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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(xué)家。2005年當選為中國工程院院士。1986年加入九三學(xué)社。

王國棟于1966年畢業(yè)于東北工學(xué)院,被分配到鞍鋼小型廠(chǎng)。1978年,王國棟以?xún)?yōu)異成績(jì)考取了北京鋼鐵研究總院壓力加工專(zhuān)業(yè)碩士研究生,師從于著(zhù)名的軋鋼專(zhuān)家張樹(shù)堂教授。王國棟在鞍鋼小型廠(chǎng)12年理論和實(shí)踐上的積累和對國際鋼鐵工業(yè)發(fā)展的認識,為他接受新知識、開(kāi)拓新的研究領(lǐng)域打下了堅實(shí)基礎。他的研究課題是當時(shí)國際上最熱門(mén)、而國內剛剛起步的板形問(wèn)題。他深入到當時(shí)設備、工藝技術(shù)最先進(jìn)的武鋼進(jìn)行調研和合作研究,利用當時(shí)最先進(jìn)的TQ16計算機進(jìn)行板形問(wèn)題的分析計算,利用鋼研院先進(jìn)的軋制設備進(jìn)行實(shí)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(chǎng),創(chuàng )造了明顯效益。王國棟1986年出版的第一部專(zhuān)著(zhù)《板形控制和板形理論》,就是總結這個(gè)時(shí)期的學(xué)習和工作寫(xiě)成的,他所提出的一些理論和方法,至今仍然為從事板形問(wèn)題研究的學(xué)者使用。畢業(yè)時(shí),他已經(jīng)在國內多個(gè)學(xué)術(shù)期刊發(fā)表文章,表現突出。在導師的推薦下,經(jīng)東北工學(xué)院考核,王國棟回到了自己的母校任教。他相信,在東北工學(xué)院這片廣闊、自由的學(xué)術(shù)天空中,他會(huì )飛得更高更遠。

王國棟深知鋼鐵材料對于國家經(jīng)濟的發(fā)展、對于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、對于國防安全意味著(zhù)什么;同時(shí)他也深深地感受到鋼鐵工業(yè)所面臨的節省資源、節約能源、保護環(huán)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(cháng)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(chǎn)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(jīng)濟效益,而且增加了鋼材的可回收性,對于我國經(jīng)濟的可持續發(fā)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(gè)關(guān)于“新一代鋼鐵材料的重大基礎研究”項目時(shí),王國棟馬上拜訪(fǎng)了項目負責人、首席科學(xué)家翁宇慶教授,提出了自己的想法。為了爭取到這個(gè)大項目,王國棟竭力邀請翁教授來(lái)東北大學(xué)考察??疾斓倪^(guò)程中,翁教授對由王國棟擔任負責人的東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國家重點(diǎn)實(shí)驗室的研究實(shí)力、科研條件都很滿(mǎn)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(guò)程中實(shí)現晶粒細化的基礎研究”課題,并以重點(diǎn)實(shí)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(guò)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(dòng)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(fā)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(huì )帶來(lái)材料屈強比過(guò)高的問(wèn)題,因而會(huì )限制材料的應用。而且,在現有工業(yè)條件下,進(jìn)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(shí)現。因此,王國棟決定將研究的重點(diǎn)定位在現有工業(yè)條件下能夠實(shí)現的目標上,創(chuàng )新性地提出了晶粒適度細化的概念。他們通過(guò)大量實(shí)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(guò)程,利用現有軋機就可以生產(chǎn)。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(mǎn)足用戶(hù)的使用要求。為了進(jìn)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(guò)程軋制速度快、冷卻能力強的特點(diǎn),充分利用軋制過(guò)程中的應變積累,對軋制過(guò)程得到的硬化奧氏體進(jìn)行加速冷卻,實(shí)現復合強化,從而保證材料具有優(yōu)良的綜合性能。在這種思想的指導下,經(jīng)過(guò)近1年的實(shí)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(chǎn)這種超級鋼的軋制、冷卻工藝參數。王國棟帶領(lǐng)他的課題組,于1999年9月在寶鋼2050熱連軋機上進(jìn)行了SS400鋼細化晶粒的第一次現場(chǎng)軋制實(shí)驗,這是世界上第一次用工業(yè)化的軋機軋制超級鋼的實(shí)驗。當板卷通過(guò)轟鳴的軋機和冷卻系統,最后在卷取機上成卷時(shí),課題組和現場(chǎng)工程技術(shù)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(yè)實(shí)驗中,計算機屏幕上良好的曲線(xiàn)清晰地顯示在人們面前,力學(xué)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(shí)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(yè)生產(chǎn)的板卷。

就在大家歡欣鼓舞時(shí),王國棟又陷入了沉思。他深知科研成果只有投入工業(yè)生產(chǎn)轉化為產(chǎn)品,才能真正變成生產(chǎn)力,才能真正為國家經(jīng)濟發(fā)展服務(wù)。王國棟決定,他們要繼續戰斗,進(jìn)入工業(yè)應用階段。困難接踵而至,將產(chǎn)品應用到實(shí)際生產(chǎn)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(chē)上就要考慮焊接性能、疲勞性能,以及長(cháng)期遠行將會(huì )發(fā)生的各種復雜問(wèn)題,甚至產(chǎn)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(chǎn)品的不同需要進(jìn)行工業(yè)應用研究。2000年10月23日,長(cháng)春第一汽車(chē)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(chē)發(fā)動(dòng)機前懸置梁的新產(chǎn)品試制協(xié)議書(shū),課題組反復論證實(shí)驗,新產(chǎn)品于當年11月27日進(jìn)行熱軋生產(chǎn),屈服強度超過(guò)400MPa,性能檢驗全部合格,用于沖壓發(fā)動(dòng)機前懸置梁,沖壓3000件,無(wú)一廢品。之后,這項板材超級鋼生產(chǎn)技術(shù)又推廣到本鋼、鞍鋼。產(chǎn)品陸續發(fā)往一汽集團公司等使用單位,用于沖壓各種部件。經(jīng)過(guò)千噸級的批量使用,說(shuō)明400MPa超級鋼用于制作汽車(chē)前懸置梁、橫梁已經(jīng)通過(guò)了考驗,是用于替代低合金鋼的理想材料。經(jīng)過(guò)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(diǎn)實(shí)驗室又繼續前進(jìn),在超級鋼線(xiàn)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(jīng)濟主戰場(chǎng)。

在理論研究方面,王國棟及課題組在形變誘導相變實(shí)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(guò)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(guò)程的有效控制實(shí)現晶粒細化和組織控制的思想,開(kāi)辟了新一代鋼鐵材料研究及生產(chǎn)的新途徑。課題研究期間發(fā)表有關(guān)論文41篇,其中SCI收錄9篇,EI收錄17篇。獲得經(jīng)省級鑒定的科技成果3項,省部級以上科學(xué)技術(shù)獎勵5項,申報與本課題相關(guān)專(zhuān)利12項,其中有4項實(shí)用新型專(zhuān)利已獲得專(zhuān)利權。

整個(gè)課題在國際上處于領(lǐng)先水平,在國際競爭中實(shí)現了四個(gè)第一:第一次得到超級鋼工業(yè)生產(chǎn)的工藝窗口;得到了實(shí)驗室條件下第一塊原型鋼樣品;在工業(yè)生產(chǎn)條件下軋制出第一卷超級鋼;第一次將超級鋼應用于汽車(chē)制造。早開(kāi)始研究這一項目的日、韓同行們投來(lái)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(shí)驗,那與寂寞、焦灼、壓力相伴的無(wú)數個(gè)不眠之夜呀。王國棟說(shuō):“做項目確實(shí)是一件苦差事,但也確實(shí)為我們提供了一個(gè)展示自我、提升水平的平臺,只要投入進(jìn)去了,其實(shí)是樂(lè )趣無(wú)窮的!”

2005年3月28日,對王國棟來(lái)說(shuō)是個(gè)終生難忘的日子。這一天他作為國家科技進(jìn)步獎一等獎獲得者,在莊嚴的人民大會(huì )堂受到了黨和國家領(lǐng)導人的親切接見(jiàn),親身感受了黨和政府對科技工作者的親切關(guān)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(shù)”研究課題,在國際上率先利用現有工業(yè)條件,用普碳鋼生產(chǎn)400MPa超級鋼,在保證韌性前提下實(shí)現屈服強度翻番,開(kāi)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(jìn)鋼材品種更新?lián)Q代的新途徑。這項國際領(lǐng)先的科研成果,不僅每年至少為國家節省數億元開(kāi)支,而且非常有效地降低了資源消耗,減輕了環(huán)境壓力,對于國民經(jīng)濟全面、協(xié)調、可持續發(fā)展具有重要意義。王國棟自豪地說(shuō),鋼鐵冶金領(lǐng)域10多年沒(méi)有獲得國家科技進(jìn)步獎一等獎了,我們終于實(shí)現了新的突破,為鋼鐵工業(yè)的發(fā)展做了一件實(shí)事。

在研究生培養中,創(chuàng )新思維和創(chuàng )新能力的培養被公認為是高層次人才培養過(guò)程中最關(guān)鍵、最重要的一環(huán)。王國棟于1993年曾到美國匹茲堡大學(xué)擔任訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者,讓他感觸最深的就是,美國大學(xué)中培養創(chuàng )新思維和創(chuàng )新能力的氛圍相當濃厚,王國棟要為自己的學(xué)生創(chuàng )造這樣的環(huán)境。他要求研究生做論文堅持高目標、高起點(diǎn),在學(xué)科前沿進(jìn)行科學(xué)探索,做創(chuàng )新性工作。實(shí)驗室還把學(xué)術(shù)交流作為培養研究生創(chuàng )新意識的一個(gè)重要舉措,他們邀請國內外知名專(zhuān)家和現場(chǎng)技術(shù)人員舉行學(xué)術(shù)講座,同時(shí)鼓勵和支持學(xué)生積極匯報自己的研究成果。這些交流使學(xué)生拓寬知識面,改善知識結構,開(kāi)闊視野,增強研究興趣,激發(fā)創(chuàng )新的火花。

王國棟秉承“實(shí)踐出真知,實(shí)踐出人才”的原則,將年輕人投入到生產(chǎn)第一線(xiàn),讓他們在實(shí)踐中增長(cháng)才干,成長(cháng)成熟,在短時(shí)間內由一個(gè)僅僅經(jīng)歷家門(mén)到校門(mén)的學(xué)生成長(cháng)為一名領(lǐng)域內的專(zhuān)家。比如,寶鋼建設1580熱連軋機這個(gè)項目,為年輕人的成長(cháng)提供了一個(gè)千載難逢的好機會(huì )。在這臺當代最先進(jìn)的軋機安裝、調試階段,年輕教師、研究生都深入到第一線(xiàn)。他們穿著(zhù)寶鋼工作服,像寶鋼人一樣工作,在調試、投產(chǎn)、改進(jìn)、提高的日日夜夜中,他們與寶鋼人一起奮斗,共同歡樂(lè )。當代最為先進(jìn)的設備投產(chǎn)了,當代質(zhì)量水平最高的鋼卷軋出來(lái)了,掌握最現代技術(shù)的年輕專(zhuān)家也成長(cháng)起來(lái)了。

王國棟認為,對于年輕人來(lái)講,通過(guò)自己解決問(wèn)題,建立自信,肯定自我,才是受用一輩子的。實(shí)驗室選派兩個(gè)研究生承擔寶鋼的一個(gè)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(shù)工人在這方面已經(jīng)研究多年沒(méi)有絲毫進(jìn)展,一開(kāi)始他們也沒(méi)有信心,自己是學(xué)生,人家從事多年技術(shù)研究的人都沒(méi)能攻克的難關(guān),我們能行嗎?王國棟卻對自己的學(xué)生充滿(mǎn)信心,他說(shuō),年輕人的創(chuàng )造力是無(wú)限的,必須加以引導,讓他們從一個(gè)個(gè)成功中,將創(chuàng )造力釋放出來(lái),建立起自信心。實(shí)驗室的老師指導他們閱讀文獻、深入現場(chǎng)調研、測試,一步一個(gè)腳印地前進(jìn)。一年多下來(lái),他們掌握了技術(shù)的精髓,也搞清了問(wèn)題的癥結所在。不僅實(shí)現了廢品量降低30%的目標,還超額完成任務(wù),使廢品量降低到50%。畢業(yè)后,兩人都留在了寶鋼,成了企業(yè)年輕的業(yè)務(wù)骨干。

社會(huì )在發(fā)展,對人才的要求也上了一個(gè)新的層次。特別是一些先進(jìn)企業(yè),要求學(xué)生不僅了解輥縫里材料的變化,而且要求學(xué)生通曉自動(dòng)化、計算機等相關(guān)學(xué)科的知識。他們希望學(xué)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(guò)程,去組織軋制生產(chǎn)。王國棟與實(shí)驗室看準了這一點(diǎn),堅持對學(xué)生進(jìn)行多學(xué)科交叉教學(xué),從各個(gè)不同的環(huán)節對學(xué)生進(jìn)行全面培養。為了能夠跟上信息技術(shù)的發(fā)展,幾乎實(shí)驗室的每一位研究生都掌握了良好的計算機實(shí)用技術(shù)和軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)。因此,實(shí)驗室畢業(yè)的學(xué)生,都不同程度地掌握了相關(guān)學(xué)科的知識和技能,在科研中思路開(kāi)闊,得心應手。

多年來(lái),重點(diǎn)實(shí)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(yè),成為新一代材料加工專(zhuān)家;有的在高校任教,成為教育戰線(xiàn)的主力軍;有的在國外深造,準備將來(lái)歸國為國家做貢獻。

對于未來(lái)的發(fā)展之路,王國棟信心滿(mǎn)懷,他說(shuō),由于一期“973”項目他們成功完成了任務(wù),現在他們已經(jīng)申請到了二期“973”項目“提高鋼鐵質(zhì)量和使用壽命的冶金學(xué)基礎研究”中的課題“利用鑄軋技術(shù)生產(chǎn)細晶均質(zhì)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?lián)Q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(shù)項目(“863”)、國家攻關(guān)項目和自然科學(xué)基金項目等重大項目。所發(fā)表的論文被SCI、EI收錄200余篇次;完成專(zhuān)著(zhù)6部、譯著(zhù)4部;獲國家科技進(jìn)步獎一等獎1項,二等獎1項,省部級科技進(jìn)步獎15項?,F任東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國家重點(diǎn)實(shí)驗室學(xué)術(shù)委員會(huì )副主任,曾任軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任;擔任中國金屬學(xué)會(huì )軋鋼學(xué)會(huì )副理事長(cháng)、中國金屬學(xué)會(huì )軋制理論及新技術(shù)開(kāi)發(fā)學(xué)術(shù)委員會(huì )主任、中國材料研究學(xué)會(huì )第四屆理事會(huì )理事。培養博士36人,碩士34人。