供稿|李偉，李潔 / LI Wei, LI Jie

作者單位：北京科技大學(xué)黨委宣傳部，北京 100083

內(nèi)容導(dǎo)讀

36年的教學(xué)與科研工作中，他一直站在材料加工工程學(xué)科的第一線，針對材料加工基礎(chǔ)理論的前沿和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重大問題，不斷發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)現(xiàn)象，提出并引領(lǐng)國際材料工程新理論和新技術(shù)，開發(fā)了許多國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和行業(yè)發(fā)展亟需的新材料、新工藝和新產(chǎn)品。這位開啟一個個原創(chuàng)性技術(shù)，為中國制造扎扎實(shí)實(shí)工作，讓創(chuàng)新之花盛開在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)主戰(zhàn)場的學(xué)者型專家就是北京科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師韓靜濤。韓靜濤教授團(tuán)隊(duì)成為一支長期扎根于生產(chǎn)一線、服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)主戰(zhàn)場、碩果累累的科研隊(duì)伍，研發(fā)的新材料產(chǎn)品有60余項(xiàng)，對國內(nèi)外塑性加工領(lǐng)域有著重大影響。

韓靜濤，蒙古族，1957年7月出生，黑龍江哈爾濱人。西安冶金建筑學(xué)院1977級軋鋼專業(yè)本科，1981級工學(xué)碩士，1991級清華大學(xué)工學(xué)博士?，F(xiàn)為北京科技大學(xué)教授、博導(dǎo)，材料加工工程學(xué)科主任。主要學(xué)術(shù)兼職有：中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會全國委員會委員、國際冷彎型鋼學(xué)會主席、國際管材協(xié)會執(zhí)行委員、中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會理事、中國金屬學(xué)會名譽(yù)理事、中鋼構(gòu)冷彎型鋼分會理事長、中國鍛壓協(xié)會首席專家、中國重型機(jī)械行業(yè)協(xié)會常務(wù)理事、北京機(jī)械工程學(xué)會壓力加工分會主任等。

1982年以來，韓靜濤一直從事金屬塑性加工理論、軋鋼、鍛壓工藝的教學(xué)與科研工作，扎根于高校教學(xué)、科研與生產(chǎn)一線。在軋鋼、鍛壓工藝、特種成形工藝、大型鍛件制造、冷彎型鋼技術(shù)裝備、層狀金屬復(fù)合材料等技術(shù)領(lǐng)域，堅(jiān)持服務(wù)經(jīng)濟(jì)建設(shè)主戰(zhàn)場，突破關(guān)鍵核心技術(shù)，開拓創(chuàng)新技術(shù)，引領(lǐng)市場需求，解決了多項(xiàng)重大科學(xué)問題，產(chǎn)生了重大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。韓靜濤教授的理論研究成果“金屬塑性成形過程中微觀結(jié)構(gòu)的三維原位表征技術(shù)”、“金屬材料內(nèi)裂紋自修復(fù)機(jī)理研究”、“金屬冷熱復(fù)合成形理論與工藝”成為材料工程領(lǐng)域的重大理論突破，對學(xué)科發(fā)展起到了重要的促進(jìn)作用；原始創(chuàng)新的重要技術(shù)研究成果“遙感、登月、火星登陸等航天器用大型彈性展開系統(tǒng)制造技術(shù)”、“吉帕級超高強(qiáng)汽車輕量化主體結(jié)構(gòu)鋼管制造技術(shù)”、“新一代鋼結(jié)構(gòu)建筑、裝配式住宅用厚壁尖角構(gòu)造梁、柱鋼管制造技術(shù)”等對國民經(jīng)濟(jì)和制造業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了非常重大的影響。韓靜濤教授先后主持、完成國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家“863”項(xiàng)目、國家技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目等60余項(xiàng)課題的研究開發(fā)工作，研究成果獲國家科技進(jìn)步二等獎、國家及省部級科研成果獎14項(xiàng)，出版學(xué)術(shù)專著、譯著12部，發(fā)表科研論文370余篇，其中240余篇論文被SCI、EI收錄。培養(yǎng)博士研究生32名、碩士研究生102名。

創(chuàng)造空間展開機(jī)構(gòu)新型模式搭載“張衡一號”

新華社發(fā)布消息，2018年2月2日15時51分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運(yùn)載火箭成功將電磁監(jiān)測試驗(yàn)衛(wèi)星“張衡一號”發(fā)射升空，進(jìn)入預(yù)定軌道。北京科技大學(xué)韓靜濤團(tuán)隊(duì)研發(fā)的彈性卷筒式空間展開機(jī)構(gòu)成功搭載并應(yīng)用于“張衡一號”?！皬埡庖惶枴笨砷_展全球7級以上、我國6級以上地震電磁信息分析研究，總體技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，部分技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，離不開裝載在“張衡一號”上的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)——彈性卷筒式空間展開機(jī)構(gòu)。

在衛(wèi)星入軌后利用一維彈性伸桿機(jī)構(gòu)把端質(zhì)量(如天平動阻尼器、電磁場探測儀器等)伸向遠(yuǎn)離本體的外端，進(jìn)行地球電磁場等參量的探測。一維彈性伸桿機(jī)構(gòu)是帶荷載衛(wèi)星的核心部件，張衡一號衛(wèi)星裝備的空間展開系統(tǒng)由6個一維彈性伸桿機(jī)構(gòu)組成，包括4個彈性卷筒式空間展開機(jī)構(gòu)和2個鉸鏈?zhǔn)缴鞐U機(jī)構(gòu)。新開發(fā)的彈性伸桿機(jī)構(gòu)具有自驅(qū)動、重量輕、儲能高、機(jī)構(gòu)復(fù)雜性大幅降低、展開精度高等特點(diǎn)，成為國際宇航界的新寵和研究熱點(diǎn)。目前，北京科技大學(xué)、美國HUNTER公司、加拿大Spar公司成為具備此類機(jī)構(gòu)的研發(fā)和制造能力單位，北京科技大學(xué)在技術(shù)和產(chǎn)品應(yīng)用上具有領(lǐng)先優(yōu)勢。此次張衡一號衛(wèi)星的發(fā)射，將使我國大型空間展開機(jī)構(gòu)在荷載數(shù)量、展開效率準(zhǔn)確性、高效性等指標(biāo)上處于國際領(lǐng)先地位。

“彈性卷筒式空間展開機(jī)構(gòu)相當(dāng)于一個機(jī)械伸展臂，它的前端固定有高精度磁強(qiáng)儀、感應(yīng)式磁力儀、電場探測儀、等離子體分析儀、朗繆爾探測儀、GNSS掩星接收機(jī)等各種探測器?！表n靜濤告訴記者，之所以需要這個機(jī)械臂，是因?yàn)樾枰獙⑻綔y器送到遠(yuǎn)離星體的位置，以避免星體內(nèi)電磁干擾及探測器間互相干擾。彈性卷筒式空間展開機(jī)構(gòu)承擔(dān)將衛(wèi)星所攜帶的多個荷載送入衛(wèi)星外太空的任務(wù)，能否將這些傳感器安全、高效、準(zhǔn)確、可靠地送入太空指定位置，是標(biāo)志航天器發(fā)射任務(wù)成敗的最終環(huán)節(jié)。

以前的展開系統(tǒng)大多為鉸鏈?zhǔn)降模臻g指向性差、運(yùn)動關(guān)節(jié)多、操作難度大。研究開發(fā)更靈活、準(zhǔn)確度更高的新型空間展開機(jī)構(gòu)迫在眉睫?！拔覀儓F(tuán)隊(duì)是2013年年中接到這個任務(wù)的，之后和中國空間技術(shù)研究院的科學(xué)家們一起探討，嘗試各種工藝方法，從工藝、裝備、產(chǎn)品到2017年2月產(chǎn)品完全定型，經(jīng)過80余次的深空環(huán)境實(shí)驗(yàn)與搭載實(shí)驗(yàn)，一步步往前推進(jìn)。”韓靜濤自豪地說。一般的軍工項(xiàng)目從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、材料、工藝、制造、檢測、上型號等，通常需要十多年，但他們團(tuán)隊(duì)僅僅用了不到4年就圓滿地完成了任務(wù)，得到了合作方——中國空間技術(shù)研究院的首肯，在中國航天器上全面裝備了他們團(tuán)隊(duì)研發(fā)的彈性卷筒式空間展開機(jī)構(gòu)?！爸岸际窃囼?yàn)，此次為正式定型使用?！表n靜濤說。

這一裝置在“張衡一號”上的成功應(yīng)用，將使我國大型空間展開機(jī)構(gòu)在荷載數(shù)量、展開效率、準(zhǔn)確性、高效性等指標(biāo)上處于國際領(lǐng)先地位。

目前，已有“嫦娥四號”等多顆航天器裝備了此類展開機(jī)構(gòu)。“為了獲取更好的使用性能和功能，我們正在開發(fā)不同材料、不同結(jié)構(gòu)，更長的空間展開機(jī)構(gòu)?！表n靜濤教授說。課題組開發(fā)的火星探測器用二維空間展開機(jī)構(gòu)剛完成驗(yàn)收，目前正準(zhǔn)備迎接新型空間站體系構(gòu)建的相關(guān)任務(wù)。

北京科技大學(xué)也因此成為航天系統(tǒng)外惟一可為航天領(lǐng)域供貨的高校?！按髮W(xué)里主要做科研項(xiàng)目，像我們做到集成度這么高還是第一次?！表n靜濤說，“近期，已開始與中國空間技術(shù)研究院商議共建聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，共同開發(fā)新產(chǎn)品，并進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)，滿足人類和平利用太空的巨大需求?！?/p>

瞄準(zhǔn)國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)亟需 科研碩果累累

熟悉韓靜濤的人都知道，這并非其學(xué)術(shù)生涯的最高成就。36年的高校教學(xué)與科研工作，他一直站在材料加工工程學(xué)科的前沿，針對材料加工基礎(chǔ)理論的前沿和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重大問題，不斷發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)現(xiàn)象，提出并引導(dǎo)國際材料工程新理論和新技術(shù)研究，開發(fā)了許多國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和行業(yè)發(fā)展亟需的新材料、新工藝和新產(chǎn)品。迄今，韓靜濤教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新材料產(chǎn)品有六七十項(xiàng)，錘煉了一支國內(nèi)外塑性加工領(lǐng)域有重大影響、長期扎根于生產(chǎn)一線、服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)主戰(zhàn)場、碩果累累的科研隊(duì)伍。

在國家重大技術(shù)裝備領(lǐng)域，1995年，韓靜濤提出了金屬材料內(nèi)裂紋自修復(fù)理論，引起了國際上的重大反響，并成為至今熱度不減的國際材料學(xué)術(shù)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。依據(jù)該理論，韓靜濤創(chuàng)新了關(guān)于大型餅類、模塊類、軸類、法蘭類、筒體類鍛件的控制裂紋鍛造工藝，解決了長期困擾國際大型鍛件領(lǐng)域的鍛造裂紋問題，使我國大型鍛件合格率由44%迅速提高到98%以上，大型與超大型核電鍛件、火電鍛件、加氫反應(yīng)器等鍛件的經(jīng)濟(jì)、可靠制造成為可能，為我國重大裝備制造業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。

20世紀(jì)90年代中期以前，我國鐵路運(yùn)輸客貨混線運(yùn)行，火車通行最高通行時速不能超過120 km/h。因?yàn)槌^此時速限制，傳統(tǒng)帶孔火車車輪腹板上的孔周邊就會產(chǎn)生裂紋。要想提高車速就必須開發(fā)出全新的實(shí)心腹板車輪。1996年，韓靜濤教授團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了國家“九五”重點(diǎn)工程“太重火車車輪生產(chǎn)線建設(shè)”項(xiàng)目的工藝技術(shù)開發(fā)任務(wù)，負(fù)責(zé)鍛造、軋制、熱處理等熱線工藝開發(fā)，以及車輪軋機(jī)設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、控制模型開發(fā)研制任務(wù)。他創(chuàng)造性地提出了輪盤件逐次成形、環(huán)盤件錯位移心軋制等工藝?yán)碚?，形成了我國自己的火車車輪軋制理論與工藝，并成功地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。與太原重型機(jī)械集團(tuán)公司攻關(guān)團(tuán)隊(duì)共同建成了我國第一條實(shí)心腹板火車車輪生產(chǎn)線。高速列車用車輪的開發(fā)和應(yīng)用，為我國鐵路七次大提速奠定了堅(jiān)實(shí)的理論和工藝應(yīng)用基礎(chǔ)，為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

1997年以前，中國是不銹鋼加工的弱國和小國，全國不銹鋼板材總量不足3萬t/a。為徹底改變這種狀況，國家計(jì)劃委員會啟動了國家科技創(chuàng)新計(jì)劃“高質(zhì)量不銹鋼板材技術(shù)開發(fā)”，在太鋼建設(shè)一個年產(chǎn)30萬t的優(yōu)質(zhì)不銹鋼板材生產(chǎn)基地。韓靜濤團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的冶煉、熱軋、冷軋、酸洗、退火工藝技術(shù)開發(fā)。他考察學(xué)習(xí)國際先進(jìn)不銹鋼生產(chǎn)線、生產(chǎn)線設(shè)計(jì)與關(guān)鍵設(shè)備選型等技術(shù)工作，提出了20輥軋機(jī)板形控制理論與工藝技術(shù)，與太原鋼鐵公司王一德教授團(tuán)隊(duì)和鋼鐵研究總院康喜范教授團(tuán)隊(duì)一道為我國優(yōu)質(zhì)不銹鋼板材產(chǎn)量由3萬t提升至30萬t的歷史性突破做出了重要貢獻(xiàn)。

在先進(jìn)復(fù)合材料領(lǐng)域，2004年，韓靜濤教授提出了關(guān)于復(fù)合材料界面的ZUX理論，開發(fā)出“離心澆鑄復(fù)合制坯+熱擠壓成形+冷軋/拔成形”工藝制造全冶金復(fù)合雙金屬管新工藝，并與新興際華集團(tuán)、攀枝花鋼鐵(集團(tuán))公司合作生產(chǎn)出高溫合金/碳鋼、不銹鋼/碳鋼、高碳鋼/普碳鋼、鈦/碳鋼等40余個系列雙金屬復(fù)合管產(chǎn)品，成為國際上界面復(fù)合性能最好的雙/多金屬復(fù)合材料。目前已推廣應(yīng)用于石油、化工、軍工等重要國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。該項(xiàng)目成果于2015年12月13日在中央電視臺“大國重器”進(jìn)行了專題報道。在此基礎(chǔ)上，韓靜濤團(tuán)隊(duì)又開發(fā)出雙金屬復(fù)合板技術(shù)、大變形高鉻鑄鐵材料技術(shù)、6.5%硅鋼技術(shù)、304BN系列核屏蔽材料技術(shù)、高性能多層防彈材料技術(shù)、高性能復(fù)合槍炮管材料技術(shù)，這些技術(shù)的共同特點(diǎn)是便于應(yīng)用現(xiàn)有鋼廠主要裝備，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

自2004年開始，為了服務(wù) “一帶一路”、“城市綜合管廊”、“海綿城市建設(shè)”等國家戰(zhàn)略領(lǐng)域，韓靜濤團(tuán)隊(duì)全面系統(tǒng)地研究并向國內(nèi)推介波紋鋼管技術(shù)，2012 年組建了全國惟一的波紋鋼管研究與推廣團(tuán)隊(duì)，推動波紋鋼管技術(shù)在我國“一帶一路”基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、城市綜合管廊、“海綿城市”建設(shè)、軍事工程建設(shè)等領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。韓靜濤牽頭編寫的“冷彎波紋鋼管GB/T 34567—2017”等系列國家、行業(yè)與地方標(biāo)準(zhǔn)，形成了巨大的社會影響，使波紋鋼產(chǎn)品成為鋼鐵深加工產(chǎn)品的新寵，并將為中國鋼鐵行業(yè)創(chuàng)造約2600萬t/a的新興市場。

面向國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)主戰(zhàn)場，2012年，韓靜濤創(chuàng)造性地提出了“冷熱復(fù)合成形技術(shù)”理念和技術(shù)應(yīng)用方法，很好地解決了高強(qiáng)、厚壁、復(fù)雜斷面鋼材的成形技術(shù)難題，開發(fā)出多種新型鋼材深加工產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)主戰(zhàn)場發(fā)揮了重要作用。其中，汽車與運(yùn)載工具輕量化是世界范圍內(nèi)爭先研究和開發(fā)的技術(shù)領(lǐng)域，高強(qiáng)鋼可以大幅度降低運(yùn)載設(shè)備的整體質(zhì)量，提高設(shè)備承載能力和安全性，降低運(yùn)輸能耗。然而，高強(qiáng)/超高強(qiáng)鋼塑性差、難于成形成為其開發(fā)與應(yīng)用的主要技術(shù)障礙，市場開拓舉步維艱。除中國外，全球熱成形鋼板的產(chǎn)需市場也僅為30萬t/a。韓靜濤團(tuán)隊(duì)開發(fā)出的1500～2100 MPa冷熱復(fù)合輥壓成形超高強(qiáng)異形鋼管，工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量可靠，已大批量應(yīng)用于宇通、金龍等客車車身主要構(gòu)件，應(yīng)用于轎車防撞桿、保險杠、穩(wěn)定桿等重要結(jié)構(gòu)件，并將很快成為各類運(yùn)載工具的主要結(jié)構(gòu)件材料。僅此一項(xiàng)，國內(nèi)就將產(chǎn)生每年大于10萬t的超高強(qiáng)汽車用鋼市場。

多年來，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展遲緩的主要制約因素為厚壁(≥6 mm)鋼構(gòu)件制造技術(shù)。由于鋼板在其彎曲變形部位出現(xiàn)顯著的鋼板厚度減薄、微裂紋，強(qiáng)的殘余應(yīng)力，鋼板厚度越大、強(qiáng)度越高，問題就越嚴(yán)重。近年來，國家大力推廣鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用、裝配式住宅開發(fā)，但占建筑結(jié)構(gòu)用鋼50%以上的方矩型鋼管，尤其是作為主要承力構(gòu)件的厚壁方矩形鋼管，大部分只能采用四片鋼板焊接制造，手工操作和焊接工作量大，建筑質(zhì)量難于控制，后期畸變和維護(hù)成本高，環(huán)境污染嚴(yán)重。為徹底解決該技術(shù)瓶頸問題，韓靜濤教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)出被建筑行業(yè)稱之為“外方內(nèi)圓”、角部增厚的厚壁無缺陷方矩形鋼管，同規(guī)格材料相應(yīng)提高截面模量近40%，建筑專家認(rèn)為將推動鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的劃時代進(jìn)步，并將在更廣闊領(lǐng)域獲得應(yīng)用，將在近期內(nèi)為中國鋼鐵業(yè)新增每年大于4000萬t的應(yīng)用市場。目前，以中厚鋼板為原料，采用同類技術(shù)生產(chǎn)的平行腿角鋼、平行腿槽鋼(同規(guī)格產(chǎn)品可增加 20%截面模量)已應(yīng)用于國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)市場，并正在醞釀進(jìn)入我國特高壓輸變電裝備制造領(lǐng)域。韓靜濤團(tuán)隊(duì)正在組織編寫冷熱復(fù)合成形方矩形鋼管的國家標(biāo)準(zhǔn)。

在現(xiàn)代交通運(yùn)輸領(lǐng)域，鋼結(jié)構(gòu)橋梁已成為國家重點(diǎn)關(guān)注和大力推動開發(fā)的重點(diǎn)，國家提出了我國鋼橋比由不足1%迅速提高到30%以上的要求。但引起鋼橋 90%以上病害的傳統(tǒng)冷彎等厚U肋正成為制約鋼橋技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的“瓶頸”，通過與國內(nèi)外橋梁技術(shù)專家的多方溝通，韓靜濤提出了端部增厚輥壓成形U肋的概念，并成功開發(fā)出新型端部增厚的UTU肋，經(jīng)西南交通大學(xué)國家橋梁重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果表明，新型UTU肋可大大增強(qiáng)焊接接頭的疲勞性能，大幅度提高了鋼結(jié)構(gòu)橋梁的可靠性和穩(wěn)定性，現(xiàn)已在國內(nèi)外近20座大型橋梁的建設(shè)中獲得了應(yīng)用，近期將為我國鋼鐵行業(yè)新增每年2200萬t的市場。

結(jié)束語

韓靜濤教授的辦公室像是一個小型金屬加工廠，桌子上、窗臺上擺了各種形狀的材料和構(gòu)件，這都是他多年的研究心血。他把教學(xué)和科研、科研和創(chuàng)新成功地融為一體，以解決國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重大問題為己任，針對國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重大需求去開展科學(xué)研究工作，引導(dǎo)和開拓新的技術(shù)與市場需求，形成了一個個原始性技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)生了巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益，為中國制造做出了突出的貢獻(xiàn)。