2016年以来，在全球产业竞争格局重大调整的宏观背景下，我国政府陆续发布《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》《战略性新兴产业分类（2018）》《重点新材料首批次应用示范指导目录（2019年版）》《“十四五”原材料工业发展规划》等产业政策，通过设定关键战略材料综合保障能力的发展目标，大力鼓励和支持以先进金属材料为代表的新材料产业发展，支撑产业升级和制造强国建设。在新材料发展方面尤其是核电和半导体领域，因材料所处环境的特殊要求，所需材料与常规不锈钢材料有极大区别，在成分、纯净度和组织均匀性等指标方面都近于苛刻，长期依赖进口，不能实现材料自主保障。为缓解受制于人的局面，打破不锈钢技术壁垒、实现高端不锈钢材料的国产化、工程化、产业化刻不容缓。

众所周知，轴承材料中滚动体的技术难度大于套圈，钢球的难度又大于滚子和滚针，而大载荷轴承钢球与其它用途轴承钢球相比具有以下技术难点：①更大载荷：压碎负荷2500kN以上，工作应力1250kN以上，因此对于疲劳失效更加敏感；②更大规格：大载荷钢球规格高达Φ89mm(对应棒材规格为Φ60mm)，钢材组织均匀性控制难度大；③更恶劣服役环境：风电轴承全寿命周期免维护，服役于低温、腐蚀等恶劣环境，要求钢材P含量≤0.010%。 基于以上特点，大载荷轴承钢球要求钢中夹杂物数量少且尺寸小、碳化物细小均匀、P等有害元含量低，目前国内外只能采用模铸工艺生产，但这一工艺存在能耗排放高、生产效率低、制造成本高等问题。因此，开发绿色高效化炼钢-连铸工艺生产大载荷轴承钢球用钢成为行业的追求目标，如能成功攻克可填补国际国内空白，仅金属收得率从模铸的约83%提升至连铸的96%以上。 尽管随着冶金行业的技术不断进步，轴承钢的磷含量、钢水纯净度已不再成为轴承钢质量提升的限制性环节，部分特钢企业也能够采用连铸工艺生产小规格(Φ30mm以下)轴承钢球用钢，但是，如何在高效化转炉(供氧强度达到5.0Nm3/min/t)、快节奏精炼模式下快速将钢水P含量控制到0.010%以内、钢材总氧控制到5ppm以内，同时采用连铸工艺即可稳定生产出大规格长寿命轴承钢球用钢，目前很少有这方面的研究报道。因此，江苏中天钢铁集团特钢公司针对绿色高效化炼钢-连铸工艺生产大载荷轴承钢球用钢，本项目需要解决转炉高效率低磷含量控制、快节奏精炼钢水纯净度控制以及低中心偏析和高组织均匀性控制等科学技术问题及行业共性难题。

变速箱作为汽车及工程机械传输动力的“大脑”，是汽车及工程机械最主要的三大核心装备之一，对于汽车和工程机械装备性能的发挥至关重要。齿轮作为变速箱的重要传动部件，其品质直接决定着变速箱的整体质量和运行稳定性。近年来，随着国民经济的迅速发展和工业化水平的提高，作为国家重要支柱产业的汽车工业和工程机械装备制造业面临诸多挑战，这对汽车及工程机械齿轮的轻量化、长寿命、高可靠性和安全性等优良服役性能提出了更为严格的要求。而齿轮钢作为齿轮制造的重要基础材料，其强韧性、纯净度、淬透性、均匀性及易切削性等性能要求也日益严苛。但长期以来，受工艺技术及装备水平的影响，超低氧、易切削、高均质等的协同稳定控制难题一直困扰着齿轮钢的生产，严重制约了变速箱高端齿轮钢的品种拓展与升级。如何实现齿轮钢超低氧、易切削、高均质等性能的协同稳定控制是解决高端变速箱齿轮高效稳定运行和长寿命安全服役亟待破解的关键共性难题。 针对上述问题，承德建龙特殊钢有限公司联合北京科技大学、中国汽车工程研究院股份有限公司、晋江市成达齿轮有限公司和山东润通齿轮集团有限公司等多家单位，立足承德建龙“钒钛磁铁矿—高炉铁水—提钒转炉—半钢脱硫—炼钢转炉—LF精炼—VD真空脱气—方坯连铸—控轧控冷—精整—检验—棒材”特色产线，以超低氧、易切削、高均质和长寿命为目标，依托国家自然科学基金项目和企业合作，开展了“产-学-研-用”全链条联合技术攻关，成功研发变速箱用超低氧易切削高端齿轮钢生产成套技术。

汽车用薄规格热轧酸洗板对表面质量要求较高，要具有良好的表面质量，同时对力学性能也有严格要求。薄规格热轧酸洗汽车板是一种高附加值的汽车用钢。 本钢以建设精品板材基地为目标，近年把汽车用热轧酸洗板作为汽车用钢的重点发展方向，随着本钢酸洗生产线的正式投产及与生产热轧酸洗板的前部工序设备相关技术改造的完成，本钢已全面具备研制开发和生产汽车用热轧酸洗板的能力，目前可以批量生产780MPa以下和最小1.2mm厚度规格的薄规格高强汽车用热轧高强酸洗板。 本钢近年对薄规格高强热轧酸洗汽车板产品进行了深入的基础研究、技术质量攻关及市场推广等工作。本钢提高了炼钢生产的钢质纯净度水平、热轧轧制工艺控制水平，力学性能稳定性大幅提高，实现了高强薄规格热轧酸洗板整体生产能力及质量水平的提高；在表面质量方面，结合酸洗工艺的优化，解决（或极大改善了）夹杂、氧化铁皮、硌印、表面锈蚀、色差、表面清洁性、表面粗糙度等诸多问题，成功实现了高强热轧酸洗板的批量生产， 本系列产品主要包括QStE、SAPH、SP和S-MC等。质量指标包括表面质量、板型和力学及成型性能。本项目通过控制钢板内部组织，晶粒尺寸以及析出物的形态和数量的方法，保证钢板强度和成型性能；采用稳定高效环保的酸洗工艺消除热轧板的表面氧化铁皮；通过CVC板型控制系统，满足用户对产品板型的要求。 到目前为止，国内的热轧酸洗板仍然以普通厚板为主，高强薄板方面的产品极少。截至2021年9月，本钢已累计生产薄规格高强热轧酸洗板系列产品18.5万吨，性能合格率100%，板形良好，已成功供货东风日产、上海汽车、沈阳华晨、奇瑞汽车、上海通用、东华汽车、江铃汽车、天津汽车、北京现代等汽车厂。

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。

本项目以钠冷快堆的高温环境和ITER计划极低温环境为代表的新一代核电技术对奥氏体不锈钢材料在性能及其制造工艺成熟稳定性、质量可靠性的高要求为目标，依靠自主创新，系统地解决了奥氏体不锈钢的高纯净度冶炼、性能和组织及其均匀性控制、高耐蚀高强韧性能协同等关键技术难题，开发出系列高品质不锈钢产品，满足了当今最为先进的压水堆、快堆、聚变堆等不同核电技术的不锈钢材料需求，实现我国核电用关键不锈钢材料从进口到自主、从堆外到堆内、从常规到尖端和从竞争到唯一的转变，保障我国核电工程的快速建设和安全运行，促进了我国核电技术和事业的健康发展，为我国能源结构调整和低碳减排夯实了基础。

本项目属于钢铁冶金学科中的炼钢、连铸技术领域。 按照国家可持续发展的战略要求及集团的整体布局，将承德建龙打造成全球能源用钢的引领者，成立《高品质连铸大圆坯生产关键技术及高端产品研发》项目组，通过不断的技术创新，产品综合质量水平大幅提升，客户档次不断升级，品种结构大幅改善，在相关细分高端用钢领域成为主要的供应商。已为维斯塔斯、西门子、斯伦贝谢、瓦卢瑞克、南高齿、天津钢管等国际国内一流公司稳定供货并形成战略合作。近三年共生产连铸圆坯358万吨，其中φ350~600mm的高品质级别钢材大圆坯产品产量167万吨，圆坯市场占有率连续多年全国第一，取得了明显的经济及社会效益，吨钢盈利能力位居国内前列。 为了充分利用钒钛资源的综合效益优势，必须要攻克高磷、硫钒钛磁铁矿冶炼高洁净钢的技术难点，同时解决连铸大圆坯纯净度、偏析和中心裂纹等问题，满足高端客户对质量的需求，项目主要内容及特点如下： （1）采用“钒渣低钙提钒”、“半钢水KR脱硫”、“半钢补热”等关键技术，达到脱硫后半钢水硫含量≤0.005%，转炉终点磷含量≤0.003%；同时开发了提钒转炉长寿命技术、转炉氧氮气体混吹提钒技术，实现了钒、铬资源的高效利用。 （2）开发了不同品种的专用精炼渣系、钢中低Ti、低Ca控制技术、钢包水口控制吹氩+中包气氛保护+整体水口浇注的连铸保护浇注系统集成技术，结合多孔水口创新设计，实现风电偏航变桨轴承钢、石油阀体钢非金属夹杂物D类、Ds类≤1.0级，耐腐蚀抗硫管线钢非金属夹杂物A类≤0.5级、B类≤1.0级。 （3）开发了“结晶器、末端电磁搅拌+连铸坯超缓冷处理”集成技术，实现了风电轴承、石油阀体等中碳铬钼钢连铸坯横截面碳极差≤0.045%。 （4）开发了高纯净、抗硫化氢腐蚀管线钢；国内首家生产出满足API新标准（API SPECIFICATION 6A-2018, 21st EDITION）的高端石油阀体用连铸圆坯，实现稳定供货，替代了传统钢锭和电渣锭；实现了风电法兰S355NL钢屈服强度≥345MPa（锻件厚度≥150mm），-50℃冲击韧性≥120J；风电轴承达到了使用寿命≥30年所需的国际先进质量指标。 近三年新增产值621455万元，利税246014万元。获批专利16件，其中发明专利9件，发表论文16篇，参与制定石油阀体团体标准1项。

双相不锈钢是我国国家战略新兴产业不可或缺的重要钢类，油气输送、海洋工程及船舶、石油炼化、环保工程等高端装备对双相不锈钢无缝管耐腐蚀性能和低温冲击韧性等关系到材料及装备安全和寿命的重要指标提出高的要求。 双相不锈钢高铬、高钼、含氮成分和双相组织特点，在赋予其较高屈服强度和优良耐腐蚀性能的同时，也带来两相组织易失调、热加工成型困难、低温冲击韧性差等问题，以φ≥450mm规格无缝管为代表的高端大口径双相不锈钢管材长期依赖进口。 国内大口径双相不锈钢荒管和成品管材组织控制难、性能一致性差、热加工装备生产能力不足，以及双相不锈钢无缝管传统制备工艺流程长、成材率低是国内双相不锈钢无缝管生产面临的主要困难，成为严重制约我国高端装备用不锈钢发展的瓶颈。 钢铁研究总院、江苏武进不锈股份有限公司和山西太钢不锈钢股份有限公司组成的联合研发团队，依托国家转型升级强基工程项目，历经十二年，从系列双相不锈钢钢种设计和开发、冶炼、热穿孔荒管制备、成品管材轧制热处理等方面进行工艺和技术研发，针对高端装备用双相不锈钢无缝管所提出的更高耐点腐蚀性能、低温冲击韧性要求以及高性能大口径双相不锈钢冷轧管材国内无法生产的“瓶颈”问题，突破了高端装备用双相不锈钢“两相平衡设计-高纯净度冶炼及浇注-热穿孔-冷轧-均温快冷热处理”全流程组织控制技术，集成了大规格管坯、大口径荒管和成品管制造核心装备，并实现了高品质双相不锈钢系列无缝钢管的规模化生产及应用。

转炉一键出钢无人化技术将替代人工出钢操作，把人员从炉后高热辐射、高粉尘、易喷溅的恶劣劳动环境中解放出来，实现转炉炉后操作的自动化和无人化，大大提高转炉生产安全性；同时能够大幅加快出钢速度，缩短炼钢周期，提高钢水温度，提升钢水纯净度，改善钢水质量，切实提升企业经济效益。

本项目所属学科为钢铁材料加工制造工艺领域，涉及材料、冶金、材料加工学科。 双相不锈钢具有高铬、高钼、含氮的成分特点和双相组织特点，赋予其较高的屈服强度和优良的耐腐蚀性能，是我国国家战略新兴产业的不可或缺的重要钢类，但其制造难度较大，高端产品长期依赖进口。 油气输送、海洋工程及船舶、石油炼化、环保工程等高端装备对双相不锈钢无缝管耐腐蚀性能和低温冲击韧性等关系到材料及装备安全和寿命的重要指标提出较高要求，与此同时，项目初期国内不能制备φ≥450mm大口径双相不锈钢无缝管，成为严重制约我国高端装备发展和制造的瓶颈。 申报团队依托国家转型升级强基工程项目，历经十二年，实现了高端装备用双相不锈钢“两相平衡设计-高纯净度冶炼及浇注-热穿孔-冷轧-均温快冷热处理组织控制”全链条关键技术突破，并实现了装备自主集成创新。主要创新点如下： （1）开发了高纯净、高致密双相不锈钢管坯制备技术，实现了系列钢种的相比例和耐蚀性平衡设计、全氧含量≤25ppm的低氧控制、φ≥247mm铸锭中心缩孔消除、窄温度区间锻造工艺控制。 （2）发现了双相不锈钢热穿孔温度敏感特性，推荐了兼顾耐点蚀性能和热穿孔性能的氮含量控制范围，开发了热穿孔温度-转速协同控制技术，利用自主集成的φ55mm～φ720mm组距热穿孔装备，制备了φ610mm双相不锈钢荒管。 （3）开发了基于窄区间保温-均匀加热-快速冷却的双相不锈钢组织控制技术，利用独有的φ≥200mm管材固溶、冷却装备，实现了全系列双相不锈钢无缝管的点腐蚀率稳定≤3.5mdd（指标≤10mdd）、-46℃Akv稳定≥100J（指标≥45J）。 项目开发的系列双相不锈钢无缝管，已应用于国内外油气输送、海洋工程及船舶、石油炼化、环保工程等高端装备领域的167个项目，产品实物性能达到或优于国外同类产品。近三年累计销售额7.32亿元，新增利税1.68亿元，经济和社会效益显著。项目授权专利34项（发明12项）、软件著作权4项，制修订国家标准4项，发表论文13篇。 经与国外先进企业实物性能和生产能力对比，项目形成的成果总体达到国际先进水平，其中，项目开发的大口径、抗低温冲击、耐点腐蚀冷轧双相不锈钢无缝管达到国际领先水平。项目的研制成功，为我国高端装备自主化和“走出去”战略提供了材料保障，带动了我国高精尖、高附加值不锈钢无缝管整体技术水平和制造能力的提升。