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新中国人物|为了铁人的嘱托:一位中国工程院院士与王进喜的科研情

2023-09-28   工人日报   阅读量:129

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李鹤林

    今年10月8日,是著名全国劳动模范王进喜诞辰100周年纪念日。谨以此文献给中国工人阶级的先锋战士——铁人王进喜。

    许多年之后,现为中国工程院院士的李鹤林难以忘却与铁人王进喜的见面之缘。

    他的眼前一直会浮现铁人那双急盼使用中国自己生产的石油钻井工具的眼睛,还有铁人那带有西北味儿略显沧桑的声音,一直回响在他的记忆深处。他没有辜负铁人的嘱托,而是在自己的工作岗位上,默默耕耘,不断推陈出新;历经风雨,最终收获满满,为中国石油机械用钢的发展,作出了突出贡献。

    在与铁人王进喜见面之前,李鹤林对自己起草的《石油机械钢铁革命规划》下一步如何实施,心里是没有底的。

    李鹤林,1961年西安交通大学金属材料与热处理专业毕业后,被分配到石油部钻采机械研究所担任技术员。1964年1月开始,在宝鸡石油机械厂工作。1963年11月,被石油部借调到北京,在供应制造局主任工程师赵宗仁的指导下编写《石油机械用钢手册》和《石油机械钢铁革命规划》。

    1966年2月的一天,李鹤林正在紧张地工作中,赵宗仁走进他的办公室,兴致勃勃地告诉他:“王铁人来北京啦,你去听听他对试验新钢种、改进石油机械的意见吧!”

    铁人王进喜是大庆石油会战的旗帜性人物,全国著名的劳动模范,这在当时是一个如雷贯耳的名字,其事迹在全国人民中广为传颂。

    作为石油勘探开发行业的一名新兵,李鹤林对这位传奇英雄充满敬佩且带有好奇。

    李鹤林冒着刺骨的寒风,急匆匆地赶到位于安定门外的石油部地兴居招待所,找到了王进喜住的房间,用发抖的手指敲响了他的房门。

    一进屋,李鹤林便自报家门,说明来意,两人的手紧紧地握在了一起,他们相互热切地打量着对方。

    一个是大庆油田钻井指挥部的副指挥,一个是研究石油钢材的技术人员,没有谁会想到,这历史性的一刻,会推动新中国石油钻井工具重大的技术革新,创出享誉行业的国家级金牌产品,也成就了一个人的志向和事业。用李鹤林的话说:“我人生一次历史性的见面,就这样发生了。”

    俩人坐在椅子上,整整交谈了3个小时。李鹤林详细介绍了他手头正在编写的《石油机械钢铁革命规划》。王进喜听了非常高兴,认为这正是石油工人期盼的。他特别强调要把钻井用的吊环、吊卡重量降下来,而吊钳则以安全可靠为主。

    吊环、吊卡和吊钳是钻井工人打井时常用的重要工具。吊环用于钻井过程的起下钻、接单根等,与吊卡配合,承受几十吨至几百吨井下钻具的重量。吊钳是用于拧紧或松开钻杆接头、套管接箍等的工具。

“三吊”对钻井工人而言,就好比钳工的榔头、扳手,须臾离不开。榔头、扳手充其量几斤重,而苏式吊环、吊卡、吊钳少说一个也要上百斤。吊环钻井工人们搬动少些,吊卡和吊钳钻工们天天搬上抬下,劳动强度之大,可想而知。

    说起“三吊”,铁人王进喜一下子打开了话匣子。他用带有西北味儿的口音介绍了自己从玉门到大庆,参加石油会战,带着一样“宝贝”家什,那就是形状像眼镜一样的美式单臂吊环。为什么呢,因为那家伙比苏式分量轻得多,使起来顺手。到最后,他兴奋地说:“搞新钢种,研制轻型‘三吊’,我举双手赞成!”

    俩人的谈话就这样结束了,临别时铁人又一次紧紧地握住李鹤林的手,动情地嘱托道:“李技术员,石油机械产品必须大幅度减轻重量,比如我们现在用的‘三吊’还是外国货,主要是苏联货,一个个肥头大耳的,钻井工人凭体力进行操作和搬动,30多岁就干不动了。盼望你们赶紧造出我们自己的东西,把那些傻大笨粗的洋玩意儿赶下我们的钻台!”

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王进喜与李鹤林亲切交谈

    1966年3月底,李鹤林怀着急切的心情返回宝鸡石油机械厂。他向工厂领导汇报了和王铁人的谈话内容,谈了自己的想法,工厂领导对落实“钢铁革命”和王铁人迫切希望研制轻型“三吊”的建议高度重视,并作出决定,要立刻着手开发研制。

    李鹤林感觉自己找到了人生事业的准确方向,急待策马扬鞭了。

    第一批吊环,是专为王进喜所在的大庆1205钻井队等井深较浅的钻井队研制的负荷50吨的轻型吊环。

    许多年之后,李鹤林回想起研制第一代轻型吊环的过程,如果说还算顺利,那是因为他大学四年阅读了一些相关的专业论文。毕业后,更是一天也没放松过对钢材的学习和研究。他对当时国内外常用钢材、新型钢材等十分熟悉和了解,包括它们的优缺点,可以说,他站在了学术理论的制高点上。就算这样,他也强烈地感受到了像钢材过度疲劳那样的累。每当夜深人静时,他一个人坐在办公桌前查阅各种资料,寻找“三吊”合适用钢,他边看边记录相关内容,感觉时间过得真是太快了。他多少次趴在办公桌前睡着了,连衣服都没脱,醒来后,就是觉得很累很累……

    减轻吊环重量,关键在材料,在于材料的强度水平。当时,在机械制造行业,低合金超高强度钢可以大幅度减轻某些机械产品的重量,并延长使用寿命,但这类钢大都以镍、铬为主要合金元素,而且冶金质量、成型加工处理要求比较严格,当时仅在航空、国防产品中使用。对于一般机械制造,由于经济、技术等原因,大量推广使用既不现实也没必要。

    于是,李鹤林毅然决定摒弃传统工艺路线,另辟蹊径采用新钢种新工艺开展第一代吊环产品的研制。

研制过程中,他很快便注意到1958年起,西安交大老师周惠久、王笑天的研究成果——低碳钢淬火后可以得到强韧性能兼顾的板条状马氏体,能够很好发挥常用低碳钢的强度潜力,他的研究思路进一步被老师的研究成果所打开,他决定参照美国BJ公司单臂吊环的结构、形状,采用高屈服强度的低碳马氏体钢,相应缩小吊环的相关尺寸,以期大幅度减轻吊环的自重。

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李鹤林(右一)在电镜实验室进行材料微观组织研究。

    厂里有个规模很大的齿轮车间,大量使用低碳合金渗碳钢。李鹤林走进工厂的钢材库,找到了不含铬镍的圆钢,通过锻造和淬火、低温回火,负荷50吨的第一代轻型吊环研制出来了。

    测试的结果完全合乎希望和想象,吊环的抗拉强度、屈服强度、冲击韧性等均符合要求。最可喜的是吊环单根重量只有16公斤,而当时美式吊环是27公斤,苏式吊环52公斤。

    数千里外的大庆油田,王进喜和著名的1205钻井队收到了李鹤林他们寄来的两件50吨轻型吊环。铁人笑了。原来同样型号的吊环,要两个人抬。新的吊环很轻巧,40多岁的王进喜,一手就拎起来了。他站在1205钻井队施工现场,凝望着高高的钻塔,钻机浑厚的轰鸣声不断地在耳边响起,他感慨地说:“如果‘三吊’都能像吊环一样,改得这么轻巧,那我们50岁以上的人也能在井队干了!”

    第一代吊环的研制成功,仅仅是万里长征走完了第一步,接下来还有好多步要走呢,而且越往下走越难。对此,李鹤林有清醒的认识。他深深地知道,第一代轻型吊环仅限于打浅井时用,比如井深在1200米以下的井,而像新疆、四川等油田打中深井的钻机,需要匹配负荷150吨、250吨的大吨位轻型吊环。

    由于第一代吊环材料无法满足大截面、高强度吊环的淬透性要求,李鹤林不得不再次开启材料新工艺的研究之路。经多方查询,获悉北京钢铁研究总院开发了一种新钢种,可以满足大吨位吊环的技术要求。他找到钢铁总院商谈合作事宜,仔细地询问了钢的性能指标,担忧地问,强度这么高,塑性韧性怎么保证呢?但总院说,军工产品已经在用这种钢了。

    这下李鹤林稍稍放下心来,他急匆匆地赶回了工作岗位。总院的钢锭很快发到了宝鸡,是不含铬、镍的低合金超高强度钢。制成150吨吊环后,取样测定,屈服强度达到了1500兆帕。

    可李鹤林的心里总有一种不祥的预感,这预感到底是什么呢?他也说不清楚。

    这一天,老西厂区的铆焊车间,吊环装上了拉力试验机,李鹤林等几个人盯在旁边,急切地期盼着试验成功。150吨吊环的单根额定负荷是75吨,试验负荷是112.5吨。随着压力的不断加大,拉力机的指针徐徐向前移动:50吨、60吨、70吨……

    当指针到72吨时,“嘣”地一声,吊环断了,一截钢棒像出膛的子弹,贴着李鹤林的头皮呼啸而过。李鹤林摸了摸自己的头,还在。真险呢!哪怕再偏一分一毫,恐怕李鹤林自己都不知道他去哪儿了。每每想起这件事来,他总庆幸自己捡回了一条命。

    与此同时,厂外马路对面的宝鸡市体育场,高高围起的灯光球场,黑压压地坐满了几千名职工。工厂正准备在这里召开大会,其重头戏就是大吨位轻型吊环试验成功的报捷。球场上,大红纸喜报已经用毛笔工工整整写好了,锣鼓家什放在了旁边。万事俱备,只待喜讯传来。人们还在兴奋地期待着报喜的锣鼓声。突然,主席台上接到了试验失败的消息,当时的尴尬可想而知。

    头一次遇到如此的失败,对李鹤林的打击是沉重的。他当时的感觉就是麻木,什么也说不出来,什么也不想说,好像脑袋都不好使唤了。下了班后,别人都走了,他没走。

    厂党委书记纪祥仁,一位新中国初期的老大学生,曾留学苏联,调到厂里刚刚一年。晚上9点多钟,纪书记摸黑来到厂检验科的那间小房子,找到了还在闷坐着、一动不动的李鹤林。

    纪书记鼓励他说:“干任何科研,很难做到一次成功,可能有许多失败。你应当相信党,相信群众,大家都会支持你的。我就是支持你的!”

    党委书记的话让他很暖心,心里一下子松快了许多。他和书记一起走出了检验科。

    这一天平平常常的,阳光格外灿烂,风吹到身上有一股暖意,几件从千里之外的油田调运来的苏式吊环、吊卡、吊钳摆放在场地上,职工们整整齐齐地排着队,站在大院儿里,因为厂里要召开现场动员会。

    纪书记没讲什么大道理,而是指着实物直接对大家说:“这就是现在井队用的、铁人让我们改造的东西,今天先请大家抬一抬,体验体验钻井工人的劳动强度。”

    大家轮番上阵,试了之后,有人感慨地说:“真沉呢,使上浑身的劲都抬不动。”要知道,那件苏式250吨吊环,自重380公斤;另一个负荷150吨吊卡,也有126公斤重。

    这样一来,这些参加“三吊”试制、绝大多数未到过油田井队的人员,对王铁人说的情况感同身受,激发起了研究属于我们自己国家轻型“三吊”的勇气和决心。当时,李鹤林就在现场,他亲眼看着职工们抬不动“三吊”的情景,感觉自己的眼眶都湿了。他决心不管遇到多大困难,都要把轻质“三吊”研制下去。

    正在这个时候,远在大庆的铁人王进喜,为首先试制成功的小吊环,向工厂和李鹤林亲笔写来了一封热情洋溢的感谢信。

    感谢信,被抄录在一张大红纸上,贴在墙上,全厂几千名工人,络绎不绝地前来观看,很多人都念出了声。

    李鹤林逐字逐句地读着信,他的眼前,又浮现出了王铁人那双急切盼望着早日用上中国自己研制的轻型“三吊”的眼睛。王铁人握着他的手时,是那么温暖,仿佛有一股暖流在他心里流动。

    他不能再等下去了,那怕不吃不睡,那怕累死,他也要研发出属于自己国家的轻型“三吊”。他的心里充满了力量。

    说不清度过了多少个不眠之夜,也说不清迎来了多少次金色曙光,李鹤林的眼里布满了红丝,脸色看上去那么憔悴,但却显得格外精神。钻井工人急待的第二代大吨位吊环何时可成?望着一堆拉断的试棒,李鹤林陷入了沉思:必须另辟蹊径,寻找出路……

    李鹤林认为钢的碳含量过高,他决定由钢铁总院再炼一炉新钢锭,他不断发电报催促。当时是1968年1月,正赶上“文革”,钢铁总院的工作基本处于瘫痪状态。但是,李鹤林绝不是轻言放弃的人,只要还有一丝希望,就会坚持到底。他专程去了一趟北京,一个一个地去说服有关人员。终于,春节期间,工厂收到了钢锭。

    夜以继日的锻造、热处理、负荷试验,结果仍然是低应力脆断。此时,与钢铁总院的大吨位轻型吊环用钢的科研合作算是彻底中断了。

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吊环两次获国家金质奖,并是我国获 API会标使用权的第一项产品。

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李鹤林调研轻型吊环吊卡的使用情况。

    短暂的迷茫之后,李鹤林决定立足于独立自主,自力更生。热处理车间有台高频炉,原本只是用于一些工件的表面淬火处理,李鹤林知道高频炉可用来炼钢,他如获至宝。他们日夜守在这台炉前,配料、投料、出炉、浇注、化验、记录。

    有一次炼钢过程中,高频炉突然被击穿,1600多摄氏度的钢水像猛兽一样扑来,一场后果难料的重大事故眼看就要发生。

    李鹤林什么都来不及想,立即和几位老师傅冲上前去,投入灭火战斗。衣服被烤煳了,他只感到浑身火辣辣地疼,低头一看,两腿已是伤痕累累。他咬紧牙关,没有退缩,和工人们一起排除了险情。工人们笑着对李鹤林说,大难不死,必有后福。看着吧。

    这次事故以后,他们开始在精密铸造车间的中频炼钢炉继续试验,这里有健全的安全操作制度和熟练的炼钢工人,试验任务进展得很迅速也很顺利。后续试验的电弧炉炼钢、铸锭、锻造、热处理,也都是在东厂相应车间规范进行。只是吊环拉力负荷试验,还得去三四里外的西厂大坡上。

    于是,人们常常看见李鹤林当起了拉架子车的搬运工,东西两厂来来回回地奔走。有一次,李鹤林碰巧与纪书记在路上打了照面,书记很诧异,问明了情况。分手后,纪书记大踏步进了厂,径直找到当时调度室的负责人说道:“以后要派人拉架子车,再也不准让李鹤林当搬运工啦!谁让李鹤林拉架子车我就处分谁。”

    试验持续不断地进行着,大量数据表明,当碳含量降至0.25%及更低,可以得到良好的综合力学性能。后来,李鹤林去大冶钢厂,又把大量试验数据进行了认真分析,进一步优化了化学成分。通过对两个钢种进行工业性试验,结果表明,完全能够满足吊环用钢的技术要求,李鹤林的自主研发取得了成功。这两种钢从1969年起被正式用于生产75吨、150吨、250吨和350吨吊环。

    经过材料和热处理工艺的变革,多种型号的吊环,同苏联同类老式吊环相比,重量减轻了一半还多,比美国的也轻一些。例如负荷150吨的吊环,每件自重只有98公斤,而苏式吊环为296公斤,美式108公斤。至此,第二代轻型吊环可以正式批量投产。

    接着,李鹤林带领试验小组,对二代吊环、三代吊环使用情况提出了改进措施。1978年,他研究吊环到了第12个年头,第三代吊环趋于完美。但他并未止步于此,年底开始,主持开展了“吊环用钢的选择与评定”试验研究项目,先后对6个有代表性的钢种进行对比试验,结果表明:李鹤林他们研制的单臂吊环现用钢种,不论是力学性能、工艺性能试验,还是吊环实物疲劳试验,各项数据均优于其他钢种,性能指标排序第一。但科学是无止境的。李鹤林他们研制的第四代吊环又在第三代吊环的基础上,增加了严格规定吊环用钢的冶金质量要求等3项技术措施,使性能更加完美。

    1969年底,在北京召开的石油工业工作会议上,王进喜听到宝鸡石油机械厂汇报大吨位轻型吊环已经试制成功,站起来幽默地说:“我过去和许多戴眼镜的同志说过,请他们做出像眼镜一样的吊环,多少年没见做出来,现在你们不声不响地试验成功了,太好了!”

    早在1970年4月,王进喜参加在玉门召开的全国石油工作会议,听说宝鸡厂有人来,他十分关心吊卡和吊钳的试制工作。他说:“我等待着你们的好消息,全国钻井工人等待着你们的好消息!”

    1978年3月,王铁人去世的第八个年头,李鹤林光荣地出席了全国科学大会,他主持及参与的轻型“三吊”和另外3项成果均获全国科学大会成果奖。这不仅是李鹤林个人的莫大荣耀,也是宝鸡石油机械厂这个具有40年光荣历史老企业前所未有的重大荣誉。

    凝结着李鹤林和团队的心血智慧,由相关高校和钢厂参与、历经多次改造的创新科技成果——国内外同类产品中的顶尖产品吊环,终于用到了生产一线,实现了王进喜和广大钻井工人的心愿,获得了石油工人的喜爱和高度评价。各种轻型吊环自重只有仿苏吊环的50%左右,寿命则比号称王牌的美国BJ公司同类产品延长60%,夺得了我国石油机械的第一块质量金牌,也是我国第一个(1982年3月1日)获得美国石油学会会标使用权的产品。团队研制的吊卡和吊钳,也都被用到了钻台上。其中,吊卡重量比国外同类吊卡轻得多。载荷150吨外平钻杆吊卡自重只有60公斤,而美式自重97.3公斤,苏式更是高达126公斤;250吨外平钻杆吊卡自重只有83公斤,苏式自重却达到187公斤。而吊钳的负荷能力比以前油田大量使用的B型吊钳提高1倍,自重却比同类的美式吊钳减轻了100公斤。吊钳的易损件——牙板,在现场试用中,寿命提高3倍以上。

    李鹤林不由地长长出了口气,他又想起了铁人王进喜,老铁握着他的双手时,是那么温暖,是那么充满力量,还有老铁那双渴盼的眼睛。现在,属于自己国家的轻型“三吊”成功用到生产上了,可老铁却不在了。他伸出双手擦了一下眼睛,转念一想,也算告慰九泉之下的老铁了。他的心里松快了许多。

李鹤林于20世纪60年代和70年代,在石油工业部钻井采油机械研究所和宝鸡石油机械厂工作期间,主持研制高强度高韧性结构钢、无镍低铬无磁钢等12种新型钢铁材料,并充分发挥现有材料的性能潜力,使一大批石油机械产品减轻了自重、改善了服役性能、延长了使用寿命,达到国际先进水平。20世纪80年代开始,在石油管材研究所(石油管工程技术研究院)工作期间,提出并建立了“石油管工程学”学科,开展了大量系统的、有创造性的研究,使中国油井管实现了大规模国产化,油气管道工程由跟踪跃入国际领跑者行列。

    他本人也于1997年当选为中国工程院院士,成为响当当的石油机械用钢及石油管工程专家。

    参考资料:校忠仁.李鹤林传.北京科学出版社,2017.8.

    作者:大庆油田铁人王进喜纪念馆史金龙

    来源:《工会信息》编辑部