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王国栋
发布日期:2016-04-19 来源:九三学社中央宣传部
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王国栋(1942年10月2日—),生于辽宁大连。材料学家。2005年当选为中国工程院院士。1986年加入九三学社。

王国栋于1966年毕业于东北工学院,被分配到鞍钢小型厂。1978年,王国栋以优异成绩考取了北京钢铁研究总院压力加工专业硕士研究生,师从于著名的轧钢专家张树堂教授。王国栋在鞍钢小型厂12年理论和实践上的积累和对国际钢铁工业发展的认识,为他接受新知识、开拓新的研究领域打下了坚实基础。他的研究课题是当时国际上最热门、而国内刚刚起步的板形问题。他深入到当时设备、工艺技术最先进的武钢进行调研和合作研究,利用当时最先进的TQ16计算机进行板形问题的分析计算,利用钢研院先进的轧制设备进行实验。他提出了计算轧辊弹性变形的计算方法,建立了系统的轧辊弹性变形计算软件;他提出的双阶梯辊改善板形的方法,应用于上钢一厂,创造了明显效益。王国栋1986年出版的第一部专著《板形控制和板形理论》,就是总结这个时期的学习和工作写成的,他所提出的一些理论和方法,至今仍然为从事板形问题研究的学者使用。毕业时,他已经在国内多个学术期刊发表文章,表现突出。在导师的推荐下,经东北工学院考核,王国栋回到了自己的母校任教。他相信,在东北工学院这片广阔、自由的学术天空中,他会飞得更高更远。

王国栋深知钢铁材料对于国家经济的发展、对于科学技术的进步、对于国防安全意味着什么;同时他也深深地感受到钢铁工业所面临的节省资源、节约能源、保护环境的压力。他要寻求一种新的加工工艺,这种工艺既能够大幅度提高传统钢铁材料的性能,延长使用寿命,又能够有效提高资源的利用率和回收率。如果能够将占我国钢铁材料产量50%的普碳钢在不添加或少添加合金元素的情况下强度提高一倍,用以代替低合金高强度钢,不仅具有巨大的经济效益,而且增加了钢材的可回收性,对于我国经济的可持续发展将具有重要意义。

1998年,当得知国家重大基础研究规划项目(“973”项目)中有一个关于“新一代钢铁材料的重大基础研究”项目时,王国栋马上拜访了项目负责人、首席科学家翁宇庆教授,提出了自己的想法。为了争取到这个大项目,王国栋竭力邀请翁教授来东北大学考察。考察的过程中,翁教授对由王国栋担任负责人的东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的研究实力、科研条件都很满意,决定在“新一代钢铁材料的重大基础研究”项目下设立“轧制过程中实现晶粒细化的基础研究”课题,并以重点实验室的研究人员为主体成立了课题组。课题组的目标明确,就是通过细化晶粒,使现有200MPa级别的普碳钢在成分基本不变的条件下屈服强度提高一倍,并具有良好的塑性和韧性。那么,怎样才能获得超细晶,晶粒要细化到什么程度才行呢?在国际上,日本、韩国相继于1997年和1998年启动了面向21世纪的结构材料研究计划,其目标就是在成分基本不变的前提下将现有钢材的强度和寿命提高1倍。他们在前5年主要研究目标就是探究晶粒细化的极限。但王国栋和他的课题组发现细化晶粒对提高材料的屈服强度有明显作用,但对抗拉强度的作用不十分明显,单纯依靠细晶强化会带来材料屈强比过高的问题,因而会限制材料的应用。而且,在现有工业条件下,进行微米级或微米以下级的超细化,加工制造难度极大,在现有的轧机上难以实现。因此,王国栋决定将研究的重点定位在现有工业条件下能够实现的目标上,创新性地提出了晶粒适度细化的概念。他们通过大量实验证明,适宜的平均晶粒尺寸应当在在3—5μm,这样可以避免极端成形过程,利用现有轧机就可以生产。得到的钢材的强度得以提高,塑性保持在较好的水平,特别是强屈比比较低,可以满足用户的使用要求。为了进一步提高抗拉强度,他们在适度细晶化基础上,配合相变强化,利用现代轧制过程轧制速度快、冷却能力强的特点,充分利用轧制过程中的应变积累,对轧制过程得到的硬化奥氏体进行加速冷却,实现复合强化,从而保证材料具有优良的综合性能。在这种思想的指导下,经过近1年的实验室研究,他们拿出了细晶化的超级钢原型钢,性能基本达到要求,并从中摸索出生产这种超级钢的轧制、冷却工艺参数。王国栋带领他的课题组,于1999年9月在宝钢2050热连轧机上进行了SS400钢细化晶粒的第一次现场轧制实验,这是世界上第一次用工业化的轧机轧制超级钢的实验。当板卷通过轰鸣的轧机和冷却系统,最后在卷取机上成卷时,课题组和现场工程技术人员拥抱在一起,流出了喜悦的泪水。

2000年10月,在第3次工业实验中,计算机屏幕上良好的曲线清晰地显示在人们面前,力学性能检验结果全面达标,成功了!多年的努力终于取得了胜利。当初设立项目时的研究目标是5年获得原型钢,而他们只用了2年就拿出了工业生产的板卷。

就在大家欢欣鼓舞时,王国栋又陷入了沉思。他深知科研成果只有投入工业生产转化为产品,才能真正变成生产力,才能真正为国家经济发展服务。王国栋决定,他们要继续战斗,进入工业应用阶段。困难接踵而至,将产品应用到实际生产中,不仅要考虑到强度指标,还增加了许多使用性能指标的考核。比如用在汽车上就要考虑焊接性能、疲劳性能,以及长期远行将会发生的各种复杂问题,甚至产品应用的不同位置都要求有不同的性能指标要求。这就需要课题组根据不同产品的不同需要进行工业应用研究。2000年10月23日,长春第一汽车集团公司和上海宝山钢铁股份有限公司签订了用400MPa超级钢代替B510制造平头货车发动机前悬置梁的新产品试制协议书,课题组反复论证实验,新产品于当年11月27日进行热轧生产,屈服强度超过400MPa,性能检验全部合格,用于冲压发动机前悬置梁,冲压3000件,无一废品。之后,这项板材超级钢生产技术又推广到本钢、鞍钢。产品陆续发往一汽集团公司等使用单位,用于冲压各种部件。经过千吨级的批量使用,说明400MPa超级钢用于制作汽车前悬置梁、横梁已经通过了考验,是用于替代低合金钢的理想材料。经过两年多的试用,2003年,一汽集团公司正式将400MPa超级钢列入公司标准。随后,重点实验室又继续前进,在超级钢线材、棒材、中厚板等方面取得突破,将超级钢全面推向了国民经济主战场。

在理论研究方面,王国栋及课题组在形变诱导相变实验方法以及形变诱导相变规律方面的研究成果,对于低碳钢高温变形过程中的组织演变以及形变诱导相变的理论研究具有重要意义。研究工作提出的适度细晶化、细晶强化与相变强化相结合的强化方式,以及充分利用奥氏体未再结晶轧制和形变诱导相变机制,结合轧后冷却过程的有效控制实现晶粒细化和组织控制的思想,开辟了新一代钢铁材料研究及生产的新途径。课题研究期间发表有关论文41篇,其中SCI收录9篇,EI收录17篇。获得经省级鉴定的科技成果3项,省部级以上科学技术奖励5项,申报与本课题相关专利12项,其中有4项实用新型专利已获得专利权。

整个课题在国际上处于领先水平,在国际竞争中实现了四个第一:第一次得到超级钢工业生产的工艺窗口;得到了实验室条件下第一块原型钢样品;在工业生产条件下轧制出第一卷超级钢;第一次将超级钢应用于汽车制造。早开始研究这一项目的日、韩同行们投来了敬佩的目光,向王国栋竖起了大拇指。有多少人知道一次的辉煌背后那数百次、上千次的实验,那与寂寞、焦灼、压力相伴的无数个不眠之夜呀。王国栋说:“做项目确实是一件苦差事,但也确实为我们提供了一个展示自我、提升水平的平台,只要投入进去了,其实是乐趣无穷的!”

2005年3月28日,对王国栋来说是个终生难忘的日子。这一天他作为国家科技进步奖一等奖获得者,在庄严的人民大会堂受到了党和国家领导人的亲切接见,亲身感受了党和政府对科技工作者的亲切关怀和殷切希望。王国栋和他的同事们完成的“低碳铁素体/珠光体钢的超细晶强韧化与控制技术”研究课题,在国际上率先利用现有工业条件,用普碳钢生产400MPa超级钢,在保证韧性前提下实现屈服强度翻番,开辟了节省合金元素、降低钢材成本、大幅度提高钢材性能、促进钢材品种更新换代的新途径。这项国际领先的科研成果,不仅每年至少为国家节省数亿元开支,而且非常有效地降低了资源消耗,减轻了环境压力,对于国民经济全面、协调、可持续发展具有重要意义。王国栋自豪地说,钢铁冶金领域10多年没有获得国家科技进步奖一等奖了,我们终于实现了新的突破,为钢铁工业的发展做了一件实事。

在研究生培养中,创新思维和创新能力的培养被公认为是高层次人才培养过程中最关键、最重要的一环。王国栋于1993年曾到美国匹兹堡大学担任访问学者,让他感触最深的就是,美国大学中培养创新思维和创新能力的氛围相当浓厚,王国栋要为自己的学生创造这样的环境。他要求研究生做论文坚持高目标、高起点,在学科前沿进行科学探索,做创新性工作。实验室还把学术交流作为培养研究生创新意识的一个重要举措,他们邀请国内外知名专家和现场技术人员举行学术讲座,同时鼓励和支持学生积极汇报自己的研究成果。这些交流使学生拓宽知识面,改善知识结构,开阔视野,增强研究兴趣,激发创新的火花。

王国栋秉承“实践出真知,实践出人才”的原则,将年轻人投入到生产第一线,让他们在实践中增长才干,成长成熟,在短时间内由一个仅仅经历家门到校门的学生成长为一名领域内的专家。比如,宝钢建设1580热连轧机这个项目,为年轻人的成长提供了一个千载难逢的好机会。在这台当代最先进的轧机安装、调试阶段,年轻教师、研究生都深入到第一线。他们穿着宝钢工作服,像宝钢人一样工作,在调试、投产、改进、提高的日日夜夜中,他们与宝钢人一起奋斗,共同欢乐。当代最为先进的设备投产了,当代质量水平最高的钢卷轧出来了,掌握最现代技术的年轻专家也成长起来了。

王国栋认为,对于年轻人来讲,通过自己解决问题,建立自信,肯定自我,才是受用一辈子的。实验室选派两个研究生承担宝钢的一个项目,研究如何将带钢厚度超差造成的废品量减少30%,宝钢的技术工人在这方面已经研究多年没有丝毫进展,一开始他们也没有信心,自己是学生,人家从事多年技术研究的人都没能攻克的难关,我们能行吗?王国栋却对自己的学生充满信心,他说,年轻人的创造力是无限的,必须加以引导,让他们从一个个成功中,将创造力释放出来,建立起自信心。实验室的老师指导他们阅读文献、深入现场调研、测试,一步一个脚印地前进。一年多下来,他们掌握了技术的精髓,也搞清了问题的症结所在。不仅实现了废品量降低30%的目标,还超额完成任务,使废品量降低到50%。毕业后,两人都留在了宝钢,成了企业年轻的业务骨干。

社会在发展,对人才的要求也上了一个新的层次。特别是一些先进企业,要求学生不仅了解辊缝里材料的变化,而且要求学生通晓自动化、计算机等相关学科的知识。他们希望学校培养复合型人才,这些人可以从更广泛的视角,更深刻的层次,去理解轧制过程,去组织轧制生产。王国栋与实验室看准了这一点,坚持对学生进行多学科交叉教学,从各个不同的环节对学生进行全面培养。为了能够跟上信息技术的发展,几乎实验室的每一位研究生都掌握了良好的计算机实用技术和软件开发技术。因此,实验室毕业的学生,都不同程度地掌握了相关学科的知识和技能,在科研中思路开阔,得心应手。

多年来,重点实验室为国家培养了167名博士研究生、136名硕士研究生,5名博士后出站。这些年轻人有的活跃在冶金企业,成为新一代材料加工专家;有的在高校任教,成为教育战线的主力军;有的在国外深造,准备将来归国为国家做贡献。

对于未来的发展之路,王国栋信心满怀,他说,由于一期“973”项目他们成功完成了任务,现在他们已经申请到了二期“973”项目“提高钢铁质量和使用寿命的冶金学基础研究”中的课题“利用铸轧技术生产细晶均质不锈钢和高P、Cu耐候钢薄带的基础研究”,将继续为中国钢铁材料的更新换代做出应有的贡献。

王国栋先后承担了国家重大基础研究规划项目(“973”)、国家高技术项目(“863”)、国家攻关项目和自然科学基金项目等重大项目。所发表的论文被SCI、EI收录200余篇次;完成专著6部、译著4部;获国家科技进步奖一等奖1项,二等奖1项,省部级科技进步奖15项。现任东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室学术委员会副主任,曾任轧制技术及连轧自动化国家重点实验室主任;担任中国金属学会轧钢学会副理事长、中国金属学会轧制理论及新技术开发学术委员会主任、中国材料研究学会第四届理事会理事。培养博士36人,硕士34人。