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。

高性能电工钢的开发涉及到冶金学、材料学、电磁学等多学科及其交叉领域，各产品特性的影响因素错综复杂，需要综合考虑各影响因素对不同产品特性的影响。 在用户技术端：首钢高性能无取向产品开发真正以市场为导向，以不同领域和类型的磁特性应用技术为出发点，建设高质量的电机仿真及测试实验室，形成了新能源电机、无人机电机、新能效家电和变压器等多领域的电机测试台架，通过电机仿真计算和台架测试的结合，全面深入地掌握用户需求，提升新产品开发的目标导向，同时形成市场引领性、前沿性材料的开发指导。 在产品设计端：以电工钢的核心特性—铁损极低化作为出发点，通过研究影响铁损特别是高频铁损的因素，重点解决高合金化带来的残余元素增多、二相析出物增多及高纯净化冶炼等问题。其次，为实现高磁感控制，从组织织构的系统化控制、热处理过程组织和织构的遗传演变规律等角度解决磁感应强度提升困难大和高合金降低磁感的问题。最后，为了实现电工钢的高强度要求，在Si、Al高合金固溶强化前提下进一步开展多元合金固溶强化和复合强化技术研究，实现1000MPa以下系列高性能电工钢开发。 在产线制造端：为解决高合金化带来材料塑韧性变化导致边裂和断带等生产难题，通过材料机理研究、轧制工艺创新及退火张力控制等技术创新和工艺优化， 实现高性能电工钢的批量稳定生产；并通过连轧工艺技术创新实现高效高尺寸精度的稳定制造。

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”

本项目ESP无头轧制技术在日照钢铁控股集团有限公司得到大规模工业化应用，在ESP技术开发、产品应用及节能减排方面取得了多项国际领先指标。产品形成超薄超宽、高尺寸形状精度、高性能、高成材率、高均一性、高表面质量及低成本的优势和特色。共生产了高质量薄/超薄宽带钢2806万吨，减少能耗235.7万吨标煤，减少CO2排放613万吨；并使相关下游产业在提高成材率、“以热代冷”、结构轻量化、降低成本等方面增效显著，经济、社会效益及环境效益十分显著。

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。

主要研究内容包括：①气-固-液多相高效上升管换热器的研制与换热强化；②导热油负压脱苯工艺及其传热传质强化；③导热油回收上升管系统网络建模；④能量流网络智能化控制优化设计。 本项目通过低碳洁净能源流网络的构建，变革现有上升管余热的回收方式与焦化余热的利用方式，大幅降低焦化系统能耗、减少焦化过程CO2排放、推动焦化工艺技术进步；为焦化企业创造更好的经济效益和社会效益，加速实现焦化企业可持续发展、绿色转型升级和“双碳”奋斗目标。

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。

中科院沈阳金属所孙明月项目团队在长期从事大锻件材料与先进控形控性技术研究工作的基础上，借鉴建筑领域的“砌墙”原理，将传统的锻造与新兴的增材制造技术巧妙结合，在国际上率先提出了解决大尺寸材料偏析问题的构筑成形新思路：采用多块易于制备的小尺寸均质化的板坯作为基元，通过表面加工、清洁活化、堆垛组坯、真空封焊、高温锻造、多向变形等手段，获得大尺寸均质化材料。该技术兼具颠覆性、可操作性和经济性的特点，可有效解决大锻件制备过程中因铸锭凝固速度缓慢造成的“尺寸效应”问题，在显著提升大锻件冶金品质的同时，可提升材料利用率，吨钢制造成本降低30%以上。同时，还可实现压力容器等大锻件的一体化成形，减少容器焊缝数量约50%，显著提升结构的安全性、可靠性和装备建造进度。

AlSi镀层技术完美地解决了1500MPa超高强度汽车安全结构件的尺寸精度与耐腐蚀性问题，但是相对于22MnB5裸板，其弯曲断裂应变下降了20%以上，也随之带来了氢致延迟开裂风险。作为承载汽车安全的部件，韧性不足将直接导致其在汽车碰撞过程中发生提前断裂，因此，保证强度的前提下提高热冲压钢的韧性可进一步优化车身安全件的结构与厚度设计，为汽车轻量化技术进步带来新的发展空间，同时，提高韧性也可降低热冲压零件制造、装配与服役过程中的氢致延迟开裂风险。汽车碰撞过程中的零件失效通常为平面应变状态下的弯曲断裂，一般采用德国汽车工业协会制定的VDA-238三点弯曲试验标准评价热冲压钢的韧性，现有1.4mm厚AlSi镀层热冲压钢的三点弯曲角度典型值~55°（标准要求≥50°），通用汽车在其2019版热冲压钢全球材料标准GMW14400中增加了高韧性AlSi镀层热冲压钢（Improved Bendability），要求三点弯曲角度≥60°，对比该标准中的常规热冲压材料弯曲断裂应变提高了20%。在不牺牲强度的前提下，如何提高AlSi镀层热冲压钢的韧性并消除热冲压零件的延迟开裂风险，已成为全球车身轻量化技术发展新的焦点。 此外，尽管学术界和工业界对Al-Si镀层热冲压钢加热过程中镀层和基体微观组织演化、镀层高温变形行为、焊接性能、涂镀性能和耐腐蚀性等已进行了广泛研究，但在实际工业应用中，现有AlSi镀层热冲压钢还存在炉辊结垢、加热效率低、模具磨损严重等影响热冲压生产过程的问题；同时，AlSi镀层热冲压钢产品的耐腐蚀及电阻点焊等相关机理还未研究清楚。 综上，亟需在AlSi镀层技术的开发上做出创新，大幅提高AlSi镀层热冲压钢的韧性，同时解决现有AlSi镀层产品在生产端和应用端的一系列科学和技术痛点。