解決水輪機轉輪鑄件依賴進口難題！李殿中：用鋼鐵鑄就報國情懷

近日，世界上單機容量最大的白鶴灘水電站投產發電，而100萬千瓦發電機組最核心的部件——水輪機轉輪，就是采用了中科院金屬研究所研究員李殿中團隊的“高溫合金相控制技術”和依據他們牽頭制定的“三峽700MW級水輪機轉輪馬氏體不銹鋼鑄件技術規范”制造的大鑄件，成功解決了水輪機轉輪鑄件依賴進口的難題。

從三峽水輪機轉輪、大型船用曲軸，到核電壓力容器、稀土特殊鋼……多年來，李殿中科研團隊用鍥而不舍的鉆研精神致力于為大國重器打造核心關鍵部件，使我國擺脫了受制于人的被動局面，為我國核電、水電、船舶等領域大型鑄鍛件國產化做出了突出貢獻。近日舉行的全國“兩優一先”表彰大會上,李殿中榮獲“全國優秀共產黨員”稱號。

工業生產中，大國重器所需的許多大鍛件，都是先做出大鋼錠，再由鋼錠加工成形，鋼錠的質量直接決定大國重器的成功。以往由于我國的大型鋼錠生產還存在很多缺陷，導致許多大鍛件依賴進口。

1998年，李殿中科研團隊開始攻關這一難題。在生產一線中，他發現企業生產的大型鋼錠不合格的主要問題是內部成分不均勻，決定把鋼錠剖開，看看里邊到底發生了什么。這一大膽的想法遭到了很多人的質疑，因為解剖鋼錠不僅成本高，而且周期長。

經過努力爭取，李殿中從剖開的鋼錠橫斷面看到了許多條氧化物引起的偏析流線。研究發現，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。2014年，他根據實驗結果撰寫的論文發表在《自然·通訊》雜志上，該篇論文引發了學界較大反響，“控氧可有效控制偏析”機理成為行業共識。

2004年，他將目光瞄準了三峽工程。三峽水輪機轉輪由上冠、下環和葉片三大鑄件組焊而成，總重量450多噸，直徑達10米，此前國內水電站的轉輪大部分依賴進口。李殿中帶領團隊采用多種實驗手段，提出“一次正火兩次回火”的熱處理工藝，并建立了全流程計算模型，最終實現了三峽水輪機轉輪鑄件的強韌性最佳匹配，應用后綜合性能達到了國際領先水平。

科研成果從論文到祖國大地。李殿中認為，只有實現原始創新，才能真正實現核心技術的突破。

稀土被稱為“工業維生素”。新中國成立不久，我國科研人員就開始稀土鋼的研發工作,但多年來未能突破技術瓶頸。

改變來自李殿中的一次偶然發現。2007年，李殿中在一次考察中發現國外利用中國稀土制作鋼錠，鋼的品質非常好。“為什么外國用中國的稀土能使用得這么好，而我們國家有充足的稀土資源，卻放棄了對稀土的應用呢？”

為了一探究竟，他親自跑到稀土生產現場，觀察稀土廠家的冶煉過程。原來，稀土廠家為了讓稀土更為純凈，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、碳對于煉鋼來說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。

李殿中將稀土帶回金屬研究所親自冶煉，之后將低氧純凈稀土直接用于煉鋼中。不出所料，煉出來的鋼不僅性能穩定，且有著耐磨、耐熱、耐蝕的優點。

“成本只增加了10多元錢，但疲勞性能卻可以提升一個數量級。”在這場稀土鋼的技術攻堅戰中，李殿中“點石成金”，將稀土應用于高端軸承鋼、齒輪鋼和模具鋼制造中，為高端基礎零部件國產化提供了強有力支撐。

稀土鋼技術突破了，李殿中又發現了新挑戰。我國大鍛件曾長期依賴進口，即便是進口的大鍛件也存在缺陷。原因在于大鍛件制備一直采取“以大制大”手段，即先冶鑄大鋼錠，再制造大構件，由于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。

偶然間，一張萬里長城的照片給了李殿中啟發。恢宏壯麗的萬里長城并不是一塊磚造出來的，而是一塊一塊磚疊加起來的，那為什么不能采用“以小制大”的方式把一塊塊的小型鋼板砌起來形成大鍛件呢？

在李依依院士的大力支持下，李殿中帶領孫明月、徐斌等工作人員，發明了金屬構筑成形方法，即將多塊鋼板采用高溫冶金連接工藝，充分愈合界面，實現界面與基體完全一致的無痕連接。為了將實驗成果應用于企業，李殿中帶著他的團隊成員不辭辛苦，有時要坐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，實驗結束天都亮了。

經過鋼鐵企業的生產實踐，合作企業利用李殿中團隊開發的金屬構筑成形技術制造出世界最大百噸級無焊縫奧氏體不銹鋼整體環形鍛件，并將應用于我國核電機組。研究成果入選“壯麗70年”共和國發展成就巡禮。金屬構筑成形技術獲得了2021年中國專利金獎，專利主要完成人、研究員孫明月獲得陳嘉庚青年科學家獎。

掌握了核心技術，就掌握了創新的主動權、發展的主動權。多年來，李殿中科研團隊研究成果在全國重機和特殊鋼等行業的50余家企業成功應用，為企業新增產值數百億元。他用一名普通科技工作者的實際行動，詮釋著對初心的堅守、對創新的追求，為偉大祖國早日建設成為世界科技強國貢獻著自己的一分力量。

來源： 中國科學院金屬研究所