不久前公布的2019年中国工程院院士增选结果中,现任中国钢研科技集团有限公司副总工程师、钢铁研究总院首席专家的刘正东教授当选中国工程院化工、冶金与材料工程学部院士。

厚积薄发,奋战科研一线

    1966年10月,刘正东院士出生于内蒙突泉。儿时的他就表现出过人的学习天赋。高考时,他以优异的成绩考入清华大学,成为突泉县第一个考上清华大学的学生。1990年,从清华大学金属压力加工专业毕业后,刘正东院士前往钢铁研究总院攻读金属热处理专业硕士学位。1993年,研究生毕业后,他在钢铁研究总院任合金钢产品冶炼锻造工程师。学有涯而知无崖,1996年,为了继续学习专业知识,刘正东院士又前往不列颠哥伦比亚大学学习钢铁冶金,并于2001年获得博士学位。此后,他进入中国钢研科技集团有限公司工作至今。

    近30年来,刘正东院士始终在第一线从事超超临界火电站、核电站和潜艇核动力工程用钢冶金技术及其工程应用研究,是我国超超临界火电站、核电站和军用核动力工程用钢及其冶金制造领域的主要学术带头人之一,主持创建了我国超超临界燃煤电站全套耐热无缝管冶金技术、构建了先进压水堆核岛高质量大锻件全流程冶金技术,使我国火电和核工程用钢及其冶金技术跃居世界前列。

    近年来,刘正东院士获国家科技进步奖一等奖1项、省部级特等奖2项、省部级一等奖4项等,2015年获何梁何利科技创新奖,2017年获“全国创新争先奖状”。

  自主研制,为产业化铺路  

    600℃超超临界是迄今世界最先进商用燃煤发电技术,我国火电若从亚临界跨越到600℃超超临界,每年可少用电煤2.32亿吨、减排CO2气5.1亿吨。从2003年开始,我国就开始尝试建设600℃超超临界电站,但有两项技术难点一直困扰着研究者们:其一,我国未掌握材料成分最佳配比和生产过程控制技术;其二,国外25Cr管高温持久强度低韧性差、18Cr管晶间腐蚀倾向严重抗蒸汽腐蚀性能差、9Cr管含δ铁素体持久强度低,不仅对于我国,即便在世界范围内,这都是具有极大挑战性的难题。

    为了解决上述问题,助力我国火电顺利“跨越”,刘正东院士带领团队进行了二十余年的研究和实践,通过半定量化解构强韧化机制研究,终于发现了关键元素在高温加力长时过程中随强韧化单元变化的规律,建立其固溶度积和热力学曲线,丰富和发展了耐热钢“多元素复合强化”设计理论,进而提出服役环境下优先失稳源问 题和耐热材料的“选择性强化”设计观点,为耐热材料最佳成分范围确定和生产工艺研发提供了理论基础。

    刘正东院士的研究成果进入应用后,打破了国外产品垄断,十余年间,国产高压锅炉管国内市场占有率从27%跃升到86%、国外市场占有率从0提高到25%,彻底改变了世界耐热钢管市场格局。至2016年底我国已建600℃电站约200GW(占全球90%以上),节煤减排效果非常显著。

    2015年12月30日我国首个700℃超超临界燃煤电站关键部件验证试验平台在华能南京电厂成功投运,成功达到并稳定在700℃左右。标志着我国新一代先进发电技术—700℃超超临界燃煤发电技术的研究开发工作取得了重要阶段性成果。其中,部分各种规格的锅炉管、锻件、板件等部件就是由刘正东院士团队研发的。

迎难而上,取得技术突破

    要想发展核电,就必须解决压水堆问题。目前,我国已建的56台核电机组中,有53台为压水堆。世界最先进第三代压水堆首堆均在我国建设,其高安全、长寿期、大型一体化设计对核岛主设备(包括压力容器、蒸发器、主管道、传热管等)材料技术提出了前所未有的挑战,其成分优化和制造工艺更是世界性工程科技难题。

    遇到难题就要迎难而上。经长期探索和工程实践,刘正东院士发现影响核岛大锻件韧性和退火后强韧性的本质因素,突破了300-600吨级钢锭超大锻件韧性提升和退火后强韧性优化匹配控制关键技术,确定了满足安全、长寿、大型一体化核岛超大锻件综合性能要求的极窄成 分范围。在此基础上,他研究出了冶炼—浇注新方法,改善了大钢锭偏析和夹杂,还自主研制超大特厚异形大锻件研究专用装置,建立了制造过程热—力—组织—性能对应关系,解决了锻造开裂、晶粒控制和性能均衡提升难题,形成了核岛主设备材料成套生产的技术集成。

    胜不骄败不馁,在取得研究成果后,刘正东院士没有停止前进的脚步,而是与团队一起继续探索。经过努力,他们终于成功研制出压力容器和蒸发器全套508-3钢大锻件、世界首批异形整锻316LN钢主管道大锻件、世界首批堆内F6NM钢压紧弹簧环锻件和690U传热管等,保障了先进三代压水堆核电首堆建设,使国内市场占有率从0跃升到90%以上,主导了我国核岛主设备材料市场定价权,使其采购价降低60%,核电工程单位造价降低30%,全面实现了压水堆核岛主设备材料技术产业化,推进我国成为世界核电技术和产业中心。

    学无止境,永不止步。在科研的道路上,刘正东院士从未停下过脚步,在助力国家发展的道路上,刘正东院士更是坚定前行。