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王国栋(中国工程院院士)

王国栋,男,1942年10月出生于辽宁省大连市,东北大学教授,博士生导师。压力加工专家。1981年毕业于北京钢铁研究总院,获硕士学位。曾任东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室主任,现任东北大学国家重点实验室学术委员会常务副主任、中国金属学会常务理事,中国金属学会学术工作委员会副主任委员、中国金属学会轧钢学会副理事长,中国材料研究学会荣誉理事,《轧钢》编委会主任委员、《Steel Research International》、《钢铁研究学报》、《冶金自动化》、《塑性工程学报》、《宽厚板》等期刊的编委或顾问。

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35μm,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。

王国栋,中国工程院院士、压力加工专家,现任东北大学教授,博士生导师。1942年出生于辽宁省大连市。1966年毕业于原东北工学院,1981年毕业于北京钢铁研究总院,获硕士学位。曾任东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室主任,现任东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室学委会副主任,中国金属学会轧钢学会副理事长,辽宁省金属学会理事,中国材料研究学会理事,《钢铁研究学报》、《冶金自动化》、《塑性工程学报》、《宽厚板》等期刊的编委或顾问。2005年当选为中国工程院院士。

王国栋教授长期致力于钢铁材料轧制的理论、工艺、自动化方面的研究并取得了卓越的成就,尤其是在新一代钢铁材料、中厚板核心轧制技术开发和集成、轧制过程人工智能优化等方面做出创新成果。承担的国家重大技术装备研制项目,集成和开发了大型中厚板轧机控轧控冷、中厚板轧制钢材组织性能预测与控制、中厚板生产线自动控制等技术,形成了具有我国自主知识产权的成套中厚板核心轧制技术,闯出了大型中厚板轧机实现国产化的新路;在超级钢的研究中,提出晶粒适度细化、复合强化等学术思想,解决了提高材料抗拉强度、降低屈强比和在现有轧机上生产超级钢两个关键问题;综合运用人工智能、组织性能预测、有限元等方法,建立连轧过程数模开发工具和模型参数调优工具,利用轧制过程得到的海量信息,进行轧制过程优化与数模调优。在板形理论和板形控制热轧板带组织和性能的预测与控制、塑性加工理论与有限元方法、轧制过程的人工智能优化、板带新产品的开发等方面做出一系列创新成果,对轧制理论发展和轧制技术进步产生很大的影响。

1、王国栋院士主持“400MPa级超级钢的研究和开发”项目中,承担973项目“新一代钢铁材料的重大基础研究”的课题“轧制过程晶粒细化的基础研究”,完成了200MPa级普碳钢升级为400MPa级超级钢的工作。完成了板材、棒线材生产工艺制定、原型钢研制、热轧超级钢轧制、产品工业应用等系统研究工作。他的科研成果应用于宝山钢铁公司(宝钢)、本溪钢铁公司(本钢)等企业的热轧带钢连轧机和鞍山钢铁公司(鞍钢)、三明钢厂等企业的棒线材连轧机,已批量工业生产。在一批热轧带钢连轧机和棒线材连轧机批量工业生产超级钢,在汽车和建筑等部门推广使用。“低碳铁素体/珠光体钢的超细晶强韧化与控制技术”等相关成果,获国家科技进步奖一等奖、辽宁省科技进步一等奖各一项。

2、王国栋院士主持“中厚板核心轧制技术的开发和集成”项目中,承担国家重大技术装备研制项目“首钢3500mm中厚板轧机核心轧制技术和关键设备研制”、负责首都钢铁公司“(首钢)3500mm中厚板轧机核心轧制技术的研究”。在承担国家重大技术装备研制项目,相关成果已经在首钢、南钢等中厚板厂的新建和改造中得到应用。相关成果“首钢3500mm中厚板轧机核心轧制技术和关键设备研制”获冶金科技进步奖一等奖。

3、王国栋院士主持“轧制过程智能优化研究”中,承担国家九五攻关项目“热轧工艺的模拟和优化”、“人工智能在轧钢中的应用”等课题,开展轧制过程数学模型智能调优的研究。提出将“变形参数调优”、“组织性能参数调优”和“人工智能调优”三种方法融为一体进行轧制过程优化的创新思想,形成了具有特色的轧制过程智能优化理论体系和实用方法;将上述理论成果应用于宝钢、抚钢、本钢等企业,提高了产品质量,降低了生产成本。

总结该领域的研究结果,撰写专著《金属轧制过程人工智能优化》,对推进我国轧制过程的智能化发挥了作用。 “板带钢轧制过程的智能优化与数模调优”等相关成果,获国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步奖6项;参加的“宝钢高等级汽车板品种、生产及使用技术的研究”项目获冶金科学技术特等奖。

4、王国栋教授先后承担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、自然科学基金等重大项目。

获得国家科技进步奖一等奖2项,二等奖2项,省部级科技进步二等奖以上奖15项,冶金科技奖二等奖以上奖3项。出版著作6部,译著4部。发表论文SCI收录70篇,EI收录133篇。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。

王国栋院士忠诚党的教育事业,教书育人,培养博士36人,硕士34人。他治学严谨,学风正派,勇于开拓,深入实际。在1996-2004年任国家重点实验室主任期间,正确把握实验室的发展方向,加强研究平台建设,带领实验室面向国民经济主战场,形成了凝聚团队、深入现场、躬行实践、争创一流的实验室特色,成为促进我国轧制技术发展和钢铁工业进步的有生力量,在我国轧制领域有良好的学术声誉和影响。

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