“目前，鋼管行業(yè)推進(jìn)顛覆性工藝創(chuàng )新、綠色發(fā)展面臨管坯芯部質(zhì)量差、內壁質(zhì)量差、缺少在線(xiàn)組織調控手段三大難題，需要重點(diǎn)解決。針對此三大難題，提出連鑄坯凝固組織調控、鑄坯直接穿孔高溫再結晶控軋組織調控和熱軋后控制冷卻組織調控3個(gè)綠色化的系統解決方案?！痹?月20日舉辦的2024第二屆中國鋼管產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新發(fā)展大會(huì )上，中國工程院院士、東北大學(xué)教授王國棟在做《追求未來(lái)的鋼管行業(yè)探索未知的鋼管行業(yè)》主題報告時(shí)，如是指出了鋼管行業(yè)面臨的瓶頸問(wèn)題與解決方案，并提出通過(guò)數字化轉型賦能鋼管行業(yè)綠色化、高質(zhì)化和強鏈化發(fā)展。

圖為王國棟

　　三大難題對應三大突破口

　　王國棟表示，目前鋼管行業(yè)推進(jìn)顛覆性工藝創(chuàng )新、綠色發(fā)展面臨三大難題。

　　一是管坯芯部質(zhì)量差。連鑄坯凝固及冷卻至室溫后形成嚴重縮孔和中心疏松，芯部集中雜質(zhì)和合金元素，嚴重影響最終鋼管的質(zhì)量。

　　二是內壁質(zhì)量差。因冷卻后再加熱的連鑄坯心部存在疏松、偏析等質(zhì)量缺陷，在頂頭到達之前鋼管內部即已開(kāi)裂，造成內壁折疊和裂紋等缺陷，降低了內壁質(zhì)量，并嚴重影響鋼管的整體使用性能和承載能力。同時(shí)，連鑄坯冷卻后重新加熱穿孔、軋制，需要額外的能源供給。

　　三是鋼材組織性能調控完全依靠合金與離線(xiàn)熱處理，缺少組織調控手段。軋制和冷卻過(guò)程組織調控手段缺失或落后，組織性能調控完全依靠高度合金化+離線(xiàn)熱處理，成本高、消耗大、質(zhì)量差、效率低。

　　王國棟提出，面對三大難題，鋼管行業(yè)可以從三方面進(jìn)行顛覆性創(chuàng )新，尋求突破口。

　　一是連鑄坯凝固組織調控?！斑@也包括三方面的技術(shù)內容?！蓖鯂鴹澖榻B，可以采用電磁攪拌、連鑄坯凝固末端重壓下、電磁旋流水口等技術(shù)，消除管坯中心縮孔、疏松等缺陷和宏觀(guān)偏析，提高鑄坯芯部質(zhì)量。

　　二是連鑄坯直接穿軋大變形控軋。王國棟介紹，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，管坯芯部的嚴重疏松和雜質(zhì)偏析等缺陷，是在其由高溫冷卻的室溫過(guò)程中形成的。它們是穿孔時(shí)造成內壁缺陷的根源。如果采用鑄坯免加熱直接穿孔，在芯部疏松和雜質(zhì)偏析形成之前，對高溫的芯部金屬進(jìn)行穿孔和碾壓變形，實(shí)現高溫動(dòng)態(tài)再結晶控制軋制，并避免了頂頭前鑄坯芯部開(kāi)裂，故可以獲得細晶、均勻、無(wú)缺陷的內壁組織。鑄坯直接穿孔軋制，利用了高溫再結晶技術(shù)從根本上改變了鋼管內部的組織和性能。為了在鑄坯穿孔過(guò)程中使鑄坯的表面和芯部都獲得必要的溫度，建議綜合采用反射式保溫罩、提高拉速、合理選擇鑄坯火切位置等措施，控制鑄坯在切斷點(diǎn)的芯部溫度在1300攝氏度左右，表面溫度在1000攝氏度左右。由于溫度較高、材料可塑性強，再加上大變形鍛壓過(guò)程，鋼管內壁及整個(gè)斷面的質(zhì)量都會(huì )大幅提升。

　　三是軋后在線(xiàn)控制冷卻進(jìn)行組織調控。王國棟介紹，東北大學(xué)和寶鋼合作，借鑒板材控軋控冷技術(shù)的經(jīng)驗，依托寶鋼魯寶PQF460機組，在國際上率先研發(fā)成功熱軋無(wú)縫鋼管控制冷卻技術(shù)，在工藝減量化、合金減量化以及性能高質(zhì)化等方面體現出顯著(zhù)成效。這標志著(zhù)熱軋無(wú)縫鋼管組織性能調控進(jìn)入新階段。該技術(shù)作為熱軋無(wú)縫鋼管顛覆性的組織調控手段，突破了傳統鋼管生產(chǎn)工藝的技術(shù)瓶頸，開(kāi)辟了熱軋無(wú)縫鋼管高效組織調控、實(shí)現高質(zhì)量發(fā)展的新路徑。

　　王國棟表示，鋼鐵工業(yè)為大型復雜流程工業(yè)，巨大的不確定性是鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程面臨的重大挑戰。在此背景下，數字化轉型成為鋼鐵行業(yè)解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵。鋼鐵行業(yè)要按照習近平總書(shū)記指示，夯實(shí)數字底座，實(shí)行“人工智能+”，建設智能化綜合性數字信息基礎設施，智改數轉，推動(dòng)數字換腦、模型換代，建成生成式AI（人工智能）大模型，低成本、高效率、零風(fēng)險地實(shí)現數字化轉型，用數字化賦能綠色化、高質(zhì)化、強鏈化。

　　鋼管是鋼鐵行業(yè)重要產(chǎn)品，為了突破鋼管行業(yè)的三大技術(shù)瓶頸、實(shí)現鋼管行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，鋼管企業(yè)必須盡快建立自己的企業(yè)數字化創(chuàng )新基礎設施，即數字化轉型的底座。他介紹，鋼鐵企業(yè)創(chuàng )新基礎設施包括：一網(wǎng)，即工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；三平臺，即底層實(shí)體設備平臺（端）、邊緣數字化核心平臺（邊）、資源配置與管理云平臺（云）；四功能，即綠色化轉型、數字化轉型、高質(zhì)化發(fā)展、強鏈化運行。該創(chuàng )新基礎設施讓數據在整個(gè)系統中閉環(huán)自動(dòng)流動(dòng)，通過(guò)狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策、精準執行實(shí)現鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程的自組織、自適應、自學(xué)習、高度自治的智能化控制，并對資源進(jìn)行優(yōu)化配置和管理。大量蘊含在物理空間中的隱性數據經(jīng)過(guò)狀態(tài)感知被轉化為顯性數據，進(jìn)而能夠在信息空間進(jìn)行計算分析，將顯性數據轉化為有價(jià)值的信息。不同系統的信息經(jīng)過(guò)集中處理形成對外部變化的科學(xué)決策，將信息進(jìn)一步轉化為知識，通過(guò)最優(yōu)化設計應用于物理空間，形成一個(gè)閉環(huán)賦能循環(huán)系統，使得物理空間生產(chǎn)過(guò)程更加智能、資源調度和設備運維更加合理順暢，各環(huán)節智能協(xié)同效果更加優(yōu)化。

　　最后，王國棟為包括鋼管行業(yè)在內的鋼鐵企業(yè)推進(jìn)數字換腦、模型換代、開(kāi)發(fā)工控大模型、實(shí)現新型工業(yè)化提出4點(diǎn)建議。

　　一是夯實(shí)數字底座。他建議，一方面組織企業(yè)建設鋼鐵企業(yè)新型信息基礎設施，擴大工業(yè)感知網(wǎng)絡(luò )覆蓋面，打造海量物聯(lián)接入能力；另一方面聚焦數字化轉型、智能化發(fā)展、工業(yè)控制大模型系統等重點(diǎn)環(huán)節，增強源頭技術(shù)供給。

　　二是強化應用牽引。王國棟建議，利用鋼鐵行業(yè)數據資源、應用場(chǎng)景和反饋賦能的優(yōu)勢，智改數轉、數字換腦、模型換代，建立并應用鋼鐵行業(yè)大模型系統，制訂項目目標、樹(shù)立標桿、建立評價(jià)標準，推進(jìn)數字化、智能化技術(shù)全方位、深層次賦能鋼鐵行業(yè)新型工業(yè)化。

　　三是加強技術(shù)服務(wù)?！巴ㄟ^(guò)產(chǎn)學(xué)研深度融合、聯(lián)合組隊等方式，推動(dòng)裝備、軟件、網(wǎng)絡(luò )等成組連線(xiàn)創(chuàng )新突破，提出系統解決方案；開(kāi)展技術(shù)交流和推廣工作，促進(jìn)先進(jìn)鋼鐵企業(yè)數字化推廣應用?！彼f(shuō)。

　　四是營(yíng)造良好生態(tài)。他建議，加快鋼鐵企業(yè)數字人才培訓和關(guān)鍵標準研制推廣，建設數字化轉型開(kāi)源生態(tài)，同時(shí)深化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全管理。

　　“未來(lái)5年，建成15條~20條全流程一體化企業(yè)數字化轉型生產(chǎn)線(xiàn)，完成鋼鐵產(chǎn)業(yè)數字化轉型標準與規范的制定。未來(lái)10年，基本完成數字化轉型，建成鋼鐵行業(yè)管理控制優(yōu)化大模型，形成國家鋼鐵企業(yè)創(chuàng )新基礎設施體系，實(shí)現行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展?！彼詈笳f(shuō)。