项目摘要：针对我国钒钛资源提取冶金过程的反应体系，围绕钒钛资源有价组元强化迁移及分离的关键科学问题，以提高钒钛等有价组元回收率为目标，采用理论分析、实验研究和计算机模拟相结合的方法，开展从微观到宏观尺度的钒钛资源有价组元强化迁移规律及分离理论的基础性和战略性研究，主要包括：（1）钒钛资源冶金过程基础数据库及相关计算物理化学模型的建立；（2）多相反应中有价组元的相结构变化规律；（3）高温溶胶生成、演变的物理化学规律及在冶金过程中的作用；（4）钒钛等组元相际迁移的动力学规律及其影响因素；（5）外场对钒钛等组元迁移及分离的强化与协同作用。通过本项目的实施，将构建钒钛资源冶金过程有价组元强化迁移规律及有效分离理论体系，提出旨在提高钒钛资源利用率的新工艺和新方法，为我国钒钛资源高效利用与安全保障奠定坚实的理论和技术基础，提高我国在该领域的学术水平和国际影响力。

　　一、科学目标 　　阐明电磁场影响金属材料凝固温度点变化本质和内在机制及其对金属材料形核影响规律；在深入认识和掌握热电磁力和热电磁对流生成机制及其对凝固组织和偏析影响机理的基础上，建立热、电、磁、力协同作用下凝固组织和偏析演变模型；提出电磁场与温度场等协同控制凝固组织和偏析，以及电磁场控制应力作用下固态相变制备织构材料等技术原理；为提高我国高品质金属材料的生产水平提供理论和技术基础。 　　二、研究内容 　　（一）电磁场下相变形核机理。 　　研究电磁场下合金材料的凝固过冷行为和电磁场对材料过冷度的影响规律；研究电磁场对界面能的影响规律和电磁场下微结构演化规律，建立合金界面能与电磁场强度间的关系；研究电磁场下液-固、固-固、气-固转变形核机制，建立电磁场下凝固结晶分子动力学模型。 　　（二）电磁场下冶金相变动力学。 　　研究电磁场作用下原子扩散规律，并揭示其微观机制和建立基本模型；研究电磁场作用下相变过程位错和晶界生成和运动行为，建立电磁场与位错运动等的关系；研究电磁场下冶金相变速率变化规律、晶体长大行为及形貌演变、溶质分布规律，建立电磁场下晶体生长基本模型。提出电磁场下凝固组织和偏析控制方法和原理。 　　（三）热、电、磁、应力协同作用下相变界面行为与组织形态演变规律。 　　研究热、电、磁协同作用下凝固多尺度流动与溶质传输规律，及其对凝固枝晶形态等的影响规律并建立相应模型；研究热、电、磁协同作用下两相区及凝固组织演化规律；建立凝固两相区、晶粒组织和偏析变化模型；研究电磁场和应力共同作用时固-固转变界面行为及组织演化规律并建立相应模型。提出电磁场控制金属材料组织的新技术原理。 　　三、申请注意事项 　　（一）申请书的附注说明选择“电磁场作用下的冶金相变机理” ，申请代码1选择E0418（以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理）。 　　（二）申请人申请的直接费用预算不得超过1500万元/项（含1500万元/项）。 　　（三）本项目由工程与材料科学部负责受理。

高性能构件设计与制造目前存在以下三方面问题：一是由于材料分布和多尺度结构特征对构件性能的耦合影响规律复杂，导致构件材料与结构匹配的性能设计困难；二是由于传统设计方法和制造工艺的约束，导致复杂构件整体制造困难；三是由于缺乏构件精确成形调控方法，需反复试错，造成高性能目标控制困难。 　　一、科学目标 　　以航空航天典型高性能复杂构件为研究载体，探明多尺度结构与构件性能的映射规律，揭示材料组织演化与结构变形的交互作用机制，探索材料-结构一体化复合制造原理，形成材料-结构一体化设计与制造基础理论，实现高性能复杂结构的整体制造。 　　二、研究内容 　　（一）材料-结构多尺度建模与一体化设计。 　　研究苛刻服役环境下高性能构件宏微多尺度性能表征建模及材料-结构与性能的映射规律，建立宏微结构构型与材料分布的跨尺度拓扑优化设计新方法。 　　（二）多材料结构逐点/逐域控制的增材制造。 　　研究成形过程熔池的表/界面行为和多材料、多尺度结构的界面问题，揭示界面应力的局部能场调控机理，实现材料-结构的形性协调。 　　（三）异质材料构件的界面行为与结构精确制造。 　　研究异质材料叠层制造中宏细观界面特征形成和几何误差传递规律，探索复合制造过程的调控策略，实现高性能构件几何特征与性能的同步精确制造。 　　（四）材料组织演化与结构变形的精确调控。 　　研究高性能构件材料组织演化与结构变形的耦合机理，揭示外加能场对构件材料组织和变形的影响规律，实现多场耦合作用下结构变形协调与性能的精确调控。 　　（五）高性能构件整体制造新原理与新装备。 　　基于材料-结构一体化设计与制造新方法，探索与验证典型构件整体制造新原理、新工艺与新装备。 　　三、申请注意事项 　　（一）申请书说明选择“高性能构件材料-结构一体化设计与制造”，申请代码1选择E0508 　　（二）申请人申请的直接费用预算不得超过1500万元/项（含1500万元/项）。 　　（三）本项目由工程与材料科学部负责受理。

以压水堆核电站关键结构材料和焊接部件的主要失效形式为重点，研究现役和在建核电站国产材料在模拟核电高温高压水环境中微纳米尺度缺陷的损伤演化规律，并与国外材料对比。重点研究环境/力学/材料成分与微观结构对高温电化学的热力学、动力学的影响规律；研究材料微纳米尺度缺陷的腐蚀到应力腐蚀裂纹萌生的演化规律；研究裂尖纳米尺度的化学/结构/力学特征及其扩展机制；通过第一原理计算研究合金元素和残余应力对辐照导致元素团簇形成的影响，用辐照结合小试样试验研究析出原子团簇的交互作用及其与脆性转变温度的关系；研究材料/温度/水化学/载荷/位移/频率等多因素交互作用下的微动磨损行为；研究依据电化学方法的监检测系统，实现电化学探头长期可靠性和微纳级上的早期/无损/在线腐蚀损伤监检测；研究依据损伤机理的寿命预测模型和安全评估方法。在环境因素与材料交互作用的非线性耦合理论、材料在环境中损伤演化的微细观理论、材料环境行为的模型与寿命预测理论三个关键科学问题上有所突破。形成与基础理论紧密联系的若干关键技术基础和两项示范性技术—监检测与寿命评估，为材料国产化和科学使用、建立材料安全使用的评价准则和寿命预测提供基础数据和判据。

“六五”以来国家多次组织对鞍山式难选贫赤铁矿石进行选矿攻关试验，但该类矿石的浮选技术没有突破。该项目2007年被列为国家科技部国际合作重点项目，鞍钢集团矿业公司与东北大学合作，历时四年多，终于破解了含碳酸盐赤铁矿石浮选技术难题，主要技术内容包括：（1）针对含碳酸盐赤铁矿石的矿物组成，进行工艺矿物学基础研究；（2）通过含碳酸盐赤铁矿石浮选分离技术等基础研究。首次发现细粒菱铁矿在赤铁矿和石英表面形成“吸附罩盖”使这两种矿物呈现与菱铁矿相似的浮游性。研究揭示了菱铁矿对赤铁矿可浮性影响的基本规律，首次提出了处理含碳酸盐赤铁矿石的“分步浮选”的工艺技术方法；（3）含碳酸盐赤铁矿石分步浮选工艺技术的工业应用研究，研究成果达到国际领先水平。 一、项目特征及关键指标 1.项目创新点 （1）首次发现细粒菱铁矿在赤铁矿和石英表面形成“吸附罩盖”是导致含碳酸盐赤铁矿石浮选分离困难的根本原因。 （2）首次提出“分步浮选”技术，即第一步在中性条件下采用正浮选分选菱铁矿，第二步在强碱性条件下采用反浮选工艺分选赤铁矿与石英，生产出合格铁精矿。 （3）首次研制出用于菱铁矿中性优先浮选组合药剂。 （4）首次应用“分步浮选”技术实现工业化规模生产。 2.关键技术指标 开发出“分步浮选”技术，即第一步在中性条件下采用正浮选分选菱铁矿，第二步在强碱性条件下采用反浮选工艺分选赤铁矿与石英，生产出合格铁精矿。工业应用取得了良好的技术经济指标，获得了铁品位为64.29%，回收率为65.25%的赤铁矿精矿，年可增加经济效益2.34亿元。 二、实施效果 1.实施效果 含碳酸盐赤铁矿石“分步浮选”工业试验从2010年5月14日开始在鞍钢集团公司东鞍山烧结厂全面进行，工业试验的第三天整个分选过程就已经稳定运行，工业试验至2010年8月23日结束，历时三个多月。取得平均精矿品位达64.29%，回收率为65.25%分选指标，三个多月的试验结果表明，含碳酸盐赤铁矿石“分步浮选”工艺取得了历史性的突破，原来无法利用的含碳酸盐赤铁矿石均可以采用该工艺进行处理，“分步浮选”工艺的适应性强。应用分步浮选工艺的实践表明，该工艺运转平稳，药剂控制简单，分选效果较好。

主要目标： 揭示Cr在钢渣中的迁移轨迹、变价条件和固化机理，明确析晶过程中晶核形成和长大的热力学和动力学条件，实现含Cr微晶玻璃的高效固化，开发出具有自主知识产权的含Cr钢渣制备微晶玻璃的绿色再利用技术和装备，建立含Cr钢渣高值化、功能化的绿色回收再利用于微晶玻璃示范线，为冶金行业危险固废绿色高值化再利用提供示范。 主要内容： 研究含Cr钢渣重金属Cr价态变化条件及机理 ①研发含Cr钢渣中重金属Cr的存在价态及其变化条件； ②研究含Cr钢渣中铬的浸出条件； ③研究铬的溶出量与渣的碱度及渣组分的关系； ④研究含Cr钢渣经磁选后，铬的存在状态； ⑤研究含Cr6+固化的基本条件。 含Cr钢渣成分调配技术 ①研究废料配比对晶核形成及其长大、微晶玻璃性能等影响规律； ②优化并确定各种废料的配比，实现含Cr 钢渣的用量最大化。 研发含Cr钢渣微晶玻璃双棍压延成形工艺和设备，优化工艺参数，确保微晶玻璃光洁度和平整度。 研发含Cr钢渣微晶玻璃的析晶控制工艺 ①研究析晶和晶粒生长动力学和热力学； ②研究工艺参数对晶粒尺寸、微晶含量和微晶玻璃性能的影响； ③优化工艺参数，形成最佳的析晶工艺条件和装备。 Cr在微晶玻璃中的稳定性研究 ①Cr在微晶玻璃中的存在状态及机理； ②微晶玻璃中Cr的温度稳定性及机理； ③微晶玻璃中Cr的酸碱稳定性及机理。 含Cr钢渣微晶玻璃产业化装备及示范线建设。

本项目开发出了用于计算复杂变温情况氧化层厚度演变的理论方法，实现了热轧过程中氧化铁皮演变的"软测量"，降低热轧氧化铁皮厚度，明确热轧全流程过程中氧化铁皮结构演变机理，测定了FeO先共析和共析转变的动力学规律，根据现场实际工况制定出了一整套工艺参数控制方案，形成了调控氧化铁皮结构、组分与厚度的专有技术，根据下游用户不同的使用需求，实现了钢材氧化铁皮的柔性化控制，从而实现热轧钢材减酸洗和免酸洗。

研究内容和目标 （1）高品质铬资源节约型不锈钢关键技术开发与应用示范 在不添加Cu、Mo和Ni等贵合金元素条件下，开发节铬型微合金化铁素体不锈钢，推进其在制品和装饰领域的应用； 开展铬离子析出和人体健康安全性关系的机理研究，开发出资源节约、兼顾经济性和人体安全的生态友好型节铬铁素体不锈钢，快速推进其在制品和餐具领域的广泛应用； 深入研究相变诱导塑性（TRIP）效应在双相不锈钢中的机理，开发具有TRIP效应的节铬型经济双相不锈钢，拓展其在工业领域的替代304的局部应用； （2）高品质钼资源节约型不锈钢关键技术开发与应用示范 研究Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、Nb（V）、N元素对材料的力学性能、成形性能、可焊性以及耐腐蚀性的影响规律； 开发一种耐点蚀和氯离子应力腐蚀性能良好、满足水处理系统介质的耐蚀性要求、替代SUS304钢种和SUS444钢种在太阳能行业中的应用、成形性和可焊性优于SUS444的节钼型高性能铁素体不锈钢，快速推进其在太阳能领域和水箱领域的广泛应用； 开发一种耐氧化性介质腐蚀和耐氯离子点蚀和应力腐蚀性能良好的节钼节镍型奥氏体不锈钢，实现部分替代目前应用于化工行业、热交换器行业和压力容器行业的SUS316L奥氏体不锈钢。 目标：开发微合金化铁素体不锈钢、生态友好铁素体不锈钢、具有TRIP效应的经济双相不锈钢，铬用量相对于传统铬系430不锈钢节省10%以上。

系统掌握高硫、高酸油气环境中，低合金钢材料在H2S、SO2、Cl－和酸性盐水介质，以及上述各种复杂混合介质条件下的腐蚀规律，开发出大型油轮货油舱用高品质耐腐蚀钢、集输和长距离输送管道用耐腐蚀钢和低成本高性能耐腐蚀ERW钢管等耐腐蚀钢生产技术，解决我国油气开采、输送和储运过程中的钢铁材料腐蚀问题，形成具有我国自主知识产权的油气开采与储运用耐腐蚀钢生产技术体系和评价标准规范，实现油气开采与储运用耐腐蚀钢的工业化生产制造与应用，满足石油天然气开采、输送和储运过程中对高品质耐腐蚀钢的迫切需求。 本项目重点研究高硫、高酸油气环境下低合金钢的腐蚀规律，建立模拟腐蚀环境下钢铁材料腐蚀的仿真系统和耐腐蚀评价标准；研发耐腐蚀船板、高强度耐腐蚀石油天然气集输和输送用管线钢、高强度耐腐蚀ERW油井管用钢等耐腐蚀钢生产技术，并实现工业化生产和应用。 本项目研究内容分解为4个课题，包括： 序号 课题名称 1 高硫高酸油气环境下低合金钢的耐腐蚀与强韧化技术 2 油船货油舱用耐腐蚀钢板工业生产技术 3 高强度耐腐蚀石油天然气集输和输送用管线钢生产技术 4 高强度耐腐蚀油井管用钢生产技术

钢中非金属夹杂物的形貌、数量、尺寸、分布极大的影响钢液的洁净度和最终产品的质量。只有准确认识钢中非金属夹杂物的真实形态，才能有效控制和去除钢中高危害杂质。本项目主要应用于炼钢连铸技术领域，特别是提供了一套分析钢中非金属夹杂物三维真实形貌的方法和技术手段。通过夹杂物原貌分析技术可以研究冶炼各个环节非金属夹杂物的三维形态、含量、成分、尺寸的演变规律，为洁净钢的生产起着重要的借鉴作用。