我国钢结构建筑日益向大型化、高层化、装配化、高效化的趋势发展，对钢铁材料提出了抗震性、强韧性、耐火耐候性等功能多样化的服役要求。为此，必须解决以下主要技术问题： 问题1：为保证建筑钢结构良好的抗震性能，对钢材提出的关键技术指标要求是较低屈强比（≤0.83）、更高抗层状撕裂性能（Z35）、窄屈服强度波动（≤110MPa），以及具有明显的屈服平台。对于420MPa以上大厚度高强韧建筑钢，依靠原有技术难以稳定控制显微组织中软硬相比例，无法实现特厚钢板心部晶粒细化。 问题2：为解决结构耗能、消能、减震设计需求，对制作钢结构“减震器”的软钢，提出了极低屈服强度等级（100MPa）、低屈强比（≤0.6）与小波动范围（±20MPa）、极高断后伸长率（≥50%）等技术要求，需要创新设计低屈服强度软钢成分体系，突破轧制和热处理精准化工艺技术。 问题3：为提高建筑钢结构综合抗灾能力（火灾和腐蚀），要求开发适应不同防火等级的耐火耐候钢，特别是在600℃高温并保持3小时的条件下，690MPa的屈服强度不低于室温目标值的2/3（≥460MPa），需要探明抗震、耐火耐候组织与性能耦合机制，系统开展耐火极限等服役性能评价。

中厚板产品广泛应用于油气输送、船舶海工、桥梁建设，压力容器、高强工程机械、建筑结构等行业领域，中厚板产品是国家工业建设、城市建设、经济发展和国防军工的重要支撑材料。而高品质厚板作为中厚板产品中的明珠，主要应用于国家重大工程和重大装备的承压、承重等关键承力部件，如盾构机的刀盘、风电塔筒及门框、风电安装船的桩腿、高层建筑的箱柱底座等，高品质厚板产品质量直接影响国家工程的建设，但长期以来，高品质厚板长期依赖进口，立项之初，其制造技术一直存在三个方面的技术瓶颈，具体如下： 1、连铸坯生产保探伤特厚钢板技术。因铸坯内部缺陷和特厚钢板的压缩比受限等原因，保证特厚钢板的探伤性能要求一直是行业难点，同时此类特厚钢板往往应用于关键的承力部件，如重型装备的盾构机采用180mm以上的特厚板，对其探伤性能要求满足国标Ⅰ级要求。传统采用模铸工艺生产特厚钢板，因其能耗高、效率低，已无法满足绿色高效的制造要求。因此，迫切需要开发低压缩比连铸坯生产保探伤特厚板技术，实现连铸坯生产180mm以上保探伤特厚板。 2、高强韧易焊接厚板制造技术。高强韧易焊接特厚板是决定焊接钢结构服役安全性的关键，如建筑用承力柱、桁架等部位要求100mm以上460MPa级厚板，为了保证钢板的强韧性匹配，传统采用正火工艺生产，因碳当量高，焊接过程中易产生裂纹，对建筑结构的安全性产生较大的隐患。而采用TMCP工艺生产大厚度高强度钢板时，虽然采用低碳当量可改进焊接性，但TMCP工艺生产大厚度钢板组织控制难度大，低温韧性稳定控制的技术瓶颈尚未突破。 3、在线淬火生产高强韧厚板制造技术。在碳达峰、碳中和背景下，为了降低能源消耗并减少碳排放，同时提高产品竞争力，行业内普遍采用在线淬火工艺生产厚度≤50mm以下550MPa钢板，但海洋工程领域的风电安装船的桩腿等行业设计需求厚度≥60mm、强度≥690MPa高强韧厚板，随着世界能源结构调整和我国风电行业的快速发展，对此类产品的需求将更加迫切，但在线淬火工艺生产难以获得全厚度截面的马氏体组织，导致钢板韧性差一直是行业难题。 综上所述，为了满足重大工程对高品质厚板需求，迫切需要突破高品质特厚板生产的关键技术瓶颈！

我国高铁装备制造用钢铁材料研发与应用，相比日、德、法等发达国家起步较晚，仍处于消化、吸收及再创新的过程中，迄今仍存在材料基础研究不足、产品性能及质量稳定性低等问题，成熟的国产化材料体系还未形成，中高速动车制动系统、牵引系统核心部件用钢铁材料绝大部分依赖进口。技术方面主要存在的问题包括： 1、高铁冷成形弹簧钢要求材料具有高强度、高韧性、高疲劳、超纯净，尤其对耐疲劳性能提出了更高要求，传统的弹簧钢能够满足热成形要求，却难以满足冷成形后的各项性能要求； 2、制动盘作为高铁摩擦制动系统的关键部件，服役条件极其苛刻，国内缺少高铁制动盘用钢的产品，高铁制动盘用钢的高强韧性、耐高温、耐磨、抗疲劳、抗氧化性和良好的环境适应性等综合性能需要系统研究； 3、高铁用高温渗碳齿轮钢与国外存在明显差距，随着渗碳温度的提高，奥氏体晶粒易发生长大，对强韧性、热处理变形、抗疲劳性能等产生不利影响； 4、高铁用钢合金体系复杂，含有Cr、Ni、Cu、Al、V、N、Nb等多种元素，钢种裂纹敏感性高，连铸过程中极易产生内外部质量问题； 5、高铁用钢铁材料性能的均一性要求高，成分均质性、碳极差等需要系统提升。 南钢积极践行《中国制造2025》、《钢铁工业调整升级规划》、《中长期铁路网规划》、《增强制造业核心竞争力三年行动计划》等国家相关产业政策导向，于2018年获得国家工信部工业强基 “轨道交通装备用高性能齿轮渗碳钢”项目支持，2019年获得国家发改委增强制造业核心竞争力专项“先进轨道交通装备材料高铁刹车盘用钢”支持，2021年进入江苏省轨道交通装备产业链强链项目。南钢成立产学研用团队，联合北京科技大学、中盛铁路车辆配件有限公司、中车戚墅堰所等高校院所及上下游企业，全产业链协同攻关，结合自身装备和技术优势，陆续开展纯净钢冶炼及夹杂物塑性化控制、钢的成分均质化控制、裂纹敏感钢种铸坯表面质量控制、渗碳奥氏体晶粒度控制等技术研究，明确了轨道交通用钢开发的具体目标和实施方案，形成了具有自主知识产权的轨道交通用钢生产控制技术，相继完成了高铁弹簧用钢、制动盘用钢、轨道交通齿轮钢等产品开发及产业化应用，填补了国内空白，解决了“卡脖子”材料问题。

我国高铁装备制造用钢铁材料研发与应用，相比日、德、法等发达国家起步较晚，仍处于消化、吸收及再创新的过程中，迄今仍存在材料基础研究不足、产品性能及质量稳定性低等问题，成熟的国产化材料体系还未形成，中高速动车制动系统、牵引系统核心部件用钢铁材料绝大部分依赖进口。技术方面主要存在的问题包括： 1、高铁冷成形弹簧钢要求材料具有高强度、高韧性、高疲劳、超纯净，尤其对耐疲劳性能提出了更高要求，传统的弹簧钢能够满足热成形要求，却难以满足冷成形后的各项性能要求； 2、制动盘作为高铁摩擦制动系统的关键部件，服役条件极其苛刻，国内缺少高铁制动盘用钢的产品，高铁制动盘用钢的高强韧性、耐高温、耐磨、抗疲劳、抗氧化性和良好的环境适应性等综合性能需要系统研究； 3、高铁用高温渗碳齿轮钢与国外存在明显差距，随着渗碳温度的提高，奥氏体晶粒易发生长大，对强韧性、热处理变形、抗疲劳性能等产生不利影响； 4、高铁用钢合金体系复杂，含有Cr、Ni、Cu、Al、V、N、Nb等多种元素，钢种裂纹敏感性高，连铸过程中极易产生内外部质量问题； 5、高铁用钢铁材料性能的均一性要求高，成分均质性、碳极差等需要系统提升。 南钢积极践行《中国制造2025》、《钢铁工业调整升级规划》、《中长期铁路网规划》、《增强制造业核心竞争力三年行动计划》等国家相关产业政策导向，于2018年获得国家工信部工业强基 “轨道交通装备用高性能齿轮渗碳钢”项目支持，2019年获得国家发改委增强制造业核心竞争力专项“先进轨道交通装备材料高铁刹车盘用钢”支持，2021年进入江苏省轨道交通装备产业链强链项目。南钢成立产学研用团队，联合北京科技大学、中盛铁路车辆配件有限公司、中车戚墅堰所等高校院所及上下游企业，全产业链协同攻关，结合自身装备和技术优势，陆续开展纯净钢冶炼及夹杂物塑性化控制、钢的成分均质化控制、裂纹敏感钢种铸坯表面质量控制、渗碳奥氏体晶粒度控制等技术研究，明确了轨道交通用钢开发的具体目标和实施方案，形成了具有自主知识产权的轨道交通用钢生产控制技术，相继完成了高铁弹簧用钢、制动盘用钢、轨道交通齿轮钢等产品开发及产业化应用，填补了国内空白，解决了“卡脖子”材料问题。

近年来，随着经济和社会的发展，资源和能源的限制逐渐凸显，环境保护问题日趋严峻。GB1589-2016《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》将轴荷限定车货总重上限由55吨降至49吨，同时国务院发布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》及《重型商用车辆燃料消耗量限值》（第三阶段）标准意见稿，要求2020年在2015年基础上燃料消耗降低15%，上述规范要求表面，轻量化将成为专用车和工程机械产品发展的必然趋势。 2010年国内各钢铁企业开始陆续研发高品质耐磨钢产品，经过多年发展，国内耐磨钢板已开始陆续替代进口产同类型产品，并逐步提高在国内工程机械、专用车和商用车车厢领域市场的占有率，国内耐磨钢产品以较低的价格、较快的交付速度，成功替代SSAB等国外耐磨钢企业，为我国商用车轻量化做出巨大贡献。然而由于产品研发周期短、经验积累不足等原因，我国目前耐磨钢板在产品类型和产品质量仍与SSAB的耐磨钢产品具有一定差距。例如SSAB早在几年前便推出了耐腐蚀耐磨钢产品，目前该类产品在国外环卫车、造纸行业以及疏浚管道行业已得到广泛应用，而国内在该类复合型耐磨钢产品仍属空白。 因此,华菱涟钢依托国内最先进、产量最大的调质热处理生产，逐步提高产品质量，不断探索创新型高端耐磨钢产品，提升耐磨钢产品在细分市场的适用能力，并取得一定成果。目前，涟钢开发的混凝土搅拌车用低屈强比NM300TP产品，年产量超10万吨，推进了国内混凝土搅拌车筒体的升级过程；高韧性止裂耐磨钢产品已在重汽、陕汽等国内商业车龙头企业进行了长期试用，自卸车箱体使用寿命明显提升，深受广大客户喜爱。涟钢EVI团队不断探索，为客户配套提供耐磨钢产品升级时的结构仿真模拟，并建立起钢板的折弯、焊接、成型等应用技术手册。项目的成功，极大提升了我国耐磨钢产品的市场竞争力，推动商用车及工程机械轻量化进程，减少能源消耗，产生良好的经济效益和社会效益。

海洋油气资源是石油天然气资源的重要组成部分，是未来油气资源开采的重要方向。随着世界能源消耗的不断增大和陆路油气资源的减少，促使油气开发从陆地走向海洋，海洋油气资源所占的比例持续增大。据报道，目前，海洋油气储量占全球储量的30%-40%，未来十年深海油气产量将增长300%以上。海洋油气资源中很大部分分布于水深1000m甚至2000m以上的深水区域，需要建设专用的深海油气采输系统进行开采；其中，深海油气输送管线作为海洋油气储运的一种主要形式，是海上油气田开发与生产不可或缺的生命线，也是最安全、最经济、对环境破坏最小的油气运输方式。 深海管线在铺设和服役过程中会面临发生塑性变形、承受极高水压和海洋暗流等多种复杂恶劣的条件，要求材料具有高强韧性的同时兼具抗应变、抗压溃和耐疲劳等多种综合性能；即要求深海管线用钢板具有厚壁、高强度、高韧性、低屈强比并兼具高均匀变形率、高应变硬化指数和高疲劳强度等综合技术特征，同时，还需满足制作大厚径比直缝埋弧焊管的需要。 近年来，我国海洋油气管线用钢板、钢管等材料的研发取得了一定进展，但主要为基于应力设计产品，满足深海油气输送的高应变海洋管线钢板、钢管的制造和应用尚属空白。

目前氢脆以及氢损伤的科学机制已经比较明晰，但工程除氢手段仍然局限于原材料把控、钢液真空脱气及堆垛缓冷等工艺，这样的工艺方法可一定程度上去除可扩散氢。然而，在高强钢服役过程中还会有氢进入，最终导致严重的危害，因此氢脆的本质问题始终没有得到彻底解决，特别是对于重大装备用高强钢尤其重要。如何从钢铁材料的设计与制备这一根本问题上解决高强钢的氢脆与氢损伤的瓶颈问题，构造深氢陷阱具有重大的科学意义和工程价值。发展新方法、新理念，探索开发既能提高强度、又能提升抗氢脆性能的高强钢，对资源、能源的开发利用及国防安全具有重要的工程意义，对发展和完善抗氢脆研究具有重要的理论价值。 北京科技大学庞晓露教授团队针对高强钢面临的氢脆难题，通过氢陷阱的表征、钢中组织观察与解析，系统地表征了高强钢中浅氢陷阱、深氢陷阱参数，得出为了提升抗氢脆性能，应设计制备高密度的晶内深氢陷阱，将氢均匀弥散地分布在晶粒内。结合高分辨透射电镜原子级观察、第一性原理计算模拟及氢脱附实验等方法，全面、系统、深入地研究了纳米析出相深氢陷阱的物理本质，揭示了纳米析出相半共格界面处的失配位错是深氢陷阱的根源，并通过纳米析出相深氢陷阱的设计抑制了高强钢的氢脆。结合设计多元微量合金成分及含量，采用局域微量供给的方法获得具有优异抗氢脆性能的多元复合纳米相强化钢，为开发高强韧抗氢脆钢提供有效、可行的科学理念和技术路线。本项目所开发的高强韧抗氢脆车轮钢、弹簧钢、海洋装备用钢系列产品，品种多、规格全、表面质量好，由于其优良的综合性能，创造巨大企业效益的同时也创造了显著的社会效益。

国内现有船舶及海洋装备用钢无法满足极寒环境应用，其主要原因在于： 1、36-40kg高强船板，通常采用控轧、正火轧制或传统TMCP方式生产，常规组织的韧脆转变温度较高、防止结构脆性瞬断能力不足，无法满足极地船舶-60℃的设计服役要求； 2、极寒和超深水海洋平台用钢需满足超高强、大厚度、易焊接、厚向均匀等特性，传统上采用调质生产的钢板其高屈强比、高碳当量导致可焊性差；钢板厚度方向性能不均，心部强度和低温韧性易存在波动，无法满足超深水和极寒海工装备在高韧性设计和应用服役性能要求。 为满足国家重点领域关键材料亟需，鞍钢联合项目各完成单位开展“产-学-研-用”协同创新，针对不同海洋装备的设计选材要求，实施材料设计-制造-应用-服役评价等全链条集成化技术创新，探清低温韧化机制，开发出全系列极寒环境用高强韧易焊接海洋装备用钢，实现国内外重大海工装备示范应用，为海工装备产业技术升级、实现高端材料自主可控提供了重要支撑。 鞍钢作为国内海洋装备用钢的重要研发基地，率先完成F级极寒环境海洋装备用钢的船级社认证，与项目完成单位在极寒环境海洋装备用钢的合金体系设计、强韧化机理、服役性能评价等方面开展了合作，并积累了丰富的经验。鞍钢拥有国际一流的海洋工程用钢生产装备，5500mm轧机轧制力高达105000kN，最大板宽可达5200mm，完全可以满足极寒环境海洋装备用钢的轧制要求。鞍钢拥有强大的热处理能力，可进行淬火、回火、正火、退火等热处理，为本项目的研发提供了支撑。

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。

超薄不锈精密带钢生产难度极大，特别是宽度≥400mm的宽幅薄带生产中存在板形及厚度精度难以控制、钢质纯净度低导致的轧制穿孔等技术难题和长线退火过程中的抽带、断带及折印等生产难题，无法满足用户对高平整度（不平度≤0.1mm/m）、高表面质量使用需求和稳定生产。围绕上述难题，项目组在板形、张力控制、钢质纯净度等方面进行研究开发，实现了以下创新： （1）首次基于边界积分的压扁计算方法，耦合辊系变形和金属塑性成形特性，开发出以复合性多曲线锥度辊系配置、高强韧钛合金轧辊设计和多轧程板形动态控制为核心的成套轧制技术，实现了宽幅超薄不锈精密带钢的高精度稳定轧制，厚度0.02mm、宽度640mm的产品国际首发。 （2）开发出多点转矩平衡补偿、螺旋芯轴型展平辊设计、非线性卷取张力动态调整的热处理线张力精准控制技术三大关键技术，解决了宽幅超薄不锈精密带钢长线退火过程中断带、折印及塌卷等世界性难题，实现了大卷重（2吨以上）超薄带高效连续稳定生产。 （3）开发出超薄带钢高表面系列控制技术，包括高纯净度塑性化夹杂物控制、无磷Na2SiO3高活性环保清洗（残留物≤3mg/m²）、同步接触辊式密封等技术，解决了超薄带钢轧制穿孔、表面划伤、清洗不良等问题，产品表面精美，覆膜性好。 （4）开发出软态、高硬高弹、去应力TA等性能调控技术，形成了20余种特殊功能的系列产品。 申请发明专利11项，授权5项，起草行业标准3项，发布2项，论文发表18篇，并形成一整套具有自主知识产权的宽幅不锈钢超薄料关键生产工艺技术，厚度0.02mm且宽度600mm以上国际独有。项目总体技术达到国际领先水平。