大家好，我是来自中国科学院金属研究所的孙明月。金属研究所，顾名思义就是研究金属材料的，我主要做锻造成形，经常会被人认为是打铁的。锻造是一个传统的夕阳行业，理论和技术都已经很成熟。今天，由我这个铁匠来讲述，我们是如何在传统领域老树开新花，实现原始创新。
当夜色降临时，繁华的城市依然是一片灯火辉煌，这是人类在地球上创造的奇迹。我们在生活中离不开一种重要的能源形式——电能。据统计，建国以来，我国的用电量增长了1650倍，而且未来仍有很大的缺口。从某种程度上来讲，用电量是反映一个国家或者地区经济活跃程度的重要风向标。电能的重要性迫使我们加快电站的建设，电站主要有火电、核电、风电、水电等几种形式。
电站里面有很多金属的大家伙，它们都是电站中的国之重器。左图是直径达到500毫米，长度将近20米的主蒸汽管道，它是电站的主动脉。右图是直径5米，长度20多米，重达五六百吨的核电的压力容器，它是核反应堆的安全屏障。
左图是直径达到11米，重达450吨的水轮机转轮，它是整个水电的脊梁。右图是直径达到2.5米，重达350吨的转子，它是火电站的心脏。这些金属的大家伙常常被誉为是国之重器，它们有着共性的特点，一是重量大，二是特别重要。它们往往是在高温、高压、辐照、重载、腐蚀等等极端环境下服役的，对材料的性能有极高的要求。
锻造是在高温下对金属进行反复变形，获得更致密、更细小的组织，同时提升材料的强度和韧性，即“千锤百炼始成钢”。上图是世界上最大的锻件，是重量达到350吨的汽轮机的低压转子。
大锻件和蛋糕的制作过程是很相似的。正如做好蛋糕需要好的面团，做好大锻件也需要优质的大钢锭。钢锭是怎么做的呢？将铁水浇铸到一个钢锭模里，冷却凝固之后就得到了钢锭。世界上重量最大的大钢锭是750吨，它的外表黑不溜秋的，看起来似乎不需要高科技含量。这就像我们做大蛋糕一样，缺水了需要加面，缺面了就需要加水，蛋糕才会越做越大。但是，钢锭不是想做多大就能做多大的。
溶质再分配现象会造成先、后凝固的金属，在成分上存在差别，这种差别我们称之为偏析。一般情况下，凝固的时间越长，凝固的历程越长，偏析就越严重。偏析有什么危害呢？它就像人体里的癌细胞一样会破坏正常的机体组织，恶化材料的性能，而且还会缩短材料的使用寿命。
受这一思路的启发，我们在国际上率先提出一种全新的材料加工技术，叫做金属构筑成形技术。这项技术采用了尺寸相对较小、冷速较快的金属坯。
作为构筑的基元，这种小尺寸的金属坯就像盖房子的砖，一层一层地把它叠起来，叠成一个宝塔。然后将这个宝塔的层与层之间，通过真空的方式把它封装起来，使层与层之间处于高真空的状态。将这个宝塔加热到高温进行反复的大变形，就像揉面一样，使层与层之间的界面完全结合在一起，这样便得到一个大尺寸的材料。
这种材料和传统的钢锭相比，表面看起来是一样的，但是内部的均匀性要好很多倍。这项工作是国际上前所未有的，通过以小制大构筑成形的方法，有望解决大锻件里存在偏析的世界性难题。
在工程上，一体化的制造具有重大意义。这是一个国外不敢想，我们敢想；国外没有做过，我们先做了的一个事情。谈论起来雄心万丈，做起来却困难万千。上图中的大环重量是150吨，它的价值等同于150公斤的黄金。我算了下我的收入，我五辈子赚的钱也买不起这一个环。所以，一旦做废了、做坏了，我的责任就太大了。
我们稳扎稳打，从两米的小环开始制作，一直到5米、15米。我们做了很多的模拟试验件，最终经过1000多个日日夜夜的攻关努力，终于固化了工艺，形成了成熟可靠的工艺方案。在2019年3月12日的时候，我们团队在著名的铁匠之乡——山东章丘，完成了这个直径15.6米的巨型不锈钢支承环的研制。
这个事情的重大意义在于，我们不光是做了一个世界上最大的金属呼啦圈，更重要的是这项技术打破了沿袭数千年的用大钢锭做大锻件的思想。我们通过奇思妙想，以小制大，解决了大锻件存在偏析的世界性难题。在项目的实施过程当中，团队成员都付出了巨大的努力。
我们的李依依院士八十几岁了，还工作在科研生产一线。她告诉我们，做大工程就要有四气精神，要有勇气、有骨气、有底气、要有人气。在她的表率作用下，很多单位都自发地聚集在我们团队周围。大家不计得失，全力以赴，以举国之力来做成大事。
俗话讲要趁热打铁，锻造的现场条件非常艰苦。150吨大锻件的锻造现场非常热，它一翻过来，我们感觉就像站在太阳面前。我们的团队成员冒着1000多度的高温冲在前面，衣服烤糊了、手机烤坏了、鞋底烫掉了，这都是常有的事情。但是，我们大家都非常开心，因为我们是在国之重器的制造领域，从事一项前所未有的伟大事业。
金属研究所的老所长，两院院士师昌绪先生曾经说过，我的一生经历很复杂，但是我始终有一个目标，这个目标就是中国的强大。这是每个中国人的梦，这个梦的实现不是靠投机取巧，而必须是实干。师先生是我们学界的楷模，我们作为新一代的铁匠，更加需要坚定这种爱国思想。我相信，对一个科学家来讲，只有爱国，他做科研工作才会更加有底气，更加有动力。
我的分享到此结束，谢谢大家！