长期以来，我国基础件用特殊钢质量稳定性、加工和使用性能与国外先进水平存在明显差距，导致基础件可靠性低、寿命波动大，无法满足高端装备制造业需求。针对以上问题，钢铁研究总院联合江阴兴澄特种钢铁有限公司等十家单位，在国家重点研发计划“先进制造业基础件用特殊钢及应用”等项目的支持下，钢铁研究总院等单位选取轴承钢、齿轮钢、非调质钢、紧固件用钢、轴用钢、弹簧钢等量大面广的典型基础件用钢，开展了高端基础件用特殊钢长寿命机理研究及一系列关键技术攻关。 在长寿命机理方面，重点研究了典型基础件用特殊钢中氧含量、夹杂物、组织等特征参数与疲劳寿命的关系、氢与钢中界面之间作用及氢脆机理，为典型品种长寿命化奠定了理论依据。在系列关键技术方面，重点突破了轴承钢超低氧、钛及DS夹杂物控制技术、齿轮钢窄淬透性带控制技术、非调质钢硫化物形态及分布控制技术、紧固件用钢窄成分控制技术、航空传动轴用钢低成本冶炼控制技术、弹簧钢脆性夹杂物控制技术等系列关键技术，使得基础件用特殊钢的质量稳定性得到大幅度提升。在此基础上，开发了先进制造业急需的一系列高端品种，包括Ds≤0.5的超高洁净轴承钢、≤4HRC超窄淬透性带宽的齿轮钢、1400MPa级贝氏体非调质钢、12.9级耐延迟断裂风电螺栓钢、低成本航空传动轴用钢、2100MPa级的高强度长寿命弹簧钢等。

推进智能制造是一项复杂的系统工程，需要统筹规划。河钢石钢制定了明确的智能工厂战略规划，完成了公司信息化体系建设和顶层设计。在智能工厂总体规划框架下，通过打造河钢石钢绿色化短流程特钢智能制造示范工厂，循序渐进、分布实施，逐步形成以大数据、数字化车间、全流程智能制造、行业云平台为支撑的钢铁数字化发展新格局，持续推进河钢石钢数字化转型和智能制造，建成全国钢铁行业数字化转型示范引领企业。 河钢石钢新区于2020年10月29日建成投产，采用电炉短流程特钢工艺，以生产“全流程”、业务“全覆盖”、架构“全层级”、层级“全贯通”、过程“全智能”的“五全”规划理念，着力打造“绿色、智能、节能、高质量、高效益”国际一流特钢强企。

在行业、市场环境和企业自身发展的需求影响下，承德建龙率先抓住了这一可持续发展的重要机遇，着力建设智能工厂，致力于打造国内首条无缝钢管行业“黑灯工厂”，通过构建完善的无缝钢管研发、制造、物流一体化业务，实现大规模定制化生产过程的可视化和产品质量问题追溯的透明化，全面提升生产的智能化水平，打造无缝钢管行业智能制造领跑者，为行业推进智能制造提供优秀样板和可复制推广路径。

目前我国材料创新能力受制于四个痛点问题：（1）研发资源分散、研发工具软件缺乏集成部署和管控，研发效率低；（2）原始数据大多集中在科研人员手中，缺乏数据共享和传承；（3）行业主流研发生态仍是研发炒菜式的“经验+试错”，数字化研发仍属局部；（4）现有超算平台难以满足图形界面、公网计算等材料研发需求，工具软件利用门槛高，软硬件资源利用率低。 针对上述问题，中国钢研充分发挥在金属新材料研发领域多年积淀的知识、技术和产业化优势，联合北京钢研新材科技有限公司、杭州德迪智能科技有限公司，从技术、场景和生态三个维度，开展Material-DLab金属材料数字化研发平台的构建及示范应用。对强化我国金属材料基础科研能力，加速数字化研发生态形成，促进行业协同创新和变革材料研发模式具有重要意义。

“纳米晶体材料”自提出以来，一直是科学研究领域的热点。纳米晶金属材料通常具有良好的强塑性匹配和耐磨性、优异的耐腐蚀性能、低温超塑性及生物相容性、高热稳定性和抗辐照性能等特点，因此其应用前景十分广阔。目前，关于纳米晶金属材料的制备及研究正方兴未艾，特别是块体纳米晶材料，因其性能潜力巨大、制备过程复杂且难度极高而尤为科学家们所关注。 当金属的晶粒尺寸减小至纳米级时，强度和硬度将显著提高，然而塑性和韧性会明显下降。这种强度和塑性的“倒置关系”普遍存在于传统的合金化材料中，这制约了纳米金属材料的应用。最新研究表明，通过对金属材料显微组织进行跨尺度多级界面调控，既可以保证纳米结构带来的性能优势，又能克服纳米结构的一些性能缺点。

绿色智慧制造背景下，通过设备运维的数字化与智能化，探索和推动工业领域设备管理变革升级，成为了新的课题。目前以“点检定修制”为代表的设备管理主要问题体现在： 1、过度依赖人的行为、经验，设备风险难以控制。以某钢厂为例，90%的设备故障是因为点检不到位，30%的重复性故障是点检不周导致，充分说明五感点检、经验判断已不足以支撑设备风险有效控制。 2、设备过维修与欠维修并存，综合维护成本居高不下。由于缺乏全面有效的设备状态把控手段，点检定修模式下过维修难以避免，同时也普遍存在设备老化严重、维护不及时的情况。 3、设备维护功能分割过细，制约系统效率提升。点检、运行、日修、抢修等多种角色并存，效率提升遇到瓶颈（行业万吨钢点检人员配置平均水平1人/万吨，国际先进0.7人/万吨）。 宝武装备智能科技有限公司、宝山钢铁股份有限公司通过新一代信息技术（ABC+IoT）应用，推动设备管理从“感官判断、经验决策”向“数据判断、知识决策”的智能化升级，支撑钢铁制造“智慧、绿色”转型，探索实践工业领域设备管理变革，带动行业高质量发展。总体思路如下： 1、以“三需要”（数字化转型、绿色可持续发展、设备管理变革）为初心，探索面向多维需求的设备智能运维系统解决方案。 2、以“三个一”（一个平台、一个专家系统、一套标准化体系）为核心，打造“远程、智能、共享”的设备智能运维管理新模式。 3、以“三提升”（资产效率、人事效率、管理效率）为目标，重塑设备运维价值链，实现设备管理价值最大化。

欧冶炉（简称“OF”）熔融还原炼铁工艺技术是经过工艺再造、装备开发和生态革命的非高炉炼铁新工艺。本技术变两段式COREX为三段式欧冶炉，创新性地开发了气化炉拱顶喷煤造气工艺、竖炉CGD工艺装置、欧冶炉煤气重整技术。显著提高了气化炉的煤气发生量和煤气质量，为降低燃料比奠定了基础。解决了竖炉煤气分布不均匀的结构设计缺陷，有效抑制了竖炉底部的反窜高温煤气，增强了煤气还原效率。同时，克服了传统炼铁工艺对优质冶金焦的依赖，解决了优质焦煤缺乏地区发展钢铁工业的资源制约性问题，利用动力煤代替块煤和冶金焦，从工艺技术上确立了欧冶炉的成本竞争力。开展了欧冶炉与高炉系统结合的研究，高效利用了传统高炉工艺产生的返焦及返矿资源，提升了各类原燃料的综合附加值。开发了欧冶炉的绿色炼铁新技术，成功处置了厂内含碳、含油、高硫等危险废弃物超过15000吨。实现了煤气脱碳循环利用技术在炼铁工艺的应用，进一步提升了煤气利用率，降低了化石燃料消耗。已形成完整的技术规程和操作标准。

本项目属于金属材料加工制造领域。汽车车轮作为行走部件，其轻量化节能效果是车体5倍以上。立项之初，我国商用车车轮最轻37kg，钢材强度最高600MPa，车轮进一步轻量化面临系列难题，如传统650MPa及以上双相钢强塑性好，但焊后成形开裂率达20%以上、疲劳寿命不足国标60%；双相钢轧速慢、中温卷取温度稳定性差；车轮结构设计不匹配及服役评估周期长。为此，开发650-800MPa级车轮钢高效化制备及应用关键技术，对解决商用车车轮轻量化材料设计、制备和应用瓶颈问题，促进我国钢轮行业进步和节能减排具有重要意义。 本项目历经近十年研发，取得以下创新： （1）提出了基于“材料设计、材料制备、材料应用”车轮轻量化思路，形成了高品质钢材开发、高效制备及高服役应用成套技术，开发了650-800MPa级系列车轮钢及28-34kg九款车轮产品，实现单轮减重8-16%且疲劳寿命突破100万次，并在国内首次通过欧标双轴疲劳实验。 （2）提出了基于“疲劳、成型、焊接、表面”良好匹配的高品质车轮钢组织性能设计，改变了传统双相车轮钢组织控制思路，明确了轮辋钢“细晶铁素体+针状铁素体+（0.85-0.90）屈强比”、轮辐钢“针状铁素体+马氏体组织+（0.70-0.80)屈强比”调控目标，实现了在34kg及以下商用车车轮上的批量稳定应用。 （3）开发了以中间坯快冷、精轧高速轧制和轧后前后段超快冷等协同控制的车轮钢高质高效轧制技术，解决了车轮钢组织调控、性能及表面稳定控制难题，实现了轧制效率提升30%以上。 （4）开发了轮辋对焊过热区塑性控制，双丝双弧角接头高熔深焊接、基于道路动态载荷的复杂服役工况疲劳分析等技术，实现过热区与母材硬度差降低至35HV以下，轮辋轮辐合成焊接头疲劳寿命提高1.5倍以上。 该项目获授权专利18项，其中发明专利12项，制定行业标准2项，获得2020年中国钢铁工业产品开发市场开拓奖。近三年产量27.7万吨，市场占有率≥60%，新增产值11.4亿元，净利润1.2亿元。高品质车轮钢应用于正兴、日上等龙头企业，出口德日美等多个国家，并在一汽、Daimler等企业广泛应用。该成果极大推动了车轮及商用车轻量化进程，具有广阔应用前景。

复相钢由于具有优异的折弯扩孔性能、疲劳耐久性能、碰撞吸能性能，应用于汽车关键零部件，对提升整车安全性能具有不可替代的作用。复相钢通常包含两类产品，其中冷轧复相钢主要用来制造对碰撞要求极高的门槛、座椅滑轨等车身安全结构件，热轧复相钢主要用来制造对成形及疲劳要求更高的底盘核心部件。受制于产线装备能力及产品高质量要求，项目之初我国复相钢产品及相关标准仍是空白，以北京奔驰为代表的汽车用户长期依赖于进口蒂森、阿赛洛、神户等国外钢企产品。近年来，国内宝钢借助于热轧产品升级及冷轧高强产线能力提升，积累了一定的复相钢生产开发经验，但国内外复相钢还存在一些难题尚未有效解决，如：热轧复相钢扩孔率波动大（30-80%）、成形能力不足导致开裂率高达4%，冷轧复相钢性能合格率仅有80%、折弯性能不良导致开裂率高达8%、边部开裂率达到5%、板形不良导致零件空间尺寸合格率仅有90%等。为此，首钢联合北京科技大学、北京奔驰等单位，历时多年，开发了780-1180MPa级别高性能复相钢系列产品，解决了复相钢生产应用共性难题，实现了技术引领，主要创新如下： （1）揭示了复相钢局部成形性能的影响机理，提出了基于微细颗粒残余奥氏体和纳米析出强化铁素体的组织调控新思路，开发了热轧控制中间层冷温度及冷轧低温退火的复相钢生产新技术，实现热轧800MPa复相钢扩孔率≥55%且伸长率≥12%，冷轧1000MPa复相钢180°弯曲半径达到0t。 （2）形成了极限规格冷轧复相钢“热轧-层冷过程凸度/平直度协同控制+大轧制力冷轧板形调控域优化”的全流程板形控制技术，解决了复相钢高轧制负荷下的板形难题，实现了平直度≤2mm/2000mm，制作零件空间尺寸合格率提升至96%以上。 （3）发明了基于材料的边部裂纹敏感性评价方法及基于零件成形方式的等效极限预测方法，揭示了材料物理特性对边部裂纹的影响规律，实现了材料与零件相结合的事前预测，复相钢冷成形边部开裂率降低至0.2%以下。 该成果获授权专利22项，其中发明专利14项，主持及参与编写国家标准5项。近三年产量累计近14.27万吨，实现净利润1.23亿元。高性能复相钢产品在奔驰、宝马、北汽、长城等用户广泛应用，镀锌复相钢市场占有率超过50%，奔驰国内供应商独家供货。本项目开发复相钢为汽车行业高端材料国产化做出了突出贡献，推广应用前景广阔。

项目属冶金科学连铸技术领域。项目为“十三五”国家重点研发计划“钢铁流程关键要素协同优化和集成应用”项目中的“钢铁流程铸-轧界面物质流与能量流协同优化及智能控制技术”课题的主要研究任务，以及企业间的横向技术合作。项目的研究时间为2015年9月-2021年12月。针对国内微合金化钢板带材生产中存在的能耗高、成材率低、生产效率低的实际情况，在实验室计算机仿真和模拟加热、轧制等实验研究的基础上，以邯钢、鞍钢、京唐、莱钢等大板坯连铸机-加热炉-轧机生产线为依托，重点开展了连铸坯表面无缺陷生产、边直裂控制和红送裂纹控制等关键工艺与装备技术的研发和工业生产验证工作。形成的关键技术成果与创新如下： （1）探明了边直裂的形成机理，创新性的提出：合理优化铸坯角部形状,可以提高铸坯温度的均匀性，同时有效改善铸坯轧制过程中的角部受力和变形状态，达到消除和避免轧制过程边直裂产生的核心思想。开发出独有的连铸坯角部形状二次倒角工艺与装备系统专利技术，在国际上率先实现工业化应用。大幅度减小板带材的裁边量，使成材率提高约1%。 （2）微合金化钢红送裂纹形成机理研究取得突破，开发出了独家的双工位铸坯红送裂纹在线控制工艺和装备专利技术，一方面使铸坯8～10mm表面层温度快速降低到铁素体相区，实现了微合金化钢由冷装或码垛温装向平均750℃以上快冷直装的跨越，另一方面满足了铸坯高拉速、高效率生产，彻底解决了铸坯表面残水蒸发给厂房及设备带来的污染。 （3）首次开发出基于热流监测的锥度动态控制技术和组合结构的侧面支撑足辊装备以及弧形曲面形状优化的新型倒角结晶器，使低碳钢和超低碳钢大倒角连铸坯正常工作拉速达到1.7m/min，最高拉速达到1.8m/min；同时有效避免了裂纹敏感性宽厚板铸坯的角部横裂纹缺陷发生，使铸坯表面无缺陷率达到99.6%以上。 （4）在世界范围内首次集成连铸坯表面无缺陷生产、边直裂控制和红送裂纹控制等关键技术，并辅助以多种优化工艺与控制模型软件，创建了低成本、高效化板带材绿色制造工业示范生产线。 项目开发实现了系统技术成果在国内大型钢铁企业的推广应用，优化了微合金化钢生产工艺，提高了钢的成材率、节约了能源、大幅度缩短了生产时间。有力的推动了行业技术进步。 项目共获得授权专利33件，其中国际发明专利4件、国际实用新型专利6件。为在国内和国际市场推广奠定良好的基础。