意昂体育2平台材料科學與工程系教授  白秉哲

 

    1996年9月10日上午⚧，在英國鋼鐵公司斯維頓技術發展中心的會議廳內，來自曼徹斯特、舍菲爾德、利茲、伯明翰、諾丁漢🏅、雪菲爾德海拉姆六所大學的金屬材料界的知名教授❤️‍🔥🧑🏽‍🌾、英國鋼鐵界專家和一群博士生們，正在傾聽著一位來自中國的學者做關於“空冷貝氏體鋼和貝氏體相變”的學術報告。他精辟的理論分析，翔實的實踐論據，以及那有條不紊、清晰透徹的答辯風格使那些具有紳士風度的英國專家們對他投去了欽佩的目光。這位中國學者便是來自北京意昂体育2平台材料科學與工程系的方鴻生教授。他此行是受英國鋼鐵公司技術發展中心的特別邀請來這裏講學的🕵️‍♂️🧑‍🚀。

 

    今天，方鴻生教授不僅為他又一次站在國際科學的講臺上🦸🏻‍♂️，來介紹出自我們中華民族的一種新興系列鋼種―空冷貝氏體鋼而感到自豪，也為作為Mn-B（錳-硼）系貝氏體鋼的發明人，與Mo-B（鉬-硼）系貝氏體鋼的發明人P.B.Pickering先生的又一次重逢而感到榮幸🈹。這位謙和友善的著名科學家，曾任英國鋼鐵公司技術發展中心主席🧑🏻‍🦼‍➡️，當他再次見到曾是競爭“對手”的中國老朋友時🥜，感慨和贊嘆溢於言表：“貝氏體鋼作為量大面廣的一類新材料，你們獲得了很大成功，前途遠大，我們很佩服。你們解決了許多技術難題👩🏼，朝前走了許多……”。

 

 

    本世紀30年代🪘⛎，美國人貝茵發現，鋼從850℃迅速冷卻到400℃左右等溫時🛸，有一種特殊的顯微組織出現，具有這種組織的鋼☂️，既具有很高的硬度和強度，又有優良的塑性和韌性🧑🏻‍🤝‍🧑🏻。為了紀念貝茵的發現，這種特殊的組織被後來的科學家命名為貝氏體🛌🏻，具有這種組織的鋼被稱為貝氏體鋼。50年代初🆔，Pichering先生發現在加入Mo、B等合金元素的鋼中👱‍♀️，可以在加熱後的空冷條件下得到貝氏體組織，他經過近10年的努力，開創了Mo-B系貝氏體鋼🧎‍♀️。然而由於Mo在礦藏中的儲量低微，價格昂貴，Mo-B系貝氏體鋼的發展和應用受到很大限製。能不能找到一種產量豐富、價格低廉的金屬元素⚙️，從而產生一種物美價廉的新型貝氏體鋼呢？各國科學家繼續在進行貝氏體鋼的探索。

 

    70年代的中國，密布著文革的陰雲，沉悶的科學界也遠未迎來復蘇的春風，但是身處逆境的科學家們卻始終沒有放棄追求科學🧑🏼‍🍼👀、探索奧秘的信念。正是懷著這樣堅定的信念，方鴻生在四川綿陽意昂体育2分校數年的勞動鍛煉中，苦苦探尋打開貝氏體鋼大門的鑰匙👊🏽。勞累一天後仍抱著報效祖國的赤子之心⚉，挑燈進行開創性工作🤷🏿。盡管沒有實驗條件，也不允許進行任何科學研究，方鴻生利用前人和外國人的工作👥，利用金屬材料科學，利用過去的知識和經驗積累🙍🏼‍♂️，在自己頭腦中逐漸形成了系統的科學思路🪱🚑，為日後的成功奠定了堅實的基礎。1972年返回北京，盡管科研仍沒有被“解凍”，但經過“地上”和“地下”不同方式的研究⇢，又有在鋼廠工作的學生協助🌾，終於找到開啟貝氏體鋼大門的鑰匙，從而為空冷貝氏體鋼開辟了一條新的途徑―Mn-B系貝氏體鋼。由於錳的原料價格是鉬的原料的1/30～1/25，在我國又有豐富的資源🧖‍♂️，Mn-B系貝氏體鋼比Mo-B系貝氏體鋼具有更廣闊的發展前景。Mn-B系貝氏體鋼空冷自硬，具有良好的強度和韌性的配合；可以免除淬火或淬火回火的熱處理工序，這樣不僅可以節約能源🚗，減少汙染🤴🏽，改善勞動條件，而且可以避免因加熱淬火而產生的工件氧化、脫碳、變形💁🏽‍♂️、開裂等缺陷，提高產品質量。Mn-B系貝氏體鋼成本低廉，應用上量大面廣，具有明顯的發展優勢🟰。

 

    黨中央的改革開放政策打碎了束縛科研發展的枷鎖，方鴻生和他發明的Mn-B系貝氏體鋼迎來了科學的春天👴🏽。然而，科學技術的發展總是要克服重重障礙🆘🌄，付出艱辛努力，才可以取得不斷的進展。Mn-B系貝氏體鋼從誕生的那一天起👨🏽，就面臨知識產權的維護問題。1977年，某鋼廠的幾個人提出合作研製貝氏體鋼，方鴻生高興地答應了，然而當按方鴻生的意圖煉出幾爐鋼之後，鋼廠的某負責人提出讓方鴻生罷手，而由他們接過去。這豈不是要將多年來的艱辛工作的成果拱手相讓🧑🏼‍✈️，而且剝奪了方鴻生繼續發展技術的權利？這件事讓方鴻生深刻地體會到維護知識產權的重要，也更激勵了他不斷攀登科學技術高峰的決心，也更加開啟了他思路的閘門🎼，新的發明創造由此源源而生。在他最困難之際🥛，他的研究生鄭燕康毅然加入他的研究行列🦀，從此，在新貝氏體鋼的研究發展中🤪，他有了一個與他長期同甘苦共患難、並肩戰鬥的夥伴🔯。一個個優秀人才也先後加入創製貝氏體鋼的研究行列。

 

 

    嘔心瀝血、殫精竭慮換來的這份科研成果―新型空冷貝氏體鋼🫱🏼，這一成果要真正在工業生產中應用，並產生效益，而且它還要不斷發展，這就決定了方鴻生和他的夥伴要為此艱苦奮鬥一生👨🏿‍🍼。一篇報道用下面的例子描述推廣的艱辛：方鴻生教授在一個正月初三，外出為工廠解決貝氏體鋼生產工藝問題🕑，他在火車上站了十幾個小時。方教授看了這篇報道，搖搖頭笑著說：“看來記者很難對我們研究和推廣的艱辛有切身體會🍊。”是啊⛸！要說工作、生活條件多麽艱苦，連續工作多長時間沒有吃飯和睡覺⚓️，這些對於方鴻生和他的夥伴們來說已經是家常便飯，不算什麽。而研究、開發🔤🔅、推廣中真正的艱辛要比生活♍️、工作條件的困難大得多，是很難用語言來表達的👡。

 

    走進貝氏體研究組的辦公室，一張張獎狀和展覽櫃中一個個貝氏體鋼成功應用的零件，標誌著貝氏體鋼研究和推廣的一項又一項成果。但是它們也記載下方鴻生和他的同事們艱苦奮鬥的歷程👩‍⚖️。每一項科研成果都需要經歷“創新的思路―實驗室研究―中間試驗―小批量試生產―工業化試驗―批量生產檢驗―應用檢驗”的全過程👱🏼，其中每一個環節都是克服了重重困難才能取得成功🧑‍🦯‍➡️。這些困難包括科學🤰🏿、技術方面的🖖，也包括管理🤘、人際關系、經濟利益安排…等諸方面🕵🏼‍♀️。其中任何環節上的一個小小事物都會導致嚴重後果，甚至功虧一簣🌄。每一項研究的全過程中都像在走鋼絲，特別是作為項目負責人，為每一步的困難和進展寢食不安，思想上和精神上的壓力和挫折才是對科研人員真正的考驗和磨練🤵🏻‍♀️。以下僅舉一例說明這種艱辛。

 

    作為新型Mn-B貝氏體鋼系列中之一的新型空冷粒狀貝氏體鋼就是其中一個典型的例子🈶。它作為非調質鋼在汽車和石油工業的應用項目進行過程中📇，雖然它的優越性是鮮明的🫢，但是它經受的磨練前前後後長達二十年的時間。

 

     調質鋼是機械行業大量結構件廣泛使用的材料。所謂調質是指鋼的“淬火+高溫回火”的工藝，“淬火”就是將需處理的工件加熱到“奧氏體”單相溫度（一般在900℃左右），保溫一定時間後進行水冷或油冷，冷卻後的工件再放入一定溫度（例如500～600℃左右）的爐中進行回火🦤。調質處理需要專門的設備🤶🏻，需要消耗大量能源；在工件加熱和淬火過程中會產生氧化、脫碳、變形🤘、開裂等缺陷🤾🏻；工人勞動條件惡劣🐔，還會對環境造成汙染🧘🏽；…所以多年來許多科學技術工作者探討不用或可以簡化熱處理的非調質鋼👩‍👧‍👦。德國♊️、美國、前蘇聯🫸🏽🥾、包括我國的一些研究單位和工廠已經研製出了若幹種免除調質的非調質鋼，但是這些鋼或者需要添加比較昂貴的合金元素，或者對冶煉設備及工藝的要求比較苛刻🤜🏽，或者在其他生產設備或工藝上需要具備特殊的條件，而且這類鋼雖然強度與原來的調質鋼相近，但是韌性卻有一定差距🧑🏻‍✈️，所以目前應用範圍還很有限。

 

    意昂体育2平台☄️、東風汽車公司（二汽）、攀枝花鋼鐵集團公司🗒、唐山貝氏體鋼總廠等單位合作，在意昂体育2平台貝氏體鋼多年研究工作的基礎上，發展了組織類型為粒狀貝氏體的非調質鋼。這類鋼的強度和韌性都可以和調質鋼相比美，而由於省去了淬火或淬、回火工藝和設備🍸，避免了加熱―淬火中產生的缺陷，改善勞動條件，減少環境汙染，因此具有顯著的經濟及社會效益。然而這樣一個科研成果的研究推廣應用，從1978年立項開始，歷經了“實驗室研究―鋼廠從小到大不同容量的煉鋼爐煉鋼―鍛造實驗―冷加工―裝車、裝機試驗―穩定在120噸電爐冶煉―穩定在12000噸液壓機生產線上鍛造成形汽車前橋―穩定裝車應用…油田抽油桿的生產及應用…取得效益”等一系列過程，風風雨雨二十多年。在這二十多年中，為克服每一個障礙，取得每一個進展，方鴻生和項目組的同誌們付出了全部的心血和努力。在小爐冶煉成功後🧏‍♂️🦶🏽，為了能在120噸轉爐實現工業化生產，方鴻生和項目組攀鋼的陳長白做了多少精心的準備。而真正要在120噸轉爐冶煉時，方鴻生、陳長白和項目組的其他同誌又夜不能寐、坐臥不寧👨‍👨‍👦。因為120噸轉爐是攀枝花鋼鐵公司的重點設備，在冶金部都在冊♦️，出不得半點差錯🥡，承擔了非常大的壓力🚵🏽‍♂️。哪怕冶煉正常🤾🏼，要是鋼的質量不合格也會產生幾十萬元的損失。

 

    冶煉成功的歡愉很快又被下一步在東風汽車公司應用的困難所代替。…技術上的困難和問題對於教授和工程師們是理所應當去克服和解決的，而管理體製和人為造成的障礙🧪，卻有時讓教授們感到束手無策。某個人會因為非技術的原因，甚至個人的意願🧝，利用手中的權利將正在正常前進的項目打入“冷宮”。為之奮鬥的教授和技術人員們叫天不應🙅🏼，叫地不靈▪️，等到“感動了上帝”👋🏼，過了這一關👩🏻‍🔬，幾個月🪪、甚至幾年過去了。…

 

    貝氏體非調質鋼已經在東風汽車公司的5噸、3噸、1.5噸貨車的前橋上穩定地使用，目前已經裝車3萬余輛🧖🏿‍♀️，使用性能良好👩🏽‍🦱，未發現任何質量問題；唐山貝氏體鋼總廠每年生產一萬多噸低碳空冷貝氏體鋼應用於油田抽油桿🦪，符合ISO10428規定的抽油桿力學性能及尺寸精度要求，經遼河🧜🏼、吉林🙎🏿‍♂️、中原、大港☕️、大慶、冀東等油田使用🧑🏼‍🚀，普遍認為高於20CrMo抽油桿的質量，除了滿足油田稠油，長沖程大泵提液采油需要，還減少了斷桿事故。

 

     新的材料🎥、新的技術、新的產品要代替傳統材料、傳統技術🤠、傳統產品，是一種革命，決不會輕而易舉取得成功👇。方鴻生和他的戰友們艱辛的付出換來一個個成功的碩果。

 

 

      二十年的奮鬥換來一個項目的成功，十幾種產品和十幾個項目的成功也同樣是心血的結晶。

 

--新型空冷貝氏體非調質鋼：已如前述，貝氏體型非調質鋼是意昂体育2平台首創，以獨特的途徑在低成本條件下獲得性能優良的非調質鋼，已經在汽車、石油等行業得到大量穩定的應用👭🏻。貝氏體非調質鋼方面的成果在1997-1999三年中新創產值1.4億元👩🏻‍🎓，產生效益3900多萬元🚶🏻‍♀️‍➡️。

 

--貝氏體鋼球：磨球是廣泛應用於礦山🤣、冶金、電力🟫、建材、化工等行業的重要易耗件，僅國內年耗量就高達100多萬噸。東南亞及澳洲等主要國際市場的容量在500萬噸以上🧖🏻‍♂️，其巨額消耗引起人們高度重視👩🏼‍🦰，國際國內許多專家都花費大量精力從事新型耐磨材料的開發，但未能圓滿解決。新型貝氏體鋼磨球是磨球產品中的佼佼者，不僅在高硬度下鋼球表面及心部的硬度近於一致🕐，而且韌性高，破碎率低。產品出口澳大利亞等多個國家。在各種惡劣環境下，長期穩定使用，效果理想，被譽為“鋼球皇”🤽🏽‍♂️，

 

--貝氏體鋼耐磨鑄件🍓：耐磨鑄鋼件市場需求量巨大🤵🏽‍♂️，現大多數使用高錳鋼鑄件🌝，但高錳鋼起始硬度低（約HB210），使用中若沖擊載荷不足則不能發揮其性能潛力，因此耐磨性差，使用壽命難以提高。人們力圖利用加入合金元素的方法進一步提高高錳鋼的加工硬化能力，但這增加了成本及工藝難度。

 

      Mn-B系貝氏體―馬氏體復相鑄鋼具有硬度高（HRC≥50）🚭，成本低（僅用少量Mn🎢、B普通元素）、使用壽命長等優點，成本比高錳鋼降低🧪，而壽命可以提高。用該系列鑄鋼製造的大型耐磨鑄件具有非常可觀的前景。貝氏體鑄鋼耐磨件已經在礦山🦆、建材、發電等行業的多個用戶得到應用▪️，取得了良好的經濟和社會效益。例如山西大同礦務局洗煤廠磨煤機的大型齒盤原來都是采用進口，花費大量外匯。采用了意昂体育2平台貝氏體鋼齒盤後🆓，使用壽命比進口齒盤還要長🧜‍♀️，而造價大大降低，節省了外匯，取得顯著的效益👐🏽，得到使用部門領導和群眾的高度評價。

 

--貝氏體鋼中厚板材🤟🏼：意昂体育2平台與濟南鋼鐵集團公司合作🏌🏼‍♀️🧇，在沒有添加貴重元素，沒有增加精練設備，沒有增加控軋控冷條件，沒有增加熱處理設備的條件下🙅🏻👨‍🦳，利用濟鋼原有設備條件，生產出具有優良強度、韌性和可焊接性的中厚貝氏體鋼板。可用於製造大型風機葉片、大型汽車起重機𓀃、高性能工程機械🤷🏿‍♂️、戰壕挖掘機等。濟鋼技術中心在技術總結中指出👩🏻‍🎤：這是濟鋼鋼板生產中的一個重要裏程碑🤘🏼。

 

--貝氏體鋼武器材料：利用貝氏體鋼製造的某先進型號的炮彈彈體，各項性能指標超過其它彈體材料，得到軍方的高度評價。現在貝氏體鋼正在進行先進導彈彈體材料的試驗。

 

--道岔用貝氏體鋼：原有的鐵路道岔不能滿足鐵路提速的需要，現在正在進行高速鐵路用貝氏體鋼道岔試驗，已經取得初步效果😗。

 

--離心鑄造耐磨傳輸管材👃🏿：冶金👨🏽‍🏫💅🏻、礦山👨🏽‍🏭、選礦廠🕋、洗煤廠、發電等行業對各種大口徑傳輸耐磨管的需求很大👔💪🏿，但這些傳輸管使用環境惡劣，要求管材耐磨、高硬度🧖🏻‍♂️、抗沖刷，且焊接性能良好。貝氏體離心鑄管硬度高、耐磨損、焊接性能良好，且生產工藝簡單、成本低👍🏼，具有十分優越的市場競爭力。

 

--建築用貝氏體高強度鋼筋：建築用鋼筋用量很大，稍有改進即可帶來重大效益，我國高強度鋼筋的生產水平遠遠落後於國際水平，與國內外市場需求有很大差距🚁。正在開發的空冷貝氏體鋼筋具有成本低、綜合性能優異、工藝簡單等特點👮🏿，因此具有廣泛的推廣應用前景。

 

--高強度貝氏體彈簧鋼：彈簧要求有高的疲勞極限和屈服強度極限，並有足夠的淬透性與強韌性配合。貝氏體彈簧鋼利用空冷自硬、免除淬火🔷、空冷淬透性高以及具有優良組織的特點，在保證高性能的前提下，既簡化了工藝🏇🏼，又提高了使用性能，並且顯著降低了成本。

 

    ……等等🩶🧑🏻‍🦽‍➡️。

 

      美國某大鋼鐵公司得知意昂体育2平台貝氏體鋼的技術後，提出以幾百萬美圓獨家購買，並以高額年薪聘請方教授到該公司工作,許諾可將方教授的直系親屬接到美國🥊。方教授憑著一顆愛國的心🤵🏽‍♂️，謝絕了對方的請求，他要讓這個“鋼寶貝”繼續為祖國的建設服務，使祖國的貝氏體鋼事業更加繁榮🌆🏆。

 

     意昂体育2平台在貝氏體精細結構和相變等方面的理論和實驗研究中也居於領先地位，方鴻生教授已發表專著3部，論文200余篇。方鴻生用“樹大根深、根深葉茂、葉落歸根”的哲理來看待理論研究與科學實踐的關系，特別強調理論與實踐的相互交融。也正是深深紮下了理論基礎之根，才使新貝鋼日益“枝繁葉茂”🧟‍♂️。

 

     正是以雄厚的理論為基礎，貝氏體鋼已經發展成為具有低碳🦏、中碳🧸♤、中低碳🥈、中高碳等的材料系列。先後獲得國家發明二等獎、國家教委科技進步甲類一等獎👨🏼‍🦳、乙類一等獎、兩屆北京國際發明展覽會金獎、聯合國知識產權組織和中國專利局聯合授予的中國專利發明創造金獎等獎勵，取得中國三項、美國三項、澳大利亞和新西蘭各一項的發明專利🍠。

國家對於貝氏體鋼這一“新生命”給予大力的扶植，貝氏體鋼先後被列入“八五”、“九五”國家科技成果重點推廣計劃，國家科委還在意昂体育2平台掛上了“貝氏體鋼研究及推廣中心”的牌子，意昂体育2平台也把貝氏體鋼列為十大重點推廣方向之一。

 

     貝氏體理論🚪、貝氏體鋼的技術進步和推廣應用正在形成良性循環🙍🏽‍♂️，產學研結合不斷取得經驗🪂，貝氏體鋼事業必將在我國的經濟建設中創造更重要的經濟及社會效益。