制约模具钢中厚板技术进步以及全行业推广三方面技术瓶颈如下： 1、高碳-高合金模具大板坯开发瓶颈—模具钢中厚板谱系化问题 受转炉冶炼高合金化损耗大、均质化困难，尺寸效应引发的大板坯裂纹问题制约，世界上尚没有采用“转炉+立弯式连铸” 进行高碳-高合金大板开发的先例（C：0.36-0.45wt%，合金：9-15wt%），基于不对称变形条件下等向冲击性能（≥0.8）及满足NADCA标准的组织控制技术，1000-4000mm超宽板短制程生产技术亦是空白。 2、复合模具钢开发瓶颈—模具钢中厚板厚度提升问题 真空复合坯料在成本上、生产节奏上优于钢锭，在轧制规格及内部质量方面上优于400mm以上规格连铸坯。其技术本质在于金属 “熔化-凝固”的延申，因此模具钢的易裂难焊性（CE:0.56-3.38）、模具钢的高磁性对电子束的磁偏吹等成为利用复合坯生产模具钢最大的技术瓶颈。世界上尚没有采用“真空电子束复合”技术进行模具钢开发的成功案例。 3、低圧缩比、短制程模具中厚板生产工艺瓶颈—生产的轧制极限和效率的问题 无论是谱系化模具钢中厚板生产，还是复合技术生产，均需最大程度的挖掘连铸坯料的轧制极限，即突破行业内中厚板生产最小压缩比，达到压缩比≤2的水平，同时实现短流程并保证质量长期稳定、可控。 鞍钢股份有限公司项目团队依托省、集团重大项目，开展高品质模具钢中厚板关键制备技术攻关，突破传统连铸生产模具钢的合金化极限，坯料规格极限以及压缩比极限，形成“高效生产-稳定控制”一体化工艺，实现“关键制备技术-材料应用”全链条自主创新，开发出五大系列30余种模具中厚板产品。

钢铁工业是国民经济的支柱产业，也是污染物和碳排放重点行业，根据研究报告我国钢铁行业二氧化碳排放占全国总量的16%左右。在国家“双碳”目标及十四五“更趋严格的能耗”要求下，钢铁行业低碳绿色发展越显重要。我国钢铁工艺主要以高炉+转炉长流程冶炼为主，长流程钢占比90%，而长流程的吨钢CO2排放在1.8~2.2t，二氧化硫、颗粒物、氮氧化物等污染物排放0.7kg/t以上，其中高炉炼铁系统的污染物排放占90%以上，CO2排放占85%以上，所以高炉炼铁系统的节能减排对钢铁工业低碳绿色化发展意义重大。 我国高炉炼铁炉料结构主要以烧结矿为主，烧结矿平均入炉比例在70%以上，但烧结工艺普遍存在工序能耗高、烟气和污染物排放量大等问题，对炼铁系统的污染物和碳排放影响较大。球团工艺的能耗和污染物排放仅为烧结工序的50%以下，CO2排放为烧结的30%左右，所以用球团替代烧结，提高球团矿在高炉炼铁中的使用比例有利于降低炼铁系统的污染物和碳排放。

铁矿石供应能力严重不足成为钢铁原料供应链“脆弱”的关键，其保障程度关系到国民经济稳定发展和国家安全。金属矿山正面临着“由上至下，由浅至深、由易至难”的关键转型期，在生态环境和生产成本双重压力下，安全、绿色、高效开采是必然选择。作为金属矿山采掘难以替代的重要手段，爆破还面临着关键科学与技术难题亟待研究解决：炸药爆炸做功与岩体破碎耗能的耦合作用机理尚不清楚；炸药能量释放与爆炸裂纹扩展的有效控制原理还有待进一步研究；其表现技术方面的问题主要有：爆破落矿块度大、贫化率高；爆破掘进效率低、成型差；爆破设计水平低、精准性差。 针对以上关键科学和技术难题，北京科技大学杨仁树教授团队依托国家和省部级科研项目的支持，并以鞍钢弓长岭井下矿为工程背景开展科研攻关。通过爆炸能量释放精密控制原理的研究，实现了理论创新和爆破技术的突破，建立了金属矿山安全高效爆破工艺技术体系，将研究成果服务于工程应用并逐步推广使用，取得了良好的社会和经济效益，为提升我国金属矿山铁矿石产能提供了保障，2021年该成果荣获冶金科技进步一等奖。

作为国内超80%高炉渣的处理工艺，底滤法水冲渣工艺一般在过滤池内铺设一定高度、按照粒度分层级铺设的鹅卵石作为过滤层。这种技术存在明显弊端：一方面，鹅卵石质量、规格缺乏统一的标准，自动化生产差；另一方面，鹅卵石对自然环境依赖性强且破坏自然生态。因此，在2017年之前，中冶设备总院便开始研制一种“完美”的滤料用来替代鹅卵石。 钢渣是钢铁企业利用较差的大宗固体废物之一，一直都是钢铁工业绿色低碳发展的“拦路虎”：一方面，大部分钢渣得不到有效利用，堆积成山；另一方面，钢渣产量却随着粗钢产量的增长而不断增加。因此，中冶设备总院基于将钢渣“变废为宝”，资源化利用的思路，开发出利用钢渣制备“过滤球”工艺，从而为有效解决钢渣资源化利用和鹅卵石基过滤料的弊端问题提供了可行性途径。

当前限制薄带铸轧技术进一步发展的瓶颈主要有四个方面： 1.生产稳定性差，核心技术指标偏低，生产成本高。薄带铸轧产线是将钢水到带钢卷取集合在一起的连续性产线，其中一个环节出问题，整个生产过程就要中断，尤其是在铸区，对钢水质量、耐材质量、工艺控制等要求非常高。纽柯公司Castrip产线计划完成率不到80%，连浇炉数不足4炉，成材率也不到90%，这导致其生产成本较高，产品竞争力不强。 2.薄规格产品比例低，技术优势未充分发挥。薄带铸轧技术可直接铸出2.0mm以下厚度的铸带坯，易于实现薄规格产品生产，同时单机架轧制也利于板型控制。但在集中生产薄规格产品时，单道次轧制压下率大，导致板型控制困难。 3.工艺优势未充分利用，特色品种少。薄带铸轧亚快速凝固的优势，可消除易偏析元素含量高的钢种在凝固过程中的偏析，从而充分利用相应元素的有利作用。但部分元素对于凝固过程和相变过程的影响，会导致钢水稳定成带困难、带钢易出现表面微裂纹等问题，因此此类产品一直未能量产。此外，利用薄带铸轧过程强化元素特殊的物理冶金规律表现，以及短氧化过程的特点，可开发具有显著成本优势和良好使用性能的产品。但技术引进时纽柯公司Castrip产品主要是结构用低碳钢和低合金高强钢，在特殊钢种的开发和推广应用方面一直没有涉及。 4.设备由国外供应商提供，采购成本高，部分设备使用效果不理想。薄带铸轧产线流程短、工序紧凑，在很短距离内工艺控制点多，设备要求高，目前产线设备只能由国外少数供应商供应，价格高且供货及时性难以保证。 以上这些问题导致薄带铸轧生产成本高、产品品种少、应用面窄、产品竞争力相对较差，严重影响了薄带铸轧技术的推广和应用。薄带铸轧技术如何实现从“可以生产”到“稳定高效生产”的突破已成为钢铁行业亟待解决的难题。

薄板坯连铸连轧技术的出现，适应了这种客观形势的需要，是近30年来世界钢铁工业取得的重要技术进步之一，是继氧气转炉炼钢、连续铸钢之后，又一项带来钢铁工业技术革命的新技术。CSP轧机上的生产工艺研究和生产实践上取得了显著成果，并在国内某些厂家实现了半无头生产模式，在提高产品的厚度精度、板形质量、通卷组织性能稳定性、均匀性和成材率方面体现出显著的优势。但面对钢铁产能过剩，特别是热轧板卷严重过剩的现实，此类薄板坯连铸连轧产线面临着传统产线日益严峻的挑战，需要进一步开发全无头轧制技术，从而更大程度发挥流程优势、增加产品的附加值、降低产品的制造成本并增加生产过程的环境友好性。2009年2月意大利Arvedi无头轧制技术（ESP）投入工业化生产，标志着连铸连轧技术的又一次进步。基于此，2015年，日照钢铁率先引入亚洲第一条，世界第二条薄规格无头轧制生产线。 无头轧制的优势有：1)节能效果显著：同传统热连轧比较，节能40~60%；2)大规模生产高质量薄/超薄宽带钢，实现“以热代冷”；3)带钢高性能均一性、高尺寸形状精度(传统工艺无法实现)；4)成材率比传统工艺提高1%以上(高成材率，低氧化烧损、无切损)；5)吨钢生产成本低，产线投资低。 同时无头轧制生产也存在以下难点：1)产线高拉速、高刚性(无缓冲)、多工序装备一体化集成控制；2)单浇次连轧数千吨薄宽带钢生产组织、质量控制、带出品最低化、事故控制处理等远大于传统工艺。同时ESP生产技术在引进过程中，因国内无可参考技术，生产中发现与理想状况还存在较大差距。为解决ESP产线存在的技术瓶颈问题，日照钢铁联合国内知名高校和科研院所，不断调整思路，优化试验方案，对存在问题逐一分析，开发出ESP线多炉高拉速连铸无缺陷铸坯控制技术、薄规格带钢板形稳定控制技术、基于ESP产线的铁素体轧制工艺技术、超薄宽带钢系列产品的ESP工艺技术等，形成世界规模最大的低碳节能效果显著的高质量薄宽带钢短流程生产基地。。

我国基础件用钢年产量超过3000万吨，约占特殊钢总量的30%，是量大面广的特殊钢品种。基础件产品种类丰富、制造工序繁多且质量要求逐步提升，对原材料的组织和性能提出特殊要求，但目前中高碳特钢线材在线组织性能精准调控仍是突出的技术难题，典型代表有：1）弹簧钢51CrV4等淬透性较强，小规格线材常规工艺易出现M+B组织，直接深拉拔时材料心部易发生“人字型”裂纹；2）8.8级紧固件用免退火冷镦钢市场需求量大，但当前产品球化/退化珠光体比例小，变形抗力大，模具损耗高而应用受限；3）工具钢S2（67SiCrNiMoV）淬透性高，轧后易形成M组织，在储运及加工过程易发生脆断导致报废；4）因低温变形抗力大，轴承钢100Cr6传统工艺不利于碳化物网状控制，显著影响滚动体轴承疲劳寿命；5）高强帘线钢LX86A要求原材料具有高索氏体化率、无封闭网碳，以保证深拉拔及捻股及疲劳性能，因此通常采用离线热处理（球化退火、盐浴或铅浴）及二火材等工艺来解决，带来成本增加、成材率低、能耗高、环境污染等一系列问题。 中天钢铁集团特钢公司通过在线组织调控技术的持续创新是有效解决上述问题的有效途径。传统控轧控冷技术（TMCP）主要应用于板带及型材生产，相关研究及技术成果较多。相比之下，基础件用特殊钢线材的在线组织调控技术研究相对薄弱，缺乏系统性，应用受限。因此当前特钢厂亟需结合下游用户的需求，加强研究力度，加快推进我国特钢线材的高品质、绿色化、节约化发展进程。

宽带钢薄板冷连轧机组是冶金生产流程的高端装备，轧钢技术复杂、设备控制先进，是一个国家钢铁工业发展水平的重要标志。其要求高速轧制、多机架速度带张协调、厚度及板形的高精度控制，需要通过轧机传动的速度控制、五机架的速度协调以及辊缝调节来保证带钢金属秒流量相等、带钢张力恒定，故冷连轧机组高速运行下速度调节精度、动态响应时间直接影响产品质量和轧制过程的稳定性。 随着轧钢技术的发展及中高端客户的不断提升，宽带钢薄板冷连轧机组生产工艺要求更薄的带钢产品(<0.2mm),更高的产量（即更高的轧制速度），更好的板形质量，所以要求传动速度、带钢张力、轧机厚度AGC和弯辊窜辊等必须高度协调，这就要求其电气传动系统要具有大功率（5-7MW）、高转速（大于1000rpm）、高精度（<0.01%）和高动态响应(<5ms)的技术性能，大型冷连轧机组传动系统一直被认为是电气传动技术的最高台阶。 河钢邯钢依托和响应国家大型装备国产化的科技政策，对冷轧机传动的核心功率模组国产化替代、IGCT保护等难题进行了深入研究并取得部分成果，为进一步突破核心技术，又联合深圳市禾望电气股份有限公司、冶金自动化研究设计院、北京首钢公司成立了“1780mm冷连轧机组交直交传动系统的研发和应用”项目组，共同针对邯钢1780mm宽带薄板冷连轧机组大功率交直交变频调速技术进行攻关，在国内首次自主研制了冷连轧交直交变频调速系统并成功应用，实现了冷连轧机组交直交变频传动核心部件及成套装备的国产化。

2004年起，北京科技大学朱荣教授团队依托国家科技支撑计划、国家自然科学基金重点及面上项目的持续支持，提出了“二氧化碳绿色洁净炼钢技术及应用”项目，从炼钢过程抑制烟尘、高效脱磷、稳定脱氮、强化控氧和底吹长寿等方面入手，以CO2利用、固废减量、钢质洁净、降本增效为目标，开发了二氧化碳利用于炼钢工艺的原创技术，发现并掌握了了CO2具有的反应冷却、气泡增殖、弱氧化、强冲击等独有特性，解决了炼钢烟尘和炉渣固废源头减量，钢水磷、氮、氧洁净控制的诸多炼钢工艺难题，先后发明了CO2-O2混合喷吹炼钢降尘技术、CO2控温高效脱磷技术、CO2吸附深度稳定脱氮技术、CO2稀释强化控氧技术和CO2强化底吹安全长寿成套技术，实现了CO2利用和炼钢生产工艺的完美结合，解决了炼钢脱磷、脱氮、控氧和底吹长寿等诸多炼钢工艺难题，开辟了炼钢过程CO2规模化消纳利用路径。

宝钢股份与东北大学通过产学研的紧密合作，协同创新，发挥高校基础研究理论创新优势与企业产线装备及工程技术优势，联合开展本项目科研攻关工作。 重点针对三大技术难题，提炼出环形断面均匀化冷却机制、约束断面温控-相变耦合与协调机制、高温形变细晶组织调控机制等三大科学问题，聚焦包括热轧无缝钢管控制冷却装备等在内的六大关键技术瓶颈，通过理论与实践相结合，率先取得“适于环形断面钢管的非对称冷却机制”等五大创新与技术突破，并最终实现理论、装备、工艺、产品的一体化创新。