Independent innovation: the top priority of China’s heat treatment

潘健生

上海交通大学材料科学于工程学院,

上海市激光制造与材料改性重点实验室,上海200240

School of Materials Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University,

Shanghai Key Laboratory of Materials Laser Processing and Modification, Shanghai200240

关键词：热处理  自主创新 

heat treatment    Independent innovation

摘要

我国热处理的水平与世界先进水平存在巨大差距，已成为制约我国制造业发展的瓶颈，本文分析落后的原因，反思存在的问题，探讨实现我国热处理跨越式发展的途径，举出一些事例说明，我国在热处理领域不乏原创性的科研成果，但未能顺利实现产业化，原因在于企业界缺乏自主创新的意识和跨越的勇气。转变观念，落实科学发展观，大力推进自主创新已成当务之急。

The huge gap between the heat treatment level of China and that of the world has become a constraining bottleneck for the development of China''s manufacturing industry. In this article, the ways to achieve leap-forward development of China''s heat treatment was explored and discussed by analyzing the reasons of backwardness and reflecting on existing problems. Some examples demonstrated that there is no lack of original scientific research achievements in heat treatment field of our country, and their failure of smooth industrialization is mainly due to the lack of awareness of independent innovation and the courage to leap in the business community. Changing old modes of thought, implementing the scientific outlook on development, and vigorously pushing forward the independent innovation have become the highest priority so far.

美国能源部和金属学会在2004年发表“美国热处理发展路线图”^[1](下文简称美国路线图)，在我国热处理界引起了巨大反响，甚至可以说是一次强烈“地震”。引发我国开展热处理发展战略研讨。本文陈述作者一些粗浅之见，意在参与讨论并求教于读者。

一、惊醒

1.一件大事
　　“美路线图”的发表是国际热处理界的大事，也是国内热处理界的一件大事。国内的反响和讨论之热烈前所未有，如此多评论宛如一阵清风。很多文章开门见山直言不讳，指出我国热处理界的落后和存在的问题，分析热处理界的现状和发展。在此基础上开展“我国热处理发展战略研究”必将产生重大深远的影响。^[2]“美路线图”给我们的更多的是警示。我们应面对现实和未来，看清与国外先进水平的差距，激发奋起直追的勇气。
    2.差距
   “美路线图”目标非常高，令国人震惊。我们不得不承认我国热处理与世界先进水平存在巨大差距，若不正视，必将陷入深重危机。
 “美路线图”提出节能指标是在现有基础上节约80%，而我国单位产值能耗约是美国当前水平的40倍。对上述指标甚至想也不敢想；我国的规划只希望热处理工件单位耗电从700kWh/t下降至500kWh/t或350kWh/t。
应该看到：差距是全面的，不仅仅是技术层面的问题，更重要的在于发展观、思维方式、政策和体制等深层次原因。纵观美国路线图所列举的49项技术，对中国来说，没有一项做不出来。问题是发展观，你愿不愿意去努力，去投资。
3.发达国家高度重视热处理
   “美路线图”反映出在发达国家热处理受到高度重视，其影响及意义不限于热处理技术本身。但在我国热处理却不受重视。我们应拿出有说服力的报告，让政府部门、制造业主管部门和设计部门了解热处理的重要性和所应该做的工作。
   例如，大功率液力变矩器的叶轮零件，通过热处理使其强度提高1倍，而其体积则可减少到原来的1/4。徐祖耀院士更进一步提出^[3]：提高材料强度，降低钢产量，是减少污染和节能的最有效途径，热处理正是提高钢材性能的关键。 必须进一步发展^[3]。社会与经济的发展对热处理提出了愈来愈高的要求。因此，先进的热处理技术有广阔的发展空间，现代高科技成果以及多学科、多专业的集成为热处理技术进一步提供了强有力的支撑。
  “美路线图”提出的技术是高新技术，但49项技术中没有一项是尖端技术，即不存在“按目前的技术水平不可能做到的”项目。综合多门学科的技术用于热处理，在实践中取得效益，使热处理技术水平更迅速提升，实现跨越式发展。雷仲眉先生说得好：热处理工程师的任务是使这些研究成果在热处理实践中发挥最大效果^[2]。
4.看来，美国路线图不同于国内所习惯的科研规划或攻关计划，它的远景目标十分明确，但是实现目标的过程则是动态发展的，路线图中列出的项目仅仅是起步阶段近期的指南，不注意这一点，就会引起误解和误导。美国路线图根据科技、经济、社会各方面发展的需要，提出热处理行业在2020年应达到的远景目标，分析了存在的障碍，列出了对实现远景目标有重大作用的49项研发项目，都是有很强的针对性、技术进步的跨度很大，并有基础研究的成果作为支撑、具备现实可行性的项目。但是并不说仅仅限于这项项目就可以实现远景目标。因此我国热处理如果还是停留在依赖性引进技术和跟踪、模仿就无法摆脱落后被动的困境，只有大力加强自主创新，谋求跨越，才有出路。

二、反思

面对我们和国际的差距，我们不得不反思。改革开放以来，我国很多企业日子好过了，利润也不少，一些设备制造厂也赚了不少钱，但我国热处理的整体面貌却是落后的。应进行反思，反思比借鉴更重要。
　　1.落后的原因是什么？为何差距如此大？要从技术层面上和深层次上进行分析。
　　2.我国热处理的现状是什么？对这种现状和隐忧要有清醒认识。
　　3.二高四低式的热处理（高能耗、高污染、低质量、低门槛、低利润和低工资）还能走多远？
　　4.为什么高端热处理装备依赖进口？怎样才能摆脱“落后-引进-再落后-再引进”的恶性循环？
　　5.为什么热处理在我国得不到应有的重视？

三、探讨

1.适合国情不等于照顾现状和保护落后
　　很多人说，自主创新要适合我国国情。但笔者认为：适合国情不等于照顾现状、保护落后。改革开放以来，我们取得了很多成绩，不能否定过去。但是，发展到现在，再不转型就发展不下去，要陷入危机了。我们要突围，才有生路，这才是国情。 “十七大”指出，要落实科学发展观，必须转变发展方式，抓紧产业结构调整，实现节能减排和优质生产。也可以说以前的发展有些不科学。比如，有些工业生产正在由沿海向内陆进行梯度转移，我个人认为这种转移不好。如果从沿海转移到黄河、长江的源头地区，中国怎么办！太令人忧心！
　　2.惊心与忧心
　　在乡镇民营企业迅速发展的同时，出现热处理技术的严重倒退，甚至是“野蛮生产”，令人触目惊心！
  目前，有些国有骨干企业、国防、高科技等生产部门的热处理生产面貌虽有改观，但高档次的热处理设备依赖性进口，受制于人，自己不进行消化吸收和创新，将永远陷入“落后-引进-再落后-再引进”的恶性循环不能自拔。依赖进口不解决问题。受制于人的局面不改变，不可能前进。创新和突围是唯一出路。
　　3.热处理已成为制约我国制造业发展的瓶颈
　　我国热处理设备制造企业和热处理加工企业的水平总体上与国外先进水平相比有几十年差距，争论到底差多少年没有任何意义。每2至3年就差一个档次，就会使我国制造业被置于低端位置。对此我们应有清醒认识。
　　4.如何实现跨越式发展
　　实现跨越式发展，还是按部就班地发展，值得讨论。早在1983年，在上海举行的热处理国际大会上外国专家就说，中国的热处理基础理论研究与国际基本同步，但热处理生产却落后30年。现在，又过了30年，情况仍未扭转。
　　我国在热处理方面的研究没有成果吗？不是，但成果未能很好产业化。 徐祖耀院士的马氏体与马氏体相变理论是指导钢淬火处理的有力技术支撑，有些理论在国外已被应用，但在国内却用得不多。徐先生在1983年发表论文阐述马氏体与残余奥氏体中碳的扩散再分配。直到21世纪初国外才开始应用。钢的Q-P处理和Q-P-T处理国内也有试验，钢的强度高达2000MPa，断后延伸率在10%以上^[3]，而国内没有企业家发现其巨大的潜力，去研发适合于这种处理工艺的设备。
另外，在退火、正火、淬火和回火“四把火”方面，国内有很多深入的研究成果：周惠久院士和西安交通大学的低碳马氏体强韧性；国内徐祖耀、康沫狂、方鸿生和俞德刚教授四大名家的贝氏体与贝氏体相变研究；方鸿生教授的贝氏体钢研究应用；雷廷权院士的形变热处理与形变化学热处理；戚正风教授的二相区加热研究；刘宗昌教授的退火与珠光体相变研究；刘云旭教授的等温正火；俞德刚教授的铁基马氏体时效与回火研究；崔崑院士和陈蕴博院士的模具材料与模具热处理等等。
　　在渗碳、渗氮、渗硼、渗金属和复合渗等渗层组织与性能研究，化学热处理热力学动力学研究以及控制技术的研究等方面国内都有高水平成果。
　　在离子渗氮方面，我国起步很早，不乏优秀成果。在英国T.Bell教授提出活性屏等离子渗氮之前，国内在钽合金离子渗氮研究中采用“辅助阴板”，二者原理相似，问题是人家搞了设备在全世界推广，而我们只是出了几篇论文。此外，国内的离子渗氮+PVD（TiN）研究也先于国外。我们发表论文一年后国外才有相似的工作和申请专利，后来我国却引进他们的设备。
　　徐重教授的离子渗金属（等离子表面冶金）在20世纪80年代就申请了国际专利，能以碳钢替代不锈钢。可是大规模产业化则举步艰难！
　　PVD、CVD在国内起步也早，王福贞教授等研究开发了多种镀层，单一涂层、复合涂层和纳米涂层技术。
　　哈尔滨工业大学、核工业西南物理院等在离子注入、全方位离子注入以及离子注入与离子镀复合处理方面成绩斐然。
　　金属所卢柯院士的表面纳米化及渗氮（可在300℃进行）文章发表在美国Science上，有重大的理论意义和应用价值……。硕果累累，不一一罗列。虽然不少研究成果也有了应用，但产业化却鲜有所闻。成果应用和产业化是两回事。产业化必须以企业为主体将成果转化为成熟的技术或产品。 有人将国内研究成果未能产业化的原因归罪于高校的老师和研究人员理论脱离实际、热衷于发表论文而轻视生产应用。笔者认为这是不正确的。其实中国高校的研究并未脱离实际，中国老师的理论与实际结合在世界上最强。之所以会出现目前的现状，我认为是创新源头与创新主体的链接出了问题。没有形成先进创新链的原因是，作为创新主体的企业缺失创新意识，观念陈旧，缺乏攀登的勇气。所以，问题的还是在企业方面。产业化是一个很长的过程，要有很大投入，关键在于企业界转变观点，实现转型、创新，才能赶超世界先进水平。
　　2006年，中国工程院组织参观陕西鼓风机厂。陕鼓建于1978年，原来也是一个劳动密集型的企业，在80年代生产普通的离心式通风机，属于低档次低附加值的产品，当时的陕鼓存在与我国的许多热处理企业相类似的问题，该厂通过转变发展模式呈现勃勃生机，在没有增加厂地，没有增加职工人数的情况下，十几年来年产值逐年递增50%，利润每年递增80%，至2006年该厂的年产值高达35亿，年创利18亿，其产品的销售价格和市场占有率均高于国外知名品牌，从陕鼓的发展，可以为我国热处理界提供许多有益的启示。

1)    转型生产高端产品

该厂目前生产的大风量高压力(5atm)透平压缩鼓风机是大型高炉和大型化工企业技术改造所需的关键技术装备，也是目前风机制造业中知识含量最高和制造难度最大的产品。

2)    与高校合作依托高科技提高产品的性能

该厂不仅努力对引进技术进行充分的消化，吸收而且，与西安交大合作利用该校在流体力学领域的深厚基础对产品进行改进(再创新)，使其性能超越国外知名品牌，又和西安交大屈梁生院士合作建立了“客户服务中心” 。“客户服务中心”实际上是计算机房，可一目了然看到全国用户的风机运行情况，这种技术是花300万从高校买的。西安交通大学屈教授苦心钻研一辈子，提出在旋转机械上安装传感器，通过频谱分析即可了解振动和故障之间的关系和掌握机械运转状况。陕鼓的服务已做到“风机还未坏，维护人员已送‘药’上门”。 这样，陕鼓通过依托高校技术优势，实现了售后服务的创新，更好地满足了客户的需求，有利于扩大市场占有率和提高产品的附加值(请读者注意：该厂的年利润增幅明显高于年产值增幅)。

3)    针对潜在的需求进行创新，从被动面对市场转变为引领市场

高炉的尾气仍然具有2-3大气压的压力和几百度的高温，传统上的高炉尾气直接排放，造成很大的能源浪费，陕鼓利用其生产透平机械的特长，研发了高炉尾气透平发电机组和高炉尾气的稳压技术，可以收到尾气能量回收和提高炼铁质量的双重效益，并使陕鼓实现由单一产品供应商向为用户提供成套技术方案的供应商的转变，成为引领市场的佼佼者。

虽然行业不同，但当初陕鼓的规模，经营方式和面临的问题和我国众多热处理企业有可比性，我们可以从陕鼓转型成功的经验中得到许多有益的启示：一个优越的企业家应该注意通过自主创新占领世界前沿高地，应该尊重知识，尊重人才，善于从高等学校和研究单位吸取原创性成果并转化为创新性技术推向市场，应该善于发现用户的潜在需要，并通过创新引领市场，我国热处理落后的严峻形势呼唤着优秀的创新型企业家。陕鼓很值得我们学习。

参考文献

1.    樊东黎，美国热处理技术发展路线图概述[J]热处理，第31卷，2006年第1期，P.1-3

2.    热处理技术路线图研讨会报告[J]中国热处理通讯，2008年第5期，P4-9

3.    徐祖耀：用于超高强度钢的淬火—分配—回火(Q-P-T)工艺[J]热处理，第33卷，2008年第三期P.1-4