李殿中：“死磕”材料核心技術

中青報·中青網記者 邱晨輝 來源：中國青年報 （ 2021年08月10日 12 版）

李殿中中科院金屬所供圖

在材料領域，中科院金屬所研究員李殿中和核心技術“死磕”的勁頭，是出了名的。

前不久，全球在建規模最大、單機容量最大、技術難度最高的水電工程——金沙江白鶴灘水電站首批兩台機組投產發電。該水電站100萬千瓦發電機組最核心的部件——水輪機轉輪，採用的正是李殿中團隊研發的高温合金相控制技術。這項具有自主知識產權的關鍵技術，成功解決了相關器件依賴進口的難題。

1998年，李殿中來到中科院金屬研究所工作，組成十多人的科研團隊，攻克相關核心技術難題。

在工業生產中，大國重器所需的大鍛件，如核電壓力容器、大型船用曲軸等，都是先做出大鋼錠，再由鋼錠加工成形。這意味着，鋼錠的質量，在很大程度上決定着大國重器的成功。

李殿中發現，一些大型鋼錠不合格的主要問題，在於其內部成分不均勻。為了弄清楚這一問題是如何發生的，李殿中決定把鋼錠剖開，看看鋼錠裏邊到底發生了什麼。

這一大膽想法，一經拋出便遭到很多人的質疑——解剖鋼錠不僅成本高，而且週期很長。

可李殿中卻堅信，要解決問題，必須做好基礎研究的源頭工作，知其然，還要知其所以然。

沒有項目資助，他就四處籌集資金。最終，直徑2.4米、高3.5米、重100多噸的大鋼錠被一剖為二。

從剖開的橫斷面上看，成分分佈不均勻，內部存在很多孔洞和裂紋，這是導致鋼錠易報廢的主要原因。

李殿中認為，這些問題的形成，是氧在鋼中起到了關鍵作用，以氧化物為核心的輕質夾雜物，與凝固界面的交互作用，誘發了鋼錠的成分不均勻性，因此，通過控制鋼水中的氧含量，就能顯著減少夾雜物的數量和尺寸，實現鋼的均質性。

2014年，他根據實驗結果撰寫的論文，在國際學術期刊《自然·通訊》發表，該篇論文引發學界較大反響，此後，“控氧可有效控制偏析”機理成為行業共識。

稀土被稱為“工業維生素”，我國科研人員很早就開始稀土鋼的研發，但在鋼中加入稀土後，其性能時好時壞，生產過程中也容易堵塞澆口，多年未能突破技術瓶頸。

2007年，李殿中在一次考察中發現，國外利用中國稀土製作鋼錠，鋼的品質非常好，“為什麼他們用稀土能用得這麼好，我們就不能呢？”

帶着不解與不服輸，李殿中帶領團隊進行了反覆實驗，但加入了稀土的鋼性能總是不穩定。問題到底出在哪？

他親自跑到稀土生產現場，觀察稀土廠家的冶煉過程。

原來，稀土廠家做出來的稀土和他所需要的稀土，在概念上存在偏差。廠家為了讓稀土更為純淨，將其中的一些鐵、碳等元素都分離了出去。而李殿中經過前期的實驗分析認為，稀土中的鐵、碳，對於鍊鋼來説正是不可缺少的成分，反倒是影響純度的氧等雜質元素，應予去除。

李殿中將稀土帶回中科院金屬所親自冶煉，之後將低氧純淨稀土直接用於鍊鋼中。

不出所料，煉出來的鋼不僅性能穩定，且有着耐磨、耐熱、耐蝕的優點。

“1噸鋼，只需加入100克左右的微量稀土，即可起到細化變質夾雜、深度淨化鋼液和強烈微合金化作用，成本只增加了10多元，但疲勞性能卻可以提升一個數量級。”李殿中説。

在這場稀土鋼的技術攻堅戰中，李殿中帶領團隊“點石成金”，將稀土應用於高端軸承鋼、齒輪鋼和模具鋼製造中，為高端基礎零部件研製提供強有力支撐。

稀土鋼技術突破了，李殿中又迎來了新的挑戰。

在能源電力、海洋工程中的核心部件——大鍛件，對材料的均質性有極高要求，如何提升其冶金品質成為世界性難題。

造成這一問題的根本原因，在於大鍛件製備一直採取“以大制大”手段，即先冶鑄大鋼錠，再製造大構件，由於金屬凝固過程存在尺寸效應，規格越大的鋼錠冷速越慢，導致其性能上的缺陷。

在鋼廠中，工人師傅經常要放一掛鞭炮，來祝願大型鋼錠的澆鑄成功——大鋼錠澆注需要準備多包鋼水，生產組織難度大。李殿中下定決心要解決這個問題。

偶然中，一張萬里長城的照片給了李殿中啓發。

恢弘壯美的萬里長城並不是一塊磚造出來的，而是一塊一塊磚疊加起來的，那麼，為什麼不能採用“以小制大”的方式把一塊塊的小型鋼板砌起來形成大鍛件？

實驗中，在李依依院士的支持下，李殿中帶領孫明月、徐斌等工作人員，發明了金屬構築成形方法，即將多塊鋼板採用高温冶金連接工藝，充分癒合界面，實現界面與基體完全一致的無痕連接。

有時，他要坐10多個小時的車才能到達鋼廠，顧不上休息，白天跟企業管理人員、工程師和工人討論技術和流程，晚上進行生產實驗。

最終，生產實踐證實，通過這種方式構築成形的大鍛件，其性能穩定性要明顯優於傳統鍛件。

“創新從來都是九死一生”，對李殿中來説，雖是如此，胸中卻仍常懷“亦餘心之所善兮，雖九死其猶未悔”的豪情。在他看來，只有實現原始創新，才能真正實現核心技術的突破。

2021年08月10日 12 版