金属材料工程师：我在60米高空“烧开水”

大家烧过开水吗？听说过瓦特改良蒸汽机的故事吗？发电厂将水加热到沸腾，产生高温高压的水蒸气，推动几十吨重的汽轮机转子旋转，从而带动发电机转子切割磁感线发电，再通过输电线路，将电力输送到天南地北、万户千家。

推动几十吨重的汽轮机转子，需要烧多少“开水”？每小时2000 吨！

每小时加热2000 吨水，需要多大的“锅炉”？60 米高，20 米宽！

而我，就是一名在60 米高空“烧开水”的金属材料工程师。

腾云驾雾的“火眼金睛”

60 米高的火电机组，一小时产生的电力，能供一个300 户的小区用上十年。几乎365 天都在燃烧的大锅炉，无休止地吞吐煤与水，产生热与电。谁来负责检修、维护如此庞大的金属锅炉？谁来确保机组中金属材料的安全稳定？这时候就轮到我们金属材料工程师出场了。

作为一名金属材料工程师，我在火力发电机组上班。但我既不是传统意义上的铁匠，也不是一名锅炉工。我负责诊断整个火力发电机组中金属材料的状态，大到上百吨的汽轮机，小到一个门把手，所有金属设备都要接受我和同事们的排查。我们需要观察火电机组材料的运行状态，检查整个机组的金属设备是否有缺陷、损伤或失效的隐患。这可是攸关安全与经济的大事儿，在60 米高的锅炉顶上工作，可没想象中那么容易。

我第一次爬上锅炉时，就被60 米的高空吓得胆战心惊。我的脚下是网状格栅板，透过网格看向地面，视线所及的房子和人，铁路和汽车，都变成了乐高模型般的迷你小块。风从四面八方吹来，我踏着晃晃悠悠的网状格栅板，整个人仿佛走在摩天轮上。我只想用手捂住眼睛，哪还有心思去检查锅炉设备的问题。

当时，前辈见我脸色发白，便在我耳边不停地叮嘱：“不要往下看，往上看！”我控制住两腿的颤抖，放下捂眼睛的双手，不去想脚底下凌空的画面，游离的魂魄这才勉强回到体内。不过，时间是最好的陪练员，没个把月，我就从“步步惊心”变成了“闲庭信步”。爬上锅炉勘查作业，比走在自家楼道里还自然惬意。

“恐高”的障碍克服了，下一步就要检查机组的每一处细节。孙悟空在炼丹炉里练出了一双“火眼金睛”，我们也在锅炉里苦练神功，成了发电机组的活体“照妖镜”。记得我第一次进锅炉内部检查，十几米高的钢管矗立在眼前，就像一片茂密的黑色竹林。我和同事在这片钢铁丛林中攀着临时搭好的架子穿行，一处一处地检查钢管有没有腐蚀痕迹、烟气磨损或裂纹，每一处缺陷都要记录在案，并提出处理意见。万一有缺陷未被查出，造成管道泄漏，导致发电机组停止运作，会损失上千万元。

光靠一双肉眼还不够，有些细微的问题并非目力所能及，给锅炉做“体检”还需要启用专业超声波、射线设备。很多时候，我们都戏称自己是金属材料的“医生”：医院里的医生用B 超，我们用A 超；医院用CT，我们用RT——都是使用超声波或者射线去寻找“病人”身体里的病灶。当然，我们的“病人”是个庞然大物，有60 米高呢！

发电厂还建有一个暗室，专门拿来洗用射线拍出的照片。我的前辈说，这么多年历练下来，他洗照片的手艺可不比专业照相师差。没想到吧，成为一名金属材料工程师，还得十八般武艺样样精通。

在显微镜下看清金属“细胞”

离开60 米高空时，工程师还会从锅炉上提取样品，把样品带回实验室进行更细致的检查。为了排查材料的老化失效隐患，我和同事们会长时间地泡在实验室里，利用光学显微镜、电子显微镜、扫描电镜、光谱仪、力学试验机、高温炉等更先进的设备，检测样品的宏观形貌、金相组织和力学性能。

如果说射线照相是为了发现病灶，那么把金属拿到显微镜下观察，则是为了看清金属的“细胞”和“血管”。我们都知道，动物和植物是由细胞组成的，在显微镜下，人们可以看到细胞紧密排列成组织。同样地，金属在显微镜下也呈现出“细胞”结构，它们紧密排列，形成金属的“组织”。工程师用不同级别的砂纸均匀打磨，然后用金刚石研磨液抛光，最后用硝酸酒精或者氯化铁溶液腐蚀，得到的就是金相样品了。

图_朱大凤

用显微镜观察样品，就能进入一个奇妙的微观金属世界。不同金属有不同组织，有的是白色等轴多边形，一个连着一个，像是不规则的棋盘；有的黑白相间，如同围棋的棋子；有的像连绵不断的柱子；有的像起舞的羽毛。不同组织也有自己的名字，比如45 钢的金相组织是铁素体，T91 钢的金相组织是马氏体，316L 不锈钢的组织是奥氏体。通过显微镜观察不同的金相组织，就可以判断这个材料的性能，是否发生了老化，是否还能在锅炉等设备中正常使用。

除此之外，扫描电镜能带你进入十万倍放大的世界，我们用它对金属进行成分扫描。通过发射电子击打金属表面，可以测得每一片区域的元素分布；通过扫描电镜下的景深观察，可以判断断裂面的形貌，酒杯状花样代表材料韧性好，而人字纹、河流状花样则代表材料发生解离脆性断裂。通过人字纹的形态走向，我们可以寻找到裂纹的初始点，从而更好地诊断金属的老废问题。

学习金属材料专业，你将会同时感受到大和小的魅力：既要在60 米的高空为巨型锅炉做体检，也要在10 万倍的显微镜下仔细观察。一名金属材料工程师有时候也像一位“侦探”，对样品做实验就像“破案”——我们通过各种仪器检测，发现种种线索，最终找到导致问题发生的“真凶”。

材料工程师的“职业病”

每个男孩在童年时，都爱盯着路边的漂亮汽车看个不停。钢水是如何凝固成钢锭、轧制成钢板，再被冲压成流线型光亮车身的……千变万化的材料工艺，是我对金属材料专业的兴趣由来，报考大学时，我也毫不犹豫地选择了材料成型及控制工程专业，为的就是了解材料背后的神奇奥秘。

衣食住行、信息沟通、能源供应，人类社会的发展借助于形形色色的材料载体来实现。人们从早期利用天然材料如泥土烧陶，伐木采石建屋，到后来创造金属、水泥与混凝土等人工材料，材料的创新更迭也造就了更美好的现代生活。

就我个人的生活经历来看，在材料领域工作时间长了，会患上有趣的“职业病”。买个锅，买个保温杯，都要先看看牌号是304还是316L，这些数字代表了不锈钢的精炼度。一般来说，日常使用的不锈钢产品里，数字越大，精炼度也就越好，对于我们金属专业人士来说，“颜值”抵不上“材料”重要。

我的一位同事在闲聊时说起她新买了一根玫瑰金项链，但仔细查看后发觉手感和光泽都不太对劲。我们拿来观察一番，有人说是镀金的，有人说根本不是贵金属，最后我拿来手持式光谱仪检测——90%的铜和10%的锌。大家纷纷支持她把检测结果拍下来去找卖家维权，这件事至今仍是我们实验室的趣闻。

正是我们这样一批年轻尽职的金属材料工程师，在笑谈间为城市电力保驾护航。璀璨的城市天际线、温暖的万家灯火，我知道，那里有一束光芒来自60 米高空之上的我们。

专业面对面

人类存在于物质世界，我们目之所及、手之所触，都是性能不同的各种材料。从挖泥烧陶、伐木采石，到大量使用金属、混凝土等现代材料，社会的发展离不开对材料的探索与利用。关于材料成型及控制工程专业的更多内容，让我们来听听老师和学长学姐的分享吧。

材料成型及控制工程

本科专业代码：080203

本专业学生需学习理论力学、材料力学、电工电子技术、自动控制原理、微机原理与接口、软件语言程序设计等专业基础课程，而后学习材料科学与工程基础、材料成型原理、机械原理与机械设计、测试技术、结构有限元分析、机器人传感视觉与控制等专业课程，以掌握各种材料性能，以及对加工设备的自动控制编程以及对成型模具的设计与改进的综合能力。

本专业就业领域非常宽广，有材料研发与制造的科研单位，有芯片制造、检测与电子封装行业，有汽车、飞机与船舶制造业，还有能源电力行业、机械加工制造与销售业，学生亦可从事工业管理和公共管理工作。

专业基础或核心课程（如理论力学、材料科学基础等）为“不走班”模式，专业选修课程（如纳米技术、复合材料等）为“走班制”模式。材料专业所涉知识面广，方向众多，一般由多名教授在线上和线下讲解相关专业知识、理论及近期学术前沿进展概况。同时，该专业对实践能力要求较高，需要学生到实验室实操演练。如果选择到老师的课题组学习，还能享有导师一对一辅导的福利。

现为武汉大学材料系书记、系副主任、副教授

硕士毕业于武汉大学材料系，现为武汉大学动力与机械学院教师