我国高铁装备制造用钢铁材料研发与应用，相比日、德、法等发达国家起步较晚，仍处于消化、吸收及再创新的过程中，迄今仍存在材料基础研究不足、产品性能及质量稳定性低等问题，成熟的国产化材料体系还未形成，中高速动车制动系统、牵引系统核心部件用钢铁材料绝大部分依赖进口。技术方面主要存在的问题包括： 1、高铁冷成形弹簧钢要求材料具有高强度、高韧性、高疲劳、超纯净，尤其对耐疲劳性能提出了更高要求，传统的弹簧钢能够满足热成形要求，却难以满足冷成形后的各项性能要求； 2、制动盘作为高铁摩擦制动系统的关键部件，服役条件极其苛刻，国内缺少高铁制动盘用钢的产品，高铁制动盘用钢的高强韧性、耐高温、耐磨、抗疲劳、抗氧化性和良好的环境适应性等综合性能需要系统研究； 3、高铁用高温渗碳齿轮钢与国外存在明显差距，随着渗碳温度的提高，奥氏体晶粒易发生长大，对强韧性、热处理变形、抗疲劳性能等产生不利影响； 4、高铁用钢合金体系复杂，含有Cr、Ni、Cu、Al、V、N、Nb等多种元素，钢种裂纹敏感性高，连铸过程中极易产生内外部质量问题； 5、高铁用钢铁材料性能的均一性要求高，成分均质性、碳极差等需要系统提升。 南钢积极践行《中国制造2025》、《钢铁工业调整升级规划》、《中长期铁路网规划》、《增强制造业核心竞争力三年行动计划》等国家相关产业政策导向，于2018年获得国家工信部工业强基 “轨道交通装备用高性能齿轮渗碳钢”项目支持，2019年获得国家发改委增强制造业核心竞争力专项“先进轨道交通装备材料高铁刹车盘用钢”支持，2021年进入江苏省轨道交通装备产业链强链项目。南钢成立产学研用团队，联合北京科技大学、中盛铁路车辆配件有限公司、中车戚墅堰所等高校院所及上下游企业，全产业链协同攻关，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、轨道交通齿轮钢等产品开发及产业化应用，填补了国内空白，解决了“卡脖子”材料问题。

我国高铁装备制造用钢铁材料研发与应用，相比日、德、法等发达国家起步较晚，仍处于消化、吸收及再创新的过程中，迄今仍存在材料基础研究不足、产品性能及质量稳定性低等问题，成熟的国产化材料体系还未形成，中高速动车制动系统、牵引系统核心部件用钢铁材料绝大部分依赖进口。技术方面主要存在的问题包括： 1、高铁冷成形弹簧钢要求材料具有高强度、高韧性、高疲劳、超纯净，尤其对耐疲劳性能提出了更高要求，传统的弹簧钢能够满足热成形要求，却难以满足冷成形后的各项性能要求； 2、制动盘作为高铁摩擦制动系统的关键部件，服役条件极其苛刻，国内缺少高铁制动盘用钢的产品，高铁制动盘用钢的高强韧性、耐高温、耐磨、抗疲劳、抗氧化性和良好的环境适应性等综合性能需要系统研究； 3、高铁用高温渗碳齿轮钢与国外存在明显差距，随着渗碳温度的提高，奥氏体晶粒易发生长大，对强韧性、热处理变形、抗疲劳性能等产生不利影响； 4、高铁用钢合金体系复杂，含有Cr、Ni、Cu、Al、V、N、Nb等多种元素，钢种裂纹敏感性高，连铸过程中极易产生内外部质量问题； 5、高铁用钢铁材料性能的均一性要求高，成分均质性、碳极差等需要系统提升。 南钢积极践行《中国制造2025》、《钢铁工业调整升级规划》、《中长期铁路网规划》、《增强制造业核心竞争力三年行动计划》等国家相关产业政策导向，于2018年获得国家工信部工业强基 “轨道交通装备用高性能齿轮渗碳钢”项目支持，2019年获得国家发改委增强制造业核心竞争力专项“先进轨道交通装备材料高铁刹车盘用钢”支持，2021年进入江苏省轨道交通装备产业链强链项目。南钢成立产学研用团队，联合北京科技大学、中盛铁路车辆配件有限公司、中车戚墅堰所等高校院所及上下游企业，全产业链协同攻关，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、轨道交通齿轮钢等产品开发及产业化应用，填补了国内空白，解决了“卡脖子”材料问题。

本项目由中天钢铁集团有限公司联合上海大学成立“产－学－研”团队，基于国产精轧机+摩根MINI轧机、摩根精轧机+RSM减定径机组的装备优势，借助模拟仿真和热模拟试验等手段，针对典型基础件用中高碳钢的在线组织调控技术难题进行攻关。根据不同钢种特性、二次加工及服役性能要求，形成创新的特钢线材在线组织调控技术集成。实现以下创新： 1.采用连铸小方坯开发出多种机理组合应用的高品质特钢线材在线组织调 控技术。通过数值模拟、装备及设施升级改造，形成含加热控制、“再结晶区、 未再结晶区、两相区”多段控轧和“雾冷+强风冷”、“超慢冷“、“等温”控制的 多元组合工艺方法； 2.形成亚共析钢在线“软化”技术。 a）弹簧钢 50CrVA 创新采用低温累积大变形诱导和强化铁素体相变、轧后 “超慢冷”并精确控制冷却路径工艺组合获得 100%F+P 组织，硬度≤290HB， 可直接深拉拔加工； b）紧固件用钢 ZT35K-M 实施形变诱导铁素体相变、离异共析和退化珠光 体相变机理研究与组合应用，指标达到球化组织 4.0 级、铁素体≥80%、硬度≤ 76HRB，可免退火冷镦成型； c）工具钢 S2（67SiCrNiMoV）利用低温轧制变形强化相变、快冷+“等温” 抑制先共析铁素体和马氏体相变的工艺组合，获得“单一”贝氏体组织，硬度≤ 45HRC，提升加工及疲劳性能； 3.攻克过共析钢的网状渗碳体、索氏体控制难题。 a）GCr15 创新采用高温防氧化加热、（γ+Fe3C）两相区累积大变形轧制 诱导渗碳体析出、轧后“强风冷+雾冷”抑制先共析渗碳体、“等温”相变的机理 及工艺组合，达到网状≤2.0 级，晶粒度 10.0 级以上，面缩≥31%的行业领先水平； b）LX86A 采用高温防氧化加热技术、再结晶区轧制提高奥氏体稳定性、轧 后“强风冷+雾冷”抑制先共析渗碳体+“等温”相变的机理及工艺组合，达到 网状≤1.0 级、索氏体化率≥92%和面缩≥40%的行业领先水平； 4.进一步研究阐述中高碳钢的脱碳机理并形成中高碳钢特钢线材的脱碳控 制技术方法，达到总脱碳层≤0.4%D、零全脱碳的领先控制水平。

建龙北满特钢根据国家发展改革委、国务院振兴东北办2007年发布的《东北地区振兴规划》，为落实钢铁工业调整升级规划（2016-2020年），推进以先进制造业用高性能轴承钢为代表的关键基础钢铁材料的研发和产业化，基于在“四位一体”短流程特殊钢生产线，通过装备和工艺技术多年持续改进，实现轴承钢质量大幅度提升，成为国内首批获得国际轴承行业一流公司斯凯孚、舍弗勒和铁姆肯供货资质的企业，并连续稳定供货十余年。 建龙北满特钢的超洁净高均质轴承钢生产关键技术开发与应用主要研究内容为： 1、打破以全氧含量为核心研究轴承钢洁净度的传统思维，发现了Ds类夹杂物数量随钢中钙含量增加而单调增加的规律，明确了影响钙含量增加的主要因素，开发了以超低钙含量控制为核心的Ds类夹杂物的控制技术。 2、研究了冶炼过程中氧、钛和夹杂物的变化规律及钢中大颗粒夹杂物来源，开发了以“原辅料优化+流场优化+非稳态浇铸管控”相结合的高洁净轴承钢专用冶炼工艺与生产路线，实现了轴承钢全氧含量≤5ppm，Ti含量≤12ppm，Ca含量≤3ppm。 3、建立了连铸过程恒温、恒拉速工艺体系，精确控制凝固末端，固化压下位置及压下量，开发了独具特色的连铸大方坯静态轻压下技术，稳定实现了轴承钢中心偏析指数控制在1.05以下。 4、通过对轧件内部应力应变分布的数值模拟，实现轧制孔型优化，开发了以初轧大压下细化心部晶粒度与KOCKS轧机的控轧控冷相结合的网状碳化物控制技术，实现了轴承钢棒材（直径φ≤30mm）网状碳化物≤2.0级。 通过本项目的实施，轴承钢全氧含量T.O≤5ppm（平均4.7ppm）；Ti含量≤12ppm，Ds类夹杂物≤0.5级，网状碳化物（直径φ≤30mm棒材）≤2.0级，轴承钢产品获得中国钢铁工业协会“冶金产品实物质量金杯奖”、“特优质量奖”，荣获“中国名牌产品”、“黑龙江省用户满意产品”。项目实施期间获授权专利8件，发表论文31篇。 经过多年的持续质量改进、技术创新和推广应用，获授权专利8件，发表论文31篇，截止到2020年，建龙北满特钢为品牌汽车发动机轴承及轴承单元、医疗机械仪器轴承、工业轴承钢、精密轴承等领域提供优质原料近120万吨，成为国内重要的高档轴承钢的生产基地之一。近三年，轴承钢销量达40万吨，新增产值13.7亿元，新增利税2.7亿元，经济和社会效果显著。

利用国产精轧机+双机架MINI轧机及相应的“10+2“”，自主创新开发高品质特殊钢线材的TMCP技术以及该技术的应用，生产了（1）汽车悬架弹簧钢50CrVA ，获得了100%的准平衡态组织F+P组织，减少退火工序，满足用户直接拉拔加工；（2）高性能工具钢S2 ，获得了均匀的贝氏体组织，体积百分数≥90%，二次脱碳浅，便于用户加工及提升产品疲劳性能；（3）免退火冷镦钢SWRCH35K，在线获得球化组织，球化率达到80%以上，铁素体占比达到78%，冷加工性能好，成功用于直接拉拔冷镦生产多种紧固件；（4）滚动体轴承钢GCr15，有效控制网状渗碳体析出，网状碳化物≤2.5级，晶粒度达到10级以上，热轧面缩≥30%，可实现轻拉拔减少下游加工工序亦可缩短球化退火时间；（5）帘线钢LX82A，提高索氏体化率到90%以上，无网碳组织，同批抗拉强度波动控制在±25MPa内。 针对中碳到高碳的特殊钢线材品种，自主创新开发出系列的基于MINI轧机的TMCP工艺技术，实现下游加工工序、节约能源、减少排放、改善组织、提升品质、降低成本等，对特殊钢线材基于MINI轧机的轧制工艺优化起到明显的指导意义，达到了同类技术领域的先进水平

齿轮钢材料是重大装备制造和国家重点工程建设所需的关键材料，是钢铁材料中的高技术含量产品，本项目提高材料纯净度、晶粒度稳定性和探伤可靠性，通过电炉冶炼+炉外精炼+真空脱气+惰性气体保护浇注生产方式，有效控制钢中氧、磷、硫含量和其他有害元素含量，从源头上确保材料的高纯净度，同时对锻造与热处理工艺进行创新和改进。 1、纯净度控制：通过控制精炼过程渣系组分，控制夹杂物性质，从而控制材料夹杂物的数量、大小。通过对浇注系统的工艺优化，使钢水浇注速度趋向恒定，避免因为浇注速度不稳定而引起的不均匀分布。采用全密闭氩气保护浇注，避免二次氧化形成的夹杂物，进一步降低钢水中夹杂物。通过提升浇注系统材料及结构设计，避免耐火材料掉入而引起的探伤级别增加。 2、晶粒度控制：晶粒度是齿轮钢的关键技术指标，通过对化学成分的优化设计，匹配不同的晶粒细化元素及含量，控制齿轮钢晶粒度；通过对各种锻后热处理工艺，确保晶粒度稳定。 技术指标如下：氧含量≤10ppm、探伤水平φ0.8mm、EVA≤200、晶粒度950度保温80h级别8-9级。夹杂物水平A类粗≤0.5、细≤0.5；B类粗≤0.5、细≤1.0；C类粗=0、细=0；D类粗≤0.5、细≤1.0；DS≤1.5。

环保型圆珠笔头用超易切削不锈钢丝是一种不含铅的碲、磷、铋、硫复合的兼具超易切削性、耐磨性、耐墨水腐蚀性的超易切削钢丝。本项目开展了一下研究工作： （1）对日本的无铅型样品材料SF20E进行全面解析，分析了其化学成分、晶粒度、机械性能、夹杂物等所有技术指标。 （2）以三相有衬电渣炉作为冶炼基本手段，研究了三相有衬电渣炉不同阶段的温度控制及其对渣的影响，通过渣组分的分析，研究了渣碱度、炉渣及脱氧制度与硫元素回收率的关系。 （3）研究了Mn/S非金属夹杂物由铸态到冷拉态成品的加工过程中的演变规律，及其数量、大小、分布及形貌与笔头制造过程及笔头质量之间的对应关系。 （4）对比解析了日本材料和首钢吉泰安新材料有限公司研制的无铅型材料，比较了表层及材料内部夹杂物变化的基本规律，机械性能、晶粒度等所有技术指标。 （5）将本项目试验成果材料提供给客户试用，发现了碗口开裂、后外圆开裂、刀具磨损等系列问题，一一进行了研究和改进。

研究内容： 针对我国特殊钢行业产品质量欠稳定、能耗高、总体工艺技术水平仍然较为落后等现存问题，开发低能耗、高效率、高洁净的特殊钢冶炼、凝固及热加工等系列关键技术，实现特殊钢典型生产线技术及流程创新和集成，支撑特殊钢产业发展，提升特殊钢产业的竞争力。同时，开展冶金前沿技术的研究开发，依托沙钢建成具有自主知识产权的薄带硅钢铸轧生产示范线（产品规格：铸带硅钢厚度1.0~2.5mm，宽度规格：1050~1250mm）和依托新余钢铁集团有限公司建立特厚板示范生产线（板坯厚度420mm，板材厚度≥100mm）。 通过攻关，形成具有国际先进水平的生产工艺流程示范线： （1）依托东北特殊钢公司建立转炉流程特殊钢棒线材生产示范线。 （2）依托新冶钢建立电炉（铁水+废钢）特殊钢流程棒线材生产示范线。 （3）依托攀钢建立含钒铁水转炉特殊钢棒线材生产示范线。 （4）依托江苏沙钢集团有限公司建立硅钢铸轧生产示范线。 （5）依托新余钢铁集团有限公司建立特厚板生产示范线。 项目考核指标 约束性指标： （1）典型钢种洁净度生产水平 轴承钢（GCr15）：T.O≤6ppm，夹杂物级别总和（A+B+C+D+Ds）≤2.0，钢材高周疲劳寿命≥108。 齿轮钢：T.O≤12ppm，晶粒度≥9.0级，淬透性带≤4HRC。 高强合金弹簧钢丝：S+P+T.O+N+H≤200ppm。 （2）新建的薄带硅钢铸轧生产示范线实现稳定连续浇注300吨以上合格产品，规格为：厚度1.0~2.5mm，宽度1050~1250mm；品种为3.5%Si的硅钢，质量达到国家标准要求。 （3）建立1台1流特厚板坯连铸机关键设备示范，生产板坯厚度300～420mm、宽度1600mm～2400mm，工作拉速为0.45~0.9m/min。板坯质量达到：中心疏松和中间裂纹≤1.0级，中心偏析≤C2.0级，合格率≥90%。 预期性指标：1）生产效率比传统电炉流程提高30%；2）吨钢综合能耗比传统流程降低20%；3）形成薄带硅钢铸轧生产的自主知识产权，工序节能50%；4）形成特厚板坯（420mm）连铸机关键技术自主知识产权，年生产规模120万吨，生产出典型特厚板品种，如火电机组用钢、海洋平台用钢、建筑用钢等，性能满足相关产品的标准要求。

研究内容和目标 （1）高品质镍资源节约型不锈钢关键技术开发与应用示范 重点攻克双相不锈钢等材料AOD炉冶炼氮的精确控制、热塑性、热处理、高效酸洗、焊接及复合材料制备等多项技术； 开发新一代经济型、超级双相不锈钢，快速推进此类材料在石化、造船、海水淡化、真空制盐、烟气脱硫等重要领域中的实际应用。 （2）氮合金化资源节约型不锈钢关键技术开发与应用示范 系统解决氮合金化资源节约型不锈钢高效率冶炼、连铸共性技术问题； 高合金奥氏体不锈钢热加工技术； 开发出高强度、低成本、耐磨蚀、低磁甚至无磁的低镍高氮奥氏体不锈钢，大力推进其在建筑、煤机、国防等领域的实际应用。 （3）高性能弥散强化钢工业化生产关键技术集成及应用 设计新的节镍型弥散强化不锈钢成分与工业化生产工艺流程； 创新性解决前驱体粉末制备中的弥散相粒度与分布、致密化处理、微观组织控制、大尺寸钢材加工等工艺技术难题； 建立高品质弥散强化钢示范生产线； 开发出特殊环境使用的新型节镍不锈钢品种，以及其它弥散钢种，在火力发电系统、高温燃烧炉、军工和航空航天领域进行推广应用。 （4）资源节约型换代车轴钢关键技术与应用 研究解决高炉回收煤气热值低的问题； 掺混天然气比例控制模型的建立； 钢锭在氮化铝充分固溶温度下轧制机理、解决钢坯表面裂纹缺陷深的问题、攻克钢坯取消酸洗清理遇到的技术难题； 对材料进行晶粒度粗化温度研究，解决原LZ50材料晶粒粗化温度低的问题； 研究实现高疲劳极限σ-1≥310MPa，比LZ50提高70MPa以上的技术难题。 （5）不锈钢工程装备在强还原性环境中的腐蚀控制与延寿技术 重点研究利用电沉积法在不锈钢表面制备钯系合金薄膜的技术，通过钯对不锈钢表面钝化性能的促进作用来提高不锈钢在非氧化性介质中的耐蚀性； 在工程现场对不锈钢设备进行大面积施镀的技术、工艺与装备。 目标：开发高性能含氮双相不锈钢和高氮不锈钢，镍用量相对于普通304不锈钢节省10～30%；