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刚度、强度、耐撞性等要求极高的门槛、保险杠、座椅滑轨等安全结构件，热轧复相钢主要用来制造对成形及疲劳要求更高的控制臂、纵臂等底盘核心承重部件。近年来，国内钢铁企业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，主要包括： 1、传统热轧复相钢采用微合金成分体系设计，通过卷取温度控制相变，从而获得铁素体+贝氏体+残余奥氏体等复相组织。但是扩孔率与伸长率具有负相关性，同时满足高扩孔性（≥40%）、高拉延性（≥12%）要求存在技术矛盾，如国际知名高端品牌某复杂成形零部件时因伸长率低和扩孔性能不足造成的冲压开裂率高达4%。且在传统控制冷却思路下，相同终轧/卷取温度而不同冷却路径时组织差异较大，导致扩孔率及伸长率波动大。 2、传统冷轧复相钢采用“高碳成分+高温退火”获得少量铁素体+贝氏体+马氏体+少量残余奥复相组织。但高温加热及快速冷却容易造成温度不稳定，从而造成材料性能的波动。且高碳复相钢存在带状组织，对折弯要求较高的零件适用性一般，如某国际知名一级配套商用进口材加工某零件时折弯开裂率高达8%，难以满足门槛、滑轨等零件高折弯性能的成形需求。 3、超高强复相钢冷轧生产时变形抗力起点值高，极限厚宽规格轧制负荷极大，导致带钢板形问题突出。如国外某先进钢企极限厚宽规格热镀锌复相钢仅可实现平直度5mm/2000mm，因板形不良导致最终零件空间尺寸合格率仅有90%，严重影响了门槛等零件的装配精度及碰撞安全。 4、超高强度复相钢零件生产过程中翻边、扩孔等涉及边部成形工序较多，极易引发冲压边裂质量问题。因边部裂纹敏感性和零件冲压边裂的预测技术还不完善，缺乏边部裂纹敏感性评价体系及相应的材料解决方案，典型零件冲压边部开裂率达到5%。目前国际上往往被迫采用改良模具或采用激光切割的方式解决此类问题，加工成本显著提高。 首钢通过扩孔/拉延协同控制和材料局部成形的机理创新，提出组织调控新思路，实现复相钢综合力学性能提升；通过轧制工艺、退火工艺、板形控制工艺等创新，实现复相钢性能稳定性、极限规格产品板形质量的提升，在上述机理创新和工艺创新的基础上，最终实现高性能复相钢的稳定生产。

长期以来，我国基础件用特殊钢质量稳定性、加工和使用性能与国外先进水平存在明显差距，导致基础件可靠性低、寿命波动大，无法满足高端装备制造业需求。针对以上问题，钢铁研究总院联合江阴兴澄特种钢铁有限公司等十家单位，在国家重点研发计划“先进制造业基础件用特殊钢及应用”等项目的支持下，钢铁研究总院等单位选取轴承钢、齿轮钢、非调质钢、紧固件用钢、轴用钢、弹簧钢等量大面广的典型基础件用钢，开展了高端基础件用特殊钢长寿命机理研究及一系列关键技术攻关。 在长寿命机理方面，重点研究了典型基础件用特殊钢中氧含量、夹杂物、组织等特征参数与疲劳寿命的关系、氢与钢中界面之间作用及氢脆机理，为典型品种长寿命化奠定了理论依据。在系列关键技术方面，重点突破了轴承钢超低氧、钛及DS夹杂物控制技术、齿轮钢窄淬透性带控制技术、非调质钢硫化物形态及分布控制技术、紧固件用钢窄成分控制技术、航空传动轴用钢低成本冶炼控制技术、弹簧钢脆性夹杂物控制技术等系列关键技术，使得基础件用特殊钢的质量稳定性得到大幅度提升。在此基础上，开发了先进制造业急需的一系列高端品种，包括Ds≤0.5的超高洁净轴承钢、≤4HRC超窄淬透性带宽的齿轮钢、1400MPa级贝氏体非调质钢、12.9级耐延迟断裂风电螺栓钢、低成本航空传动轴用钢、2100MPa级的高强度长寿命弹簧钢等。

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。

钢铁研究总院工程用钢研究所杨忠民教授团队采取全贝氏体钢合金设计体系控制原则开发出了无碳贝氏体钢，控制钢中的残余奥氏体和马氏体数量<5%，达到残余奥氏体和马氏体数量低到不影响贝氏体钢轨应用性能的目的。全贝氏体钢设计原则，保证钢轨微观组织一致性控制目标，钢轨的宏观性能和服役性能达到了高稳定性，在线服役寿命成倍提高。

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

控制轧制的核心思想是对奥氏体硬化状态的控制，即通过变形在奥氏体中积累大量的能量，力图在轧制过程中获得处于硬化状态的奥氏体，为后续的相变过程中实现晶粒细化做准备。控制轧制的基本手段是“低温大压下”和添加微合金元素。所谓“低温”是在接近相变点的温度进行变形，通常采用750~850℃。由于变形温度低，可以抑制奥氏体的再结晶，保持其硬化状态。“大压下”是指施加超出常规的大压下量，这样可以增加奥氏体内部储存的变形能，提高硬化奥氏体程度。增加铌微合金元素提高奥氏体的再结晶温度，使奥氏体在比较高的温度即处于未再结晶区，因而可以增大奥氏体在未再结晶区的变形量，实现奥氏体的硬化。为了进一步强化钢材的性能，在控制轧制的基础上又开发了控制冷却技术。控制冷却的核心思想，是对处于硬化状态奥氏体相变过程进行控制，以进一步细化铁素体晶粒，甚至通过相变强化得到贝氏体等强化相，进一步改善材料的性能。 采用低温大压下为特征的控制轧制工艺，与长久以来形成的“趁热打铁”的传统观念背道而驰，其改变了传统的高温连续轧制路线，不论对轧制装备能力还是在生产节奏的控制上都提出了更高要求。低温轧制必然受到设备能力等条件的限制，操作方面的问题也不容回避。为了实现低温大压下，钢铁行业长期以来致力于大幅提升轧制设备能力，为此投入了大量人力和物力资源。即便如此，对于一些特殊用途厚板产品，现有轧机仍无法很好的满足操作要求，对工艺方案的制定及实施均带来极大挑战。另一方面，钢板经过高温加热和在高温阶段粗轧后，需要经历较长时间的待温，以实现低温轧制，由此将对轧制节奏和生产效率造成不利影响。 在上述背景下，开发出热轧厚钢板本质细晶化高效轧制技术，通过化学成分和冶炼工艺的优化设计，使钢材本身具备晶粒细化能力，在大幅提高低温轧制温度甚至取消低温控轧的条件下，仍获得晶粒细化的显微组织以及良好的力学性能，显著提高轧制节奏和生产效率，对于高端厚板产品的开发以及钢铁企业生产能力和技术水平的提升具有重要意义。

M3组织可有效避免裂纹形核与阻止扩展，改善载荷-位移曲线，提高钢材强度和塑韧性。实现方法是：（1）将基体组织由单一铁素体型调控为多型相+亚稳奥氏体相；（2）亚稳相调控由相变冷却过程扩展到生产与服役全过程；（3）组织调控尺度由微米级发展到10-5-10-8m范围。 开创性地提出亚稳超细奥氏体提升强塑积的第三代汽车钢技术路线，通过中锰合金化和逆相变热处理工艺，获得了含大量亚稳奥氏体的亚微米多相组织，发明了抗拉强度范围600-1500MPa和强塑积不小于30GPa%的第三代汽车钢。引领国内外高强塑积汽车钢的研发与生产。 发明的中锰钢温成形技术，减少了对传统热压成形涂层材料22MnB5和热成形工艺的依赖，丰富了未来汽车超高强度钢板选材的空间，简化了超高强钢板成形技术难度和工艺要求，降低了生产成本。 创新了屈服强度500MPa-700MPa级低合金钢M3组织调控技术，在低合金钢中成功调控出多相（铁素体+贝氏体）、稳定的残余奥氏体和纳米析出的M3组织，实现了低屈强比（≤0.85）、高均匀延伸（～10%）、屈服强度500-700MPa级高强度低合金钢。

为了满足超千米级公铁两用斜拉桥——沪通长江大桥建设需求，解决在选材用材上存在的关键技术难题，武汉钢铁有限公司在桥梁钢领域多年来的研发制造基础上，联合中铁大桥勘测设计院、沪通长江大桥建设指挥部、武钢集团鄂钢有限责任公司开展了Q500qE钢试验研究，并获得中铁总公司立项支持。 项目研制Q500qE钢及配套焊接材料和焊接工艺等可用于建造大跨度、重荷载、高行车速度的特大型铁路桥梁、特大型公路桥梁、城市立交桥、建筑场馆、海洋平台等大型钢结构。 Q500qE钢采用低碳多元微合金化的成分设计，按TMCP工艺组织生产，通过控制钢中软相（铁素体等）和硬相（贝氏体等）的大小、形态、尺寸、分布等，并使晶粒适度细化，使得钢具有较高的强度和较低的屈强比，同时低温韧性和焊接性能优异。 项目成套技术的开发与成功应用使得我国大跨度铁路桥梁钢强度级别由420MPa级提升至500MPa级，从而将我国大跨度铁路桥梁钢的制造及应用等成套技术推到一个崭新的 高度，实现了我国大跨度铁路桥梁钢的整体更新换代，被业内认为具有里程碑意义。