在耐磨材料领域里不懈求索

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从26年前立志要在耐磨材料领域里干出一番事业的原东北重型机械学院的一名普通本科生，到今天在耐磨材料领域里取得一系列突破性科研成果的燕山大学副校长、亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室学术带头人、博士生导师，张福成教授走向成功的经历，诠释了一个朴素的真理――要想取得超人的成绩，必须付出超人的代价!

痴心报国不言悔

1982年9月，作为吉林省蛟河市偏远山区农村中学的高中毕业生，张福成以优异的高考成绩被燕山大学的前身――东北重型机械学院金属材料专业录取。大学期间，私下里他曾听到一些同学对专业前景的“描绘”：毕业后只能到辅助部门工作，不仅没有发展前途，而且将终日在粉尘和高温的恶劣环境中工作。张福成却认为，“行行出状元”，只要是国家的发展建设需要，就不应计较个人的得失。尤其是他从专业课上得知：全世界每年因磨损就消耗掉200万吨以上的奥氏体锰钢。他越发坚定了努力学好专业知识，在金属材料专业领域有所作为的坚定信念。从此，张福成便与耐磨材料结下了不解之缘。本科毕业论文的题目，他选的是耐磨材料方面的；硕士、博士研究生的研究方向，他仍选择了耐磨材料。1986年本科毕业时，当时实行的是统招统分的政策，张福成在全专业四年总成绩排名第一，但他毅然放弃了到北京和上海工作的机会。读硕士和博士研究生时，他没有选择当时一些人趋之若鹜的热门专业，也经受住了“下海经商”大潮的巨大诱惑，始终默默地在被有些人看不上眼的耐磨材料领域里上下求索，潜心钻研，一点一滴地打下了坚实的专业基础。

1986年，正在燕大读研究生的张福成参与了硕士生导师郑炀曾教授承担的国家“七五”重点攻关项目“湿式中硬矿特大磨球机衬板材料的研究”的科研工作，也开始了他在耐磨材料领域不断拼搏进取的科研生涯。研究耐磨材料需要经常做磨损试验，试验中作为磨料的石英石会产生大量的粉尘，长期在这种环境中工作容易得矽肺病。从1988年至1998年，张福成教授整整与石英石粉尘打了10年的交道，经常是每天1 O多个小时的磨损试验一做就是半年。从事耐磨材料的研究，还要经常到工作环境恶劣的水泥厂、炼钢厂和矿山做现场试验，有时还要冒意想不到的风险。1994年的一天，张福成教授正在山东的一个钢厂的炼钢炉前作现场实验，投入炼钢炉的废钢铁中混入了一发旧炮弹。若不是突然停电，张福成和同伴将面临不堪设想的后果!从小在农村艰苦的劳动生活中磨炼出的坚强意志和吃苦耐劳的品格，使张福成在科研工作中遇到的各种困难面前总是从容不迫，知难而进。

22年来。正是凭着坚韧不拔的意志和科学的创新精神，张福成在耐磨材料领域的科研能力和水平不断提高，并取得了丰硕的科研成果，从而奠定了他在我国耐磨材料领域中举足轻重的地位。作为课题负责人或主要完成人。他先后完成了国家“七五”、“八五”攻关项目，国家“973”项目和省部级以上的科研项目二十多项。在耐磨材料的理论研究方面，他提出了“耐磨奥氏体锰钢中合金元素原子呈短程有序偏聚分布”的理论，圆满地解释了学术界近百年来在奥氏体锰钢研究领域中一直有争议的一些理论问题，如加工硬化机制、耐磨机理及其中的应变诱发马氏体相变机制等。根据这个理论，张福成教授又设计了新型耐磨材料――新型耐磨奥氏体锰钢，其耐磨性比原普通高锰钢提高1倍以上。这种新型耐磨材料已被全国的五十多家企业采用，用于制作球磨机衬板、铁路辙叉、齿板、破碎篦、铲齿和履带板等各行业急需的耐磨零部件，累计为国家创造利税6亿元，取得了显著的经济和社会效益。这项成果先后获得2002年国家科技进步二等奖，2000年中国高校科技进步一等奖。

随着铁路运输事业的发展，高速、重载、跨区间无缝线路已成为发展的必然趋势。这对铁路辙叉的使用寿命和结构形式提出了新的更高的要求，然而，其中有许多技术问题十分棘手，它们已经成为铁路运输事业发展的瓶颈和障碍。

高锰钢辙叉和高碳钢钢轨的焊接是我国铁路实现全面提速的关键技术之一，国际上只有法国和奥地利拥有该项技术的发明专利。从1997年起，始终在耐磨材料领域不懈地探索的张福成教授又毅然承担了国家科委重点攻关项目――“高速铁路用高锰钢辙叉与碳钢钢轨焊接”这一长期困扰着材料焊接领域发展和全国铁路大提速的难题。此前，我国的几十家科研单位曾进行了20多年的研究，但始终没有取得突破性的成果。高碳钢焊接要求缓冷，以防止热影响区出现马氏体和产生大的热应力。然而，高锰钢焊接却要求快冷，以抑止奥氏体晶界的碳化物析出。否则会产生热裂纹和韧性急剧下降的后果；同时，两种材料的热物理性能差异很大，直接焊接将导致接头处产生很大的内应力，不仅降低接头的强度和韧性，而且严重降低其疲劳寿命。因此，高锰钢辙叉与高碳钢钢轨焊接技术一直是制约我国铁路提速的难题之一。

在攻关的过程中，张福成教授查阅了国内外关于焊接技术的最新理论，做了上百次的等离子焊、铸焊、氩弧焊等试验，经过5年的反复研究后终于提出了利用材料性质梯度过渡的思路。并设计了一种物理性质和组织结构介于高锰钢和高碳钢之间的材料作为焊接材料，并优化出焊接速度快、自动化程度高、焊接质量稳定的闪光焊接方法作为高锰钢辙叉与碳钢钢轨的焊接技术；同时对高锰钢进行特殊的变质处理，降低晶界碳化物析出和液化裂纹形成的倾向，从而发明了高锰钢辙叉焊接技术。高锰钢辙叉焊接技术使高锰钢辙叉使用寿命进一步提高60％以上，平均过载量从1.8亿吨提高到3.0亿吨以上，最高达到5亿吨以上，减少了火车对铁路路轨的冲击。提高了铁路路轨和火车的使用寿命。高锰钢辙叉焊接技术的发明使我国成为世界上第三个自主拥有该项技术的国家，在我国铁路全面提速中发挥了重要作用。与法国和奥地利两个国家的技术相比，张福成教授发明的技术具有综合成本低、工艺简单和性能优异等特点。2001年，在秦岭隧道建设项目验收会上，铁道部科技司的一位领导对参会的近百名铁道部所属院校和科研单位的科研人员讲话时说“铁路辙叉焊接项目，铁道部曾经给一所大学和铁道部研究部门800多万元进行开发研究。最终没有搞成，而只给了燕山大学12万元，项目就搞成了，所以，今后我们要加强路内路外科研单位的项目合作。”铁道部组织的成果鉴定委员会认为：这项成果“是我国高锰钢与钢轨焊接技术的重大突破”，“填补了国内空白，总体技术水平达到国际先进水平”，“它为实现我国高速、重载、跨区间无缝线路的技术跨越创造了条件”。这项技术在近几年的国际招标中连续几十次中标，已成为我国高锰钢辙叉焊接采用的唯一技术，并在中铁山桥集团有限公司投产，产品出口加拿大、澳大利亚、新西兰、伊朗、印尼、委内瑞拉等十几个国家和香港地区，仅高锰钢辙叉一项年产值就达8000余万元，出口创汇450万美元。

近几年来，继发明高锰钢辙叉焊接技术之后，张福成教授在铁路辙又用材研究领域又连续取得了一系列新的研究成

果：纯净高锰钢辙叉制造新技术、高锰钢辙叉爆炸硬化技术、锻造高锰钢辙叉制造技术、含氮高锰钢辙叉用钢、高锰钢辙叉与碳钢钢轨焊接材料及其制造技术、高锰钢辙叉专用堆焊材料及其制造技术和铁路辙叉用贝氏体钢及其制造技术等。目前，这些新成果中的大部分已被应用在我国和外国的提速或高速铁路线路中。

20多年来，张福成教授先后主持了二十几项国家“七五”、“八五”攻关项目、国家“973”项目、国家自然基金项目、国家重点攻关项目、国家中小企业创新基金项目、铁道部重点攻关项目和河北省自然基金项目，并在国内外学术刊物上100余篇，获得国家发明专利16项。

呕心沥血培育创新型人才

在科研领域不断勇攀高峰，取得累累硕果的同时，从1989年研究生毕业起就承担教学任务的张福成教授也无愧于人民教师的光荣称号。张福成教授认为，大学是培养创新型人才的摇篮，作为一名高校教师，在不断地提高自身素质的同时，还应自觉主动地改革教学内容和教学方法。为社会培养出更多的高素质创新型人才。在长期的教学工作中，无论是对待本科生还是对待研究生，他都坚持高标准、严要求。他以严谨的治学态度和敢为人先的胆识，大胆地进行教学内容和方法的改革。在讲授每一门专业课前，他都认真地查阅大量文献资料。并结合自己的科研工作，把国内外最新的科研动态和成果写进讲义；讲课时，他总是结合教学内容，毫无保留地把自己多年从事科研工作的成功经验传授给学生。为培养学生的科技创新能力，根据当代科技发展呈现多学科交叉的趋势，结合学生的实际情况，张福成教授鼓励、引导学生不断拓展自己的知识面，使自己的视野更开阔，为走上工作岗位后的科技创新活动打下坚实的基础。

根据自己多年从事创新性科研工作的切身体会，张福成教授十分重视培养学生的动手能力。在金相实验技术课的教学中，他发现，长期以来，金相实验技术课的教学一直沿用传统的课堂讲授为主、实验教学为辅的方法，而忽略了金相实验技术课是让学生掌握金属试样的制备及组织分析方法，了解相关实验设备的原理及应用技术的主要目的。以致使学生在金相实验技术课结业时，从试样的制备到金相组织的分析能力都达不到应有的要求。张福成教授看在眼里，急在心上，他决心改变这种现状。经过认真的思考和充分的准备，从1996年秋季起，张福成教授在实验室的老师们的支持和配合下，开始了改变传统的教学方式的改革实践。他把金相实验技术课的课堂直接搬到实验室，由具有丰富实验经验的实验教师现场指导、讲解实验。然后他再对较深的理论进行课堂讲解。他在实验室讲课时，坚持以培养学生动手能力为主，讲解为辅的原则，对学生在实验过程中出现的问题再进行讲解，使学生既锻炼了动手能力，又提高了观察问题、发现问题、分析问题的能力。金相实验技术课教学改革的实践证明，学生的动手能力和金相组织分析能力明显地得到了提高。

20年来，张福成教授讲授的专业课始终受到本科生和研究生的欢迎。许多本科生由此对专业产生了兴趣，许多人毕业后考上了研究生。张福成教授指导培养的研究生知识面广、基础扎实、科技创新能力强，不少人目前已成为国内材料科学研究领域的骨干。

多年来，各级政府和学校对张福成教授在教学和科研工作中做出的突出贡献给予了充分的肯定，他先后获得6项省部级以上的科技进步奖，“第七届霍英东高等院校青年教师奖一等奖(研究类)”：2005年入选国家“新世纪优秀人才计划”，2007年入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选；是享受国务院特贴专家，河北省有突出贡献中青年专家，河北省“新世纪三三三人才工程人才”。他还先后获得“河北省五四青年奖章”，“河北省科技十大杰出青年”，“河北省科技标兵”，“河北省十大杰出青年教师”，“河北省优秀中青年骨干教师”称号；并先后荣立河北省一等功1次、二等功3次、三等功1次：由于业绩突出，张福成教授还先后被燕山大学破格晋升为副教授、教授和博士生导师。

回顾过去，张福成教授总是很淡然，他觉得他只是做了一名人民教师、科研工作者对国家和人民应做的工作。展望未来。张福成教授信心百倍、豪情满怀，他决心一如既往，竭尽全力地以自己的聪明才智报效祖国，为中华民族的伟大复兴继续努力奋斗!