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李殿中院士:实现全生命周期技术链贯通是特殊钢领域主要创新方向
信息来源:世界金属导报2026-03-17F01      时间:2026-03-17 00:00:00

记者:您的科研成果遍及水电设备、核电设备等大国重器,如何实现基础研究与产业应用的全链条贯通?

李殿中院士:作为科技工作者,首先要到产业重大需求中去,到生产一线去,从生产实践中找科学、求真知。企业制造产品需要技术支撑,而关键技术突破往往依赖于基础科学问题的解决。我经常到生产现场,发现一个普遍现象:在产品开发过程中,许多技术难题,其根源并非单纯的技术层面问题,而是背后的基础科学问题未得到有效解决。例如,针对特种钢研发,影响钢材性能的关键因素主要有夹杂物和碳化物等,若仅在冶炼阶段控制夹杂物生成,或在热处理阶段调整碳化物形态,不从源头解决的话,很容易造成材料性能波动。要真正解决这类问题,需要从基础研究层面、从技术链角度,深入探究夹杂物与碳化物的形成机理、演化规律,这是基础研究的重要性。

但要注意,在逻辑上,基础研究不能讲“本本主义”,不能从书本到书本。要以国家重大战略需求为导向,扎实推动产业创新与科技创新深度融合。在重大需求中找技术科学问题,这些问题都是“硬核”问题,然后开展基础研究。这种情况下,研究的着眼点和导向性是非常清楚的,心里也会特别踏实。

记者:您提出了“以小制大”金属构筑新方法,这一革命性思路是如何产生的?它解决了哪些核心问题?

李殿中院士:“以小制大”金属构筑新方法的诞生,主要源于长期深入生产实践。在10吨至数百吨特大型钢锭生产过程中,我发现传统模式存在三个问题:材料利用率低、安全风险高、内部质量难以控制。以100吨钢锭为例,其内部流场、温度场都在变化,冷却速度极为缓慢,近乎处于平衡冷却状态,带来晶粒粗大并导致成分不均匀,也就是偏析问题,这是世界性难题。

增材制造技术“以小积大”的核心思路给了我重要启发。同时,长城修建与传统砌墙工艺也带来了灵感——万里长城虽规模宏大,却由无数块标准砖块通过合理拼接与缝隙填充构筑而成,且具备极高的稳定性与整体性。由此提出,以多块小尺寸均质化板坯作为基元,通过真空焊接、高温形变等手段,使界面与基体完全一致,进而获得大锻件所需均质化母材,实现“以小制大”新型制造。通过对20吨级钢锭试验样品进行解剖分析发现,由于再结晶、原子扩散等作用,连铸坯层间的缝隙已完全闭合,构件断面可实现无缝连接,关键是整体成分非常均匀。

与传统“以大制大”模式相比,“以小制大”方法在材料利用率与成本控制方面也具备显著优势。传统模式下,为制造大型构件需先浇筑更大尺寸的钢锭,再通过切头去尾去除因偏析、缩孔等缺陷导致的不合格部分,材料利用率有时仅为60%。而“以小制大”方法采用质量可控的连铸坯作为基础单元,材料无需大量切除,材料利用率大幅提升。

目前,该技术已成功应用于部分国家重大工程。比如,在与中国原子能研究院、太原钢铁集团公司、山东伊莱特重工等单位的合作中,将48块不锈钢连铸坯堆叠、分级锻造,成功生产出150吨钢锭,成分均匀、性能稳定,成功制造出霞浦核电站反应堆用直径15.6米全球最大支撑环。此外,金属构筑技术应用范围正逐步拓展至钛合金、铝合金以及高温合金等领域,理论上适用于所有大型金属坯料,为高端装备大型构件制造提供了全新解决方案。

记者:面向未来,特殊钢领域有哪些值得关注的创新方向?

李殿中院士:近些年,中国钢铁工业快速发展,在钢铁材料方面,绝大部分问题已经解决,部分领域技术水平已达国际领先,尚未解决的个别问题主要集中在特殊钢领域。我认为,特殊钢纯净度、均质性以及强韧性、疲劳寿命等性能的提升,如同“更快、更高、更强”的奥林匹克精神,没有止境。特殊钢的问题不是“点”的问题,主要是从“点”到“链”的贯通问题。在钢材性能持续提升的基础上,实现从钢铁冶炼到钢材锻轧、热处理、精密加工、应力控制的全生命周期技术链贯通,是特殊钢领域主要创新方向。

需要强调的是,热处理环节在特殊钢全链条中具有不可替代的重要作用。热处理是调控特殊钢微观组织与力学性能的关键工序,优质的钢材如果缺少科学合理的热处理,其性能将无法充分发挥。然而,当前行业在热处理方面的重视程度不够,相关的人才培养、研发投入等工作有待进一步加强。

总之,未来的竞争不是“点”上企业的竞争,而是“链”上产业集群的竞争。实现从“点”到“链”的贯通,培育壮大特殊钢技术链上产业集群,将是中国特殊钢工业迈向高质量发展的一条重要途径。(鲁洋 任江涛 尹杰 王寒)

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