凝心聚力铸造钢铁强国梦

吴彪

年过50岁的国人很难忘记中国缺钢少铁的日子。由于所需钢铁大多系进口，以致小小一颗铁钉，也称“洋钉”。曾经，一个国家的钢铁产量，就是国家的实力象征。世界列强，无一不是钢铁大国强国。正是因为有“为了一吨钢愁死英雄汉”的历史屈辱，才有今天一批执着勤勉的“钢铁人”和中国钢铁工业的崛起。

1月8日，在2017年度国家科学技术奖励大会上，国家科学技术奖获奖名单里钢铁行业中共有7个项目赫然在列，续写着中国钢铁行业科技创新篇章。作为与钢铁冶金行业结缘半生的专家，上海大学先进凝固技术中心（简称cast）主任翟启杰也在这一天，带领团队登上这一科技界的最高荣誉殿堂——由他领衔的“脉冲磁致振荡（简称pmo）连铸方坯凝固均质化技术”被授予2017年度国家技术发明獎二等奖。而这支团队近20年的奋斗故事，也在团队每个人的心里泛起涟漪。因为，它关乎青春，更关乎梦想……

把“冰棍”做成“雪糕”

钢铁和我们的生活息息相关，往大了说有飞机航母，往小的说有图钉小弹簧。被称为“现代工业的粮食”的钢铁，是制造生活用具、生产机器和军事装备的重要材料，钢的生产和消耗量至今仍然是衡量综合国力的重要标志。因而，人们对钢铁生产技术的研究也从未止步。

20世纪50年代，欧美国家出现连铸技术，即把钢水连续不断浇注凝固，制成坯料。与传统模铸相比，该技术大幅提高了生产效率和金属收得率并节约了能源。到90年代，全世界90%以上钢用连铸工艺生产。然而，由于柱状晶发达等原因，连铸坯成分不均匀性问题突出，严重影响了钢铁制品性能均匀性和质量稳定性。

要知道缘由，就需要了解钢铁连铸生产的工艺过程。翟启杰饶有兴趣地为记者上起科普课。“通常情况下连铸坯的凝固过程就像冰棍的结晶过程。冰棍结晶时，冰晶粒从外面一直长到心部，形成贯穿冰棍的大冰碴，把杂质、包括糖分等添加物质都推到了最后结晶的中心。而雪糕就不一样了，它是由很多细小的冰晶粒组成，这样杂质和糖分等添加物质就会比较均匀。通常，连铸坯凝固时像冰棍一样，铸坯从外向内凝固，形成粗大的穿晶组织，把杂质元素、包括有用的合金元素也推到了铸坯的心部，造成成分和性能不均匀。如果把这样的钢坯轧制成板材或棒材，其不同部位性能就不均匀。如果把这样的钢切成小块分别制造成零件，这些零件的质量就不稳定。”

究竟通过什么方法可以解决钢坯凝固均匀性问题呢。翟启杰坦言，在技术路线的选择上，他们走过很多弯路。20多年来，他们尝试过添加形核剂、温度扰动、成分扰动，施加超声波、脉冲电流和脉冲磁场，然而最终均或是因为效果不稳定、或是因为工业应用困难等原因逐一放弃。最终，他们在研究脉冲电流细化凝固组织的机制中受到启发，发明了“脉冲磁致振荡技术”，从而解决了长期困扰国际冶金界的凝固均质化技术难题。

那么，这究竟是一项什么技术呢。用翟启杰的话来说就是，“这个技术就是把‘冰棍做成‘雪糕。通过电磁感应效应，使钢水中不断形成细小的晶核，从而避免出现粗大的柱状晶，最终达到均匀化的效果。”他提到，这项技术的核心是，感应脉冲磁场与金属熔体之间形成的电磁效应。因此，该技术不仅适用于钢的方坯连铸，也适用于钢的圆坯和板坯连铸以及模铸等其他与凝固相关的生产工艺。而对于铝、镁、铜等其它金属及合金，也有十分有效的细化效果。

十七年磨一剑

“十七年铸剑，只为炉火纯青；一剑出鞘，定当倚天长鸣。”这句话用来形容这一项目的成功历程再恰当不过了。这项发明的问世，凝聚了cast团队所有成员长达17年之久的默默坚守与付出，同时也给了“团队精神”“工匠精神”最好的诠释。