本研究成果来源于湖南华菱湘潭钢铁有限公司与北京科技大学合作的横向课题“汽车用线材品种方坯裂纹研究”（合同号：K515001-514107421）和“汽车用弹簧钢的开发研究”（合同号：K518001-518112403）。 本项目针对汽车用特殊钢在冶金过程存在的共性计算技术难题，如弹簧钢、帘线钢中硫元素含量和夹杂物的控制效果不理想，轧制和拉拔过程中夹杂物的变形能力不佳，难以保证产品高疲劳寿命的稳定性的问题；汽车用特殊钢多含有合金元素，钢的裂纹敏感性大大增加，冷却不均匀性是连铸生产面临的共性难题；铸坯的中心偏析控制严重依赖生产经验，缺少相应的偏析预测模型，只能采用试错的方式对生产参数进行调整，对于偏析涉及的众多生产参数的调整与优化组合缺少相应的指导模型；湘钢产低碳冷镦钢C4C-Q、含硫钢42CrMoQ等高品质汽车用钢，在冶炼以及连铸生产中存在一系列的技术难题等等进行了研究，并取得了很好的效果。 具体内容见科技成果评价书及科技成果评价申请表。

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。

汽车用特殊钢品种繁多，生产工艺复杂，冶金过程需分钢种、定制化的精准控制，针对钢种特性进行产品工艺设计。汽车用特殊钢的控制难点可简要归纳为夹杂物塑性化控制、连铸冷却均匀性控制、铸坯中心偏析预测与控制和针对钢种特性的冶金过程综合控制。为此，湘钢与北科大钢铁冶金新技术国家重点实验室合作，组建了高品质汽车用特殊钢生产关键技术研发团队，开展了系统研究。

本技术非铝组合脱氧方式（硅锰预脱氧+扩散/沉淀脱氧+真空脱氧）冶炼轴承钢，由于硅锰合金的脱氧能力较铝脱氧弱，仅依靠硅锰合金脱氧不足以将钢液中的全氧含量控制在10ppm以下，而一般工艺采用的铝脱氧方法可以将全氧含量稳定控制在5ppm左右。因此，本技术中采用RH真空精炼方法，利用碳在高真空度条件下具有极强的脱氧能力的特点，对高碳轴承钢钢液进行深度脱氧，以弥补硅锰弱脱氧造成的脱氧能力不足的问题，将钢液的全氧含量控制在5-9ppm。加料过程中严格控制流程中铝的带入量，保证全流程低铝操作，严格控制钢中的铝含量，以减少钢中含铝类夹杂物的生成；同时采用碱度为1-1.5的低碱度精炼渣，降低渣中的氧化钙含量，将精炼渣成分控制在低熔点范围内，使钢中夹杂物主要为塑性夹杂物。这种工艺大大减少了钢中钙铝酸盐类和尖晶石类夹杂物的含量，形成了以硅酸盐类夹杂物为主要氧化物夹杂物类型的塑性夹杂物体系，保证了钢中D类和Ds类夹杂的极低量控制。同时有效的减少了钢中含铝类夹杂物的数量，大大提高了连铸可浇性，连铸过程中无水口堵塞现象，连浇17炉后水口内壁光滑无絮瘤物。解决了铝脱氧钢连铸结瘤率高，浇注不稳定，大颗粒夹杂物剥落导致的疲劳寿命异常问题。

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。

精整生产线是板带从钢厂走向用户的关键环节，在钢铁工业生产中起着举足轻重的作用，是成品板带质量的最终保障。项目开展前，高品质冷轧带钢精整生产装备与关键技术主要掌握在德国西马克、日本三菱、奥地利安德里茨等国外几大钢铁集团手中。国内现有的精整工艺技术很难满足高品质冷轧带钢产品生产的质量要求，成材率与机组产量均很低，没有形成系统性的工艺控制理论，且现场仍然以经验控制为主，导致高品质冷轧带钢的边部质量、板形以及表面质量等指标与国际水平仍存在很大差距。精整装备与工艺的不足严重限制了机组产能与产品质量，更谈不上高品质稳定生产。如何攻克精整生产线的设备与工艺难题就成为解决高品质冷轧带钢产品生产技术瓶颈的关键所在。 针对国内精整装备与工艺现状，燕山大学联合中国重型机械研究院股份公司、宝山钢铁股份有限公司、唐山钢铁集团有限责任公司，以实现高品质冷轧板带高效稳定精整生产为目标，立足高品质冷轧带钢精整成套装备与生产关键技术国内自主设计与开发，从带钢边部质量控制、带钢板形与表面质量控制、拉矫及上下游协同控制三方面入手展开研究，历经十余年持续攻关，突破了高品质冷轧带钢精整生产生产关键装备与技术瓶颈，形成了自主知识产权，最终实现了高品质冷轧带钢高效稳定工业化生产。

线材行业向高品质、低能耗、绿色化发展的步伐不断加快。但长期以来受工艺技术及装备水平等影响，国内线材高速轧机装备技术在提高产品品质、降低轧制能耗及降低生产成本等方面进步缓慢。主要体现在：1）轧制能力小，不能适应低温轧制。2）轧机刚性差，产品尺寸波动大。3）受制于传统集中传动型式，工艺孔型设计及变形制度不灵活，轧机高速运行稳定性差，设备空载消耗及辊环消耗高。4）高速线材终轧机组速度高、结构复杂，对设计、制造和装配要求极高，创新开发难度极大，而进口装备费用高、供货周期长、备件及维护费用高，严重制约国内高速线材生产技术的进步与发展。 针对高速线材行业转型升级存在的核心问题，本项目以高品质、低能耗及绿色化线材高速轧机装备技术为目标，创新性的提出了独立传动的模块化高速轧机装备技术理念，开发了全新的线材绿色、低耗独立传动式模块化高速轧机工艺、装备及控制技术，并实现了产业化应用，提高了线材生产的灵活性，提升了产品品质，降低了能耗及生产成本，实现了线材的绿色低耗生产。

制约模具钢中厚板技术进步以及全行业推广三方面技术瓶颈如下： 1、高碳-高合金模具大板坯开发瓶颈—模具钢中厚板谱系化问题 受转炉冶炼高合金化损耗大、均质化困难，尺寸效应引发的大板坯裂纹问题制约，世界上尚没有采用“转炉+立弯式连铸” 进行高碳-高合金大板开发的先例（C：0.36-0.45wt%，合金：9-15wt%），基于不对称变形条件下等向冲击性能（≥0.8）及满足NADCA标准的组织控制技术，1000-4000mm超宽板短制程生产技术亦是空白。 2、复合模具钢开发瓶颈—模具钢中厚板厚度提升问题 真空复合坯料在成本上、生产节奏上优于钢锭，在轧制规格及内部质量方面上优于400mm以上规格连铸坯。其技术本质在于金属 “熔化-凝固”的延申，因此模具钢的易裂难焊性（CE:0.56-3.38）、模具钢的高磁性对电子束的磁偏吹等成为利用复合坯生产模具钢最大的技术瓶颈。世界上尚没有采用“真空电子束复合”技术进行模具钢开发的成功案例。 3、低圧缩比、短制程模具中厚板生产工艺瓶颈—生产的轧制极限和效率的问题 无论是谱系化模具钢中厚板生产，还是复合技术生产，均需最大程度的挖掘连铸坯料的轧制极限，即突破行业内中厚板生产最小压缩比，达到压缩比≤2的水平，同时实现短流程并保证质量长期稳定、可控。 鞍钢股份有限公司项目团队依托省、集团重大项目，开展高品质模具钢中厚板关键制备技术攻关，突破传统连铸生产模具钢的合金化极限，坯料规格极限以及压缩比极限，形成“高效生产-稳定控制”一体化工艺，实现“关键制备技术-材料应用”全链条自主创新，开发出五大系列30余种模具中厚板产品。

我国基础件用钢年产量超过3000万吨，约占特殊钢总量的30%，是量大面广的特殊钢品种。基础件产品种类丰富、制造工序繁多且质量要求逐步提升，对原材料的组织和性能提出特殊要求，但目前中高碳特钢线材在线组织性能精准调控仍是突出的技术难题，典型代表有：1）弹簧钢51CrV4等淬透性较强，小规格线材常规工艺易出现M+B组织，直接深拉拔时材料心部易发生“人字型”裂纹；2）8.8级紧固件用免退火冷镦钢市场需求量大，但当前产品球化/退化珠光体比例小，变形抗力大，模具损耗高而应用受限；3）工具钢S2（67SiCrNiMoV）淬透性高，轧后易形成M组织，在储运及加工过程易发生脆断导致报废；4）因低温变形抗力大，轴承钢100Cr6传统工艺不利于碳化物网状控制，显著影响滚动体轴承疲劳寿命；5）高强帘线钢LX86A要求原材料具有高索氏体化率、无封闭网碳，以保证深拉拔及捻股及疲劳性能，因此通常采用离线热处理（球化退火、盐浴或铅浴）及二火材等工艺来解决，带来成本增加、成材率低、能耗高、环境污染等一系列问题。 中天钢铁集团特钢公司通过在线组织调控技术的持续创新是有效解决上述问题的有效途径。传统控轧控冷技术（TMCP）主要应用于板带及型材生产，相关研究及技术成果较多。相比之下，基础件用特殊钢线材的在线组织调控技术研究相对薄弱，缺乏系统性，应用受限。因此当前特钢厂亟需结合下游用户的需求，加强研究力度，加快推进我国特钢线材的高品质、绿色化、节约化发展进程。

稀土作为国家战略资源，包钢白云鄂博矿中富含稀土，其在钢中具有净化钢水、夹杂物变性、组织细化及微合金化作用，通过这些作用很好改善了钢材的性能，如冲击性能，所以探索利用稀土在钢中的作用，通过夹杂物变性、组织细化、阻碍P的析出，来提高汽车板表面质量、冲压性能、稳定加磷强化钢。 本项目通过稀土提升汽车板深冲性能及表面质量的关键技术、高品质汽车板绿色高效智能炼钢关键集成技术、稀土汽车板洁净度精准控制及高效连铸关键集成技术等一系列攻关，解决了利用白云鄂博矿特色资源生产高品质稀土汽车板过程中所面临的磷高硅高极端恶劣铁水冶炼条件、稀土收得率低和可浇性差等世界性技术难题，实现具有资源特色稀土汽车板的规模化稳定生产。