福成

男,1964年8月出生,民盟成员,工学博士。燕山大学教授,亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室和冷轧板带装备及工艺国家工程技术研究中心学术带头人,燕山大学副校长。张福成是钢铁材料领域著名专家,取得了多项重大技术突破,为我国高速重载铁路、大型港口等国家重大工程作出重要贡献,引领了我国钢铁行业及相关制造业的技术进步,创造出了巨大的经济社会效益。荣获2018年河北省科学技术突出贡献奖。(编辑/刘志家)

新闻来源链接:http://hbrb.hebnews.cn/pc/paper/c/201901/11/c117376.html

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