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“钢铁”院士 誓攀高峰

——访中国工程院院士、华北理工大学校长张福成

2022年11月30日,张福成教授(右一)指导团队青年教师和博士生开展科研工作。华北理工大学供图

钢铁,大国“筋骨”。

如何挺起民族钢铁的“脊梁”,让“国之重器”不再受制于人?华北理工大学校长张福成教授为之奋斗了四十年。

高锰钢辙叉与高碳钢钢轨焊接材料和异质焊接技术,系列纳米贝氏体新钢种和热加工技术……张福成教授带领团队攻克了一个又一个科技难题,也因此被中国工程院增选为化工、冶金与材料工程学部院士。

这位“钢铁”院士是怎样炼成的?他的“晋级之路”又经历了哪些甘苦与抉择?

□河北日报记者 陈 华 王敬照

“科研如登山,要有险中蹚路的劲儿”

记者:工程院院士是我国工程科技领域的最高荣誉称号。能和我们分享一下,您得知自己成为院士时的心情和感受吗?

张福成:这次能够当选是对我过去工作的肯定。不过科研是团队作战,而非一个人的功劳,能当选为院士,成果是大家的,而不是我个人的。

记者:众所周知,您是钢铁材料领域的专家,为我国铁路发展解决了很多“卡脖子”技术难题。那么,您是怎么跟这个专业结缘的?

张福成:这还得从读大学说起。1982年9月,我从吉林省蛟河市一所偏远山区农村中学毕业后,被燕山大学的前身——东北重型机械学院金属材料专业录取。在大学的专业课上,我了解到,全世界每年因磨损就消耗掉200万吨以上的奥氏体锰钢,从那时起我就有了在金属材料领域有所作为的想法,但真正开始我的耐磨材料科研工作,还是在读研期间。

记者:金属材料特别是这种耐磨材料,在当时算是热门专业吗?

张福成:不光不是热门,还算是冷门专业,一方面耐磨材料研究要终日在粉尘和高温的恶劣环境中工作,另一方面这个专业毕业后只能到辅助部门工作。当时很少有同学选择这个研究方向,而我当时觉得,行行出状元,只要国家发展需要,就不应计较个人的得失。所以,我博士的研究方向,仍选择了耐磨材料。

记者:这个专业真的很苦吗?

张福成:可以这么说,从1988年到1998年,我几乎每天都工作在石英石粉尘的环境中,一天经常是10多个小时的磨损试验。当然,搞科研就要做好吃苦受累的准备,否则肯定会一事无成。

记者:这也是您成功的“秘诀”?

张福成:我认为,成功没有“秘诀”,科研路上也没有捷径。很多时候,科研成功取决于关键节点的执着坚持。比如,为了攻克高锰钢辙叉和高碳钢钢轨的焊接难题,我查阅了大量的国内外最新焊接技术资料,做了上百次等离子焊接、铸焊、氩弧焊等试验,仅试验用过的各种材料就有几吨。

记者:从您不到40岁就获得国家科技进步二等奖,到两次获得国家技术发明二等奖,再到今年您当选院士,是什么支撑您不断进步的呢?

张福成:我喜欢登山,科研如登山,要有险中蹚路的劲儿,虽然登山过程可能很艰难,会遇到这样那样的问题,但每一个脚印都有它的意义。

“国家需要,就是我们的研究方向。”

记者:2005年,您主持研发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产业化,实现了我国全线无缝铁路的技术超越。当时,这个研究课题是如何确定的?

张福成:当时,我国正在发展高速铁路。可是,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”。那时只有奥地利和法国拥有这项焊接技术,他们得知中国铁路想提速,就开出了高价入门费,相当于把我们企业的利润全给拿走了。所以,山海关桥梁厂(即今“中铁山桥集团有限公司”)找到了我。

记者:听说,当时没人敢接这个项目。您接这个“烫手山芋”的时候,是怎么想的?

张福成:我从没想过搞砸了怎么办,就想着怎么把它搞成,为中国人争口气,但接了后,确实也遇到了困难。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。尝试了好几种焊接方法都没成功。后来,我设计发明了一种梯度过渡焊接材料。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,加热到高温缓慢冷却后再与高锰钢辙叉焊接,并快速冷却,最终产品顺利过关。

记者:后来您又发明了系列纳米贝氏体新钢种和热加工技术,制造出我国第二代贝氏体轴承,您是如何带领团队攻克这一难题的?

张福成:攻坚克难,是科研人员的职业性格。轴承被看作工业制造的核心部件。中国是钢铁大国也是轴承制造大国,但高端轴承仍然被世界工业强国所垄断。我们团队在国际上率先发明了渗碳和高碳纳米无碳化物贝氏体轴承钢及其热处理技术,成果批量应用在大功率风电和轧机等苛刻重载环境,且使用寿命大幅提高。

记者:2018年10月,被誉为“21世纪第八大奇迹”的港珠澳大桥正式通车。听说,这项举世瞩目的超级工程背后,也凝聚着您和科研团队的智慧和汗水?

张福成:我们团队王青峰教授主要是针对当地高温、高湿、高盐的严酷海域气候特点,将耐候钢应用于索塔锚固箱的焊接制造,实现了焊接冶金质量、接头力学性能与耐腐蚀性能综合控制,保证关键构件120年不腐蚀,提升桥梁的安全性。

记者:您的科研创新都是在解决“卡脖子”难题,未来的研究方向是什么?

张福成:国家需要,就是我们的研究方向。只要是有利于国家安全发展和人民美好生活,具有科研价值、工程价值和社会价值的研究方向,都值得尝试。科技工作者都应该既要瞄准学科前沿,又要解决实际问题,为国家和地方经济社会发展贡献自己的力量。

“当选院士意味着更大的责任和更高的标准”

记者:未来,您如何充分发挥院士作用,为河北省高质量发展提供“原动力”?

张福成:当选院士意味着更大的责任和更高的标准。站在新的历史起点,早日实现钢铁行业碳达峰、碳中和目标,高校角色不可缺席。我所在的华北理工大学因矿冶而生、依钢铁前行,我们在全省率先启动了河北省钢铁实验室筹建工作。

记者:河北省钢铁实验室在人才培养以及科技创新等方面要达成什么样的目标?

张福成:河北省钢铁实验室旨在建成国家重点实验室,以创新研究、服务产业、支撑政府决策为导向,发挥河北省钢铁政产学研用的区位优势,集聚和培养高水平创新型科研人才队伍,并坚持“开放、流动、竞争、协同”的原则,建立市场化的运作机制、科学的创新组织模式、灵活的用人机制和薪酬制度、高效的成果转化机制,成为在创新投资、引人用人、薪酬激励、业务发展等方面享有充分决策自主权的产业技术创新组织。

记者:听着都让人振奋。目前,钢铁实验室进展情况如何?

张福成:实验室采取“3+N+N”模式组建,结合钢铁行业战略需求,已取得多项国家级与省部级重大创新成果,启动实施11项重大科技创新项目。同时,实验室组建了七支由院士领衔的创新团队,开展关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新研究,以打通基础研究-技术开发-工程转化-产品应用的完整创新链条。

记者:华北理工大学冶金工程学科是河北省唯一具有本硕博多层次培养能力的冶金工程学科,您又是这一领域的专家,未来在学科建设和科技创新上有哪些规划?

张福成:我们将主要瞄准钢铁领域前沿基础科研问题、钢铁行业国家重大战略需求的关键共性技术,优化学科研究方向,凝聚先进钢铁材料制造与加工、绿色低碳智能冶金等创新研究团队力量,开展零碳排钢铁行业“卡脖子”关键核心技术研究,力争在高水平论文、高水平工程转化、国家级奖励等方面取得新突破。