8月12日，“重大能源装备用耐热无缝管穿孔超高温界面减摩抗粘技术与产业化”项目科技成果评价会在安徽合肥召开。专家一致认为“该成果达到国际先进水平”。

这项成果由安徽工程大学材料科学与工程学院教授黄仲佳团队历经10年完成，破解了超超临界燃煤发电机组和核电工程的核心部件——大口径高合金耐热无缝管生产中穿孔界面阻力大、高温粘钢和管壁氧化严重等问题，让国产耐热无缝管穿得“更快、更滑、更强”。

大口径高合金耐热无缝管。安徽工程大学供图 

系统解决两大行业性难题

在超超临界燃煤发电机组和核电工程的核心部件中，大口径耐热无缝管被称作“工业血管”，长期在600多摄氏度的高温下服役。过去，因缺乏有效的界面调控手段，这种高合金钢在穿孔时变形阻力极大、管坯极易开裂，耐热钢铸坯直径制管的成材率甚至不足40%。

为解决这一重大技术难题，黄仲佳带领团队从材料基因工程理念出发，历经近10年攻关，系统解决了高合金耐热无缝管穿孔工序中“摩擦阻力大、高温粘钢”与“防穿孔氧化”两大行业性难题。

在高合金大口径耐热无缝管生产中，穿孔顶头要承受1250摄氏度高温钢坯的剧烈摩擦、穿孔阻力大，传统工艺下顶头极易因高温粘钢和掉肉，生产中需频繁停机打磨粘钢，导致耐热无缝管穿孔效率低、内壁产生缺陷。

黄仲佳团队创新设计了顶头表面激光熔覆专用Ni-Cr-Fe-Co-Nb-Mo多主元合金体系，巧妙利用钼元素在高温下的选择性氧化特性，让其在摩擦界面原位生成具有层状结构的氧化钼润滑膜，将穿孔顶头和管内壁界面的摩擦阻力降低50%。

黄仲佳介绍，材料的高温硬度和低摩擦阻力实现穿孔“更快、更滑”，穿孔效率提升至传统工艺的2倍，在国内外率先实现兼具高温自润滑和抗粘钢的激光强化顶头的工业应用。

另一个行业性难题是，耐热无缝管穿孔钢坯温度高达1250摄氏度，导致管内壁形成厚达3mm的氧化皮，在后道热轧工序中，该氧化皮会破裂嵌入管肉中形成致命缺陷。

为解决该问题，黄仲佳团队另辟蹊径，发明了“穿孔-在线同步成膜”技术，发明了具备在高温的管内壁表面快速成膜的材料。通过在顶杆与顶头连接处开设出粉口连接智能控制喷涂系统，在穿孔的瞬间向高温新鲜内壁同步喷射防氧化与润滑涂层，让防护层在动态高温的管壁上快速铺展，使管壁氧化层厚度从大幅降至0.5mm以下，解决了耐热无缝管在穿孔过程中因高温导致内壁氧化的问题，让高合金耐热无缝管穿得更“强”。

从实验室到国家示范工程，让科研落地生金

研究团队通过校企产学研协同，与扬州诚德钢管及芜湖点金机电科技有限公司开展产学研项目合作，发明了纤维增韧陶瓷相强化高温持久自润滑抗粘钢激光熔覆强化顶头和极端高温的管壁快速成膜的材料体系和在线成膜技术，创新设计了内置激光强化顶头、外置激光强化导板协同变形的穿孔系统，并将“穿孔—同步成膜”的高温的管内壁在线成膜装备集成到穿孔生产线上。

目前，该技术已成功应用于耐热无缝管生产，在国内率先实现了1190mm超大口径G115耐热无缝管的高效生产，助力国家超超临界机组示范工程。

黄仲佳介绍，该项目使我国高合金耐热无缝管的穿孔界面控制面技术达到了国际领先水平，授权发明专利25项。近3年为完成单位带来新增销售额超9亿元，新增利润1.5亿元，彻底扭转了我国超超临界耐热无缝管长期依赖进口的被动局面。

黄仲佳表示，下一步，团队将继续优化耐热无缝管穿孔界面调控技术，深耕高温领域的摩擦磨损、抗氧化材料、产品的开发。