“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(nèi)壁質(zhì)量差、缺少在線組織調(diào)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(diào)控、鑄坯直接穿孔高溫再結(jié)晶控軋組織調(diào)控和熱軋后控制冷卻組織調(diào)控3個(gè)綠色化的系統(tǒng)解決方案。”在3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《追求未來的鋼管行業(yè)探索未知的鋼管行業(yè)》主題報(bào)告時(shí)，如是指出了鋼管行業(yè)面臨的瓶頸問題與解決方案，并提出通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型賦能鋼管行業(yè)綠色化、高質(zhì)化和強(qiáng)鏈化發(fā)展。

圖為王國棟

　　三大難題對應(yīng)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(yán)重縮孔和中心疏松，芯部集中雜質(zhì)和合金元素，嚴(yán)重影響最終鋼管的質(zhì)量。

　　二是內(nèi)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(dá)之前鋼管內(nèi)部即已開裂，造成內(nèi)壁折疊和裂紋等缺陷，降低了內(nèi)壁質(zhì)量，并嚴(yán)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(diào)控完全依靠合金與離線熱處理，缺少組織調(diào)控手段。軋制和冷卻過程組織調(diào)控手段缺失或落后，組織性能調(diào)控完全依靠高度合金化+離線熱處理，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(diào)控。“這也包括三方面的技術(shù)內(nèi)容。”王國棟介紹，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)過程中，管坯芯部的嚴(yán)重疏松和雜質(zhì)偏析等缺陷，是在其由高溫冷卻的室溫過程中形成的。它們是穿孔時(shí)造成內(nèi)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(xiàn)高溫動(dòng)態(tài)再結(jié)晶控制軋制，并避免了頂頭前鑄坯芯部開裂，故可以獲得細(xì)晶、均勻、無缺陷的內(nèi)壁組織。鑄坯直接穿孔軋制，利用了高溫再結(jié)晶技術(shù)從根本上改變了鋼管內(nèi)部的組織和性能。為了在鑄坯穿孔過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(qiáng)，再加上大變形鍛壓過程，鋼管內(nèi)壁及整個(gè)斷面的質(zhì)量都會(huì)大幅提升。

　　三是軋后在線控制冷卻進(jìn)行組織調(diào)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(yàn)，依托寶鋼魯寶PQF460機(jī)組，在國際上率先研發(fā)成功熱軋無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(xiàn)出顯著成效。這標(biāo)志著熱軋無縫鋼管組織性能調(diào)控進(jìn)入新階段。該技術(shù)作為熱軋無縫鋼管顛覆性的組織調(diào)控手段，突破了傳統(tǒng)鋼管生產(chǎn)工藝的技術(shù)瓶頸，開辟了熱軋無縫鋼管高效組織調(diào)控、實(shí)現(xiàn)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(fù)雜流程工業(yè)，巨大的不確定性是鋼鐵生產(chǎn)過程面臨的重大挑戰(zhàn)。在此背景下，數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為鋼鐵行業(yè)解決上述問題的關(guān)鍵。鋼鐵行業(yè)要按照習(xí)近平總書記指示，夯實(shí)數(shù)字底座，實(shí)行“人工智能+”，建設(shè)智能化綜合性數(shù)字信息基礎(chǔ)設(shè)施，智改數(shù)轉(zhuǎn)，推動(dòng)數(shù)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(xiǎn)地實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，用數(shù)字化賦能綠色化、高質(zhì)化、強(qiáng)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(xiàn)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(shù)字化創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施，即數(shù)字化轉(zhuǎn)型的底座。他介紹，鋼鐵企業(yè)創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施包括：一網(wǎng)，即工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；三平臺(tái)，即底層實(shí)體設(shè)備平臺(tái)（端）、邊緣數(shù)字化核心平臺(tái)（邊）、資源配置與管理云平臺(tái)（云）；四功能，即綠色化轉(zhuǎn)型、數(shù)字化轉(zhuǎn)型、高質(zhì)化發(fā)展、強(qiáng)鏈化運(yùn)行。該創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施讓數(shù)據(jù)在整個(gè)系統(tǒng)中閉環(huán)自動(dòng)流動(dòng)，通過狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)過程的自組織、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、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(yùn)含在物理空間中的隱性數(shù)據(jù)經(jīng)過狀態(tài)感知被轉(zhuǎn)化為顯性數(shù)據(jù)，進(jìn)而能夠在信息空間進(jìn)行計(jì)算分析，將顯性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的信息。不同系統(tǒng)的信息經(jīng)過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(zhuǎn)化為知識(shí)，通過最優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于物理空間，形成一個(gè)閉環(huán)賦能循環(huán)系統(tǒng)，使得物理空間生產(chǎn)過程更加智能、資源調(diào)度和設(shè)備運(yùn)維更加合理順暢，各環(huán)節(jié)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(nèi)的鋼鐵企業(yè)推進(jìn)數(shù)字換腦、模型換代、開發(fā)工控大模型、實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)化提出4點(diǎn)建議。

　　一是夯實(shí)數(shù)字底座。他建議，一方面組織企業(yè)建設(shè)鋼鐵企業(yè)新型信息基礎(chǔ)設(shè)施，擴(kuò)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(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展、工業(yè)控制大模型系統(tǒng)等重點(diǎn)環(huán)節(jié)，增強(qiáng)源頭技術(shù)供給。

　　二是強(qiáng)化應(yīng)用牽引。王國棟建議，利用鋼鐵行業(yè)數(shù)據(jù)資源、應(yīng)用場景和反饋賦能的優(yōu)勢，智改數(shù)轉(zhuǎn)、數(shù)字換腦、模型換代，建立并應(yīng)用鋼鐵行業(yè)大模型系統(tǒng)，制訂項(xiàng)目目標(biāo)、樹立標(biāo)桿、建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)數(shù)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(qiáng)技術(shù)服務(wù)。“通過產(chǎn)學(xué)研深度融合、聯(lián)合組隊(duì)等方式，推動(dòng)裝備、軟件、網(wǎng)絡(luò)等成組連線創(chuàng)新突破，提出系統(tǒng)解決方案；開展技術(shù)交流和推廣工作，促進(jìn)先進(jìn)鋼鐵企業(yè)數(shù)字化推廣應(yīng)用。”他說。

　　四是營造良好生態(tài)。他建議，加快鋼鐵企業(yè)數(shù)字人才培訓(xùn)和關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)研制推廣，建設(shè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型開源生態(tài)，同時(shí)深化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全管理。

　　“未來5年，建成15條~20條全流程一體化企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型生產(chǎn)線，完成鋼鐵產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的制定。未來10年，基本完成數(shù)字化轉(zhuǎn)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(chǔ)設(shè)施體系，實(shí)現(xiàn)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。”他最后說。