王国栋院士：钢铁产品创新十年成绩显著
钢铁产品创新十年成绩显著
中国工程院院士 王国栋
钢铁工业作为国民经济的重要基础产业，在党中央的正确领导下，积极贯彻新发展理念，着力推进高质量发展，取得了显著成绩。十年来，我国钢铁产品技术创新不断突破、绿色低碳深入推进、智能制造不断升级，向国家和人民交上了一份亮眼的成绩单。
钢铁是支撑国家发展的最重要的基础原材料，对国家经济技术、国防安全、人民生活，具有重要的战略意义。近年来，美西霸权主义者对我国无理封锁、制裁，妄图遏制我国的快速发展。我们钢铁工作者，担当起战略科技力量的重大使命，坚持国家需求导向，战略任务导向，聚焦钢铁行业亟待解决的基础科学问题、关键共性技术、前沿引领技术和产业链上的“卡脖子”问题，攻坚克难，自立自强，自主创新，产出战略性、关键性、原创性重大成果，保证了我国国民经济、国防建设的高速发展，真正担当起支撑国家自立自强发展的重任。
1.1高端硅钢生产技术与产品创新
“十八大”以来，我国钢铁工业面向特高压输变电、清洁发电机组及新能源汽车驱动电机等高端硅钢关键核心材料的重大需求，高端硅钢技术实现代际跨越，硅钢产业发展引领全球。宝钢自立自强，协同攻关，突破极低铁损取向硅钢和高端无取向硅钢制造技术，并实现产业化。宝钢高硅薄带取向硅钢一贯制新工艺与产线、耐热激光刻痕工艺与装备、薄规格新能源汽车用高端无取向硅钢一贯制工艺等标志性技术世界领先。19个顶级硅钢新产品世界首发，全面覆盖各规格最高等级，领先国际一个牌号以上。建成世界首套薄规格取向硅钢高效专有产线和高端无取向硅钢示范产线，实现规模化生产。高端硅钢产品实现了诸多世界首次、唯一应用。应用于目前单台容量世界领先的1000MW白鹤滩水电站，世界首条、唯一、技术水平最先进的±1100kV昌吉-古泉特高压直流工程，世界首条、输送容量最大的±500kV张北柔直工程，目前世界最高比功率（4.9kW/kg）新能源汽车驱动电机。总体技术居于世界领先地位，实现了我国高端硅钢核心材料自主可控，引领全球高端硅钢领域发展。
首钢始终坚持自主创新，以技术进步为核心驱动，不断提升取向电工钢产品质量水平。坚持在高端产品研发、全流程制造、工艺优化和用户应用技术等方面实现突破。首次开发了基于组织性能、表面质量、板形尺寸以及降低取向硅钢噪声的综合控制技术，实现AWV典型值51dB，略优于日本制铁；叠装系数优于日本制铁与浦项；0.20mm、0.18mm极薄规格产品产销量国内第一。在“双百万”变压器应用结果优于日本制铁2-3dB，满足了全球节能低噪声变压器发展需求。
首钢产品首次应用于全球电压等级最高、容量最大卷铁心高铁牵引变压器；广泛应用于超、特高压电力变压器，包括全球交流电压等级最高、容量最大的“双百万”变压器，全球在建装机容量最大的白鹤滩、乌东德水电站工程。白鹤滩至江苏±800kV特高压直流输电工程是全球首个混合级联特高压直流工程，在世界上首次研发“常规直流+柔性直流”的混合级联特高压直流输电技术，集成特高压直流输电大容量、远距离、低损耗以及柔性直流输电控制灵活、系统支撑能力强的优势，示范引领意义重大。该项目是首钢高性能取向电工钢首次应用于特高压直流换流变压器，是首钢电工钢十余年勇攀高峰的又一次重大突破。国内外一大批电站、电网工程应用“首钢制造”，标志着首钢取向电工钢应用实现特高压输电领域全覆盖，有效支撑了我国特高压高端装备制造的全球领先地位。
1.2高铁用钢自主开发取得重大进展
当前，我国已建成世界最现代化的铁路网和最发达的高铁网。2021年12月30日，随着京港高铁安庆至九江段的开通运营，“八纵八横”高铁网中的京港（台）通道商丘至深圳段基本贯通。至此，中国高铁运营里程成功突破4万公里，总里程能围绕地球赤道一周。我国钢铁企业为国家高铁这张名片增光添彩，惊艳全球，贡献巨大。
宝武马钢高品质铁路机车用整体车轮关键制造技术国际领先。整体机车车轮服役条件苛刻、技术要求高、生产难度高，过去全部依赖进口。2001年马钢启动了整体机车车轮的研发，历经14年，开发出高韧抗伤损车轮材料设计、高洁净度冶炼连铸工艺、高精度车轮成型工艺、高强韧匹配热处理工艺、高精度机加工与检测工艺5项关键技术，达国际领先水平，产品实现了国产化替代，纳入国家重点新产品，确保了我国铁路产业链安全，同时产品还出口全球知名机车制造商北美GE、法国ALSTOM。2021年，我国自主研制的全球最大牵引功率（28800kW）“神24”机车用车轮全部由马钢自主供应。
宝武马钢高速车轴钢产品研发及关键制备技术国际领先。为满足标准化动车组车轴国产化的需求，马钢历时10年，形成高速车轴钢成分优化、超低氧含量控制、大型夹杂物控制及大圆坯偏析和缩孔控制、车轴钢坯轧制技术、热处理技术及质量量化评价判定模型的建立及应用等技术创新，成功开发了时速250公里、时速350公里复兴号高速车轴钢产品。主要技术指标和产品性能居于国际领先水平，实现产品自主生产、填补国内空白，顺利完成了60万公里的装车运行考核。
首钢EA4T车轴钢是目前国内动车组及大功率机车领域使用最为广泛的车轴钢牌号。首钢在国内率先实现了EA4T车轴钢在动车组及大功率机车领域的应用，装车于国内外多种重点车型，助力新基建以及“一带一路”建设。首钢大功率机车用EA4T钢，兼具高疲劳强度与高强韧性，国内唯一通过中国铁路CRCC认证、德国HPQ认证以及西门子认证，完成整车60万公里考核，批量装车于动车组列车，已累计安全运行500万公里以上；装车应用于国内首次整车出口至欧盟动车组列车、“绿巨人”复兴号、青藏铁路动车组、中老铁路动车组等车型上。装车应用于全球首款4000米高原用电力机车HXD1C，以及全球最高功率28800kW神24机车等重点车型。采用首钢大功率机车车轴钢制作的车轴数量超过10万支，国际市场占有率27%，国内市场占有率60%以上。
南钢成立产学研用团队，结合自身装备和技术优势，陆续开展纯净钢冶炼及夹杂物塑性化控制、钢的成分均质化控制、裂纹敏感钢种铸坯表面质量控制、渗碳奥氏体晶粒度控制等技术研究，明确了轨道交通用钢开发的具体目标和实施方案，形成了具有自主知识产权的轨道交通用钢生产控制技术，相继完成了高铁弹簧用钢、制动盘用钢、轨道交通用齿轮钢等产品开发及产业化应用，逐渐形成了成熟的轨道交通用钢研发及生产体系，已初步形成轨道交通用特殊钢长材系列化产品，填补了国内空白，解决了“卡脖子”材料问题。
随着我国高速铁路、桥梁建设等基础产业发展，对金属线材制品提出了新的功能和更高的技术需求。法尔胜泓昇集团，立项研究高性能特种金属线材制品关键技术集成创新与产业化。经过十多年的产学研刻苦攻关，率先开展了珠光体组织强韧化机理及微纳组织定量表征新技术研究，开发出直径0.08mm、抗拉强度4600MPa的镀锌钢丝。首次系统地开展了金属线材制品全流程关键共性技术研究，成功开发出以高速铁路用钢丝绳、桥梁用智能型缆索、超高强度输送带用钢丝绳为代表的具有自主知识产权的六大系列高性能特种金属线材制品，产品属国际首创或技术水平达到国际领先。开发了系列核心制造装备，构筑了具有自主知识产权的金属线材制品全流程制造系统，建立了完善的产品、质量及工艺等相关标准体系，实现了项目产品的大规模稳定化生产，形成了高性能特种金属线材制品15万吨/年的生产能力，公司成为全国钢丝绳单项冠军，项目整体技术达到国际领先水平。
1.3太钢、鞍钢：核电用钢开发
核电是当前调整能源结构、减少碳排放的重要手段，是我国发展能源行业的必由之路，核安全是世界各国最关心和最需要解决的重要问题。不锈钢作为核反应堆主体设备制造的关键材料，是反应堆制造之骨，其质量是核电运行的安全基础。为实现我国核电的快速、健康和可持续发展，迫切需要解决材料的“卡脖子”问题，在快堆和聚变堆的情况下，奥氏体不锈钢同时面临着高温、低温、强中子辐照、强磁场环境下的特殊性能需求和材料制造技术问题。
太钢核电用高品质不锈钢制造技术及品种开发。太钢以钠冷快堆的高温环境和ITER计划极低温环境为代表的新一代核电技术对奥氏体不锈钢材料在性能及其制造工艺成熟稳定性、质量可靠性的高要求为目标，依靠自主创新，系统地解决了奥氏体不锈钢的高纯净度冶炼、性能和组织及其均匀性控制、高耐蚀高强韧性能协同等关键技术难题，开发出系列高品质不锈钢产品，满足了当今最为先进的压水堆、快堆、聚变堆等不同核电技术的不锈钢材料需求，实现我国核电用关键不锈钢材料从进口到自主、从堆外到堆内、从常规到尖端和从竞争到唯一的转变，保障我国核电工程的快速建设和安全运行，促进了我国核电技术和事业的健康发展，为我国能源结构调整和低碳减排夯实了基础。核电用不锈钢对核有害元素和夹杂物的控制要求目前以快堆316H不锈钢的要求为最高。项目针对快堆316H不锈钢，研究和开发超低氢含量控制、深脱氧及夹杂物含量控制以及核有害元素控制等多项冶炼技术，成为实现高品质核电不锈钢生产的基本条件。
2011年至今，自主开发的核电用高品质不锈钢制造技术在全流程生产过程中，工艺稳定，生产技术持续优化，关键指标稳中向好，形成系列化高端产品。2011年到2020年期间，太钢为重大工程项目提供304型、316型高品质不锈钢核电材料达6万多吨，是国内该类材料的主要供货单位，是宽厚、特厚核级不锈钢板的唯一供货单位，核电不锈钢市场占有率连续多年持续保持第一（60%以上）。太钢还为我国新堆型、新技术核电项目、军工项目及空间暗物质探测等大科学研究项目提供了大量的高品质不锈钢材料。中国快堆产业化技术创新战略联盟、中国国际聚变能源计划执行中心等单位给予太钢很高的评价。
鞍钢核反应堆安全壳系列用钢。“国和一号”等防止核泄漏的最后一道安全屏障是反应堆安全壳，由于应用位置极其关键，因此对SA-738Gr.B钢种提出了更为严格的力学性能、探伤、钢质洁净度和抗模拟焊后热处理等综合性能要求。通过超高洁净钢冶炼技术、高精准全流程集成控制技术、精细组织调控技术等多项技术创新突破ASME标准技术“瓶颈”，创新大厚度钢板研发，解决了多项“卡脖子”关键技术。产品实现6-130mm的全厚度规格覆盖，广泛用于建造海阳、彭泽、徐大堡等百万千瓦级核电机组，并率先实现供货全球首座国核示范项目CAP1400核电机组。
2022年8月，国家能源局主持召开国家科技重大专项课题——大型先进压水堆及高温气冷堆核电站《高强度安全壳板研制》综合绩效评价会，由鞍钢股份牵头，联合上海核工程研究设计院组织实施的该课题通过验收。该课题以大型先进压水堆示范工程为依托，开展高强度安全壳用钢研究。经项目研发团队的积极攻关，先后成功解决了化学成分创新设计、金相组织精准调控及力学性能稳定控制等关键技术难题，生产出三种典型规格钢板，不仅超额完成了国家项目任务合同书的要求，而且钢板综合性能远高于国际同类产品，突破了国内外现有反应堆安全壳用钢强度、厚度瓶颈，实现了理论创新、技术创新、工艺创新。首创超厚超宽高强度反应堆安全壳用钢，形成了配套的集成制造及应用技术，建立了我国自有标准。
1.4鞍钢：极寒环境用高强韧易焊接海洋装备用钢
极地船舶、超深水海工装备建造所需的高强韧性、易焊接、服役安全性高、综合性能优异的钢铁材料是极地装备安全性的重要保障。
依托国家和企业重大项目，鞍钢与高校合作，开发研究极寒环境用高强韧易焊接海洋装备用钢。历经10余年研究，建立了全系列高强、耐低温、大厚度极寒环境海工装备用钢生产技术体系，形成满足耐冰凌磨损、高抗断、易焊接的极寒环境用海洋装备用钢的轧制、显微组织调控等关键技术。
针对355-400MPa强度级别，采用低碳及低碳当量合金体系，利用多阶段控制轧制技术，通过板坯全厚度截面温度场与应变场耦合控制，充分实现奥氏体再结晶细化，获得低碳-细铁素体-少珠光体组织，其耐冰磨蚀指标优于普通AH36产品4倍以上。裂纹尖端张开位移CTOD(-20℃)≥2.8mm，满足极寒与超低温船舶材料设计服役要求。针对420-550MPa钢级TMCP厚规格钢板，发展了TMCP工艺下的全厚度截面奥氏体细化技术，获得表层组织超细化、内部大角度晶界密度均匀一致的F级超高强度钢，心部断裂韧性NDT≤-70℃，FATT＜-80℃，屈强比≤0.86，实现了高端海洋用钢国产化、系列化、高品质化。创新发展了基于异构马氏体/贝氏体组织调控原理及强韧匹配的热处理技术，通过马氏体、高温退火马氏体/贝氏体的比例调控、分布调控以及晶体学取向调控，开发出屈服强度700MPa，抗拉强度不低于820MPa，最厚达到86mm海洋平台用钢，满足了超深水和极寒海域海洋工程装备特殊设计需求。
该项目形成三大系列58个牌号产品率先通过船级社认证，首发产品应用于第一条材料国产化军用破冰船、“蓝鲸1号/2号”等国内外重大海洋工程。2011年至今，生产极寒环境海洋用钢75万吨，促进了我国高端海洋装备制造业技术进步与发展，市场应用前景广阔。
1.5河钢舞钢：持续保持国际第一的铬钼钢
铬钼钢是石油化工、煤化工核心设备（如加氢反应器、氨合成塔、气化炉、费托反应器以及焦炭塔、洗涤塔等）的关键材料。该类钢长期处于高温、高压、氢腐蚀等恶劣服役环境，对成分及性能的要求严格，生产工序繁杂、技术难度大。目前河钢舞钢该类钢板最大供货厚度为256mm，钢板最大单重超过50吨，规格、单重及强度/低温冲击韧性匹配指标均达到了国内外该领域的第一、唯一，处于国际领先水平，解决了长期制约我国的石油化工、煤化工关键钢铁材料国产化的瓶颈问题。其中板厚≥110mm的该类钢板国内市场占有率70%（含进口钢板），板厚145mm以上钢板国内基本处于垄断地位；技术指标如碳当量、X/J系数及板厚1/2处性能控制水平等达到国际先进水平。
河钢舞钢结合国内外石油化工、煤化工项目的需求，开发的低有害元素纯净钢专有冶炼工艺、低温控冷低速大压下轧制技术、阶梯复相热处理控制技术，保证了10万吨单打冠军产品成功供货于国内外重点项目及制造厂。如长时模焊后-29℃韧性的SA387 Gr11Cl2钢板成功应用于美国林德公司重点石化项目及印度LT公司，使河钢舞钢成为此类技术要求钢板的唯一供应商；部分Cr-Mo钢产品应用于世界首创的航天气化炉、华谊气体岛废锅气化炉等重点设备和项目。
1.6首钢：高性能汽车板
锌铝镁镀层汽车板作为首钢商标产品，产品覆盖汽车内板、外板及高强结构件，全球首次用锌铝镁镀层汽车板替代电镀锌汽车外板，首次开发出780MPa级别锌铝镁镀层超高强钢并实现应用，填补了国内钢厂生产锌铝镁镀层汽车板产品的空白，形成了对成形、焊接、涂装等生产应用技术的创新和积累，引领国内外钢铁行业对锌铝镁镀层汽车材料的探索。产品通过国内外众多头部车企的材料认证和零件认证，率先实现全车身批量应用，解决了用户对车身高耐腐蚀性、绿色低碳等核心关切问题。
首钢锌铝镁镀层汽车板产品的开发和广泛应用，是响应国家“双碳”战略、践行绿色制造的具体行动。与传统纯锌镀层产品相比，耐蚀性提高2倍，镀层重量减少三分之一。按照汽车板平均厚度1.5mm计算，吨钢的锌用量能减少大约6kg。2019年至2021年，首钢锌铝镁镀层汽车板累计销售超过20万吨，减少锌用量超过1200吨，减少上游锌冶炼二氧化碳排放超过4400吨。
高鲜映性免中涂汽车板产品作为首钢商标产品，鲜映性指标达到国际领先水平，解决了大变形外板高鲜映性涂装的世界性难题。产品广泛应用于华晨宝马、上汽大众、一汽大众、沃尔沃、长安福特等合资主机厂，自主品牌长城欧拉新能源车几乎整车外板都使用首钢免中涂材料。首钢免中涂外板主要用于吉利汽车的新帝豪、缤越等车型生产，其中新帝豪车型整车外板使用首钢材料。新型免中涂工艺（2C1B）替代传统涂装工艺(3C2B)，将成为汽车行业践行“绿色涂装”理念的发展趋势。该工艺因取消了中涂及烘烤过程，单车可降低VOCs（挥发性有机化合物）排放60%以上。
2020年首钢生产免中涂汽车板约7万吨，单车重量0.1吨，可制作约34.5万辆车（成材率按50%计算）。免中涂工艺下单车的VOCs排放量降低约为4.2125kg，二氧化碳排放量降低约30kg，按34.5万辆车计算，年可实现VOCs排放量降低0.145万吨，二氧化碳排放量降低1.035万吨。
增强成形性双相（DH）钢是首钢在国内首发的第三代先进高强钢产品，与传统的双相钢相比具有断后伸长率高、成形性能好、合金含量低等突出优势。同等强度条件下，增强成形性双相延伸率比传统双相钢提高30%以上，可以满足复杂结构零件的成形需求，产品性能指标达到国际领先水平。该系列产品为复杂零件的成形需求提供了原材料支撑。产品广泛应用于国内外多家合资及自主品牌的多款车型。
增强成形性双相（DH）钢的应用可以替代传统双相钢产品，多个零件设计集成为一个零件，同时可以通过强度的升级实现轻量化目标，采用DH钢设计的零件可以减重10%左右，在汽车轻量化方面具有非常强的竞争力。
近年来首钢增强成形性双相（DH）钢年产量超过5万吨，以DH钢占车身重量5%计算（材料利用率60%），则可生产汽车100余万辆。车身每减重100kg，每公里CO2排放减少6.5g，每年行驶2万公里，每辆车二氧化碳减排近60kg，年可实现二氧化碳总排放减少6万余吨。
在现代经济中，国民经济循环主要表现为产业链循环。当前的经济全球化，主要表现为在全球范围形成产品内分工，即同一种产品的生产、流通和营销环节在全球各个国家和地区布局，不同环节整合形成了全球产业链。长期以来，欧美发达国家的跨国公司大都占据全球价值链的研发和营销环节，掌握核心和关键技术，依靠其在全球价值链中的主导地位形成核心竞争力，从而占据国际竞争的制高点。为数不多的以我国为主导的全球价值链在国外布局时，一些零部件生产方面拥有关键技术的国外供应商可能会对整条产业链“一剑封喉”。在国际科技战、贸易战中，某些“卡脖子”技术的断供、脱钩更会导致整个产业链的断裂或瘫痪。
因此，我们必须发挥社会主义优越性，集中力量办大事，行业协同、学科交叉、产学研深度融合，组成协同创新队伍，围绕产业链布局创新链，围绕创新链部署产业链，确定上下游、全流程的难点、堵点、短板，开发关键、共性技术，强链、补链，自立自强，建成取得高端产品的整体突破。
2.1南钢、鞍钢、太钢：9Ni与低镍LNG储罐用钢开发
能源、化工产业实现清洁、高效发展，离不开LNG超低温储运设施建设。镍系低温钢是建造此类设施并保证其服役安全的最重要结构材料，被钢铁行业公认为技术难度最大的品种之一。项目之前，我国镍系低温钢整体落后，顶尖产品9%Ni低温钢被日本、欧洲垄断，是发展清洁能源“卡脖子”原材料。
为了解决我国LNG产业链原材料“卡脖子”问题，南钢、鞍钢、太钢等单位积极进行9Ni钢生产技术研发和成果转化。在9Ni钢研发、生产和交付过程中，解决了纯净钢冶炼、大宽度板坯连铸、组织精准调控和薄规格钢板板形控制等全工艺流程技术难题，形成了完全自主知识产权的9Ni钢成套生产和加工技术。
南钢9Ni钢产品已广泛应用于中石油、中石化、中海油等国有能源巨头和新奥能源、广州燃气和陕西燃气等民营及地方能源企业所属沿海LNG接收站。其中16万m3以上容积储罐已达到43台，LNG年保供能力达到6500万吨以上，相对于标煤可减少二氧化碳排放9880万吨/年。在船用领域已为Evergas等欧美企业建造了10余条中小型承压LNG船和大量LNG船载燃料罐，为近海和内河船运减排也做出了重大贡献。截止2022年，交付钢板总量已超20万吨。
在“十三五”国家重点研发计划《低镍LNG钢的组织控制原理与关键制造技术》项目的支持下，汇聚了产学研用方面南钢、鞍钢、太钢等十八个单位的研究人员，组成涵盖炼钢、连铸、热轧、热处理等协同创新队伍，继续进行低镍LNG储罐用钢的研究工作。着重研究①微合金化成分设计与微结构演变机理。通过共格析出强化作用，在保证低温韧性前提下，钢中[Ni]较9%Ni钢降低近30%，而-196℃强度提高约65MPa。②超纯净冶炼与无缺陷、均质化连铸技术。开发出脱磷及控回磷成套技术，9%Ni钢[P]较国外同类产品降低40%；突破了超低Si冶炼技术，使6.5%Ni钢焊接热影响区-196℃冲击功提高近一倍。开发出镍系钢专用连铸工艺，9%Ni钢中影响低温韧性的夹杂物数量不到国外同类产品1/2。③组织遗传规律及“轧制-热处理”一体化控制技术。开发出“再结晶控轧-超快冷-亚温淬火+回火”工艺，使6.5%Ni钢达到了9%Ni钢的-196℃强韧性指标。④镍系低温钢产品与用户技术。开发出叠层轧制新技术，国际首次生产出宽幅优良板形质量的镍系钢板。开发出剩磁快速检测方法及局部高效消磁装备，使镍系钢剩磁控制在30Gs以下，远低于国外同类产品。
新一代节Ni型LNG储罐用钢，在确保性能和质量基础上，可为客户大幅节约材料成本，也为国家节约了贵金属镍资源。针对项目需求开发出配套用低温钢筋和套筒等产品，形成超低温用钢产品系列，可为超低温储罐和容器项目提供关键材料全套整体解决方案。
2.2 LNG船储罐用高锰钢的开发
LNG船储罐除了要求具有良好的低温力学性能外，还要求具有极低的热膨胀系数，高锰钢是最为理想的低成本低温用钢。
国家“十三五”项目组织南钢、鞍钢、太钢等十八家单位协同创新，密切合作，明确了高锰LNG船储罐用钢成分设计原则和组织性能演变规律，突破了高锰LNG船储罐用钢的超纯净冶炼和大板坯连铸等关键难题，阐明了低温韧性的“反尺寸效应”与热处理时效脆性机理，提出高温控制轧制和轧后冷却工艺，国内首次实现了6-60mm厚高锰LNG船储罐用钢板的工业化生产，制定了高锰LNG船储罐用钢国家标准及中国船级社指南，高锰钢钢板已经取得ABS、BV、KR船级社证书，并正在积极推进CCS、DNVGL、LR等认证。在此基础上，建造出船舶应用的5-20m3C型LNG试验罐并成功进行了海试。目前，正在组成研究单位、钢厂、船级社、船厂、船东的联合团队，进行高锰钢在LNG船储罐用钢的示范应用。
2.3全产业链合作开发铌微合金化高性能桥梁钢
作为微合金元素Nb的供应商的中信金属公司铌微合金化技术中心、作为桥梁钢生产厂的宝武集团、鞍钢集团等企业、作为桥梁钢最终用户的中铁大桥局，全产业链多方协同，大力推动，积极参与，合作共赢，成功开发出420MPa、500MPa、690MPa级的新型桥梁钢，满足了我国重大桥梁工程重大需求。宝武集团武汉钢铁公司成功开发的Q420qE（厚度达到62mm，-40℃冲击功不低于120J）及其配套焊接材料和成套技术应用于世界首座最大的高速铁路桥梁～京沪高铁南京大胜关桥。该材料的开发通过Nb微合金化的组织调控及TMCP加工技术，首次在厚板领域获得了以低碳针状铁素体为主的微观组织，具有优异的强韧性匹配及焊接性能。宝武集团武汉钢铁公司和鞍山钢铁集团公司通过Nb微合金化和低碳贝氏体的控制成套技术，开发了Q500qE（厚度达到65mm，-40℃冲击功不低于120J）并成功应用于世界上首座跨度超千米的公铁两用斜拉桥～沪通长江大桥。宝武集团依托“十三五”国家科技攻关项目，采用Nb微合金化技术成功开发出了690MPa的桥梁钢中厚板，并实现了示范应用。至此，我国形成了从370MPa到690MPa完善的桥梁用钢材料体系，具有优异的低温韧性及焊接性能。目前，中国桥梁钢的开发、应用及产品体系已处于国际领先水平。
应当指出的是，中信金属公司铌微合金化技术中心依据中国钢铁下游行业对高端钢材的强烈需求，努力开发铌微合金化技术和铌合金化新产品，并努力在企业中推广应用。含Nb高性能钢的开发及应用已经渗透到桥梁、汽车、建筑、机械等各个领域，满足了国民经济相关方面的重大需求。我国含铌钢品种已由二十世纪九十年代初的10余个、年产量3万余吨，发展到2021年的300多个品种、年产量达到8400万吨，占我国粗钢产量8%以上。含Nb高性能钢的广泛应用，减少了钢材用量、降低了生产成本、促进了节能环保，为钢铁行业的绿色发展做出了重要贡献。
2.4兴澄：全产业链协同开发国际领先的轴承钢
轴承钢是我国长期未解决的“短板”钢材，高质量轴承被别人“卡脖子”。为保证采用连铸工艺生产的轴承钢质量达到模铸及电渣重熔钢的质量水平，并替代进口钢材，兴澄特钢从钢厂内部和钢厂下游轴承钢用户两个方面下手，解决轴承钢全产业链存在的问题，实现轴承钢生产的重大突破。
首先，在钢厂内部，在钢材纯净度、内部组织及碳化物改善等方面进行了一系列的技术攻关。兴澄特钢从原料到产品对每一道生产工序严格把关。他们采用专用高炉、使用优质的铁精矿、严格按照规程操作生产专用纯净铁水。在炼钢工序，他们开发纯净钢冶炼技术、特殊精炼技术和100%真空处理。在连铸工序，液面控制、保护渣、电磁搅拌、铸坯冷却等关键环节都采用特殊的控制方法，以消除铸坯凝固中形成的偏析、疏松、夹杂等缺陷。在轧制工序，采用了铸坯粗轧前表面快速冷却和轧后超快冷等技术。为了改善连铸坯生产的滚动体的均匀度，从2013年开始，每年不断地总结数据，目前产品已成功应用于钢球生产，耐久试验达到世界领先水平。
其次，考虑到轴承的高端化其实又是产业链问题，所以，他们与国内外下游的轴承钢客户紧密结合、相互合作。客户不但提出兴澄轴承钢目前存在的问题，而且根据轴承钢的发展提出新的产品发展要求，兴澄特钢则不断整改，逐步改进冶金与加工工艺，努力向用户提供满足用户质量需求的材料。高端轴承制造，特别需要轴承钢的生产与轴承制造厂的轴承设计、轴承材料等级选用、加工、热处理、装配、润滑、密封等整个生产流程紧密配合，全流程无死角地全面提升自己的服务水平，从而从整体上提升国产轴承的质量。因此，在轴承钢研发过程中，他们充分与国际一流的轴承制造企业开展交流，将用户使用材料的工况、加工及热处理等工艺和兴澄特钢的冶金、轧制工艺结合在一起，来改善和提高轴承使用寿命，共同推动全球轴承行业的进步。
目前，兴澄的产品质量控制已经达到了很高的水平。即使与国际知名轴承钢制造商相比，兴澄特钢轴承钢的各项指标也显现优势。兴澄特钢高标准轴承钢总氧含量（T[O]）能够稳定控制在5ppm以下（国标T[O]≤12ppm，国际高标准T[O]≤6ppm），粒径>2μm的夹杂物指数<1.0，这一质量指标世界领先。
国内轴承钢年产量约为350万吨，其中兴澄特钢轴承钢产量约90万吨，其中近80%供应国际知名轴承制造商。从2010年至今，兴澄特钢向世界知名轴承企业累计供应轴承钢将近500万吨。瑞典斯凯孚、德国舍弗勒、日本NSK、NTN、法国SNR等世界知名轴承制造商都是兴澄特钢长期而稳定的战略客户。作为上述有影响力但十分挑剔的轴承制造企业的供应商，兴澄特钢以产品质量和优质服务取胜，全产业链开发，与用户合作、共赢，掌握、创新轴承钢的生产技术，多年来以“客户高满意度”誉满全球。
2.5汽车用超高强热成形钢
铝硅镀层热成形钢是目前强度最高的车身用材，是车身轻量化最经济有效的解决方案，2021年其全球产量约400万吨（国内超80万吨）。但是，自欧洲钢铁巨头企业1999年提出1500MPa级铝硅镀层热冲压钢生产技术以来，其韧性问题至今未突破。而且，独家企业技术垄断的局面，推高了车企采购成本。
一项技术，要从纸上到车上，从设想到应用，必须跨越钢材生产厂的轧制、热处理、涂镀等生产环节，跨越汽车零件厂加热、热冲压等工序，还必须在主机厂完成焊接集成、涂装等制造环节，必须能够经得起各工序、各个方面的严格考验。只有各方均满意、均受益，这项技术才有可能突破重围，走到车上。
从2017年开始，本钢、北汽新能源等企业与高校合作，采用钒微合金化技术，世界首发2000MPa级热冲压钢裸板在新车型应用，取得高强热冲压钢的首次突破。基于多年的基础研究积累，东北大学易红亮教授等提出铝硅涂层与基体“界面富碳致脆理论”，采用薄镀层技术减少界面移动和界面微脱碳，从而消除界面碳富集，实现了铝硅镀层热冲压钢VDA弯曲韧性同比提升20%，降低了1500MPa铝硅镀层热冲压钢延迟开裂风险，提高了2000MPa铝硅镀层热冲压钢抗延迟断裂能力。该技术与目前国外垄断企业的厚镀层产品体系采用相反的技术思想，形成新的知识产权体系，打破了国外企业的独家技术垄断，提高了产品的成形质量。
这种薄镀层热冲压钢在涂装、焊接工序也有优异的表现。在厚镀层热冲压钢冲压过程中，经常会在镀层中产生微米级的空洞，称为柯肯达尔空洞，焊接受热时空洞长大。采用薄镀层解决了这些焊接及耐蚀问题。课题组发明的热冲压钢铝硅镀层高效吸热和阶梯快速加热技术，将铝硅镀层热冲压钢炉内加热时间同比缩短了35%。因而，热冲压成形零部件企业，也可以从新技术中获益。由独家供应商变为多家供应商，可解决采购成本问题。所以，这项技术受到了热冲压成形零部件企业的热烈欢迎。
依据25%偏置碰撞新法规，激光拼焊一体式热冲压成形门环替代现有多零件电阻点焊总成应为最优解决方案。但是，国外的厚镀层激光拼焊技术复杂，需要对铝硅涂层进行脉冲激光消溶剥离，提高了生产成本。在采用薄镀层时，可以利用薄镀层的天然优势，实现免剥离激光焊接技术，降低了焊接工作的难度，提高了生产效率。产品的独特性能和简单易行的生产工艺，给主机厂终端用户带来重大突破，受到汽车主机厂的普遍欢迎。打破垄断，采购成本大幅降低；韧性提高，优化车身设计，焊接、涂装等关键工艺环节从中受益。
整个创新过程经过多种工程环节，新技术的开发者必须从产业链的终端应用开始寻找问题，仔细研究分析产业链的每个环节，定义企业需求，通过厂校融合联动带来技术进步，逐个解决产业链上痛点，让产业链上每个关键环节都从创新中获利，并保证最终产品不增加成本。
在钢铁生产过程中，工艺是“龙头”，装备是手段，产品是结果，服务是终极目标。所以，必须“工艺-装备-产品-服务一体化”，以实现服务用户的最终目标。装备的开发，过去是我国钢铁行业的短板，主要依靠国外的先进装备技术。近10年来，这一情况有了很大的变化，自主创新的先进工艺和装备在我国产品的研发方面发挥了巨大的推进和保证作用。
3.1多层金属复合工艺制备复合板
特种复合板是两种或两种以上不同材料以某种方式组合而成的一种新材料，其兼具覆材优异的耐蚀、耐磨、耐热等性能及基材的高强度及高韧性，可最大限度地发挥覆材和基材各自优势，实现单一金属材料无法满足的综合性能要求，且节约贵重金属，降低成本，是一种具有良好发展前景的多功能性材料。
南钢自2014年开始采用真空制坯-轧制复合法研制特种复合板，先后开发了不锈钢/钢、镍基合金/钢、钛/钢等金属复合板，产品覆盖了结构、桥梁、管线、船舶、压力容器等领域。南钢承担国家863项目，开发了国际领先的热轧钛/钢复合板系列新产品，并成为国内首家通过热轧钛/钢复合板评审的企业。南钢开发出345-500MPa级高强韧及耐候桥梁钢与不锈钢复合板，实现铁路钢桥用不锈钢复合板的产品全覆盖。同时解决两种金属变形抗力差异大变形不协调问题，开发出超级奥氏体不锈钢复合板及镍基合金复合板等，产品各项性能优异，南钢特种复合板实现高端化发展。
南钢复合板在高铁桥梁、输油管线、容器储罐等领域获得良好应用。南钢桥梁用不锈钢复合板供货量国内第一，成功应用于多项大桥国家重点/重大工程。
3.2包钢、武钢：薄板坯连铸直接热轧双相钢带材
2013年11月，包钢与高校合作，在其CSP生产线改造后的超快冷系统采用后置式布置（层流冷却后、卷取机前），主要用于生产低成本抗拉强度540MPa级和590MPa级热轧双相钢。该项目突出的技术难题在于开发具有高冷却能力的超快冷设备，满足全系列厚度规格低成本热轧双相钢（厚度规格≤11mm）高组织均匀性产品开发及生产需求。超快冷系统具有的高强度冷却能力，冷却后带钢板形良好，过程工艺参数控制精度高，生产连续稳定，真正实现了冷却强度大、装备一流、产品性能稳定的既定目标要求，开发形成理想的低成本经济型热轧双相钢生产装备及工艺技术。
热轧双相钢作为包钢CSP热轧线开发生产的高附加值特色产品，通过超快冷系统全面升级改造，全面提升了包钢CSP热轧双相类产品生产质量稳定性，推进产品规格和强度等级系列化、特色化，尤其是在高强度、厚规格等产品开发与生产方面得到丰富和完善，对进一步增强产品市场竞争力，做大做强包钢热轧带钢双相钢产品具有重要意义。
武钢CSP产线设计产品厚度规格0.8-12.7mm，生产能力250万吨/年。2020年，武钢CSP短流程产线已经生产出双相钢系列DP600、DP780以及DP1180等，基于DP系列材料制定全新的工艺路线及生产制造过程控制核心参数，利用现有的分段冷却控制模型与空冷段设计布局、精确的冷却计算速率公式，以及科学合理的冷却策略和空冷段长度的设计，来实现不同牌号钢种性能的精准控制，克服了短流程产线在生产DP系列钢种中存在的固有困难，为CSP在双相钢、特殊钢等产品的生产、开发奠定基础。精轧温度、中间温度、空冷时间、卷取温度和轧制速度的精确控制是热轧双相钢生产的关键，是冷却过程的重要控制目标。利用CSP层流冷却系统的独特优势，结合双相钢生产技术，产品性能稳定，最薄厚度1.2mm，不良率≤0.65%。它具有成本低、强度高、板厚薄、屈强比低等特点，其性能和质量达到了冷轧同级别双相钢的标准要求，可以实现以热代冷，在汽车工业中推广用热轧基材代替冷轧基材完成冷辗扩工艺具有重要意义。
3.3日照：薄板坯连铸无头热轧双相钢带材
日照钢铁引进意大利开发的薄板坯连铸连轧无头轧制技术，与国内高校合作，进行成分设计和工艺设计，凭借该ESP产线恒稳、恒温控制及超快冷能力，成功生产超薄规格（1.4-3.0mm）热轧双相钢，成为国内首家能够稳定批量生产热轧超薄规格双相钢生产企业。该产品的成功开发，填补超薄规格热轧双相钢市场空白。ESP产线生产的超薄规格双相钢产品广泛应用于汽车前后防撞梁、座椅横梁、防撞梁配件和加强板等，通过了国内某汽车主机厂认证，将在“以热代冷”上开拓更广阔的前景。ESP产线生产DP590双相钢马氏体组织细小弥散均匀分布，汽车防撞梁本体及门槛加强件主板表面良好，满足使用要求。
3.4宝钢：自主集成高强钢热处理生产线生产汽车用高强钢
先进高强度钢板是汽车实现“减重节能”和绿色发展的关键材料，代表了汽车用钢的发展方向，也是国际高强钢竞争的关键技术。其中钢板的快速冷却和热处理温度的精准调控是生产先进高强度钢板的核心技术。宝钢自主开发了高浓度氢气和水淬冷却技术，冷却速度分别为140℃/s和1000℃/s，集成了兼有普冷和热镀锌的多功能柔性化超高强钢专用生产线。利用这套生产线，不仅迅速提高了我国汽车用高强钢的生产和技术水平，而且在国际上率先成功试制出了第三代先进高强度钢淬火配分钢（QP）,其中最高强度达到了国际最高水平的1700MPa，并实现了产业化，改变了我国汽车板研发长期跟跑的局面，带动了我国高强钢技术的整体发展。
3.5南钢：超高强工程机械用钢和耐磨板（厚度5-120mm，最大宽度4200mm）
超高强工程机械用钢和耐磨板主要应用在大吨位汽车吊、履带吊的吊臂、拉板等关键部位，钢板要求强韧性匹配、性能波动小、内应力小、折弯一致性好、易加工、易焊接等，生产难度极高。长期以来，国内890MPa及以上级别超高强产品主要依靠进口，不仅售价极高，而且交货周期长，制约了我国相关制造业的发展。
南钢率先与高校、三一重工、徐工等企业联合，走产销研用深度融合模式，开发出Q890、Q960、Q1100、Q1300系列超高强钢板，钢板兼具良好的力学性能和加工性能，成功替代进口王牌产品，打破了国外产品的垄断，很好地满足了国内工程机械企业的需求，提升了在国际舞台的竞争力。南钢供货规格：厚度5-120mm，最大宽度达到4200mm，全面覆盖市场需求。通过近几年的发展，国内的超高强钢板已全面实现国产化。
3.6南钢：开发宽薄板稳定化生产工艺，供货我国首艘豪华邮轮建造
南钢根据我国船舶工业对超薄规格中厚板的需求，利用引进3800炉卷轧机和5000宽厚板轧机的装备优势，首创提出炉卷轧机和宽厚板轧机钢板厚度控制方法，平均厚度公差为0-0.2mm，实现了对钢板重量的精确控制；开发了宽薄板板形控制技术，解决了生产过程中温降快、板形差的技术难题；提出了薄板特殊轧制工艺，实现了4mm厚3500mm宽和5mm厚3500mm宽薄板的稳定生产，突破了传统中厚板轧机生产的极限规格；攻克了宽薄板高效焊接的难题，利用低碳当量、微合金成分设计，解决了薄板焊接接头冷速快、淬硬性高的难题。通过装备升级和工艺技术攻关，实现了邮轮用宽薄板的稳定生产。
南钢成功供货国内首艘豪华邮轮项目和第一艘极地探险邮轮项目。邮轮用宽薄板的成功研发，打破长期以来国外在产品规格、加工制造等环节的技术壁垒，打破国际垄断、填补国内空白，具有重要的战略意义。
3.7河钢舞钢：装备创新带动厚规格高端产品，解决“卡脖子”问题
河钢舞钢通过技术、设备升级，增强了自主创新能力，填补了国内空白。洁净钢冶炼技术、大钢锭技术、大压下量等技术的开发和应用，钢板强韧性、硬度、内部质量、不平度等各项指标达到国际先进水平。
河钢舞钢与高校、特钢企业等深入合作，加强产业链协同，以装备创新提供新的工艺手段，增强自主创新能力与新产品开发能力。舞钢在国内率先立项建设50吨级双极串联抽锭式板坯电渣炉，集中了低频供电、双极串联、结晶器等先进工艺技术，是目前国内唯一、断面尺寸世界最大的大型板坯电渣炉。舞钢公司自主优化和改进了控制软件、自行设计了不同厚度结晶器并拥有自主知识产权，自主开发了电渣锭冷却控制、结晶器锥度调整、适合抽锭式电渣炉新渣系等新技术。河钢电渣钢板广泛应用于模具钢制造业领域及我国第三代核电、超超临界火电、超大型水电、大型风电和大飞机工程等特大重点工程的高端装备制造领域，替代进口。其中研发的420mm塑料模具钢WSM718以轧代锻，用于国内大型模具制造；20MnNiMo钢板应用于国产大飞机项目8万吨模锻压机用钢；最大厚度290mm SXQ500D-Z35、285mm SXQ550-Z35、350mm S355J2等Z向性能钢板应用于三峡工程等世界百万千瓦级水电机组重大水电站项目；最大厚度220mm临氢钢16MnR（HIC）和12Cr2Mo1R钢板用于石油化工设备；大厚度Q460C钢板用于出口的达涅利风电用钢；350mm特厚E36-Z35级船板出口船用设备制造等，产品填补了国内空白，替代进口，产品性能指标达到国际先进水平，得到用户好评。
河钢舞钢研发的220mm大厚度水电用SXQ500D、SXQ345C、S355J2、S460N、SX610CF、SX780CF等数个新品种钢板，采用电渣重熔生产，既保证了大厚度水电钢探伤优良，又保证了钢板性能均匀性。成功打破了国外垄断，填补了国内空白，并达到世界先进水平，得到用户一致好评，广泛应用于乌东德、白鹤滩、丰宁、绩溪等数个大型水电站建设，大大推进了我国大型水电大电机机组用钢国产化进程。
180-210mm厚度齿条钢是海洋平台和风电安装船自升式桩腿关键部件，采用低碳NiCrMoV成分体系和淬火+回火技术路线，具有高强度、高韧性、可焊接性和耐腐蚀性等综合优势。传统模铸-热轧-水槽淬火-回火的生产工艺，存在大尺寸铸锭、压缩比不足、淬火冷却强度低三个关键难题，特厚齿条钢心部强度和韧性低成为工程推广应用的主要瓶颈。
在国家重点研发计划项目——“高强度、大规格、易焊接海洋工程用钢及应用”支持下，采用“装备-工艺-产品”一体化研究方案，与高校合作自主研制世界首套300mm特厚板辊式淬火机等关键装备，设计高淬透性NiCrMoV合金体系，阐明特厚钢板淬火尺寸效应机理，掌握高强度特厚海工钢组织与性能均匀化调控的ESR-RQ关键技术，完成了210mm厚度690MPa级和180mm厚度785MPa级齿条钢工业试制。舞钢新建的特厚钢板辊式淬火装备，为大单重、大断面、特殊用途厚板热处理产品研发与应用奠定装备技术基础。177.8-210mm厚齿条钢心部冷速达到0.7℃/s，马氏体含量达到70%以上，为1/2冲击韧性提供了组织基础。厚板产品全厚度方向强度与韧性均满足国际规范的指标要求，完成了焊接、切割等造船工艺适应性评价，其中210mm厚690MPa齿条钢通过了美国ABS船级社认证，实现了首批示范应用，180mm厚度785MPa齿条钢于2021年完成切齿和焊接评价。实现了国内最厚210mm、强度最高785MPa海洋工程用齿条钢板工业化生产，满足了我国500英尺自升式海洋平台桩腿分段示范应用、2500吨海上风电安装船升降系统的制造需求，为推动我国钢铁行业高端海工钢产品化进程、提升高端海洋装备市场竞争力作出了贡献。河钢舞钢成为生产优质超厚热处理钢板的“单打世界冠军”。
3.8鞍钢、南钢：新一代控轧控冷技术与装备支撑集装箱船用高止裂性用钢研发
集装箱船超大型化能够显著降低建造成本、运营成本和能耗，因此超大型化成为集装箱船发展的趋势。由于敞开型船体结构特征，导致船体舱口围顶板、腹板等部位长期处于高应力状态，在船舶自身载重及风、浪等外力作用下，容易发生低应力脆性断裂，严重威胁船舶安全。为保证航行安全，国际船级社规范明确要求在已发生断裂部位采用高止裂韧性钢板。2013年国际船级社提出-10℃止裂韧性≥6000N/mm3/2的止裂性能指标。鞍钢创新性提出基于TMCP新工艺的多相组织调控原理，控制多阶段再结晶组织细化及相变，形成具有软硬相匹配的高强塑性、低屈强比、高止裂性和优良焊接性能的止裂钢核心生产技术，产品技术指标达到当时国际领先水平。
2021年船级社又将80-100mm厚钢板-10℃止裂韧性≥8000N/mm3/2纳入到新的国际标准中，极大提高了特厚止裂钢板的生产技术门槛。在这种背景下，南京钢铁与高等学校合作，2020年，在对大厚度止裂钢本质深度理解的基础上，提出高渗透性轧制技术、往复相变控轧工艺、轧后冷却规程、低压缩比轧制条件下铁素体贝氏体组织的相变机制、脆性裂纹的止裂因素等多方面基础研究。该项目利用我国自主开发的机架间超快冷控制轧制系统和自主创新的新一代控制轧制技术，开发出相变时序控制、织构控制、温控-形变耦合高渗透性轧制等核心关键制造技术，突破连铸坯与钢板厚度压缩比过低的约束，明确大厚度止裂钢中Mn、Mo、Ni等元素的具体作用和不同工艺条件下的最佳添加量，阐明了基体组织对低温韧性和止裂性能的影响，形成具有自主知识产权的高止裂韧度特厚钢板技术体系并实现产业化。在国内率先研发出100mm厚EH47、EH40止裂钢板，-10℃止裂韧性分别为9041N/mm3/2和9951N/mm3/2，厚度规格和止裂韧性均达到国际领先水平，彻底打破国外高止裂韧性钢板的技术壁垒。目前，南钢50-95mm厚EH40、EH47止裂钢已整单应用于多条全球最大的24000TEU集装箱船，并实现了100mm厚止裂钢全球唯一供货。
3.9宝钢、东大：自主创新管材控轧控冷技术与装备，引领钢管生产技术更新换代
热轧无缝钢管是核电火电、油气钻采、装备制造等领域不可替代的高安全性基础原材料。然而由于高温热轧和环形断面原因，广泛应用于板材领域的控轧控冷组织调控技术却难以应用于热轧无缝钢管生产，提升管材性能只能依赖添加合金元素和离线热处理。四十余年来，国内外相继开展了大量的钢管控冷技术开发工作，但由于无法实现钢管冷却过程的温度均匀性控制，几无成功先例，成为领域内国际性难题。突破在线组织性能调控已成为热轧无缝钢管高质绿色化生产的关键技术瓶颈。2013年起，东北大学与宝钢股份合作，历经7年终于攻克这一世界难题。
他们率先开发出具有内外壁快速均匀冷却和直接淬火功能的热轧无缝钢管在线控制冷却技术与装备，并在国际上首次实现工业化稳定应用。实现PQF460机组钢管轧后全部10-36m长度钢管的控制冷却及直接淬火。
开发出基于在线冷却温控模型、钢管全长温度动态自适应算法及多流程工艺控制策略的热轧无缝钢管在线控制冷却自动化系统。实现了高效（匹配最快40s热轧节奏）、均匀（全长/周向控温精度±20℃）稳定生产，管形及直度良好（椭圆度＜1%D，直度＜5mm/m）。
基于在线控制冷却和淬火装备，进行生产流程再造，实现在线组织调控的短流程生产，开发出高等级套管、管线管、结构管等热轧无缝钢管的全新成分体系及工艺技术，实现了三大类品种、全规格系列化生产。同比传统工艺，晶粒度平均提高1-3级，冲击韧性提高20-100J，110ksi级抗硫管在线控冷+离线调质同比二次离线调质工艺抗硫指标Kissc值提升10%，达到30MPa·m1/2以上，替代传统二次离线调质工艺，吨钢成本大幅降低。“无缝油井管在线控冷技术用于套管生产”提案通过美国石油协会（API）纳标申请，实现了我国钢管制造企业牵头修订API标准零的突破。成果已成为宝钢平台性技术。
3.10涟钢：薄规格高强工程机械用钢和耐磨钢国际领先（最小厚度2mm）
高强工程机械用钢和耐磨钢我国长期以来引进，特别薄规格更是“短板”中的“短板”。引进产品价格昂贵，供货期不能保证，制约了我国工程机械行业的发展。涟钢与高校合作，自主创新研发最薄可以处理厚度2mm的淬火机，开发了2250热连轧直接淬火和离线辊式淬火新技术，批量生产薄规格、热连轧热处理板。2016年起，开发1300MPa工程机械用钢和2200MPa级NM600，均为世界最高级别结构钢和耐磨钢板，全球首发，获中钢协新产品市场开拓奖。2018年起，突破世界最薄2mm淬火板制备技术，形成工程机械用钢和耐磨钢两大类产品，整体达国际领先水平。目前，涟钢已经成为世界最大的薄规格热处理高强板生产基地，具备年产能力120万吨以上，成为生产薄规格高强钢板的单项世界冠军。
3.11 TMCP装备创新提升复杂断面型钢质量水平
复杂断面型钢以其独特的力学性能好、承载能力大、便于加工和安装、节约工时、造型美观、可回收再生等优点，在众多钢结构用钢中占据着主导地位。国内对型钢需求量正日益增加，市场前景十分广阔。
东北大学开发出复杂断面型钢的新一代TMCP系列装备及控制技术，其核心是基于新一代超快速冷却的均匀化控制理论，其特点是控制轧件在限定（通常极短）的时间内，快速降温至目标温度，实现对组织和性能的精准调控。超快速冷却设备具有体积小，流体换热效率高，冷却速率快，具有完善的自动控制功能，并解决了复杂断面型钢不同部位、不用厚度冷却均匀性及弯曲变形的难题，明显提高了产品的综合力学性能、使用性能以及生产效率，实现了节约型的产品成分设计和减量化生产，创造了较大的经济和社会效益。
根据H型钢的规格、产线特点及轧制工艺，分别开发出用于小型、中型、大型及重型H型钢轧后超快速冷却及轧后淬火-回火系列成套装备、控制系统及冷却数学模型，自主开发的装备和技术成功应用于马钢大型厂、津西钢铁、日照钢铁、河北天柱钢铁及马钢重型线等产线。该系统的投用大幅提升了产品的性能，先后开发出低成本Q355B、Q420、S450J0等级别产品，使Q355级别H型钢屈服强度提高50MPa以上，减少了Mn元素的添加，降低了碳当量；S450J0的屈服强度提升70MPa以上，减少了V合金含量的添加，组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体，晶粒度达到9.0级以上，取得了较好的经济效益；由于轧后超快速冷却的应用，使上冷床的温度大幅降低，取消了原有的冷床雾化冷却系统，冷床的能力得到释放，同时极大改善了产品的表面质量，实现了H型钢轧后冷却系统的自主研发。其中部分产线的全套轧线系统从国外引进，唯有轧后冷却设备由东北大学提供，先后开发出低成本Q355B、Q420、55C等级别产品，取得了较好经济效益。
东北大学与山东石横特钢合作，研制了大规格角钢轧后快速冷却系统，开发了角钢高冷却速率的均匀化冷却装备，采用分段冷却技术和翼缘冷却独立单元控制技术，解决了单对称面复杂型钢产品的冷却均匀性问题和弯曲变形问题。常规热轧高强度角钢多采用高纯净钢冶炼（炼钢采用RH精炼）+增加合金元素添加量+高温开轧+冷床自然冷却，生产成本高、冲击韧性难以保证。本项目以析出强化为主要强化机制，采用经济洁净钢冶炼+精轧前中间坯控温轧制+超快速冷却工艺路线，产品晶粒度达到9.0级以上，成功开发出特高压输电铁塔用高强高韧Q420（C、D、E级）系列角钢，高强度角钢冲击韧性的稳定，降低了对钢质洁净度的要求，并降低VN含量0.05%，吨钢平均利润1200元/吨以上，取得显著的经济效益。
船用L型钢及球扁钢为典型的非对称断面，属于复杂断面型钢，是轧后超快速冷却技术应用难度较大的一类产品。根据产品的结构特点和轧机布置情况，东北大学成功研发出船用L型钢轧后超快冷装备和技术，以减少DH36船用型钢在轧制过程及冷床上冷却过程中的变形，降低残余应力，实现高强度型钢的减量化生产，并满足用户的使用要求。该设备目前已完成现场安装，正在进行试轧阶段。
近年来，全球环境问题日趋严重，CO2减排已成为热点问题，我国做出了“3060”碳达峰、碳中和的庄严承诺。钢铁工业是典型的资源能源密集型流程工业，是国民经济支柱产业。高炉-转炉长流程在中国钢铁生产中长期占据主导地位。我国钢铁工业CO2排放占全球总排放量的5%-7%，占全国总排放总量的15%左右。因此，钢铁行业必须进行绿色化转型，围绕钢铁产业链布局绿色创新链，实现全流程节能减排、环境友好、稳定顺行、高效低耗、降本增效。同时实现产品的绿色化，向社会提供质地优良、减量增效、全生命周期环境友好的绿色钢材。所以，钢铁行业的绿色化必然推动钢铁产品的绿色化、高效化、优质化。所以，利用低碳绿色的钢铁生产技术生产低碳绿色产品，是我们双碳工作的主要内容之一。1）炼铁工序：在炼铁工序，开展低碳炼铁技术的研究，以低碳减排、降低燃料消耗、降低成本、稳定化生产，优化炼铁过程。目前已经开展的炉顶煤气循环、喷吹氢气、高喷氧、热压铁焦等技术，可以大幅度减排增效。铁前系统开展的“数字高炉”研究，也取得了稳定生产过程、提高铁水质量、防止炉凉事故、降低燃料消耗、增加生产产量的效果。2）炼钢、精炼与连铸工序：在炼钢和精炼环节，开发洁净钢冶炼技术，控制钢中的夹杂物，减少钢中有害元素，采用“数字炼钢”技术，可以精准控制终点温度、终点成分和冶炼时间，从而提高钢水质量；采用无缺陷坯连铸技术，提高连铸坯的质量，减少裂纹、偏析、夹杂、疏松等凝固缺陷；采用高速连铸技术，提高连铸效率等；大废钢比炼钢技术，有效利用废钢资源是目前的一大热点。针对高锰钢、高硅钢、高铝钢开发的需要，积极进行炼钢、连铸工艺和保护渣的研究，克服这些元素带来的负面影响，稳定过程。3）轧钢工序：在连铸与轧钢的界面，开发连铸直轧或无头轧制等短流程技术，继续推广和应用TMCP技术，TMCP技术由板材发展到型材、管材，由普钢发展到特钢与合金钢，由长流程发展到短流程，促进减量化生产和性能提升。特别是TMCP装备推广到钢管和型钢生产，改变了型材和管材的生产理念，为其发展注入了新的活力。
“数字轧钢”正在探索产品尺寸、材质、表面一体化整体控制，是“数字轧钢”具有巨大潜力的应用场景。这些绿色化和数字化转型措施极大地提高了产品的质量、产量，降低成本与消耗，提高生产效率，对于钢铁行业的高质量发展具有重要意义。在这种形势下，绿色化钢铁产品，如高强钢、耐腐蚀钢、高性能钢等发展迅速，成果显著。
4.1首钢：高品质、绿色化商用车车轮用钢助力商用车低碳减排
高品质商用车车轮用钢（650-800MPa）作为首钢商标产品，产品设计、高质高效制备与关键应用技术均达到国际领先水平，获得2020年中国钢铁工业产品开发市场开拓奖等奖励，解决了轻量化钢制商用车车轮的用材难题，成功应用于正兴车轮、日上集团、兴民智通等国内领先车轮制造上市公司的轻量化车轮产品，出口德、日、美等多个国家，并在一汽、Daimler、日野及宇通等国内外车企广泛应用。
首钢650-800MPa车轮用钢替代传统590MPa高强车轮钢，实现单轮减重8%-16%，疲劳寿命突破100万次。该系列产品总供货量近30万吨，可制作约610万套车轮，配套重载货车约26.5万辆。610万套轻量化车轮节约钢材约1.8万吨，减少碳排放3.6万吨。按货车每年20万公里运输里程，单车节约燃油约662升/年，单车碳排放量降低约1656kg/年，26.5万辆商用车年节约燃油1.76亿升，年二氧化碳排放量约44万吨。该系列化产品市场占有率超过60%，极大地推动了我国车轮及商用车轻量化的进程。
4.2太钢：低成本、高性能不锈钢
太钢是我国不锈钢的龙头企业，长期致力于低成本、耐腐蚀不锈钢产品的生产。低成本、节约型、高性能的产品不断得到突破，创造巨大的经济和社会效益。
高铬超纯铁素体不锈钢。超纯铁素体不锈钢发展于上世纪70年代中期，铬含量超过25%，含钼1%-4%，部分钢种含少量镍，耐点蚀指数PRE≥35，耐蚀性能远优于常规铁素体不锈钢，相当于超级奥氏体或镍基合金，同时该类不锈钢具有热膨胀系数低、导热系数高、对应力腐蚀不敏感、焊接性能优异等特点，是换热器行业或大型建筑屋面的理想材料。太钢攻关团队在充分调研服役环境前提下，开展大量研究工作，解决了合金元素优化设计、超低碳氮冶炼技术、亚光表面控制技术、焊接技术，成功开发出TTS445J1、TTS445J2、S44660系列高铬铁素体不锈钢，在换热器行业和建筑行业得到了批量应用，填补了国内空白。采用太钢S44660超级铁素体不锈钢冷板生产的焊管实物质量达到了美国普利茅斯同类产品水平，应用于机场、体育场馆、冷凝器、换热器等领域。
经济型双相不锈钢。以双相不锈钢为代表的高性能、资源节约型不锈钢具有高强度、轻量化、长寿命、低合金成本等特征，应用广泛，适应了当前“碳达峰、碳中和”的政策要求。双相不锈钢具有高强度、良好的耐Cl-点蚀、耐应力腐蚀以及可焊性，同时与同耐蚀性级别相当的奥氏体不锈钢相比，贵重合金Ni、Mo的含量降低50%以上，已经成为资源节约型不锈钢品种的典型代表。近年来，太钢围绕经济型双相不锈钢开展了大量的研发工作，解决了冶炼连铸技术、低氧、高洁净度控制、热加工技术、热处理技术、板材酸洗工艺、冷板高强化工艺、焊接技术，开发成功S32101、S32001、TDS2102、TDS-630、S32003等系列板材。产品实现了极限低成本与高性能的完美结合，在石油、化工、造船、核电、交通等多领域具有广阔的应用前景。
低成本高强度Cr13型不锈钢铁路货车。降低不锈钢制造成本、替代碳钢材料、拓展应用领域等成为不锈钢企业的重点发展方向。低成本高强度Cr13型不锈钢合金元素含量低，不含或少含贵金属元素，同时具有高强度、良好的耐蚀性、一定的加工性能，是性价比极高的资源节约型不锈钢材料。以T4003、TSZ410、T4003CR、TGR410、TBL12为代表的系列低成本高强度Cr13型不锈钢，解决了低成本设计、热处理技术、用户加工技术、实现了低成本与高性能的良好匹配。
电子电路行业用SUS630冷板。SUS630属于马氏体沉淀硬化不锈钢，生产难度主要集中在极高的成品硬度及均匀性、优良的板形和极低厚度同板差等方面。目前该产品全部依赖日本进口，属于我国典型的“卡脖子”产品。太钢开展的主要技术工作，热加工技术、时效处理技术、低厚度同板差控制技术、合理的热轧及冷轧凸度控制、超平板形控制技术等方面取得突破，打破了日本产品的垄断，并将在智能锁和传送带领域获得应用。此外，太钢还在光伏低碳清洁能源用铁镍基合金、航空模具用Ni36殷瓦合金材料研究开发等方面取得重大进展，解决了市场的急需。
4.3鞍钢：新一代铁路车辆和煤气管网用耐蚀钢
针对铁道运煤敞车运输酸性介质和煤气管网硫酸腐蚀问题，鞍钢采用Cr、Ni、Cu、Sb等元素的复合优化成分体系，实现了传统耐候钢合金设计理念的创新；将先进原子探针分析技术与透射电镜技术相结合，在原子尺度上揭示苛刻腐蚀环境下表面膜微观结构的耐蚀机理，首次发现了Sb和Cr协同在锈层中富集，并形成致密锈层，显著阻碍浸蚀性离子传输并更加耐硫酸根和氯离子的腐蚀；开发的新一代铁路车辆用耐蚀钢全流程关键技术，工艺和质量稳定，钢板的性能优于国内外同类产品实物水平。产品具有优异的耐蚀性能、高强度、高韧性、易焊接及优异的冷成型性能，成功应用于具有世界先进水平的27吨轴重新型铁路货车C80E和企业煤气管网建设。技术达到国际领先水平，极大提高我国钢铁材料、铁路运输装备、煤气管网工程的国际竞争力。
4.4东大：氧化铁皮控制技术
本项目针对钢材热轧氧化行为控制这一世界性难题，通过对单体关键技术的研发，解决了氧化皮粘附性与结构转变控制、氧化皮界面弯曲度控制及高效除鳞等核心问题，开发出用于跟踪热轧过程氧化行为的智能控制系统，形成了具有完全自主知识产权的热轧氧化成套控制技术，不仅解决了普遍存在的典型表面缺陷问题，而且使氧化皮因具有免酸洗、易酸洗或耐腐蚀等特殊功效而“变废为宝”。该项目实现了氧化皮高粘附性与结构控制机理与技术、合金元素选择性氧化的交互作用、基于FeO韧脆转变行为的“喷淋裂化”除鳞技术、钢材氧化行为在线软测量及最优工艺智能控制等主要科技创新。
本项目在国家及企业重大项目的持续支持下，经十余年研发，通过对钢材热轧过程中氧化行为及机理的系统研究，开发出具有完全自主知识产权的表面质量控制技术，目前已经推广应用于鞍钢、河钢、太钢、宝武、马钢、涟钢等19家钢铁企业，覆盖包括热连轧、薄板坯连铸连轧、中厚板及高速线材等45条产线。对C-Mn钢、低碳钢、低合金钢等系列钢种实现了技术全覆盖，并推广至高碳钢高速线材、CSP无取向硅钢及镍系低温用钢等，覆盖80%以上热轧品种。开发出强度级别覆盖400-800MPa的免酸洗钢实现了结构钢的免酸洗加工；系列高强酸洗板表面满足了宝马等汽车企业及海尔等家电企业的严格要求，替代国外同类产品；工程机械用钢的表面质量超过日标要求，成为日本高端工程机械制造企业的专供产品；有效消除了高强及超高强船板钢的表面色差，满足了我国国防“大国重器”对表面质量的严苛要求。近3年涉及产能超过6500万吨，创造直接经济效益20.88亿元。相关技术输出至韩国浦项钢铁公司和现代钢铁公司并进行了工业应用。
薄板坯连铸连轧表面质量控制技术成功输出至韩国浦项钢铁，为改善其无头轧制CEM产线热轧板的氧化皮厚度和结构提供了技术支撑。钢材氧化行为在线软测量及最优工艺控制属于国际首创，相关技术成功输出至韩国现代钢铁第二热连轧生产线，并进行示范应用。
4.5高性能含Nb耐候桥梁钢的发展
推动桥梁钢绿色化发展最具代表性的钢种就是耐候桥梁钢。“十三五”及“十四五”时期，高性能含Nb耐候桥梁钢的开发取得了突破性进展，其广泛应用把国内耐候钢桥的发展由涂装、半涂装推向免涂装的全新发展阶段。目前，中信金属公司铌微合金化技术中心与南钢集团、鞍钢集团和首钢集团合作相继开发了基于Nb微合金化技术和TMCP工艺的Q345qENH、Q370qNH、Q420qENH等系列化钢级，尤其是鞍钢集团和首钢集团开发的高强度高韧性高耐候低屈强比钢级Q420qFNH（-60℃冲击吸收功不低于47J，Y/T不大于0.86）成功应用于中俄黑河大桥，更是将耐候桥梁钢的开发推到了一个崭新的高度。另外，采用南钢集团开发的耐候桥梁钢的拉林铁路藏木雅鲁藏布江特大桥（Q420qENH）、官厅水库特大公路桥（Q345qENH）均是典型的免涂装钢桥。
目前世界已经进入数字时代，钢铁行业必须与数字经济、数字技术相融合，发挥钢铁行业应用场景和数据资源的优势，以工业互联网为载体、以实验室、中试平台、生产线的数据感知和精准执行为基础、以边缘过程设定模型的数字孪生化和CPS化为核心、以数字驱动的云平台为支撑，建设钢铁企业数字化创新基础设施，加速钢铁行业的数字化转型。这项工作正在进行中，其中企业的实验室和中试平台的建设已经进行了十几年，我国钢铁行业多数企业的研究院或技术中心都装备了各类模拟设备和中试装备，为这些企业的技术进步和产品创新发挥了重要的作用。评价与表征的实验工具主要包括各类材料组织分析和性能测定的仪表、仪器，这一点长期受到重视，以往已有大量的投入。原子探针、球差校正透射电镜等高级分析仪器在逐渐普及。合成与加工的实验工具主要是各类物理模拟实验工具。依据规模，物理模拟实验工具可以分为3类，即实验室级实验工具、中试级实验工具、生产线级实验工具。已经有一批实验室级物理模拟装置，例如热力模拟试验机、连续退火模拟试验机、涂镀模拟试验机、连铸实验模拟机、钮扣式冶炼装置等开发出来，已经在企业中广泛应用。
中试级的物理模拟实验工具应用也十分广泛，在太钢技术中心、河钢集团钢铁研究院、鞍钢钢铁研究院、宝钢中央研究院、山钢日照基地等企业建设的中试实验基地，有新型的实验用小型转炉、电炉、电渣炉等冶炼装置，以及各类热轧机及轧后控制冷却装置、冷轧实验轧机，连续热处理与涂镀试验线等轧制与热处理中试线。一些小型的高炉、转炉、连铸生产设备，也被作为中试装备，继续留用，为炼铁、炼钢、连铸的绿色化和数字化发挥作用。这些中试基地已经达到了很高的水平，其中大部分处于国际领先水平，在国际上有重要影响。企业发动技术人员利用这些装备和仪器，进行产品工艺优化、新产品开发、新设备原型机研制，取得丰硕成果，提高了企业的自主创新能力，锻炼、培育了企业的科技创新队伍，增强了企业的核心竞争力。薄带连铸、薄板坯连铸等新工艺中试装备在我国的短流程生产工艺装备研发上也发挥了重要的作用。
生产线级实验工具可以利用生产线上可获取的全部大数据，进行机器学习、深度学习，挖掘出生产线中隐含的全部规律，破解钢铁全流程“黑箱”，对于提高研发效率、降低研发成本有重大意义。
2017年国家“十三五”原材料行业智能制造科技专项汇聚了企业和学校、研究单位的研究力量，系统研究了钢铁行业数字化转型高质量发展的目标、路线和具体措施。这些工作的最终目标，就是利用工业互联网、云计算、大数据、人工智能、5G等最先进信息通讯技术，破解钢铁全流程的“黑箱”，建立起具有“数据驱动、软件定义、虚实映射、泛在连接、异构集成、系统自治”六大特征的信息物理系统。
河钢集团邯钢、华菱集团涟钢、建龙集团抚顺新钢铁、山钢集团莱钢、鞍钢股份等钢铁企业与华为等信息产业公司、高等院校、研究单位协同合作，艰苦探索，加速进行钢铁全流程、一体化数字化转型，努力建设数字钢铁。大家逐步认识到，钢铁行业必须与数字经济、数字技术相融合，发挥钢铁行业应用场景和数据资源的优势，以工业互联网为载体，建设钢铁企业数字化创新基础设施，加速建设数字钢铁。
经过几年的艰苦探索，在数据驱动、数字化转型、全流程“黑箱”破解、数字孪生设定模型、数字驱动的资源优化与管理云平台、网络通讯、数据中心建设等方面已经取得重要进展，产品质量提升、生产过程增效、新品快速开发、企业人员队伍增强创新能力的大好局面正在形成。依据这些工作，已经总结出下述建设钢铁材料创新基础设施、实现钢铁行业数字化转型必须的关键共性技术：数据驱动的IT架构（简明、柔性）；数据驱动的数据中心：数据处理功能，提取、转换、存储（时间序列）；数据驱动的信息感知：齐全、准确、可靠、安全；数据驱动的科学分析：数据科学---大数据/机器学习（AI），设定模型数字孪生化；数字驱动的智慧决策：全流程数字孪生模型的边缘过程设定控制；数据驱动的精准执行：执行机构精准、快速、安全；数据驱动的循环赋能：信息感知-科学分析-智慧决策-精准执行；制造主流程、一体化的虚拟模型与实际过程实时融合的CPS化（数据驱动）；数据驱动的资源配置与管理云平台：生产调度、设备运维、能源-物流-排放管理、等等；自动化系统补课：远程化、自动化、机器人化；软件定义：标准化软件，降低成本、提高效率、便于使用推广，快速转型；软件开发：无代码编程，简单易学，便于推广，形成数字化生态；网络：光纤+5G，无时不在，无处不在，即插即用，泛在网络；安全：网络安全，标准化软件；系统安全开发与上线：数据驱动的离线开发与调试-在线操作指导-在线运行（基于数据驱动的IT架构，安全上线，规避风险），安全、稳妥的数字化转型。
我们相信，材料行业的数字化转型，材料创新基础设施的建设，将发挥数字技术的放大、倍增、叠加作用，降低材料开发成本，提高材料开发效率，将会对我国新型钢铁材料的开发和传统钢铁材料的工艺技术改进与优化，发挥关键的、无可替代的作用。低成本、高效率、超级性能钢铁材料的成功开发和应用热潮将席卷中国，引领世界，为中国经济的持续发展和世界经济的复苏带来新的活力。
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