解决水轮机转轮铸件依赖进口难题！李殿中：用钢铁铸就报国情怀

近日，世界上单机容量最大的白鹤滩水电站投产发电，而100万千瓦发电机组最核心的部件——水轮机转轮，就是采用了中科院金属研究所研究员李殿中团队的“高温合金相控制技术”和依据他们牵头制定的“三峡700MW级水轮机转轮马氏体不锈钢铸件技术规范”制造的大铸件，成功解决了水轮机转轮铸件依赖进口的难题。

从三峡水轮机转轮、大型船用曲轴，到核电压力容器、稀土特殊钢……多年来，李殿中科研团队用锲而不舍的钻研精神致力于为大国重器打造核心关键部件，使我国摆脱了受制于人的被动局面，为我国核电、水电、船舶等领域大型铸锻件国产化做出了突出贡献。近日举行的全国“两优一先”表彰大会上,李殿中荣获“全国优秀共产党员”称号。

工业生产中，大国重器所需的许多大锻件，都是先做出大钢锭，再由钢锭加工成形，钢锭的质量直接决定大国重器的成功。以往由于我国的大型钢锭生产还存在很多缺陷，导致许多大锻件依赖进口。

1998年，李殿中科研团队开始攻关这一难题。在生产一线中，他发现企业生产的大型钢锭不合格的主要问题是内部成分不均匀，决定把钢锭剖开，看看里边到底发生了什么。这一大胆的想法遭到了很多人的质疑，因为解剖钢锭不仅成本高，而且周期长。

经过努力争取，李殿中从剖开的钢锭横断面看到了许多条氧化物引起的偏析流线。研究发现，通过控制钢水中的氧含量，就能显著减少夹杂物的数量和尺寸。2014年，他根据实验结果撰写的论文发表在《自然·通讯》杂志上，该篇论文引发了学界较大反响，“控氧可有效控制偏析”机理成为行业共识。

2004年，他将目光瞄准了三峡工程。三峡水轮机转轮由上冠、下环和叶片三大铸件组焊而成，总重量450多吨，直径达10米，此前国内水电站的转轮大部分依赖进口。李殿中带领团队采用多种实验手段，提出“一次正火两次回火”的热处理工艺，并建立了全流程计算模型，最终实现了三峡水轮机转轮铸件的强韧性最佳匹配，应用后综合性能达到了国际领先水平。

科研成果从论文到祖国大地。李殿中认为，只有实现原始创新，才能真正实现核心技术的突破。

稀土被称为“工业维生素”。新中国成立不久，我国科研人员就开始稀土钢的研发工作,但多年来未能突破技术瓶颈。

改变来自李殿中的一次偶然发现。2007年，李殿中在一次考察中发现国外利用中国稀土制作钢锭，钢的品质非常好。“为什么外国用中国的稀土能使用得这么好，而我们国家有充足的稀土资源，却放弃了对稀土的应用呢？”

为了一探究竟，他亲自跑到稀土生产现场，观察稀土厂家的冶炼过程。原来，稀土厂家为了让稀土更为纯净，将其中的一些铁、碳等元素都分离了出去。而李殿中经过前期的实验分析认为，稀土中的铁、碳对于炼钢来说正是不可缺少的成分，反倒是影响纯度的氧等杂质元素应予去除。

李殿中将稀土带回金属研究所亲自冶炼，之后将低氧纯净稀土直接用于炼钢中。不出所料，炼出来的钢不仅性能稳定，且有着耐磨、耐热、耐蚀的优点。

“成本只增加了10多元钱，但疲劳性能却可以提升一个数量级。”在这场稀土钢的技术攻坚战中，李殿中“点石成金”，将稀土应用于高端轴承钢、齿轮钢和模具钢制造中，为高端基础零部件国产化提供了强有力支撑。

稀土钢技术突破了，李殿中又发现了新挑战。我国大锻件曾长期依赖进口，即便是进口的大锻件也存在缺陷。原因在于大锻件制备一直采取“以大制大”手段，即先冶铸大钢锭，再制造大构件，由于金属凝固过程存在尺寸效应，规格越大的钢锭冷速越慢，导致其性能上的缺陷。

偶然间，一张万里长城的照片给了李殿中启发。恢宏壮丽的万里长城并不是一块砖造出来的，而是一块一块砖叠加起来的，那为什么不能采用“以小制大”的方式把一块块的小型钢板砌起来形成大锻件呢？

在李依依院士的大力支持下，李殿中带领孙明月、徐斌等工作人员，发明了金属构筑成形方法，即将多块钢板采用高温冶金连接工艺，充分愈合界面，实现界面与基体完全一致的无痕连接。为了将实验成果应用于企业，李殿中带着他的团队成员不辞辛苦，有时要坐10多个小时的车才能到达钢厂，顾不上休息，白天跟企业管理人员、工程师和工人讨论技术和流程，晚上进行生产实验，实验结束天都亮了。

经过钢铁企业的生产实践，合作企业利用李殿中团队开发的金属构筑成形技术制造出世界最大百吨级无焊缝奥氏体不锈钢整体环形锻件，并将应用于我国核电机组。研究成果入选“壮丽70年”共和国发展成就巡礼。金属构筑成形技术获得了2021年中国专利金奖，专利主要完成人、研究员孙明月获得陈嘉庚青年科学家奖。

掌握了核心技术，就掌握了创新的主动权、发展的主动权。多年来，李殿中科研团队研究成果在全国重机和特殊钢等行业的50余家企业成功应用，为企业新增产值数百亿元。他用一名普通科技工作者的实际行动，诠释着对初心的坚守、对创新的追求，为伟大祖国早日建设成为世界科技强国贡献着自己的一分力量。

来源： 中国科学院金属研究所