汽车用特殊钢品种繁多，生产工艺复杂，冶金过程需分钢种、定制化的精准控制，针对钢种特性进行产品工艺设计。汽车用特殊钢的控制难点可简要归纳为夹杂物塑性化控制、连铸冷却均匀性控制、铸坯中心偏析预测与控制和针对钢种特性的冶金过程综合控制。为此，湘钢与北科大钢铁冶金新技术国家重点实验室合作，组建了高品质汽车用特殊钢生产关键技术研发团队，开展了系统研究。

针对国内钢铁企业的上述缺陷，以及由此引发的微合金化钢生产效率低、能耗高等问题，项目以国内典型钢铁企业生产流程为依托，开发系统完整的工艺与装备技术，大幅度提高铸坯直接热装轧制的比率和热装温度、切实提高铸坯质量和钢的成材率，使铸坯正在成为物质流、能量流、信息流等的载体被直接输送到下一步轧制工序，优化铸-轧界面技术，实现典型钢铁流程的高效化、绿色化制造技术的工程应用，并建立应用示范工程向国内钢铁企业进行应用推广，为我国钢铁企业降低生产成本、节能减排奠定基础。

本技术非铝组合脱氧方式（硅锰预脱氧+扩散/沉淀脱氧+真空脱氧）冶炼轴承钢，由于硅锰合金的脱氧能力较铝脱氧弱，仅依靠硅锰合金脱氧不足以将钢液中的全氧含量控制在10ppm以下，而一般工艺采用的铝脱氧方法可以将全氧含量稳定控制在5ppm左右。因此，本技术中采用RH真空精炼方法，利用碳在高真空度条件下具有极强的脱氧能力的特点，对高碳轴承钢钢液进行深度脱氧，以弥补硅锰弱脱氧造成的脱氧能力不足的问题，将钢液的全氧含量控制在5-9ppm。加料过程中严格控制流程中铝的带入量，保证全流程低铝操作，严格控制钢中的铝含量，以减少钢中含铝类夹杂物的生成；同时采用碱度为1-1.5的低碱度精炼渣，降低渣中的氧化钙含量，将精炼渣成分控制在低熔点范围内，使钢中夹杂物主要为塑性夹杂物。这种工艺大大减少了钢中钙铝酸盐类和尖晶石类夹杂物的含量，形成了以硅酸盐类夹杂物为主要氧化物夹杂物类型的塑性夹杂物体系，保证了钢中D类和Ds类夹杂的极低量控制。同时有效的减少了钢中含铝类夹杂物的数量，大大提高了连铸可浇性，连铸过程中无水口堵塞现象，连浇17炉后水口内壁光滑无絮瘤物。解决了铝脱氧钢连铸结瘤率高，浇注不稳定，大颗粒夹杂物剥落导致的疲劳寿命异常问题。

本项目研究了耐候桥梁钢中Ni、Cr、Mo、Ca等合金元素的耐腐蚀机理、连铸坯生产及轧制与热处理过程组织及性能调控工艺、表面氧化铁皮控制技术和高精度板形控制技术等，成功开发出Q345qNH~Q690qNH系列耐候桥梁钢板，解决了工业海洋大气环境下耐腐蚀性不足、抗断裂性能低、板形不良等难题，满足了我国桥梁工程的需求。

《金鼎矿业高效开采与安全控制关键技术及应用研究》科研项目，以山东金鼎矿业有限责任公司王旺庄铁矿阶段空场嗣后充填采矿为工程背景，针对矿岩力学特性和裂隙演化规律未知、充填体设计强度不精细、充填体原位强度不明确、矿房结构参数不合理、生产爆破对一步充填体扰动较大和充填矿房稳定性未知等问题，北京科技大学与山东金鼎矿业有限责任公司开展《金鼎矿业公司矿山高效安全开采综合技术研究》和《山东金鼎矿业有限责任公司采矿安全性研究》科研课题，采用室内力学试验、宏-细观数值模拟技术、井下充填体强度快速检测技术、爆破振动监测和应力变形监测等先进技术手段，主要开展了矿岩力学特性及裂隙岩体强度研究、充填体物理力学试验及设计强度优化研究、充填体强度现场快速检测及智能预测技术研究、充填采场结构稳定性研究、矿石及充填体宏-细观动力学特性研究、地下采场安全监测技术研究等6项嗣后充填矿山高效开采与安全控制高效技术研究，对于提高矿山生产能力、增加矿石回收率、保证矿山生产安全具有重要的意义。

目前冶金工业机理模型的不足制约了工业互联网平台在冶金工业的发展。另外，由于行业机理模型这类核心行业知识难以通过短期学习就可以快速掌握，必须通过行业从业人员通过长期的实践才能获得。因此，将冶金工业全流程涉及的人、流程、数据和事物都结合在一起，将工业的技术原理、行业知识、基础工艺等形成机理模型并形成冶金流程行业工业机理模型库，是实现工业互联网平台在冶金工业领域价值的关键。 冶金工业机理模型是冶金流程行业工业机理模型库的核心，是各类应用和APP的技术基础，也是工业互联网平台技术能力的集中体现。目前，我国冶金工业机理、工艺流程、模型方法等方面的经验和知识积累不足，机理模型缺失，模块化组件化能力较弱，现有通用工业互联网平台尚不能完全满足工业级应用需要，大大制约了工业机理模型库的应用效果和实际价值。

氧化皮是钢材在高温下发生氧化作用形成的腐蚀产物，氧化皮面积越大，钢材基体腐蚀速度越快、腐蚀越严重，因此钢材加工前需要去氧化皮。传统去除氧化皮采用酸洗法，通过酸液和钢材表面的氧化皮发生化学反应除鳞，是国内外应用最广泛的除鳞技术，具有效率高、生产速度快等优点。但酸洗过程中产生的大量酸雾、含重金属离子废酸、含重金属酸泥、含金属离子的废水等危废，成为了环保重点管控的高污染源头，必须通过燃烧酸再生或中和处理后才能达到排放标准，严重影响了“碳达峰、碳中和”的目标实现，制约了当前钢铁工业的绿色、低碳、高质量发展。 为了解决上述环保与效益兼顾的难题，浙江谋皮环保科技有限公司自主研发了国际首创的热轧钢材MEC（Mopper Ecology Clean简称MEC）生态除鳞技术，其基本原理是，利用硬质材料研磨刷磨轧钢表面的氧化皮，但如何将分散的硬质研磨材料均匀牢固的附着在除鳞辊上，是实现高效除鳞工艺技术的基础和关键。该技术通过高速打磨去除钢材表面氧化皮，它的主要特点为“高效、环保、零排放”

近年来，新能源汽车迎来飞速发展。大力发展新能源汽车产业和普及新能源汽车应用对提升我国工业化水平、改善我国能源结构、防治大气污染等问题均具有不可估量的意义。 电工钢作为电磁转换的核心材料，决定了电机的整体性能。由于汽车行驶过程驱动电机需具备效率高、转速高、转矩大等特点，电工钢与之对应的关键质量特性包括低铁损、高强度和高磁感。与全球领先的新能源汽车企业相比，我国新能源汽车企业应用的电工钢产品电磁性能相对偏低。国内以首钢和宝武为代表的企业正在积极研发新能源汽车用电工钢，特别是0.30mm及以下厚度产品，但是由于市场、技术诀窍等原因，目前新产品仍处于开发试制阶段，尚未形成稳定批量化生产。因此国内新能源汽车用高性能电工钢开发及产业化滞后的现状严重制约了我国新能源汽车行业高质量发展。 为实现电工钢更低高频铁损、更高磁感和更高强度，新能源汽车用高性能电工钢的开发和产业化面临极低高频铁损控制难度大、电工钢强度与电磁性能矛盾难以调和、高合金电工钢生产难度大等行业技术难题。北京首钢股份有限公司和首钢智新迁安电磁材料有限公司牵头产业链多家单位，从2014年起启动“新能源汽车用高性能电工钢的开发和产业化”项目历经8年的开发，形成了以下关键技术： （1）开发以硫化物为核心的析出物无害化控制技术，实现以高熔点析出物为主的类型控制和尺寸粗大化控制；首创近立方织构为核心的系统化控制技术，实现近立方织构比例从45%提高到54%，开发出极低铁损高磁感25SW1250H全球首发产品。 （2）建立多元合金强化设计模型，发明了兼顾强度、磁性能和韧塑性的复合强化技术，综合利用多元合金固溶强化和位错强化技术，开发出目前行业最高强度35SWYS900产品。 （3）提出高合金电工钢轧制增韧增塑技术，突破高合金电工钢的轧制技术瓶颈；发明了退火炉微张力控制技术和高效热处理技术，首次实现(Si+Al)＞4.3%的高合金产品高效稳定生产。 项目开发了以极低铁损高磁感25SW1250H和目前行业最高强度35SWYS900为代表的多项新能源汽车用高性能电工钢产品，并批量应用于大众、比亚迪、理想等国内外知名新能源汽车企业。近三年首钢新能源产品销量累计7.85万吨，实现销售收入6.8亿元，为中国由“汽车大国”向“汽车强国”转变及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。

发动机用高应力长寿命弹簧是弹簧行业“金字塔尖”的产品，其作为汽车的“心脏”——发动机的关键部件，要求超高的可靠性和稳定性，疲劳寿命基本要求是2300万次。 目前国内超纯净高强度汽车弹簧钢基本依赖进口。日本神户、新日铁等少数国外钢铁企业在弹簧钢及其制品行业形成了稳固的产业链和供需关系，对国内弹簧和弹簧钢丝企业采取限制供应措施，受近几年疫情影响，原材料供应更加紧张，严重制约了我国高端装备制造业的发展。由此可见，超纯净高强度弹簧钢是典型的“卡脖子”产品。 兴澄公司于2014年组建了“超纯净高强度汽车弹簧钢”研发团队，进行了系统性的研究，取得了高端弹簧钢的多项重大和突破性理论技术研究成果，打破了高端弹簧钢产品“卡脖子”的局面。

中国科学院金属研究所自建所之初就部署了稀土钢研究方向。2007年以来开展新一轮稀土钢研究，经过多年持续攻关，深入生产企业进行实地考察，通过大量实验室研究和工程化试验，揭示了纯净度尤其是氧含量对稀土钢性能提升的决定性作用，控制氧含量是实现高品质特殊钢“高纯、均质”的关键。受此启发，中国科学院金属研究所发现稀土金属本身的纯净度和稀土加入前钢液的纯净度，是影响稀土在钢中发挥有益作用和工业化生产工艺不稳定的关键因素。研究结果表明，稀土金属中即使含有几百ppm少量的氧，也足以使稀土在钢中的作用由正变负，而部分商业纯稀土中的氧含量甚至高达1000ppm以上。因此，稀土金属与钢水双纯净双低氧是稀土钢获得稳定应用的前提和基础。 基于此，中国科学院金属研究所研发了高纯稀土金属制备关键技术与钢水纯净度控制工艺，通过控制稀土原料中的氧含量、稀土加入前钢水中的氧含量和杂质元素，突破了生产工艺不能顺行和性能不稳定两大难题，成功细化夹杂物到亚微米尺度，制备出超高洁净度亚微米夹杂物的稀土钢。 稀土钢共性关键技术路线示意图如图1所示。中科院金属所通过优化设计炉体结构、优化调整工艺参数、防氧化浇注和防氧化储运等方式实现了高纯低氧稀土金属制备，稀土金属的全氧含量低于100ppm；同时，通过采取低氧纯净化冶炼、创新稀土加入工艺、控氧自动化浇注、低偏析微缺陷控制等手段实现了全流程低氧钢水纯净度控制，能够保障千吨级稀土钢连铸生产顺行，从而形成了稀土钢工业化应用共性关键技术，实现了稀土在钢中工业化应用的实质性突破。