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热轧无缝钢管广泛应用于油气、能源等领域,被誉为“工业的血管”,是不可替代的重要钢材门类。我国是热轧无缝钢管生产和消费大国,但目前产品组织性能调控工艺手段单一,满足相关力学性能完全依赖于添加合金元素和离线热处理工艺,成本高、能耗大、生产周期长,产品综合性能提升面临工艺技术瓶颈。实现关键工艺技术创新与突破,开发特色化高性能产品,节能降耗,提高无缝钢管的产品质量和生产效率已成为无缝钢管行业面临的重要问题。
控制冷却技术,通过控制热变形后钢材的冷却速度、路径来改善钢材的组织和性能,广泛应用于中厚板、带钢、棒线材等领域,在产品组织调控、提高产品综合性能、开发特色化高性能产品方面起到关键作用。然而,由于钢管环形断面特点,其高强度均匀化冷却机理显著区别于上述钢材门类。为此,长期以来,热轧无缝钢管控制冷却技术一直是领域内的国际性工艺难题。
为此,东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室在王国栋院士部署下,聚焦先进钢铁材料绿色化制备工艺与装备研究,针对钢管领域组建了热轧无缝钢管形变/相变一体化组织性能调控技术科研团队。该团队由袁国教授、康健副教授、李振垒副教授、王超副研究员、陈冬讲师等组成,是一支具有鲜明学术特色、学科专业架构完整、科研氛围浓厚的青年科研团队。科研团队以突破钢管领域在线组织性能调控瓶颈为己任,力求为推动我国热轧无缝钢管产品工艺技术进步作出应有贡献。
面对这样一个开发难度大、技术要求高的项目,科研团队成员集思广益、激发思想、开阔思维,形成了环形断面高效冷却换热机制创新——中试实验验证——关键核心技术突破与工业应用分步实施的技术路线。
在中试实验工作成功实现管材均匀化冷却的工作基础上,团队依托烟台宝钢PQF460机组生产线,开展了热轧无缝钢管在线组织性能调控关键技术与装备的开发工作。在真正大型工程实施的时候,在冷却方式方法、设备形式、现场实施技术方案等方面都没有先例可循,科研团队迎难而上,与宝钢钢管团队多次组织方案论证、逐项讨论,历时近五个月,才确定了最终的技术实施方案。
在王国栋院士和袁国教授带领下的热轧无缝钢管形变/相变一体化组织性能调控技术科研团队,通过产学研协同创新,经过多年来的艰苦奋斗,研究成果打破了热轧无缝钢管在产品工艺技术手段上过度依赖合金和离线热处理的局面,是自1885年德国曼内斯曼发明无缝钢管穿孔轧制技术以来,首次在热轧无缝钢管领域重大工艺技术上留下了中国人的印记,促进了我国热轧无缝钢管工艺技术的原始创新。本技术成果通过实现热轧无缝钢管工艺技术领域工艺—装备—产品的一体化创新突破,大幅度变革了传统生产工艺方法和流程,典型钢种系列规格产品免除离线正火或再加热淬火工序,在节省离线热处理工序成本的同时,控冷产品的能耗平均降低20kgce/t以上,减少CO2排放量50kg/t,平均制造周期缩短3天以上。对我国实现热轧无缝钢管短流程绿色化制造具有重要意义。
该技术的突破性进展和成果受到了国内外钢铁行业的充分认可,其中,“热轧无缝钢管在线组织性能调控关键技术、装备开发及应用”项目于2021年获得中国冶金科学技术奖特等奖。(杨明)