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)，為中國制造扎扎實實工作，讓創(chuàng)新之花盛開在國民經(jīng)濟建設(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。韓靜濤教授團隊成為一支長期扎根于生產(chǎn)一線、服務(wù)國民經(jīng)濟建設(shè)主戰(zhàn)場、碩果累累的科研隊伍，研發(fā)的新材料產(chǎn)品有60余項，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。現(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、中國重型機械行業(yè)協(xié)會常務(wù)理事、北京機械工程學(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，堅持服務(wù)經(jīng)濟建設(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，解決了多項重大科學(xué)問題，產(chǎn)生了重大的社會和經(jīng)濟效益。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)基金重點項目、國家“863”項目、國家技術(shù)創(chuàng)新項目等60余項課題的研究開發(fā)工作，研究成果獲國家科技進步二等獎、國家及省部級科研成果獎14項，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載火箭成功將電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星“張衡一號”發(fā)射升空，進入預(yù)定軌道。北京科技大學(xué)韓靜濤團隊研發(fā)的彈性卷筒式空間展開機構(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)達到了國際先進水平，部分技術(shù)指標(biāo)達到國際領(lǐng)先水平。這些目標(biāo)的實現(xiàn)，離不開裝載在“張衡一號”上的重要執(zhí)行機構(gòu)——彈性卷筒式空間展開機構(gòu)。

在衛(wèi)星入軌后利用一維彈性伸桿機構(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，進行地球電磁場等參量的探測。一維彈性伸桿機構(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個一維彈性伸桿機構(gòu)組成，包括4個彈性卷筒式空間展開機構(gòu)和2個鉸鏈?zhǔn)缴鞐U機構(gòu)。新開發(fā)的彈性伸桿機構(gòu)具有自驅(qū)動、重量輕、儲能高、機構(gòu)復(fù)雜性大幅降低、展開精度高等特點，成為國際宇航界的新寵和研究熱點。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構(gòu)相當(dāng)于一個機械伸展臂，它的前端固定有高精度磁強儀、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掩星接收機等各種探測器?！表n靜濤告訴記者，之所以需要這個機械臂，是因為需要將探測器送到遠(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?，空間指向性差、運動關(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構(gòu)迫在眉睫?！拔覀儓F隊是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)境實驗與搭載實驗，一步步往前推進。”韓靜濤自豪地說。一般的軍工項目從規(guī)劃、設(shè)計、材料、工藝、制造、檢測、上型號等，通常需要十多年，但他們團隊僅僅用了不到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隊研發(fā)的彈性卷筒式空間展開機構(gòu)?！爸岸际窃囼灒舜螢檎蕉ㄐ褪褂?。”韓靜濤說。

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構(gòu)剛完成驗收，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)合實驗室，共同開發(fā)新產(chǎn)品，并進行商業(yè)化生產(chǎn)，滿足人類和平利用太空的巨大需求。”

瞄準(zhǔn)國家經(jīng)濟建設(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，韓靜濤教授團隊研發(fā)的新材料產(chǎn)品有六七十項，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)濟建設(shè)主戰(zhàn)場、碩果累累的科研隊伍。

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。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、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，我國鐵路運輸客貨混線運行，火車通行最高通行時速不能超過120 km/h。因為超過此時速限制，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)出全新的實心腹板車輪。1996年，韓靜濤教授團隊承擔(dān)了國家“九五”重點工程“太重火車車輪生產(chǎn)線建設(shè)”項目的工藝技術(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)，以及車輪軋機設(shè)計、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)實踐。與太原重型機械集團公司攻關(guān)團隊共同建成了我國第一條實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實的理論和工藝應(yīng)用基礎(chǔ)，為國家經(jīng)濟發(fā)展做出了重要貢獻。

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，國家計劃委員會啟動了國家科技創(chuàng)新計劃“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。韓靜濤團隊負(fù)責(zé)該項目的冶煉、熱軋、冷軋、酸洗、退火工藝技術(shù)開發(fā)。他考察學(xué)習(xí)國際先進不銹鋼生產(chǎn)線、生產(chǎn)線設(shè)計與關(guān)鍵設(shè)備選型等技術(shù)工作，提出了20輥軋機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隊和鋼鐵研究總院康喜范教授團隊一道為我國優(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。

在先進復(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、攀枝花鋼鐵(集團)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)濟領(lǐng)域，取得了巨大的經(jīng)濟效益。該項目成果于2015年12月13日在中央電視臺“大國重器”進行了專題報道。在此基礎(chǔ)上，韓靜濤團隊又開發(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，韓靜濤團隊全面系統(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隊，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、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)濟建設(shè)主戰(zhàn)場發(fā)揮了重要作用。其中，汽車與運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，高強鋼可以大幅度降低運載設(shè)備的整體質(zhì)量，提高設(shè)備承載能力和安全性，降低運輸能耗。然而，高強/超高強鋼塑性差、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。韓靜濤團隊開發(fā)出的1500～2100 MPa冷熱復(fù)合輥壓成形超高強異形鋼管，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載工具的主要結(jié)構(gòu)件材料。僅此一項，國內(nèi)就將產(chǎn)生每年大于10萬t的超高強汽車用鋼市場。

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，強的殘余應(yīng)力，鋼板厚度越大、強度越高，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，韓靜濤教授團隊開發(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，并正在醞釀進入我國特高壓輸變電裝備制造領(lǐng)域。韓靜濤團隊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)代交通運輸領(lǐng)域，鋼結(jié)構(gòu)橋梁已成為國家重點關(guān)注和大力推動開發(fā)的重點，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)國家橋梁重點實驗室測試結(jié)果表明，新型UTU肋可大大增強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)濟建設(shè)中的重大問題為己任，針對國家經(jīng)濟建設(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)濟效益，為中國制造做出了突出的貢獻。