“素化”理念的缘起：钢铁产业的必然选择
“素，是少、简单、素雅；化，是变化、转变。”专访伊始，张福成院士便为“素化”理念定下基调。这一理念的萌生，源于他对钢铁行业可持续发展的深邃思考与多年科研实践的凝练。
张福成院士指出，传统钢铁生产为追求产品性能，往往大量添加合金元素，这不仅推高了成本，加剧了资源消耗与安全压力，更带来了冶炼难度大、废钢循环利用难、环境污染重等一系列挑战。“素化的核心思路，就是做‘减法’——最大限度地减少钢铁中的合金元素，极致降低冶炼缺陷，有效控制和增加钢中有益晶体缺陷。”
这看似简单的“减法”，实则牵一发而动全身。张福成院士细数其带来的七大嬗变：成本显著降低、资源消耗减少、国家资源安全增强、冶炼流程简化、废钢循环利用率提升、生产排放锐减、材料加工性能改善。基于此，他前瞻性地提出了“钢的素化科学与技术”这一系统性学科方向。
在张福成院士所在的河北省首家省级实验室——燕赵钢铁实验室，“素化”理念已转化为三大清晰的科研路径：
素化炼铁，重塑千年工艺。
团队研发的低温熔盐电解技术，堪称颠覆性突破。它用电驱动，利用铁矿石或铝工业固废“赤泥”，一步直接炼出纯铁，彻底跳过了传统长流程中炼焦、烧结、球团、高炉等重污染环节，实现近零排放。针对目前无法取代的长流程工艺中的烧结环节，团队利用人工智能优化配料，从源头治理令人头痛的一氧化碳排放，并将其浓度控制在2500毫克/立方米以下，达到并超越国家标准要求；并对高炉炉顶煤气实施二氧化碳捕集与循环利用，有效降碳。
素化炼钢，追求极致纯净。
聚焦炼钢过程，团队致力于将钢中有害气体和夹杂物含量降至很低水平，并同样实现了二氧化碳在炼钢工序内的循环利用。另外，通过控制钢中夹杂物形态球化、分布均匀化等方式实现素化。钢的化学成分设计上尽量减少，甚至不用合金元素，并且努力开发微合金化钢铁品种。
素化轧钢，点“缺”成金，化瑕为瑜。这尤为体现科技创新的魅力。团队摒弃单纯依靠添加合金元素提升性能的传统路径，转而通过力学冶金技术，主动设计并调控钢材内部的位错、孪晶、相界、晶界等微观“缺陷”，使其转而成为钢铁强韧化的关键要素。“我们是在用‘晶体缺陷’代替‘合金元素’，实现钢的性能跃升。”张福成院士解释道。
“从炼铁、炼钢到轧钢，长流程的每个环节都贯穿着‘素化’的脉络。同时，科学利用磁、电、声等外场助力素化炼钢和素化轧钢”，张福成院士总结道，这标志着钢铁生产正从资源依赖型、高能耗高排放模式，向内涵提升型、绿色低碳模式的深刻转型。
“素化”理念的外延：一种返璞归真的人生哲学
令人深思的是，张福成院士并未将“素化”局限于科学技术范畴，而是将其升华为一种可指导工作与生活的人生哲学。他将其精妙地概括为至少以下六个维度，言简意赅，发人深省：
思想素化有方向：摒除私心杂念，方能心明眼亮，坚定前行之路。
工作素化有效率：化繁为简，剔除冗务，直击核心，提升工作效能。
交往素化有廉洁：杜绝吃请送礼，构建清清爽爽关系，符合中央八项规定精神，营造风清气正的科研与生活环境。
生活素化有品质：追求简单、高雅的生活方式，于朴素中见真趣，提升人生品位。
饮食素化有健康：远离膏粱厚味，倡导均衡膳食，赢得身体健康。
钢铁素化有未来：为钢铁这一基础材料的绿色、可持续发展注入永恒动力。
“就像我们今天这场交流，清茶一杯，聚焦事业，这本身就是‘交往素化’的体现。”张福成院士微笑着说。这不仅是一种价值理念，更是一种躬身实践。
“素化”理念的实践：创新驱动发展的实践答卷
谈及“十四五”期间的科技创新与成果转化，张福成院士如数家珍。团队将“素化”理念融入科研管理与技术攻关，结出了累累硕果。
力学冶金技术大放异彩
面向国家重大战略需求，团队承担了“史诗级工程”——川藏铁路轨道道岔与辙叉专用钢的研制任务。该铁路服役环境之恶劣世所罕见：强腐蚀、超大昼夜温差、强紫外线、地壳活跃。团队开发的特种钢以其超长寿命和稳定性能，确保了铁路在超长时间内安全可靠运行，极大降低了全生命周期维护成本。
更令人振奋的是，团队在低合金钢研发中，以仅5wt%的极低合金元素总含量，成功制备出强度达到3GPa、延伸率10%、断裂韧性60MPa·m1/2的“3GPa钢”，钢的强塑性水平是目前世界范围内公开报道的最高水平；同时，以仅2.5wt%更低合金元素总含量，成功制备出硬度达到HV900、韧性50J的超高硬韧轴承钢，性能指标达到国际领先水平。利用微量钒与其他个别低含量合金元素协同作用，开发出系列微合金化超淬透性钢品种等。
团队还利用力学冶金技术实现了系列钢铁品种的性能“跃迁”，比如：采用力学冶金技术制备出高锰系列超低温用钢，破解了该钢强度不达标的难题，其强韧性水平满足-196～-254℃的低温环境要求，可应用于LNG、液氢储罐等超低温容器装备。在传统NM300、NM360马氏体耐磨钢的成分基础上，通过力学冶金技术使其分别升级至NM360、NM400，耐磨性较传统同级别马氏体耐磨钢提高30%以上。同样，利用力学冶金技术将广泛使用的Q235钢性能提升至Q355级别，将普通45号钢提升至合金钢性能。这些真正做到了“点石成金”，价值倍增。
超低排放技术实现颠覆性突破
团队自主研发的低温熔盐电解技术，不仅能处理铁矿石，更能“消化”国家亟需治理的工业固废“赤泥”，一步将其转化为纯铁，并富集回收其中的钛、铝、硅等有价元素，实现“变废为宝、吃干榨净”。该技术已在中、美、欧、日、韩等全球主要国家和地区申请专利，正在从吨级中试向10吨级产业化中试迈进。张福成院士补充了熔盐电解技术的关键细节：“若全部采用绿电，便能真正实现零碳冶炼，而且无需还原剂，工艺路径极为简捷。”
针对钢铁企业普遍面临的一氧化碳超标排放难题，团队的“过程治理”技术另辟蹊径，摒弃了昂贵的末端催化治理路线，从源头配料和过程化学反应调控入手，以低成本、高效率实现稳定达标排放。该技术已在新疆、河北等地多家钢铁企业落地转化，取得了良好的环境与经济效益。
（刘小燕 马远 胡红宇 尹杰李金禹）
