“目前，鋼管行業推進顛覆性工藝創新、綠色發展面臨管坯芯部質量差、內壁質量差、缺少在線組織調控手段三大難題，需要重點解決。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個綠色化的系統解決方案。”在3月20日舉辦的2024第二屆中國鋼管產業創新發展大會上，中國工程院院士、東北大學教授王國棟在做《追求未來的鋼管行業探索未知的鋼管行業》主題報告時，如是指出了鋼管行業面臨的瓶頸問題與解決方案，并提出通過數字化轉型賦能鋼管行業綠色化、高質化和強鏈化發展。

圖為王國棟

　　三大難題對應三大突破口

　　王國棟表示，目前鋼管行業推進顛覆性工藝創新、綠色發展面臨三大難題。

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

　　二是內壁質量差。因冷卻后再加熱的連鑄坯心部存在疏松、偏析等質量缺陷，在頂頭到達之前鋼管內部即已開裂，造成內壁折疊和裂紋等缺陷，降低了內壁質量，并嚴重影響鋼管的整體使用性能和承載能力。同時，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熱處理，缺少組織調控手段。軋制和冷卻過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+離線熱處理，成本高、消耗大、質量差、效率低。

　　王國棟提出，面對三大難題，鋼管行業可以從三方面進行顛覆性創新，尋求突破口。

　　一是連鑄坯凝固組織調控。“這也包括三方面的技術內容。”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，消除管坯中心縮孔、疏松等缺陷和宏觀偏析，提高鑄坯芯部質量。

　　二是連鑄坯直接穿軋大變形控軋。王國棟介紹，在實際生產過程中，管坯芯部的嚴重疏松和雜質偏析等缺陷，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，在芯部疏松和雜質偏析形成之前，對高溫的芯部金屬進行穿孔和碾壓變形，實現高溫動態再結晶控制軋制，并避免了頂頭前鑄坯芯部開裂，故可以獲得細晶、均勻、無缺陷的內壁組織。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程，鋼管內壁及整個斷面的質量都會大幅提升。

　　三是軋后在線控制冷卻進行組織調控。王國棟介紹，東北大學和寶鋼合作，借鑒板材控軋控冷技術的經驗，依托寶鋼魯寶PQF460機組，在國際上率先研發成功熱軋無縫鋼管控制冷卻技術，在工藝減量化、合金減量化以及性能高質化等方面體現出顯著成效。這標志著熱軋無縫鋼管組織性能調控進入新階段。該技術作為熱軋無縫鋼管顛覆性的組織調控手段，突破了傳統鋼管生產工藝的技術瓶頸，開辟了熱軋無縫鋼管高效組織調控、實現高質量發展的新路徑。

　　王國棟表示，鋼鐵工業為大型復雜流程工業，巨大的不確定性是鋼鐵生產過程面臨的重大挑戰。在此背景下，數字化轉型成為鋼鐵行業解決上述問題的關鍵。鋼鐵行業要按照習近平總書記指示，夯實數字底座，實行“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、零風險地實現數字化轉型，用數字化賦能綠色化、高質化、強鏈化。

　　鋼管是鋼鐵行業重要產品，為了突破鋼管行業的三大技術瓶頸、實現鋼管行業的高質量發展，鋼管企業必須盡快建立自己的企業數字化創新基礎設施，即數字化轉型的底座。他介紹，鋼鐵企業創新基礎設施包括：一網，即工業互聯網；三平臺，即底層實體設備平臺（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、高質化發展、強鏈化運行。該創新基礎設施讓數據在整個系統中閉環自動流動，通過狀態感知、實時分析、科學決策、精準執行實現鋼鐵生產過程的自組織、自適應、自學習、高度自治的智能化控制，并對資源進行優化配置和管理。大量蘊含在物理空間中的隱性數據經過狀態感知被轉化為顯性數據，進而能夠在信息空間進行計算分析，將顯性數據轉化為有價值的信息。不同系統的信息經過集中處理形成對外部變化的科學決策，將信息進一步轉化為知識，通過最優化設計應用于物理空間，形成一個閉環賦能循環系統，使得物理空間生產過程更加智能、資源調度和設備運維更加合理順暢，各環節智能協同效果更加優化。

　　最后，王國棟為包括鋼管行業在內的鋼鐵企業推進數字換腦、模型換代、開發工控大模型、實現新型工業化提出4點建議。

　　一是夯實數字底座。他建議，一方面組織企業建設鋼鐵企業新型信息基礎設施，擴大工業感知網絡覆蓋面，打造海量物聯接入能力；另一方面聚焦數字化轉型、智能化發展、工業控制大模型系統等重點環節，增強源頭技術供給。

　　二是強化應用牽引。王國棟建議，利用鋼鐵行業數據資源、應用場景和反饋賦能的優勢，智改數轉、數字換腦、模型換代，建立并應用鋼鐵行業大模型系統，制訂項目目標、樹立標桿、建立評價標準，推進數字化、智能化技術全方位、深層次賦能鋼鐵行業新型工業化。

　　三是加強技術服務。“通過產學研深度融合、聯合組隊等方式，推動裝備、軟件、網絡等成組連線創新突破，提出系統解決方案；開展技術交流和推廣工作，促進先進鋼鐵企業數字化推廣應用。”他說。

　　四是營造良好生態。他建議，加快鋼鐵企業數字人才培訓和關鍵標準研制推廣，建設數字化轉型開源生態，同時深化工業互聯網安全管理。

　　“未來5年，建成15條~20條全流程一體化企業數字化轉型生產線，完成鋼鐵產業數字化轉型標準與規范的制定。未來10年，基本完成數字化轉型，建成鋼鐵行業管理控制優化大模型，形成國家鋼鐵企業創新基礎設施體系，實現行業高質量發展。”他最后說。