得獎人一 - 石漢正博士

 得獎事略

本技術獎章候選人石漢正博士畢生戮力於不同領域之研發工作,首先自高雄工專而士林電機以迄台灣工業技術學院,鑽研機械和控制之理論與實務達十年以上,隨後更跨領域進入台大、中山材料所以及中鋼公司,潛心研究鋼鐵、超合金以及鋁合金等材料達40年之久,期間無論是在學或進入社會服務,均能持之以恆,並發揮創意巧思,以自行開發之實驗設備和技術,來完成公司所交付之任務,且獲致豐碩的成果,因而任職中鋼37年以來,迄今已於公司內外先後獲得37次各類獎項之肯定;兹針對其主要研究領域,舉其犖犖大端者臚列如下:

(一)新產品研發-高品級5000和6000系汽車鋁片開發

在節能減碳風潮下,由於鋁的比重僅為鋼的1/3,用來替換傳統鋼材可減重一半,因此汽車藉由鋁化以減重已成全球趨勢,其中,汽車鋁片主要係應用在引擎蓋、葉子板、後行李箱蓋、車門、車頂等外殼用鈑金件上,它們的全球年產值至2017年時已超過2仟億元,且未來還會翻倍成長,然其國內外市場和關鍵技術向來掌握在美國Alcoa、日本Kobe等少數國際大鋁廠手裡;另一方面,面對大陸各大鋁廠憑藉其低成本電解鋁和在地化之優勢,逐步蠶食中鋁/華揚在大陸及海外市場;有鑑於此,為協助中鋁轉型並打破上述市場壟斷局面,石博士10幾年前即已著手擬訂高品級汽車鋁片研發Roadmap,從產業調查開始,繼而建立其連續退火生產線,並建立所需核心關鍵技術,從而克服5000系之表面伸張應變痕與成形破裂等兩大品質難題,以及6000系之表面條紋、成形和彎曲破裂、自然時效硬化以及烘烤強度不足等五大技術挑戰,終而從無到有逐步開發出市面上兼具強度、成形性和表面光鮮度的5000和6000系汽車鋁合金,故除已發表在國際頂尖材料期刊(Acta Materialia)、取得三項專利與5張通用(GM)和飛雅特-克萊斯勒(FCA)認證合格書之外,其國內市占率也從零攀升至60%,且打入北美Tesla供應鏈,共銷售8000多噸(NT~15萬元/噸),為中鋁公司創造出>12億元的營收,而目前更已加入鴻海MIH電動車平台,其前景可期。本案除已榮獲中鋼公司110年度研發成果最高榮譽的董事長獎之外,同時5000與6000系也分別獲得106年度中國鑛冶學會鑛冶論文特優獎和中國工程師學會詹氏論文獎、2022金屬創新應用競賽銅賞獎與111年度中國鑛冶學會鑛冶論文特優獎和中國工程師學會工程論文獎的先後肯定。

(二)新產線規劃-協助中鋼鋁業公司完成二階擴建

中鋁公司為求轉型以邁向現代化鋁廠,自100年起開始大力推動二階擴建;石博士應中鋁之邀,以其多年來在熔鑄專題和鋁板片開發的豐厚學養和經驗,毅然挑起其三大擴建案(新熔鑄產線、連軋機以及連續退火線CAL)中第1及第3項之規劃及試俥,期能在完成擴建後,將鋁胚和鋁品的產量分別由19萬噸和14萬噸一舉推升至40萬噸和26.6萬噸,方能逐步邁向中大型鋁廠的規模;最後,根據中鋁未來的產品組合及其總產能,在石博士苦心孤詣協助之下,終而規劃出新產線所需之主設備及其最大產能,從而順利建立起該兩條新產線並使之穩定量產,迄今已分別產出高品質鋁胚>200萬噸和高品級鋁片約7萬噸,為中鋁目前的營運和未來的發展做出極大貢獻。

(三)高品質民生用鋁產品開發

鋁由於質量輕、傳熱及導電性佳(約為鋼的3倍)、表面光澤性優且易於加工處理,使其被廣泛應用在民生工業上;因此,為因應我國民生產業此一發展趨勢,石博士在本案各研究計劃中,先後開發出高成形性、低方向性(突耳率)、高表面品質的電容器外殼、燈罩、化妝品盒、電子鍋、散熱片、飲料罐之瓶蓋罐蓋罐身、6mm超輕薄鋁箔等大宗民生用料,以及抗熱軟化、耐疲勞的預塗感光印刷板、鋁輪圈等印刷及汽車用料,再加上近年亦研發出TFT-LCD背板、PC case等3C 產業用料,不僅為中鋁公司創造數十億元的營收,其貢獻不僅榮獲中鋼公司85和99年度的研發成果總經理獎,且其學術成就亦分別獲得87年度中國鑛冶學會鑛冶論文特優獎和中國工程師學會詹氏論文獎以及103年度中國鑛冶學會鑛冶論文特優獎和中國工程師學會工程論文獎的先後肯定。

(四)航空及模具用高強力鋁合金開發

配合我國國防自主之政策,並針對工業上對高強度鋁板片的強烈需求,石博士在本案各研究計劃中,亦先後開發出2XXX、6XXX和7XXX等一系列鋁合金(含2024/2124、2014、6061、7075/7475)之澆鑄、軋延及熱機處理技術,使得所獲之各式鋁板片,其破裂韌性、耐疲勞性、抗腐蝕性均滿足國際規範,且其強度更大幅超越美國鋁業與軍方之規範以及國際大廠之水準。目前不僅通過漢翔公司之合格認證,為我國建立航空材料之獨立自主能力,且應用在結構用鋁板及精密模具上,已為中鋁公司創造約10億元營收。由本研究所獲致之豐碩成果,除已發表在國際頂尖材料期刊(Metallurgical and Materials Transactions)並榮獲中鋼公司92年度研發成果總經理獎之外,亦先後獲得79年度經濟部研究發展報告優等獎、80年度行政院研究報告傑出研究佳作獎、94年度中國鑛冶學會鑛冶論文特優獎和中國工程師學會詹氏論文獎等各項大獎的肯定。

(五)中鋁現場生產製程之開發與改善

提升產品的產率及品質為企業獲利之不二法門;有鑑於此,石博士溯本清源,針對上游原料鋁胚之鑄造,利用實驗計劃法並改良澆鑄輔助設施,完成「鋁胚啟鑄CO2緩冷系統與防止頭端翹曲製程之開發」以及「防止鋁胚頭端凸肚與側凹之啟鑄製程開發」等研究計劃,徹底消除鋁胚啟鑄時漏鋁、凸肚及頭端裂等缺陷,減少鋁胚切頭損失每年達6000萬元以上,因而榮獲中鋼公司100年度研發成果一等獎;接著,為了降低生產成本,更針對整合澆鑄與熱軋功能為一的薄片連續鑄軋機,開發出電容器外殼、6mm鋁箔所需之熱處理製程,其年效益高達數億元以上。進一步地,為了改善產品的品質和品級,所完成之「5052-H22以CT3進行部份退火之現場試製評估」等研究計劃已落實至現場,不僅紓解中鋁產能之瓶頸,每年增加2000萬元的營收,且為日後新設備「連續退火線」之引進,打下堅實基礎。此外,為了因應工業元件構造上日益複雜且需一體成型之趨勢,針對多種高級鋁材所開發之超塑性熱機處理方法,其先導性研究成果亦獲得多項專利之肯定。

(六)中鋼現場生產設備之破損分析與防制

動力工場蒸汽渦輪機與氧氣廠輸送元件為中鋼公司生產線上之重要設備,曾發生早期無預警破損事件,不僅造成設備停機之巨大損失,同時也衍生出重大的工安事故;此經石博士運用其進行碩博士論文與開發航空鋁材時所建立之破損分析技術以及在鋼鐵、鋁品兩大領域之專業素養,終能抽絲剝繭找出設備破損之機構並提出防制之道,迫使原廠由初期指責中鋼現場操作錯誤,轉為承認本身設計之疏失,故而不僅同意立即改善,並且也補償中鋼所遭受之損失。底下為石博士在職期間所曾協助公司解決之四件重大設備破損案件:

(1)動力二場蒸汽渦輪機平衡鼓破損原因探討

中鋼公司動力二廠蒸汽渦輪機主要是用來驅動鼓風機以供應#3、#4高爐生產所需之熱風;然自民國76年8月運轉以來,總計工作時數僅22,537小時,即於81年2月26日因軸承上之振動持續升高而停機,而此係由於其上之平衡鼓發生多起裂縫造成不平衡運轉所致;此經石博士團隊以有限元素法、Auger電子及各式電子顯微鏡解析之後,可發現主要可歸因於材料、熱處理與工作溫度選用不當,造成回火脆性,再加上平衡鼓凹口設計不佳,致應力集中係數偏高,從而引發局部的沿晶微裂縫,再以應力腐蝕裂縫的機構逐漸聚合,並加速成長為致命的主裂縫;據此,中鋼公司迫使德國原廠承認其材料與設計皆屬不當,因而除免費修補(更改幾何設計)原破損平衡鼓並補償中鋼100萬馬克之外,隨後所購入之備用平衡鼓皆依石博士之建議改採低P、S材料及新凹口設計,因此30年來該設備元件再無破損情事發生,免除#3、#4高爐鐵水停產之危機,故而本案除了當年度獲得中鋼公司行政嘉獎乙次之外,同時也榮獲中鋼公司88年度『研發成果佳作獎』之嘉許。

(2)氧氣七場鋁管之破損分析

中鋼公司氧氣三場七號機分餾塔於92年3月31日,因其內之6061-T6鋁管破裂而導致大量保溫用珍珠粉瞬間暴洩,造成一名包商不治,因而停工,且衍生出必須外購液態氧之鉅額損失;此經廖博士與石博士系統性分析後,發現主要是由於該事故鋁管之延韌性嚴重不足所致,因此在促使德國原廠將材質更換為高延韌性的5083-O,且對鋁管增設支撐及加裝保護罩等措施之後,20年來該廠再無工安意外發生,且榮獲中華民國破壞科學委員會92年度『傑出論文佳作獎』之認可。

(3)動力一場1號和3號蒸汽渦輪機動葉片之破損分析與防制

中鋼公司動力一場蒸汽渦輪機主要是用來驅動鼓風機以供應#1、#2高爐生產鐵水所需之熱風;其1號和3號機(TB-1/TB-3)原本運轉順暢,然自原廠商基於改善運轉效率而更新設備之後,卻分別於94年10月和11月發生葉片破損事故,其間僅經歷10,500和47,000 小時而已,此將嚴重影響中鋼公司之營運(一號高爐停機損失約3,909萬元/天;二號高爐則約5,200萬元/天);有鑑於此,石博士應中鋼公用設施處之請,從力學上,以有限元素法進行離心力和蒸汽靜壓力之靜態應力分析,以及模態與諧振等頻率和動態應力分析,再加上從材料上,針對不同的材料和熱處理程序,進行各種材質的模擬與分析,並配合各式顯微鏡的觀察與解析,終於釐清其破損機構,並找出相應解決之道,從而迫使汽輪鼓風機德國原廠承認事故係起因於其葉片設計及材料選用上之缺失,並依據石博士提議對策進行防治改善且於現場付諸實行,此外,除另獲原廠2,100多萬元之補償外,且亦經其正式來函中鋼公司,同意延長保固期限從原先1年至3.5年,以配合中鋼定期之大修開蓋檢查。經此治本改善之後,TB-1/TB-3蒸汽渦輪機這15年來運轉無礙、#1、#2高爐生產平順,也因此重大成就,本案當年度榮獲中鋼公司行政記功乙次。

(4)動力一場2號蒸汽渦輪機控制級動葉片之破損分析與防制

基於上述1號和3號機(TB-1/TB-3)之成功經驗,中鋼公用設施處亦自行對2號機(TB-2)進行更新,然自民國103年更新後,不到4年即發生動葉片破損事件,故而石博士再度應該處之請,偕同設備處人員所組成的團隊在以往改善TB-1&TB-3成功之基礎上,前往德國原廠與其專家從力學及材料兩方面共同探討破損根因後,發現主要是由於原廠新一代葉片之設計仍有疏失,且材質選用上並未掌控先前中鋼方面之材質要求,同時在加工及安裝上皆有不當所致,因此在石博士堅持之下,終獲德國原廠同意自其庫存料中挑出一批韌性遠高於中鋼需求者來修補TB-2,以提高葉片的阻尼比,從而大幅降低其共振破壞的風險,故而該設備自修復候,近5年來仍運轉無虞,也因而本案榮獲中鋼公司行政嘉獎乙次。

(七)實驗和生產設備之研發

為因應上述之材料開發、生產製程改善與設備破損分析,石博士在實驗及生產設備方面,自行開發出「壓力及疲勞試驗自動調心系統」、「突耳率自動量測系統」、「鋁湯多層轉子攪拌除氣裝置」、「鋁胚啟鑄CO2緩冷系統」,不僅使材料及破損分析的精準度得以大幅提昇,同時也協助現場達成降低生產成本、改良產品品質的效果,因此深受相關同仁之好評,並分別獲得中鋼公司研發成果獎(2件佳作獎、1件一等獎)之肯定。

(八)專業知識與研發經驗傳承

石博士自民國85年加入中國鑛冶工程學會並成為永久會員以來,除榮獲五次論文特優獎及一次優等獎,且進而為學會斬獲五次詹氏及工程論文獎之外,自95年起亦進入學會獎編組服務,屢次擔任年會論文發表主持人和鑛冶論文獎評審,隨後更多次大力協助代表學會參加中工會論文競賽者勇奪詹氏及工程論文獎,致學會自96年起已連續17年獲此殊榮;此外,石博士秉持中鋼公司師徒制的傳承精神,以其多年來累積的專業學養,先後引領多位新進以及中生代的中鋼/中鋁同仁持續改善生產製程、簡報技巧以及拓展研發新領域,進而取得中鋼公司研發成果董事長獎與總經理獎的肯定,且邇來更以其在破壞力學方面的豐富經驗,再加上身兼中華民國破壞科學委員會委員的廣泛人脈,已連續開辦多場「中鋼破壞科學論壇」,並將之集結成冊,對於專業知識與研發經驗的傳承,貢獻良多。

    ■章銘贊曰:

      本會永久會員石漢正先生,台灣雲林縣人,民國48年生,國立中山大學材料科學研究所博士,現任中鋼公司技術部門高級研究員。石博士任職中鋼37載,先後開發出各式國防用高強力鋁合金,通過漢翔公司合格認證,建立我國航空材料獨立自產能力,落實工業用途;其後更戮力於高成形性與高表面品質鋁合金之開發,創造可觀營收,並促成國內民生用鋁產品逐漸擺脫對進口料之依賴,研發成果深受各界肯定,獲獎無數,包括經濟部優等獎、救國團青年獎章、中國機械工程學會優秀青年工程師獎、中鋼公司研發成果董事長獎及總經理獎、中國鑛冶工程學會論文特優獎以及中國工程師學會詹氏論文獎和與傑出工程師獎等。為彰顯其卓越貢獻,兹特頒本會技術獎章。

 

得獎人二-吳威德博士

得獎事略

  1. 學術成就

吳教授於1993年8月投入教職工作,累積共發表108篇國內外技術論文,且列名2020、2021年全球前2%頂尖科學家榜單(World’s Top 2% Scientists 2020、2021),此外在2022年10月以高效率去化還原碴之創新綠色製程榮獲國科會未來科技獎;2021年12月以環保高效脫硫劑產品開發榮獲第18屆國家新創獎-學研新創獎;2017年度侯金堆傑出榮譽獎(金屬冶煉類),深受肯定。再者還取得35項國內外專利,並積極爭取包括經濟部工業局、國科會等單位的持續經費投入,可說是目前國內僅存、唯一專精在金屬冶煉的研發團隊。

吳教授於2011年在中興大學創設金屬研發中心,長年投入高溫冶煉的研究與開發,集結產業界與政府單位的資源,斥資達3億元建立了完整的高溫冶煉與分析量能,其中如高溫黏度儀、高溫發泡儀、高溫導電率、高溫比重計、高溫影像分析儀、真空熔煉爐、懸浮式週波爐、2~100公斤多座熔煉爐、WDS-XRF、氮氧氫分析儀、碳硫分析儀、SPARK分析儀、熱重與熱差分析儀、Thermo-Calc熱力學模擬軟體、FactSage熱力學模擬軟體、COMSOL動力學模擬軟體、不同價數Fe分析、Free-CaO等分析設備一應俱全,均為國內唯一或首見的冶金專業設備與技術。

  1. 人才養成

吳教授多年來培養出世界一流的學生煉鋼團隊,曾參與經濟部工業局所舉辦之綠色技術與工程實務研討暨成果發表會,六度(105~109, 111年)獲得資源減耗及再利用技術類之論文特優與優等獎;曾參與台灣金屬熱處理學會所舉辦之年會論文發表,四度(107~109年)獲得論文傑出與優等獎;曾參與世界鋼鐵協會所舉辦之世界鋼鐵大學煉鋼挑戰賽,連續九年(103~111年)獲得台灣區第一名,並曾四度代表亞太區參加世界鋼鐵大學的電腦煉鋼決賽,獲得20172019年二次世界冠軍。由此證實吳教授專注在相對冷門的金屬冶煉研發工作與人才培育上,三十餘年如一日,成就斐然!

  1. 產業貢獻

吳教授於1981年自成大礦冶工程系畢業之後,負笈留美取得材料碩博士,自1992年起曾任職美國Argonne國家實驗室、金屬中心、義守大學、中興大學等學研機構,累積至少協助40公司進行產業技術發展,並曾於98~110年期間連續13榮獲產學合作傑出獎,且亦協助包括:台灣鋼鐵工業同業公會、中華民國銲接協會、台灣應力協會、中國鑛冶工程學會等學協會,長年鑽研煉鋼爐渣的循環再利用、爐渣的渣性提升與改質上累積傲人的成果,已實際應用到工業界嘉惠國內各大煉鋼廠。此外,吳教授在水五金的無鉛黃銅冶煉與合金設計上,開發了華人世界第一款無鉛銅水五金產品,獲得海內外市場高度肯定。

  1. 中國鑛冶工程學會貢獻

吳教授於2000年3月開始擔任中國鑛冶工程學會冶金組委員,服務資歷至少達23,極具貢獻。且從2011年起共發表23論文於中國鑛冶工程學會年會,並有7論文刊登於中國礦冶工程學會會刊,此外曾在107年年會以論文名稱 : 爐渣高溫物理性質之快速且簡易評估方法建立榮獲佳作獎;110年年會以論文名稱 : 環保高效脫硫劑產品開發榮獲佳作獎,深受肯定。

■章銘贊曰:

        吳威德教授於民國70年畢業於成功大學冶金及材料工程系,後負笈美國取得碩博士學位,現任教於中興大學。吳教授致力金屬冶煉及相關領域之研究及應用,發明冷熱還原渣回爐技術,構建出國內學研界最完整的冶煉與高溫分析的研究量能,落實到鋼鐵產業,積極協助40餘家公司發展技術,於民國98~112年期間連續14年榮獲產學合作傑出獎,嘉惠工業界,並帶領學生兩次獲得世界電腦煉鋼挑戰賽冠軍。吳教授發表超過400篇國內外學術與技術論文,取得35項國內外發明專利,獲獎無數,主要包括國科會未來科技獎、國家新創獎、侯金堆傑出榮譽獎等,並榮登2020、2021年全球前2%頂尖科學家榜單。吳教授技術研發及人才培育成果卓著,熱心參與中國鑛冶工程學會,特頒此技術獎章。