我国是世界最大的建筑钢筋生产国，2020年我国钢筋产量为2.66亿吨。随着我国经济运行全球化、工业技术现代化和社会结构都市化的迅速发展以及低碳环保的要求，对建筑结构安全可靠性和使用寿命提出了更为严格的要求，从而对最主要的建筑材料高强度钢筋提出了更高的性能质量要求，包括更高的强度级别、良好的可焊性和塑性成形能力、优良的抗震性能、耐低温性能、耐大气腐蚀能力以及耐火性能等。 针对热轧钢筋企业生产过程中主要存在的问题：（1）钢中氮元素含量不稳定，钒氮原子比不合理，未能充分发挥钒的强化作用，导致钢筋中钒元素添加量偏高，造成合金的浪费。（2）轧后穿水时如果控制不当，易出现回火组织，或者表面出现锈蚀。（3）空冷钢筋有时表面出现气泡。（4）多线切分轧制时，各线强度线差大。（5）HRB400E钢筋采用穿水工艺使得屈服强度波动大，且显微组织又不合格现象出现，质量稳定性有待提升。（6）500MPa级以上的高强钢筋，强屈比指标富余量小，对于小规格钢筋（φ12-14mm），强屈比指标虽复检合格，但一次合格率较低。钢铁研究总院技术团队，从显微组织、显微硬度、化学成分、力学性能、应用性能调控等不同角度，自主创新开发了高性能热轧钢筋减量化制备关键技术。

“纳米晶体材料”自提出以来，一直是科学研究领域的热点。纳米晶金属材料通常具有良好的强塑性匹配和耐磨性、优异的耐腐蚀性能、低温超塑性及生物相容性、高热稳定性和抗辐照性能等特点，因此其应用前景十分广阔。目前，关于纳米晶金属材料的制备及研究正方兴未艾，特别是块体纳米晶材料，因其性能潜力巨大、制备过程复杂且难度极高而尤为科学家们所关注。 当金属的晶粒尺寸减小至纳米级时，强度和硬度将显著提高，然而塑性和韧性会明显下降。这种强度和塑性的“倒置关系”普遍存在于传统的合金化材料中，这制约了纳米金属材料的应用。最新研究表明，通过对金属材料显微组织进行跨尺度多级界面调控，既可以保证纳米结构带来的性能优势，又能克服纳米结构的一些性能缺点。

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。

复相钢由于具有优异的折弯扩孔性能、疲劳耐久性能、碰撞吸能性能，应用于汽车关键零部件，对提升整车安全性能具有不可替代的作用。复相钢通常包含两类产品，其中冷轧复相钢主要用来制造对碰撞要求极高的门槛、座椅滑轨等车身安全结构件，热轧复相钢主要用来制造对成形及疲劳要求更高的底盘核心部件。受制于产线装备能力及产品高质量要求，项目之初我国复相钢产品及相关标准仍是空白，以北京奔驰为代表的汽车用户长期依赖于进口蒂森、阿赛洛、神户等国外钢企产品。近年来，国内宝钢借助于热轧产品升级及冷轧高强产线能力提升，积累了一定的复相钢生产开发经验，但国内外复相钢还存在一些难题尚未有效解决，如：热轧复相钢扩孔率波动大（30-80%）、成形能力不足导致开裂率高达4%，冷轧复相钢性能合格率仅有80%、折弯性能不良导致开裂率高达8%、边部开裂率达到5%、板形不良导致零件空间尺寸合格率仅有90%等。为此，首钢联合北京科技大学、北京奔驰等单位，历时多年，开发了780-1180MPa级别高性能复相钢系列产品，解决了复相钢生产应用共性难题，实现了技术引领，主要创新如下： （1）揭示了复相钢局部成形性能的影响机理，提出了基于微细颗粒残余奥氏体和纳米析出强化铁素体的组织调控新思路，开发了热轧控制中间层冷温度及冷轧低温退火的复相钢生产新技术，实现热轧800MPa复相钢扩孔率≥55%且伸长率≥12%，冷轧1000MPa复相钢180°弯曲半径达到0t。 （2）形成了极限规格冷轧复相钢“热轧-层冷过程凸度/平直度协同控制+大轧制力冷轧板形调控域优化”的全流程板形控制技术，解决了复相钢高轧制负荷下的板形难题，实现了平直度≤2mm/2000mm，制作零件空间尺寸合格率提升至96%以上。 （3）发明了基于材料的边部裂纹敏感性评价方法及基于零件成形方式的等效极限预测方法，揭示了材料物理特性对边部裂纹的影响规律，实现了材料与零件相结合的事前预测，复相钢冷成形边部开裂率降低至0.2%以下。 该成果获授权专利22项，其中发明专利14项，主持及参与编写国家标准5项。近三年产量累计近14.27万吨，实现净利润1.23亿元。高性能复相钢产品在奔驰、宝马、北汽、长城等用户广泛应用，镀锌复相钢市场占有率超过50%，奔驰国内供应商独家供货。本项目开发复相钢为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。

中国钢研自主设计开发的基于多尺度公网云计算、区块链数据共享与高通量增材制备的行业级材料数字化研发平台（简称“Material-DLab”）。该平台集材料计算、工艺模拟、服役模拟及高通量制备于一体，开辟了全图形云计算、材料APP、材料区块链、元素级3D打印高通量制备等新的技术理念和应用场景。 平台突破了高性能计算（HPC）架构下的图形/指令一体化的材料多尺度云计算技术，设计了基于“云堡垒”的智能路由系统，实现了基于Windows-Linux多许可证调度的多尺度材料、工艺软件公网云计算。在确保软件产权的前提下实现了资源共享，实现了20余款国际知名材料、工艺软件的远程计算、移动计算和排队计算，覆盖纳观、微观、介观、宏观的全尺度计算资源。 首创基于区块链的材料数据对等发现及共享技术，突破了数据产权确认、数据汇聚和共享的行业难题，满足了材料数据确权管理及安全溯源需求，促进企业级、行业级科研检测数据矿山的形成，实现FAIR原则下的跨团队、跨部门数据可发现、可访问、可操作、可重用。 首创元素粉末SLM原位合金化高通量制备技术，建立了行业内首个块体样品的高通量增材制备系统，突破了高速打印条件下元素粉末扩散、均质化难题，可实现一次上百种不同成分块状合金的高效制备，大幅度提升材料研发、优化迭代效率。已成功应用高熵合金、不锈钢、高温合金、超硬合金和梯度功能材料等材料开发中。 建立了全球首个材料APP专业资源平台，开发并上线350余款材料APP应用，以解决材料、工艺和计算工程师的知识衔接和知识沉淀难题，支持多种广义APP的云端生成、云端远程计算。支持企业专区设立，可共享、可修改、可移植、可保护版权。算法覆盖纳观、微观、介观、宏观全尺度，具备从材料设计、组织性能预测、工艺模拟到服役仿真全流程的微应用计算解决方案。提供了材料原创性研发所必需的计算-数据-场景迭代升级能力。 Material-DLab平台开放运行6个月期间，累计实现在线计算任务6000余项；完成在线科研检测及数据上传任务1000余项，开发和众筹各类材料APP超过350项，向行业发布悬赏征算任务18项、参与团队170多个，认证数字化研发教师/工程师64人，完成行业培训2000余人，直接收益超过3000万元。已与包括鞍钢北京研究院、北京钢研高纳、安泰科技、中石化广州工程等多家用户单位合作，为其带来收益超过2亿元。

高品质棒材发展趋势主要包括高强塑化、低成本、绿色化、减量化生产，这些均需要现有工艺的创新升级和设备升级。通过针对市场上销售的钢筋进行的相关质量统计，全国钢铁企业抽检合格率93%，市场抽检不合格率28.9%，浙江省公开报导钢筋抽检不合格率46.38%。其中钢筋不合格项主要为：显微组织、硬度、金相组织、成分、力学性能，其余为尺寸外形、重量偏差、钢筋标识等。如何在现有生产线条件下通过工艺和设备的升级改造，节约成本、提高质量稳定性、获得减量化效果，是本项目所解决的主要问题。本项目所提的减量化包括两方面内容：一是通过减少合金加入量，降低生产成本；二是通过提高HRB400E和HRB500E的质量稳定性，增加成材率，同时通过开发超高强度级别钢筋（700MPa级和800MPa级）替代HRB400E，可以减少钢材的使用量，获得减量化效果。

本项目属于金属材料加工制造领域。 随着“国6”标准的逐渐普及，汽车工业需对减轻汽车重量、降低油耗、提高汽车结构件强度以及安全性能等提出了更高的要求，汽车用钢逐步向轻量化、高强化的趋势发展。特别是商用改装车制造领域，因油价增高运费不增反减等现实因素，对低成本高强度大梁钢、箱体钢和罐体钢的需求日益强烈。 本项目围绕商用车整车轻量化这一中心思路，综合考虑了商用改装车的减重需求、生产成本和强度要求，根据用户的不同使用需求开发了低成本高强度的大梁钢、箱体钢、罐体钢。创新性的采用了钛合金一体化组织调控技术，确保有效钛的稳定、精确控制，保证了通卷性能的稳定性，获得了优良的使用性能、较好的板形平整度以及较低的合金成本，使本钢产品在市场上具有很强的竞争力。

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。

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。

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。