褚武扬： 腐蚀研究一定要基于实际应用
鹤发银丝映日月，丹心热血沃新花。褚武扬教授一生长期从事材料科学方面的教学与科研工作，见证了断裂力学、应力腐蚀与氢脆等领域的发展，为教育科研事业奉献着自己的青春与热血。他是国家级有突出贡献的专家，在断裂和环境断裂（氢脆和应力腐蚀）等领域取得了一系列创造性的研究成果；作为一位大学教师，他在教育园地栉风沐雨，辛勤耕耘，为国家培养了大批优秀人才。
潜心科研结硕果
走进岁月的长廊，翻阅生命的相册，每个人的人生都是一个精彩的故事。有比较感慨的往事，有失落的遗憾，也有劳有所获的快乐。从青丝到白发，不变的是一颗为国为民的初心，褚教授从求学的顺遂，出国的波折与人生中多次申报中国科学院院士的意料之外，聊起自己，他微微一笑说：“我这个人比较淡定，人生中该是我的就会有，人生中该我没有的，继续努力。”这种性格让褚教授对工作、对生活，踏实努力，求真务实。
1938 年 2 月，褚武扬出生在风景宜人、人杰地灵的江苏宜兴，这片土地给予了他淳朴善良、坚忍不拔的性格，也造就了他的聪明才智。为以后在教学科研道路上稳步前进打下了坚实的基础。1956 年至 1961 年，褚武扬就读于北京钢铁学院 （ 现北京科技大学 ） 金属物理专业，毕业后留校任教。1986 年，他被评为教授，同年被评为博士生导师。1987 年至 1991 年，在美国 Carnegie-Melon大学任客座教授。1992 年，开始享受国务院政府津贴，1992 年，被人事部授予国家级有突出贡献中青年专家称号。曾任中国腐蚀与防护学会氢脆与应力腐蚀专业委员会主任委员，环境断裂教育部重点实验室主任等职。之后退而不休，专心撰写科研专著，他著有七部书，有应出版社之邀约，也有学生之请求。褚教授表示，他希望将自己一生所学反哺给社会。
在几十年兢兢业业的探索研究中，褚武扬教授发现了金属材料任何脆性微裂纹（脆性材料，应力腐蚀，氢脆，液体金属脆）的成核均是位错发射和运动到达临界状态，从而局部应力集中等于原子键合力的结果。各种环境（腐蚀介质，氢、液体金属）通过促进位错的发射和运动，从而在低的外应力下微裂纹就成核。环境能阻碍微裂纹钝化成空洞从而脆性扩展。环境也使塑性应变局部化，从而导致宏观脆断。发现在应力腐蚀体系中钝化膜（或脱合金层）界面会产生附加拉应力，它协助外应力促进位错发射和运动，导致应力腐蚀。不发生应力腐蚀的体系则测不出膜致拉应力。把氢促进局部塑性变形和氢降低键合力以及氢压相结合，分别提出了氢致韧断、脆断和沿晶断的新理论。发现了一系列新的实验现象：如剪应力能产生氢致开裂；氢和应力促进腐蚀并存在协同作用；发现相间应力腐蚀及阴极腐蚀；发现氢存在两类固溶度；氢能作为临时金元素加以利用。
每一步的脚踏实地、潜心研究为以后进一步开展相关的研究进行了高屋建瓴的引领。在一生的科研生涯中，他出版专著 7 部，发表重要学术论文500 余篇，绝大部分被 SCI 或 EI 收录。论文总被引用超过5000次，其中他引3000余次。获奖共11项，包括1987年获国家自然科学二等奖1项（第一完成人） , 之后，获部委级科技进步一等奖 3 项 , 二等奖 7 项。为表彰者武扬教授在氢脆和应力腐蚀领域学术上所作出的突出贡献，2019年中国腐蚀与防护学会特授予他“中国腐蚀与防护学会最高学术成就奖 2019”。
因势利导解决工业生产氢脆问题
氢脆包括氢损伤（钢中白点，焊接冷裂纹、酸洗裂纹、H2S 中开裂、高温高压氢蚀、氢化物脆）、氢致塑性损失、氢致滞后开裂等，它属于腐蚀领域。高强度钢在水介质中应力腐蚀的本质就是一种氢致滞后开裂。在工业生产和国防事业中，氢脆引起的事故时常发生，只有通过综合分析、弄清事故的原因后，才能找到预防同类事故的对策。
过去的马航 MH370 事件让我们至今仍心有余悸，当时该事件引起了国内外网站、报纸、各类媒体的深度聚焦，对于美国波音七系飞机的各种消息与事件猜测，褚老师从技术的角度向我们澄清了，氢脆与应力腐蚀并不是足以构成马航飞机失事的首要因素。
褚老师回忆，他长期从事材料科学方面的教学与研究，当时作为学校科研，他们的主要精力是进行973项目、863项目、国家自然科学基金等国家项目的基础研究工作，但和工厂合作的课题也一直没有断过，氢脆应力腐蚀常常发生于工业领域，产学研可以将产业、学术与自主研发很好地共同协作与推进。
在工业生产过程中，现在的企业如果有问题，第一时间找专家来解决。如何低成本，长效解决氢脆问题？
褚老师回忆说：“印象比较深的，是在国防方面解决了一次氢脆造成的腐蚀问题。七十年代 172 飞机制造厂的轰炸机在例行检查时，发现连接起落架的螺桩出现批量开裂，导致该型号飞机全部停飞。通过大量实验，确认这是高强度钢水介质应力腐蚀，即氢致滞后开裂，并提出了解决方案，从而化解了危机。”
造成螺桩开裂的原因如下：螺桩沾胶（由含水酒精配制）紧固，有时胶没有完全凝固，引起未出厂的飞机发生高强度钢螺桩氢致滞后开裂；某些已凝固的螺桩由于螺纹根部太尖锐，强度又太高，服役时和雨水接触引起水介质应力腐蚀（氢致滞后开裂）。
解决的办法有三个：
1、由于螺纹部分埋入起落架接触面积大，故螺纹部分的强度可小于螺杆部分，从而使螺纹部位的应力腐蚀抗力大幅度提高，工艺上可通过螺纹部分铅浴回火来实现。
2、用滚压代替车削，可使螺纹根部半径大幅度提高，从而成倍提高螺纹的应力腐蚀抗力。
3、用国产的快速凝固的胶粘合从事件本身来说，并没有使用太复杂的技术与工艺，顺着事情发展的趋势，摸清脉落，向有利于实现目的的方向加以引导，这是褚老师当时解决问题的思路。
某工厂生产的重轨轧后堆在一起缓冷，让氢扩散跑出，在白点形成温度（约 150℃）前氢浓度低于临界值，从而不出现白点。冷至室温后再热处理。为了提高生产效率，工厂准备在线热处理，即轧后不缓冷直接热处理。由于氢不能扩散跑出，超过临界值就有可能引起白点（氢致裂纹）。通过大量实验和统计分析，发现该重轨出现白点的临界氢浓度为C 固 =2.6ppm. 它对应钢包中的氢浓度为 C 液 =4.7ppm. 钢包中氢浓度可实时测量。因此我们建议，当钢包中氢浓度小于 4.7ppm 时，轧成重轨后可直接热处理；如钢包中氢浓度大于 4.7ppm，则轧成重轨后要堆冷，缓冷至室温让氢大量跑出后再热处理。
煤制天燃气和普通天燃气的不同在于前者含有氢，最高可达 6%。管输压力为 12MPa，则对应氢气压力为0.72MPa。煤制天燃气必须通过现有管道进入用户。现有管道在 0.72MPa氢气中长期服役是否会发生氢损伤和氢致滞后开裂呢？我们的实验证明，管 线 钢 外 加 屈 服 应 力 在 2MPaH2 或2MPaH2+10MPaN2 中 保 持 720h 不 发 生氢致开裂，对应氢浓度为 0.44ppm。通过电解充氢使氢浓度为 0.9ppm 时，外加屈服应力的管线钢能发生氢致滞后开裂。煤气、天燃气在服役时（0.72MPaH2）进入管线的氢浓度为 0.2ppm。因此，现有管线在煤制天燃气中长期服役不会发生氢致滞后开裂，而且安全系数k=0.9/0.2=4.5 足够高。
学习在没有建议的情况下处理问题
腐蚀研究一定要基于实际应用，人的一生中，经验的积累贯穿整个人生，不可或缺的独立处理问题能力、思考能力、判断能力，每个人都知道它们不是一蹴而就。褚老师说：“今天的大学生将是未来国家科技发展的中坚力量。大学学习是一个培养学习能力的过程。是培养自我管理、独立思考与动手能力的一个重要阶段。大学期间，要不断调整学习方法。作为老师，喜欢有自己想法，并且愿意和老师讨论的学生，但现在这样的学生很少。擅于独立思考的学生，才可能有独立的创新。另外，有很多人问我中国、美国、日本的科研人员有何区别时，我的回答是，中国学生很会学习，勤奋与学习成绩一直在世界上被认可，但获得诺贝尔奖的欧美人居多，日本也有获诺贝尔奖，这就看出来我们之间的差距。知识面、动手能力、思考能力是创新的关键，而创新是秉持一个国家国防、科技前卫的原动力，所以，今天我们的应试教育要不断改革，让更多的学生懂得，学习是什么，要怎么学。”
“大一新生是最好塑造的时期，需要把已有课程学好， 有兴趣的选修。知识总是有用的。可能现在没感觉到，过了十年，触类旁通，说不定真还有用。大学生需要知道从哪里去查书，请教哪些人，独立思考，找到解决问题的方法。”褚老师语重心长地说。
褚老师一生除了进行科研与学校教育，还著书立作。《氢脆和应力腐蚀》是褚老师在退休之后独立完成， 一直在实验室里写了三年时间。褚老师说：“写这本书之前，先找到所有关于氢脆与应力腐蚀领域的文献，大约有三千多篇。每篇文献均复印或下载并编号。其次，按照我的思路编排目录。看文献时做笔记，指出哪一部分可为某一章节所用。最后，一口气完成初稿再修改。图都是我手画草稿，然后请研究生用电脑制作。文字尽量写得深入浅出，基本公式均有详细的推道，不用查询别的书，一口气都可以看得下来。”
后记：
三十功名尘与土，八千里路云和月。在商品经济的今天，许许多多的科学工作者甘于寂寞，致力科研。这正如古人所言：“不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。”表现了他们高洁的志趣和人格的坚持。在追求科学的道路上，没有平坦的大道，只有那些勇于攀登、甘于寂寞、潜心研究的人才能够登上科学的顶峰！褚武扬教授是其中之一。我们在感动于他们事迹的同时，更应该努力传承和发扬老一辈科学家的科研报国精神，为实现科技强国梦不懈地奋斗！
