目前，我国重载铁路采用世界最大的75kg/m钢轨，最长定尺长度为75m。线路应用表明，钢轨的焊接接头伤损和疲劳伤损是制约重载钢轨服役寿命的主要因素。采用100m长定尺，钢轨焊接接头数量较75m钢轨显著降低，可以从本质上减少焊接接头伤损。同时，采用大断面连铸坯大压缩比轧制可以提高钢轨致密度，从而提高钢轨的强韧综合性能指标。当前国内主要钢轨生产企业均采用280mm×380mm断面生产重载钢轨，本项目立足钢轨长尺化和性能提升两方面，开展了大断面连铸坯生产100m长尺75kg/m重载钢轨关键技术研究及应用。 实现大断面连铸坯高质量生产百米长尺重载钢轨，主要面临以下技术难题。 1、无成熟的重载轨连铸大断面设计经验可供借鉴。国内某厂此前开展过大断面连铸重轨钢的研究，由于大断面连铸坯和钢轨质量难以控制，大断面连铸坯生产重载钢轨难度大而未开展工业化批量生产。因此，首要任务就是设计适合百米长尺重载钢轨稳定生产的大断面连铸坯。 2、大断面连铸坯质量控制难度高。连铸断面越大，高碳、高硅、高锰含量的钢轨钢越容易产生中心偏析、疏松和缩孔等缺陷，最终导致钢轨轨腰缺陷严重。连铸坯断面越大，凝固过程铸坯角部传热控制难度越大，容易产生角部裂纹、凸包等缺陷，轧制钢轨若形成封闭缺陷则难以检查发现，严重影响钢轨服役性能。 3、大断面连铸坯生产百米长尺重载钢轨高效高精度轧制难度大。随着轧制压缩比增加，轧制过程钢轨头部开裂的风险增大；铸坯单重及材质强度的提升导致钢轨通长规格尺寸波动大，表面缺陷增加，特别是轧疤缺陷控制难度更大。 因此，采用大断面连铸坯轧制大断面长尺钢轨已成为我国重载铁路钢轨亟待解决的问题。

为大幅度提高焊接效率，降低建造成本，大线能量高效焊接技术在现代钢结构制造业中应用日益广泛。在大线能量焊接条件下，热影响区组织急剧恶化，强度和韧性下降，并且随着钢板强度的提高，焊接裂纹敏感性增加，给大型钢结构的安全带来危害。开发适于大线能量焊接，同时具有高强度、低焊接裂纹敏感性的钢材是国内外钢铁研发领域的重要课题。 船舶、海工、原油储罐等立式结构多采用EGW气电立焊大线能量焊接方式，而桥梁隧道等平面结构焊接中气电立焊并不适用，一般采用常规多道次焊接工艺，严重制约施工进度。针对平面结构，工程上采用FCB焊接技术，可一道次成型，使施工效率成数十倍提高。但FCB焊接过程中上下表面同时被焊剂覆盖，导热性能极差，又缺少气电立焊采用的强制水冷，导致焊后冷却速度更为缓慢，热影响区的组织粗化、脆化问题更为严重，这对大线能量焊接用钢的性能要求更为苛刻。特别在重大工程的大规模应用中，对钢板大线能量焊接性能的稳定性要求极高，这又对高效批量化稳定生产提出特殊要求。 鞍钢股份有限公司、东北大学和广船国际有限公司等单位针对上述背景和问题，联合开展了大线能量焊接桥隧用钢开发及重大工程应用项目研发工作，取得了创新性成果。

我国22.5×9.0型钢制商用车车轮最轻37kg，用钢强度最高590MPa，车轮进一步轻量化缺乏钢材设计、制备和应用的成套技术，具体体现在： 图1 商用车车轮结构与焊接位置 1、材料设计：传统HSLA钢和双相钢不满足车轮的制造或疲劳性能要求。① 采用650 MPa及以上级别HSLA钢制作车轮，存在车轮制造回弹大、成形开裂率高、焊接软化等问题；② 传统的650 MPa及以上铁贝或铁马双相钢强塑性好，但焊接易软化，焊后成形开裂率高达20%以上，疲劳寿命不足国标60%。 2、材料制备：在高强车轮钢制备上，卷取温度控制、表面质量和生产效率等方面存在以下问题：①650 MPa及以上车轮轮辋用钢因卷取温度命中率偏低，力学性能波动较大，影响车轮制造使用和疲劳寿命的稳定性；②650 MPa及以上高强轮辐用钢精轧轧制速度慢、氧化铁皮厚，易导致轮辐表面压痕和麻坑缺陷；③在热连轧产线整体高效化的背景下，厚规格车轮钢生产效率不足产线平均效率的70%，严重制约热连轧产线效率提升。 3、材料应用：高强车轮钢制造及服役过程中存在以下问题：①随着轮辋厚度减薄，焊接工艺窗口变窄，焊接参数不匹配使轮辋焊缝区域制造开裂率高且不稳定；②轮辋与轮辐组合焊处应力集中，热影响区软化严重，造成约40%的疲劳开裂发生在此位置；③台架疲劳寿命与路试疲劳寿命差异较大，前者无法完全复现车轮在实际路况下承受的复杂载荷，车轮设计阶段安全评估能力不足，造成新产品研发周期长达1年以上。 为此，开发650-800 MPa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的材料设计、制备和应用瓶颈问题，促进我国钢轮制造行业进步和节能减排具有重要意义。

中厚板产品广泛应用于油气输送、船舶海工、桥梁建设，压力容器、高强工程机械、建筑结构等行业领域，中厚板产品是国家工业建设、城市建设、经济发展和国防军工的重要支撑材料。而高品质厚板作为中厚板产品中的明珠，主要应用于国家重大工程和重大装备的承压、承重等关键承力部件，如盾构机的刀盘、风电塔筒及门框、风电安装船的桩腿、高层建筑的箱柱底座等，高品质厚板产品质量直接影响国家工程的建设，但长期以来，高品质厚板长期依赖进口，立项之初，其制造技术一直存在三个方面的技术瓶颈，具体如下： 1、连铸坯生产保探伤特厚钢板技术。因铸坯内部缺陷和特厚钢板的压缩比受限等原因，保证特厚钢板的探伤性能要求一直是行业难点，同时此类特厚钢板往往应用于关键的承力部件，如重型装备的盾构机采用180mm以上的特厚板，对其探伤性能要求满足国标Ⅰ级要求。传统采用模铸工艺生产特厚钢板，因其能耗高、效率低，已无法满足绿色高效的制造要求。因此，迫切需要开发低压缩比连铸坯生产保探伤特厚板技术，实现连铸坯生产180mm以上保探伤特厚板。 2、高强韧易焊接厚板制造技术。高强韧易焊接特厚板是决定焊接钢结构服役安全性的关键，如建筑用承力柱、桁架等部位要求100mm以上460MPa级厚板，为了保证钢板的强韧性匹配，传统采用正火工艺生产，因碳当量高，焊接过程中易产生裂纹，对建筑结构的安全性产生较大的隐患。而采用TMCP工艺生产大厚度高强度钢板时，虽然采用低碳当量可改进焊接性，但TMCP工艺生产大厚度钢板组织控制难度大，低温韧性稳定控制的技术瓶颈尚未突破。 3、在线淬火生产高强韧厚板制造技术。在碳达峰、碳中和背景下，为了降低能源消耗并减少碳排放，同时提高产品竞争力，行业内普遍采用在线淬火工艺生产厚度≤50mm以下550MPa钢板，但海洋工程领域的风电安装船的桩腿等行业设计需求厚度≥60mm、强度≥690MPa高强韧厚板，随着世界能源结构调整和我国风电行业的快速发展，对此类产品的需求将更加迫切，但在线淬火工艺生产难以获得全厚度截面的马氏体组织，导致钢板韧性差一直是行业难题。 综上所述，为了满足重大工程对高品质厚板需求，迫切需要突破高品质特厚板生产的关键技术瓶颈！

开展钢铁企业“500米成品钢轨生产技术创新与产业化应用”研究，创建面向线路直接铺设的一站式钢轨生产方式，可实现500米长钢轨直接供给，并进一步提升生产质量管控能力；同时，满足中国国土面积胡焕庸线以西直铺钢轨的战略需求，降低铁路建设成本、缓解铁路运输压力、保障钢轨质量、提升线路施工进度，解决西部偏远地区高效直接铺设钢轨的难题。 主要问题：国内路网建设和焊轨能力分布不平衡。既有线路建设钢轨供给模式，是钢轨厂先将100米钢轨铁路运输至各铁路局集团公司焊轨基地，经焊轨基地焊接成500米长钢轨后，再运至铺轨现场焊连、铺设。这种多点作业、多级管控的传统长钢轨生产供给模式，存在钢轨易受损伤、供应效率低、运输成本高、资金占用大等问题，增加了西部及无人偏远地区路网建设难度。 主要不足：钢轨实物质量如何更好满足直供线路铺设和长寿化服役等要求。如：持续提升钢轨稳定服役的氢含量控制；钢轨硫含量对接头性能影响情况；存有高速钢轨高低点差大于0.30mm现象；不同钢种钢轨不能混焊和焊接接头合格率不稳定；未形成合金钢轨成熟稳定的焊接工艺等。 这些问题与不足涉及钢轨内部质量、外形尺寸、焊接质量、时序衔接、运输等多个方面，需要结合项目研究进一步提升和优化。

近年来，随着经济和社会的发展，资源和能源的限制逐渐凸显，环境保护问题日趋严峻。GB1589-2016《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》将轴荷限定车货总重上限由55吨降至49吨，同时国务院发布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》及《重型商用车辆燃料消耗量限值》（第三阶段）标准意见稿，要求2020年在2015年基础上燃料消耗降低15%，上述规范要求表面，轻量化将成为专用车和工程机械产品发展的必然趋势。 2010年国内各钢铁企业开始陆续研发高品质耐磨钢产品，经过多年发展，国内耐磨钢板已开始陆续替代进口产同类型产品，并逐步提高在国内工程机械、专用车和商用车车厢领域市场的占有率，国内耐磨钢产品以较低的价格、较快的交付速度，成功替代SSAB等国外耐磨钢企业，为我国商用车轻量化做出巨大贡献。然而由于产品研发周期短、经验积累不足等原因，我国目前耐磨钢板在产品类型和产品质量仍与SSAB的耐磨钢产品具有一定差距。例如SSAB早在几年前便推出了耐腐蚀耐磨钢产品，目前该类产品在国外环卫车、造纸行业以及疏浚管道行业已得到广泛应用，而国内在该类复合型耐磨钢产品仍属空白。 因此,华菱涟钢依托国内最先进、产量最大的调质热处理生产，逐步提高产品质量，不断探索创新型高端耐磨钢产品，提升耐磨钢产品在细分市场的适用能力，并取得一定成果。目前，涟钢开发的混凝土搅拌车用低屈强比NM300TP产品，年产量超10万吨，推进了国内混凝土搅拌车筒体的升级过程；高韧性止裂耐磨钢产品已在重汽、陕汽等国内商业车龙头企业进行了长期试用，自卸车箱体使用寿命明显提升，深受广大客户喜爱。涟钢EVI团队不断探索，为客户配套提供耐磨钢产品升级时的结构仿真模拟，并建立起钢板的折弯、焊接、成型等应用技术手册。项目的成功，极大提升了我国耐磨钢产品的市场竞争力，推动商用车及工程机械轻量化进程，减少能源消耗，产生良好的经济效益和社会效益。

以日本制铁、JFE、韩国浦项制铁等为代表的国外企业已成功开发了超大线焊接线能量钢板、许用线能量200-600kJ/cm，并获产业化应用。国内部分企业也先后加大研发力度，成功开发了耐大线能量焊接钢板，但应用仅限于300kJ/cm线能量以下；对于焊接线能量300kJ/cm的超大线能量焊接板未见报道。此外，国外企业在开发钢板的同时，同步开发了配套的焊接材料及焊接工艺，以确保焊接接头质量；而国内，配套焊材和焊接工艺的研发基本处于空白。 当前满足焊接线能量300kJ/cm以下的大线能量焊接钢板及相关技术已实现国产化，可实现35mm钢板的单道次焊透；但对于线能量300kJ/cm以上的超大线能量焊接钢板，即40mm及以上钢板可单道次焊透，当前国内技术还不成熟。高技术船舶、海工装备用超大线能量焊接技术及钢板仍需依赖进口。 高端装备用关键技术和材料不能自给、关系到国家的产业安全和经济安全。因此，本项目致力于解决焊接线能量300kJ/cm以上的技术瓶颈、开发出包括钢板、焊丝和焊接工艺的成套技术和产品，实现国产替代进口。具体目标是，开发出40-80mm厚的低温E级钢板、及配套的焊丝和焊接工艺，可单道次制备出满足性能要求的焊接接头。

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。

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。

国内现有船舶及海洋装备用钢无法满足极寒环境应用，其主要原因在于： 1、36-40kg高强船板，通常采用控轧、正火轧制或传统TMCP方式生产，常规组织的韧脆转变温度较高、防止结构脆性瞬断能力不足，无法满足极地船舶-60℃的设计服役要求； 2、极寒和超深水海洋平台用钢需满足超高强、大厚度、易焊接、厚向均匀等特性，传统上采用调质生产的钢板其高屈强比、高碳当量导致可焊性差；钢板厚度方向性能不均，心部强度和低温韧性易存在波动，无法满足超深水和极寒海工装备在高韧性设计和应用服役性能要求。 为满足国家重点领域关键材料亟需，鞍钢联合项目各完成单位开展“产-学-研-用”协同创新，针对不同海洋装备的设计选材要求，实施材料设计-制造-应用-服役评价等全链条集成化技术创新，探清低温韧化机制，开发出全系列极寒环境用高强韧易焊接海洋装备用钢，实现国内外重大海工装备示范应用，为海工装备产业技术升级、实现高端材料自主可控提供了重要支撑。 鞍钢作为国内海洋装备用钢的重要研发基地，率先完成F级极寒环境海洋装备用钢的船级社认证，与项目完成单位在极寒环境海洋装备用钢的合金体系设计、强韧化机理、服役性能评价等方面开展了合作，并积累了丰富的经验。鞍钢拥有国际一流的海洋工程用钢生产装备，5500mm轧机轧制力高达105000kN，最大板宽可达5200mm，完全可以满足极寒环境海洋装备用钢的轧制要求。鞍钢拥有强大的热处理能力，可进行淬火、回火、正火、退火等热处理，为本项目的研发提供了支撑。