漫 谈 科 技 创 新
□吴忍畊
编者按：
为了活跃校园科技创新活动，本报特开辟“科技创新思维论坛”栏目。欢迎学校各学科领域的老师和同学结合自己的科研实践，畅谈在辩证思维指导下，分析阻碍事物发展、进步的内因、外因，提出解决矛盾的创新思维和真知灼见。
我的科研生涯
文化大革命的十年消磨掉了我人生最宝贵的年龄时段（36-46岁），在那些日子里，痛感报国无门。1977年国家恢复高等教育和科研管理体制，迎来了科研的春天。我发自内心想要用双倍的努力把被消磨的岁月加以补偿！
在苏联留学时，我主攻方向是合金理论研究。60年代初刚回国时, 继续延伸这个研究方向，承担了一些科研项目，培养指导研究生，也发表了一些文章。但研究项目距离工程应用甚远，很难获得资金上的支持，科研没有起色，我很不满足。
1978年机遇来了。上海某单位研制新型导弹固体发动机壳体屡遭失败。在联合攻关的集体中，我承担解决超高强度钢氢脆和应力腐蚀方面的问题。这个课题是当时世界科研热点。这类多学科交错的课题，许多外国学者涉猎过，但大多都如入泥坑，不能脱身。面对国防建设的需要，考验着我敢不敢承担。经过认真沉思和调研，半年之后我决定勇敢迎战。我和同事们采取扬长避短的方法，发挥在材料学科方面的优势，走出了与众不同的路子，解决了许多实际问题。
1985年，严重考验降临了。某部队飞行器中一个关键的零件因氢脆断裂，使导弹不能临战服役。事态影响到国防现有战斗力, 要求用最快的速度解决。应制造厂的邀请，我们参与承担起了这项攻关任务。我们运用协同表面处理等相关技术措施，加上以往积累的经验，经过一年紧张工作, 终于获得圆满成功，顺利地恢复了导弹的飞行能力。在中国运载火箭技术研究院举行的鉴定会上，58位航天技术专家高度评价这项成果，由此也荣获了国家科学技术进步二等奖、航天部科技成果一等奖，这是我一生中科研事业的顶峰。
人的一生之中，在事业上呈现闪光的亮点，机会很难得。必要的条件是国家急需，加上充分发挥自己的潜能，解决实际问题，才可能达到事业上的成功。但是，对我来说，这样的机遇降临得太晚，当时年龄已经58岁了！
十分庆幸的是，后继有人！我32年前开始的材料应力腐蚀的科研方向，通过学生李光福得以继承至今，服务祖国现代化。在他攻读博士时，在高强度钢应力腐蚀控制性因素的理论上有了新的突破。之后，他在英国和日本八年的科研工作中，因应形势需求，把主攻目标转向核电站结构材料的应力腐蚀，这是关系到核电站安全的关键问题。回国后他将相关知识用于我国的核电事业，并将该方向扩展到埋地高压天然气管线和商用大飞机等领域。这表明，深入钻研、开阔眼界和执着追求可延续和增强已开创的科研方向的生命力。
科研方向的确定
确定科研方向是一项战略性的决策环节，应慎之又慎。科研方向一经确定，至少要稳定五年不变。因为一些重大课题，五年才能初见成效，长期坚持才能有所作为。
1978年，我们选择了薄壁高压容器用超高强钢氢脆和应力腐蚀这个研究方向，当时的依据是：国家急需，是诸学科发展的边缘，经过努力有可能胜任此项研究。
氢脆和应力腐蚀是一个十分复杂、多学科交叉的断裂问题。国外许多有名的教授搞了十几年，像一个巨人陷入了淤泥，不能自拔。面对这样重大的工程技术难题，我们深感责任重大，不能冷漠相待，可是一想前人的足迹，又令人生畏。
大家都知道科研需要的是热情和冷静，而不是激情和冲动。那时我们经过半年调研，反复思索，总结历史经验，最后下定决心迎着困难上。
历史经验有两条，一是科研不能脱离国情，科研终究应转化为生产力。生产技术发展的需要是学术研究的推动力，学术发展的新成就又促进生产技术的更新。科研与生产两者互相依存，互相促进。许多事例证明，高等院校的科研若不与国家重大任务直接挂钩就会失去外部的推动力，由于缺乏经费支持，物质也得不到保证。久而久之，自己也难以坚持。文革前，我们从事合金相图的研究，困难重重，越搞越没有劲，这是一个深刻的教训。二是无法摆脱目前科研管理体制对人才专长的束缚。各个工业部的重大课题，首先给本系统的科研单位。我们确定科研方向，不能脱离哈工大的隶属关系和所在省、市的具体条件。我们现在隶属于工信部，身在本地区，就得全心全意为航天事业和信息工业服务，为本省、市的工业发展服务。
总结历史经验，从实际出发，如果死抱自己耗费过多年心血的“一技之长”不放，归根结底是前景暗淡，难出成果。我们选择了氢脆和应力腐蚀这个新方向，当时在航天部和学校支持下，建立了新的实验研究基地，形成了科研梯队。5年来，完成和正在进行的课题共有10项，有一项与兄弟教研室合作的项目获得部级科研成果二等奖，有两项当年鉴定，有的项目被列为重点攻关课题，有的已在实践中开始应用。用5年来获得的科研经费，购买设备仪器58件，为后续的工作创造了良好的条件。
在新的科研方向上，我们遇到过许多困难，但是我们充分发挥了自己的特长，分析研究方向上的主要矛盾，选择正确突破口，开辟了新的途径，收到了很好的成效。
攻关需要创新思维
1978年，我所在的哈工大焊接、力学、热处理、材料专家组，接到急需解决固体燃料火箭发动机超高强度钢壳体的低应力爆破问题的课题，当时经过初步分析，导致低应力爆破的关键问题之一是氢脆、应力腐蚀开裂。之前，这个学术名词我还没有听到过，不知是怎么回事。当时攻关团队分工给我来承担。
经过查阅资料，发现这个问题在美国学术界非常热门，大量文献都是搞力学的和搞电化学的，很难看懂。我是搞材料的，材料方面的文章比较少。说明这是一个多学科交叉的难题。来校访问的日本东京工业大学教授说，他也搞过一阵子应力腐蚀，如入泥潭，最后把仪器设备都卖了！听了这个信息，让人不寒而栗，不成功是没有退路的。爱国的责任心迫使我迎难而上。现在看来，入门切入，首先要有一个正确的思维模式。
有一条宝贵的经验那就是“扬长避短”。用之于我们的攻关，就是要发挥自己材料学科的特长，避开力学、电化学之短缺。如果我们沿着多数文献的路径去追赶，何年才能补上那些学科的基础知识？势必总是在别人后面赶路，前途暗淡。此路对于我们是不可取的，必须另辟蹊径。
在长期的教学和科研实践中，使我认识到自然辩证法是创新思维的武器。经过辩证地分析，发现这个面临的难题涉及材料、受力场和介质环境三个主要因素。
材料是主体，断裂源及其发展发生在材料内部。从力学角度分析，材料中应力分布和裂纹扩展规律，也只是材料在外力作用下所呈现的行为表象。至于电化学的分析亦都局限于材料所处的周围的环境条件。无论是力学还是电化学，涉及的都是外因。这不是说，外界条件不重要，而是说，光从外因着手，问题依然解决不了。
外因通过内因而起变化。必须着重研究内因，即材料抵抗氢脆和应力腐蚀开裂的能力，这种能力取决于材料的化学成分和组织结构。我们所擅长的正好是文献资料中至今很缺少涉及的领域，抓住材料内部组成的这个关键性的切入点，问题就迎刃而解了。这就不是治标，而是治本的正确路径。
由以上所述，十分明显，在攻克中用常规的方法不能解决的技术难题时，首先需要的是创新思维。应该针对难题，分析矛盾，剖析矛盾的各个侧面，用系统学的理论来指导，揭示和寻找上下层次系统和左右相关系统之间的关联性，分析导致难题发生的各个薄弱环节，找准了主要矛盾，寻找出切入点，以此为突破口，进行试探性实践。在获得正面效果反馈信息之后，扩大实践规模，从而获得全局性的成功。这个思维过程和实践过程就体现着创新。
取得重要成果
金属材料的氢脆和应力腐蚀开裂是一个十分复杂的、多学科交叉的断裂问题。航天工业部对这项科研成果极为重视。该部主办的《航天工艺》杂志为此出版了专辑，汇编了我们团队的十五篇科研论文。专辑的前言中写道：“本专辑论文的作者们抓住了合金相组成对氢脆和电化学腐蚀敏感性的决定作用，可以说是从材料科学角度抓住了研究氢脆和应力腐蚀的重要线索，并且很快见到实效。论文的一些学术思想是富有启发的。”
中国科学院学部委员蔡其巩同志在一份材料中写道：“国际上，许多有名教授在这方面搞了十几年，最后觉得像巨人陷进了淤泥，不能自拔。吴忍畊领导的科研小组选择了壳体用超高强度钢应力腐蚀和氢脆这个对发展和应用超高强度钢有决定性作用的方向。这表明研究方向的选择是有水平的，而且有重大的工程意义。”他称赞 “在研究方向的选择、研究方案和选题以及论文中的学术思想、实验技术等方面都是很有水平的”。
《黑龙江科技报》
哈尔滨工业大学金属材料及工艺系
长期以来，防止航天、航空等器件因氢脆造成严重质量事故，是一个重大技术难题。课题组人员经多年试验攻关，从改变合金组织、提高材料氢脆抗力、减少表面处理中的吸氢量入手，同时开发氢脆快速测定技术，对工艺质量进行监控，全面彻底解决了长期未能解决的钢弹性件的氢脆断裂问题。他们为解决这一难题研制的氢脆快速测试仪，填补了国内空白，达到了80年代国际水平。他们研究成功的综合治理氢脆断裂的方法具有普遍指导意义。
一项跨学科的立题思考
1、提出问题
苏联和美国在洲际导弹和宇航技术方面，并驾齐驱，不相上下。
自上世纪50年代，美国发射“北极星”导弹多次发生低应力断裂之后，在西方学术领域里迅速发展了断裂力学，几乎与此同时发展了高强度结构材料的应力腐蚀开裂、氢脆延迟断裂等一系列新学科领域。他们进行了大量的研究工作，从理论和实践上，解决低应力断裂问题。
同一时期内在上述学术领域里，苏联大大落后于美国，断裂力学几乎经过10年之后才开始发展。怎样解释苏联运载火箭技术的先进和相应的断裂力学领域的“落后”？
可能的回答有两个：一是苏联保护国防技术的秘密，未发表；二是苏联在发展运载火箭工程中，没有遇到低应力破断这一类技术问题。长期保守秘密看来是不可能的。任何国家工程技术的进展，必然要在学术领域中得到反映。在学术领域中，苏联企图占据领先地位，也是毫不相让的。
事实上，他们已经发表了一些导弹用超高强度钢的情况。因此，苏联在断裂力学方面这种“落后”状况，很可能是由于他们在发展导弹用钢和宇航事业中，没有遇到像美国50年代遇到的低应力断裂和应力腐蚀开裂等一类技术问题。很有可能是，苏联采用的超高强度钢体系，对氢脆延迟断裂和应力腐蚀开裂是不敏感的，从而越过了低应力破断等一系列技术鸿沟，顺利地跨越了许多技术障碍。
搞清楚这个问题，对于发展我国导弹用钢是值得引以借鉴和重视的。如果我们发展的超高强度钢也能跨越低应力破断等一系列技术障碍，我们就可以节省大量人力、物力和财力，少走弯路，赢得时间，赶上世界先进水平。
2、对比37钢和28钢应力腐蚀开裂特性的启示
37钢是我国自行研制的新钢种，用于制造发动机壳体的超高强度钢，其合金化与美国某种导弹用钢很相似。在采用此钢来制成薄壁固体发动机壳体的过程中，多次发生低应力断裂，成为攻关难题。我们测试37钢应力腐蚀开裂特性的结果证明，此钢种对水质应力腐蚀开裂十分敏感。
28钢是另外两种发动机壳体用的超高强度钢。这种钢是仿苏联的钢种。
我们对28钢和37钢进行应力腐蚀开裂特性的测试结果表明：28钢在几乎相同强度水平条件下，具有比37钢更为优异的抗低应力断裂和抗应力腐蚀开裂的性能。
因此，比对37钢和28钢两种钢种，可以看作是，美国的和苏联的超高强度钢的比较。比较结果表明，苏联钢种在抗应力腐蚀开裂敏感性方面具有极大的优越性。这种钢用于制造高压焊接容器，从来没有发生过低应力爆破。
以上试验结果从一个侧面可用来说明，苏联完全可能是由于采用了不易发生低应力断裂的导弹钢体系，从而越过一系列复杂麻烦的技术鸿沟，顺利地发展了他们的火箭运载工具。自然，他们也就没有必要去从事像美国在学术领域里所做的那么浩大规模的断裂力学课题了。
3、对苏联超高强度钢调研
长期以来，我国在技术领域里有着“一边倒”的倾向。时而排斥西方科学技术，时而蔑视苏联的科学技术。这种缺乏辩证思维的技术政策危害极大！
比较美国和苏联系列超高强度钢的化学成分，可以发现，苏联的每个钢种都含有合金元素钨，其含量范围为1~2.9%。暂且不考虑它们炼钢工艺上的差别，化学组成中钨这个元素是否在改善材料抗应力腐蚀开裂和抗氢脆延迟断裂性能方面有着特殊的功能，这是值得进行调查和研究的。
经调查研究发现，钨这个元素是我国富产的资源，在国际上也是独一无二的。中华人民共和国成立后，由于美国政府奉行敌视中国的政策，从中国获得钨资源再也没有可能。鉴于这个原因，美国把钨列为战略资源，限制合金钢中使用钨作为合金化元素。因而，从那个时期以来，美国发展的高强度结构钢，没有一个是含有钨的。相反，在同一历史时期，中苏两国友好结盟，苏联凭借中国的丰富资源，发展了许多含钨钢种。
假如钨果真能起到改善钢之抗低应力断裂和抗氢脆性能的话，那么为什么我们自己不能充分利用我国富产资源，开发能抗低应力断裂的钢种呢？一旦我们掌握了适合我国资源能抗低应力断裂的优质钢种，我们就可以越过由于氢脆和应力腐蚀开裂所引起的一系列技术难题，从而确保固体发动机壳体材质的安全性，使导弹事业得到顺利发展。
因此，对苏联超高强度钢系列进行认真调查和研究，弄清楚每一种钢的性能特点及其强化机理。对于确定我国导弹用钢朝着什么方向发展，这无疑对国防技术的发展有着战略意义。
4、立论有理，支持立题
上述这份科研报告提交给航天部，经中国运载火箭研究院材料研究所认定之后，被认为立论有理，支持立题，纳入计划，拨款研究。
这个立论思维方式上的特点是，思考不局限于材料学科，而是按照系统学的方法，提升系统层次进行思索。比较为什么苏美航天科技进展并驾齐驱，而在材料有关断裂力学学术领域问题上有着巨大的差异，为什么在美国暴露出大量的断裂问题，论文如潮地研讨断裂力学、氢脆和应力腐蚀，而苏联没有开展这方面的学术研究，航天器照样上了天？从这个差异中启发我们去比较苏美合金钢体系不同的问题，再把问题引伸到中美国家关系的历史状况，说明导致美国发展无钨钢的现状，而苏联却发展了含钨钢的系列。把纯技术性的问题与国家之间政治历史问题结合起来加以思考，从而开展了一项颇有意义的研究，取得了重要的成果。
由于合金元素钨能改变钢在热处理时的相变行为，避免形成氢脆敏感的合金相，从而改变了合金相组成，导致钢具有抵抗低应力破断的优良性能。后来，火箭发动机壳体用材革新，采用性能更优异的复合材料替代了超高强度钢，氢脆和应力腐蚀开裂问题也就不存在了。
吴忍畊简介：哈工大教授,金属材料学专家，研究生导师，享受国务院颁发的政府特殊津贴。l950年考入哈尔滨工业大学，1956年毕业后被选送到苏联留学，1960年获副博士学位后回国，长期在哈尔滨工业大学任教，培养了15名博士生、硕士生。
从1978年开始，在中国航天科技研究中做出了卓越的业绩，先后解决了多项航天器用钢的氢脆失效关键质量问题，提出了新的钢氢脆理论。先后获得国家科学技术进步二等奖、航天工业部科技进步一等奖等多项荣誉。
1991年，跟踪国际“材料自蔓延高温合成”新技术研究，与其学生建成了高水平的科研开发中心，并获得两项国家专利，创建了哈工大仿金艺术铸造厂。