鋼鐵材料應用廣泛，作用重大，是最重要的結構和功能材料，在國民經濟、人民生活、國家安全等方面具有不可替代的作用。鋼鐵行業是國民經濟的支柱性產業。中國目前鋼鐵產能規模接近世界總產量的1/2，從業人員達到 350 萬人，有著巨大的國際、國內影響力。中國目前正處在工業化中、后期，作為一個迅速崛起的發展中國家，持續穩定地生產低成本、高質量的鋼鐵產品，是支撐中國產業結構調整和轉型升級的重要保障，具有重要的戰略意義。

中國鋼鐵工業歷經近20年的快速發展，鋼鐵產能迅速增長，規模擴張。但是鋼鐵產業主要依靠引進與消化、吸收國外技術，缺乏核心競爭力；資源、能源絕大部分依賴進口，環境污染、排放等問題日益嚴峻；鋼鐵產品基本集中于產品的中低端，質量不高，穩定性差，生產效益低下。因此，創新驅動鋼鐵行業轉型發展、調整結構、實現鋼鐵行業綠色制造勢在必行。鋼鐵工業的可持續發展是中國2020年 GDP 翻番和實現新型工業化的重要支撐條件。鋼鐵工業的綠色制造，不僅有利于自身轉型升級和增強國際競爭力，而且將有力推動中國制造業、建筑業等相關行業的健康發展，促進中國新型工業化進程。

1 鋼鐵行業的重要前沿技術（產品）

1.1 復雜難選鐵礦石預富集-懸浮焙燒-磁選技術

1.1.1 重大需求

中國鐵礦石嚴重供不應求，2014年中國進口鐵礦石 9.33億 t，對外依存度為 78.50%。開發適合中國國情的先進選礦技術，高效開發利用中國復雜難選鐵礦資源（鞍山式鐵礦、攀西地區高鉻型釩鈦磁鐵礦）是事關中國資源戰略安全的大事。

1.1.2 研究目標

開發復雜難選鐵礦石預富集-懸浮焙燒-磁選技術（suspension roasting）的工藝與裝備。這項技術是流態化焙燒的一種，是將粉體物料在懸浮狀態下加熱到一定溫度后，通入還原氣體將物料中的赤鐵礦、菱鐵礦和褐鐵礦還原為磁鐵礦的過程。焙燒物料經磁選可獲得高品質鐵精礦。

1.1.3 研究內容

（1）微細粒鐵礦石各階段物料的工藝礦物學及給料優化。包括微細粒鐵礦石的工藝礦物學研究；焙燒給料的窄級別控制技術研究；懸浮焙燒不同階段物料的物相組成、磁性、比表面積、微觀結構等特性研究；懸浮焙燒熟料的礦物組成、粒度組成、嵌布特征和表面性質研究等。

（2）微細粒鐵礦石懸浮焙燒過程中熱力學及動力學研究。闡明熱力學反應基礎，確定懸浮焙燒反應動力學方程和參數，實現還原物料的磁性及成分控制。

（3）懸浮焙燒氣固兩相流化特性及數值模擬。

建立主爐管三維物理模型和礦石顆粒運動軌跡控制方程；懸浮焙燒爐內礦石顆粒濃度及速度徑向分布的模擬計算及操作因素影響預測。

（4）工業化連續型懸浮焙燒裝備結構及全流程優化研究。工業化連續型懸浮焙燒爐的結構設計及參數優化；核心爐管溫度場分布規律及傳熱傳質優化研究；懸浮焙燒工藝條件（還原溫度、還原時間、氣體流量、冷卻方式等）的試驗研究；懸浮焙燒熟料的粉磨和分選條件的優化設計。

1.1.4 預期效果

建成懸浮焙燒生產線，鐵精礦TFe 品位大于65%，鐵作業回收率大于 80%，比常規選礦工藝回收率提高 15%以上，可以盤活中國典型難選鐵礦資源100億t以上。

1.2 低碳煉鐵技術

1.2.1 重大需求

中國政府已經承諾，至2025 年，單位國內生產總值 CO2排放比 2005年下降 60%～65%。當前，鋼鐵工業發展的主題是高效、低碳和綠色。有效應對溫室效應和實現社會的可持續發展，減少煉鐵過程的CO2排放成為研究熱點[4]。

在全球努力減少溫室氣體排放的大背景下，國內外正積極開發減少煉鐵過程CO2排放的技術，其中一個方向是沿高爐低碳煉鐵技術展開，主要集中于研究高爐使用新型爐料、高爐噴吹含氫物質和高爐爐頂煤氣的循環利用等方面[5]。

另一個重要的研究方向是非高爐煉鐵技術。與高爐煉鐵技術相比，非高爐煉鐵技術有利于擺脫焦煤資源短缺的困擾，改變能源結構，節省能源，大幅減少焦化和燒結中的SOx 與 NOx 排放，保護環境，是鋼鐵工業實現節能減排、低碳生產和可持續發展的重要方向和手段。非高爐煉鐵的典型技術有Hismelt、COREX、FINEX等熔融還原技術，以及煤制氣-豎爐直接還原技術等。韓國浦項開發的 FINEX熔融還原技術已經實現工業化并開始出口。同時，浦項將FINEX與其他技術組合，形成了新的非高爐煉鐵技術，例如 POIST工藝、混合氫還原工藝和核氫還原工藝等。美國鋼鐵協會目前正致力于降低鋼鐵工業 CO2排放的非高爐煉鐵項目，包括用氫閃速熔煉生產生鐵（用氫做燃料）、熔融氧化物電解研究、新型懸浮煉鐵技術、CO2地質儲存研究等。中國寶鋼曾引進 COREX熔融還原技術，考慮到經濟因素，目前搬遷至新疆繼續開展工作。

1.2.2 研究目標

為了實現中國承諾的減排目標，保證中國國民經濟穩定、可持續發展，應當加緊進行低碳煉鐵技術的研究，從低碳高爐煉鐵技術和非高爐煉鐵技術兩個方面入手，加緊追趕步伐，爭取能夠逐步達到并行，甚至超越與領跑。

1.2.3 研究內容

（1）大力加強高爐低碳煉鐵技術開發。研究高爐使用新型爐料、高爐噴吹含氫物質和高爐爐頂煤氣的循環利用等。

（2）開展直接還原、熔融還原、閃速熔煉等非高爐煉鐵技術研究，逐漸摸清方向，發揮中國強項，做出自己特色，開發出低成本、高效率、低排放的非高爐煉鐵技術。

（3）開發中國特有資源高鉻型釩鈦礦造塊→直接還原→熔分新工藝，解決煤制氣工藝選取、高鉻型釩鈦礦基礎特性、豎爐用氧化球團制備、氣基還原特性、熔分機理、新工藝物質遷移-能量轉換機制等重大理論基礎和應用關鍵技術，實現高鉻型釩鈦磁鐵礦高效清潔利用。

（4）發展核氫還原工藝。超高溫核反應堆（VHTR）產物為氫＋電能。氫可用于流化床還原粉礦，從而制造熱壓塊，產生非常少的 CO2排放；電能可用于電爐生產低成本鋼水。

1.2.4 預期效果

期望通過本項研究，大幅度減少煉鐵過程中的碳排放，走出中國自己低碳煉鐵技術的道路，在低碳煉鐵領域成為國際領跑者，為中國實現節能減排承諾做出貢獻。

1.3 煉鋼二次資源高效利用技術

1.3.1 重大需求

美國的鋼渣利用率超過了98%，德國和日本也達到了 95%以上。中國的鋼渣大部分堆棄，造成嚴重的環境負荷。因此，高效利用煉鋼的二次資源，變廢為寶，改善環境，已經成為迫在眉睫的重大課題。

1.3.2 研究目標

開發煉鋼二次資源高效利用工藝技術和裝備，將鋼渣轉化為高附加值產品，有效回收渣中的有價組元和物理顯熱。

1.3.3 研究內容

（1）大摻加量低成本利用工藝技術。

（2）提高所開發產品的附加值的工藝技術。

（3）有效回收鋼渣中有價組元的工藝技術。

（4）充分利用爐渣的物理顯熱的工藝技術。

（5）直接利用鋅質量分數較高的電爐粉塵的工藝技術。

1.3.4 預期效果

鋼渣及其顯熱利用率達到95%以上。

1.4 先進鋼鐵全流程一體化組織控制

1.4.1 重大需求

汽車用先進高強鋼（AHSS）等冷軋鋼鐵材料，一般需經過煉鋼→連鑄→熱軋→冷卻→冷軋→熱處理這一長流程生產，流程中的每一個環節都會對材料最終的組織和性能產生影響。因此，在整個生產流程中，進行材料組織性能的嚴格控制，以獲得具有優異性能的高端產品，具有十分重要的意義。

1.4.2 研究目標

依據上述重大需求，進行“先進鋼鐵全流程一體化組織控制”的研究，從全流程的角度優化鋼材組織，提高鋼材性能，挖掘鋼材潛力，實現鋼材性能的優化和高端化，向制造業提供綠色化優質高端鋼鐵材料。

1.4.3 研究內容

（1）成分高效精準控制的潔凈鋼冶煉技術。研究開發鋼包底部噴吹精煉粉劑或合金粉的新一代鋼包噴射冶金技術，減少或取消鐵水預處理、LF 脫硫精煉，以實現潔凈鋼冶煉流程的高效化、低成本、低排放。

（2）連鑄凝固組織控制技術。利用材料成分優化設計、快速凝固、氧化物冶金等技術，對連鑄凝固過程進行控制，高效利用添加的合金元素，并將有害的夾雜物有利化，獲得微細、均勻的析出相，細化凝固組織，提高材料強度。

（3）熱軋組織控制技術。利用超級控軋和超快速冷卻等物理冶金新技術，控制軋制變形與軋后冷卻相變過程，實現細晶、析出與相變強化互相協同的綜合強化，獲得需要的熱軋鋼材組織和性能。

（4）冷軋與熱處理組織控制技術。綜合利用物理冶金和力學冶金技術，控制冷軋變形過程的變形溫度、變形方式、負荷分配、總變形率等參數，獲得需要的組織和變形織構；控制熱處理過程的工藝技術參數，實現合理的軟化、再結晶和相變過程的控制，獲得優良的冷軋鋼材組織與性能。

1.4.4 預期效果

促進鋼鐵材料的升級換代，由中低端向中高端邁進。

1.5 改進型熱帶無頭軋制短流程工藝、裝備及產品

1.5.1 重大需求

熱軋帶鋼無頭軋制技術是最近10年在薄板坯連鑄連軋技術基礎上新發展起來的節能、減排的短流程技術。由于過程穩定，特別適用于生產常規流程難以生產的薄規格熱帶，國外已經可以生產厚度為0.8 mm的寬幅熱帶。但是目前的 ESP熱軋技術有 2個致命的問題，其一是帶鋼表面質量差；其二是中間感應補熱裝置耗電功率大，能源消耗大。因此，這項技術尚有較大的創新空間。

1.5.2 研究目標

對國外的ESP 過程進行實質性改進，重點在于提高帶材的表面質量和節省中間坯補熱的能耗，開發具有中國自主知識產權的無頭軋制技術，生產優質薄規格熱軋帶鋼，“以熱代冷”，提供汽車用熱軋（或涂鍍）先進高強鋼（AHSS）等高端品種，降低生產成本。

1.5.3 研究內容

（1）高表面質量帶鋼生產技術。除鱗設備合理設計與使用，精軋機組機架配置與換輥系統合理設計。

（2）連鑄與粗軋工藝設計與設備改進。實現連鑄機重壓下及連鑄機除鱗；合理二冷工藝制度，高溫出坯。

（3）高溫黏塑性區大壓下粗軋技術。粗軋機組實現高溫區間的黏塑性區大壓下軋制，改善材料的組織，特別是心層組織。

（4）中間坯高效節能加熱均溫技術。改進中間輥道推鋼機構，開發高效、節能的中間坯加熱系統，縮短中間段長度，提高加熱效果。

（5）AHSS組織、性能控制技術。強化軋后冷卻系統的冷卻能力，優化冷卻路徑控制，生產高附加值的AHSS等高端產品。

（6）改進型 ESP全套工藝、裝備、自動化系統。兩化融合、智能化和網絡化的智能制造系統。

1.5.4 預期效果

新的改進型ESP生產線可以低成本、高性能、高效率、高表面質量地生產DP、TRIP、Q&P、HPF、HSLA等薄規格（1.2～2.5 mm）高強汽車用鋼等熱軋產品，以熱代冷，以薄代厚。

1.6 薄帶鑄軋短流程工藝、裝備與產品

1.6.1 重大需求

薄帶連鑄是節能、減排的短流程技術，符合目前鋼鐵行業綠色化發展的大方向。關鍵是要選定適宜對路鋼種，充分發揮其快速凝固的特點與優勢，以及已經顯示出的特殊的組織、織構控制能力。薄帶連鑄有極大的發展潛力和極好的發展前景。

1.6.2 研究目標

本項目將薄帶連鑄技術的開發定位于常規生產過程做不好或者不能做的品種上，例如硅鋼、雙相不銹鋼、汽車AHSS 等。以常規生產難度極大的電工鋼（包括取向、無取向、高硅鋼）等為目標，開發出全套工藝裝備與技術，包括連鑄、熱軋、冷軋、熱處理工藝，以低成本、少工序、低排放、綠色化制備出性能全面超出常規生產流程的各高端類產品。

1.6.3 研究內容

（1）薄帶連鑄→熱軋→冷軋→熱處理成套工業化技術、裝備。薄帶連鑄潔凈化鋼水冶煉、澆注系統、薄帶連鑄機、多功能高剛度熱軋機、冷卻系統、切斷飛剪、卷取機等冶煉、連鑄、熱軋工藝與設備，酸洗、冷軋、熱處理（?；嘶?、再結晶退火、高溫退火）、涂層與激光刻痕機組等冷軋與熱處理工藝與設備。

（2）關鍵的高成本易損件研發與制造。具有新功能、新特點的側封、鑄輥、水口等易損件的自主研發與工業應用。

（3）連鑄、熱軋、冷軋、熱處理全部自動化控制系統（含檢測儀表、計算機系統、執行機構等）硬件集成和軟件開發。

（4）全流程的板形與表面質量控制技術。

（5）高性能產品開發與工業化生產。典型鋼種（超高性能電工鋼、汽車用冷軋納米化先進高強鋼、雙相不銹鋼等）的薄帶連鑄工藝技術研究，典型品種的成分設計與全流程組織與織構控制理論及加工技術。

（6）形成薄帶連鑄全流程基于凝固冶金-物理冶金-力學冶金的一體化、集成化的組織-性能-織構-表面調控理論與技術。

1.6.4 預期效果

該項目將建成高性能電工鋼、AHSS、雙相不銹鋼等高端鋼種的薄帶連鑄生產示范線，高質量、低成本、低排放地生產高端產品，引領這些鋼種生產技術的發展。

1.7 無酸洗涂鍍制備熱軋涂層板技術

1.7.1 重大需求

酸洗是生產熱軋鍍鋅板的重要工序。但是，酸洗過程消耗資源、惡化環境。采取先進技術，取消酸洗，生產優質鍍鋅板，具有重要的經濟和環境效益，是鋼鐵生產的一項重要需求。

1.7.2 研究目標

無酸洗涂鍍制備熱軋涂層板技術，可以取消酸洗工序，利用還原性氣氛還原氧化鐵皮，然后進行熱鍍鋅，是可不經酸洗即進行涂鍍的先進熱軋板涂鍍技術，具有節能、環保的巨大優勢。

1.7.3 研究內容

（1）熱軋板氧化鐵皮控制技術。全面系統地分析熱軋板氧化鐵皮結構和厚度演變規律，開發熱軋過程氧化鐵皮厚度演變數學模型，實現氧化鐵皮厚度控制；研究FeO共析轉變行為和結構控制技術，開發氧化鐵皮/基體界面結構控制技術，獲得最優氧化鐵皮結構及其熱軋工藝技術。

（2）熱軋板無酸洗還原退火技術。掌握典型鋼種帶氧化鐵皮直接進行還原反應的動力學規律；分析還原條件（溫度、氣氛、氣體流體特性）對還原動力學的影響，確立最優還原工藝制度；探索還原反應的內在機制。

（3）無酸洗還原退火熱軋板熱鍍鋅技術。研究熱浸鍍鋅工藝條件（鋅液成分、鍍鋅溫度）對鍍層附著性、耐蝕性能和表面質量的影響，并優化熱浸鍍工藝。

1.7.4 預期效果

建成熱軋板無酸洗還原退火熱鍍鋅生產線，提供優質高強涂鍍板，滿足汽車、建筑、制品領域的需求。

2 鋼鐵行業重要關鍵共性技術（產品）

2.1 新一代鋼包噴射冶金工藝

2.1.1 重大需求

針對高效、低成本潔凈鋼的生產迫切需求和當前爐外處理工藝存在流程長（鐵水預處理、轉爐冶煉、鋼包精煉）、效率低（多次扒渣、轉爐回硫）等問題，研究開發新型的高效、低成本、短流程的鋼水精煉工藝與裝備技術。

2.1.2 研究目標

本項技術在爐外精煉中采用新一代鋼包噴射冶金工藝（L-BPI，ladle-bottompowder injection），即鋼包底噴粉工藝，取代現有流程中的鐵水預處理，簡化現有生產流程，實現高效脫硫，縮短冶煉周期，提高生產效率。

2.1.3 研究內容

（1）揭示鋼包底噴粉的鋼液滲漏和粉劑堵塞機理，提出底噴粉元件的設計理論，從理論上對粉氣流在噴粉元件內的運動規律做出描述，揭示粉粒速度、氣流速度與氣流密度、顆粒尺寸、氣體黏度等的定量關系，以及粉氣流行為與噴粉元件內縫隙尺寸之間的內在關系，保證輸送過程粉氣流穩定、連續、可控。

（2）揭示鋼包底噴粉元件磨損與高溫侵蝕機理，研制出抗磨損和耐高溫侵蝕的噴粉元件。研究噴粉氣流行為對不同材質噴粉元件磨損的影響規律，噴粉元件在實際高溫工作環境條件下承受熱沖擊、鋼水攪拌沖刷蝕損以及高溫熔渣侵蝕的能力，掌握其材質、性能、使用條件或環境對其工作狀態的影響規律。

（3）揭示鋼包底噴粉射流行為、多相流行為和精煉動力學。定量描述各工藝參數對底噴粉過程鼓泡流和射流形成的影響規律，揭示顆粒粉劑粒度、固氣比、狹縫幾何參數、載氣操作參數、鋼包參數等對粉劑的穿透比、氣粉流在鋼液中行為的影響規律，以及與精煉效率之間的內在關系。需要全面真實揭示鋼包底噴粉過程中熔池的多相流行為和反應動力學，為工業試驗和應用提供依據和指導。

（4）L-BPI 工藝的可靠性研究與應用可行性研究。需要進行中間規模的現場試驗和實際生產的應用試驗研究，研究探討工業應用的可能性和可操作性，并實現工業應用[7]。

2.1.4 預期效果

該技術不僅可以實現鋼水脫硫率達90% 以上、合金的收得率和成分控制精準度得到進一步提高，而且可以實現鐵水不經預脫硫而生產超低硫鋼以及免LF爐加熱精煉的目標，從而縮短冶煉周期 15～25 min，噸鋼降低成本10～15元，噸鋼節煤2.5～4.5 kg。

2.2 高品質連鑄坯生產工藝與裝備

2.2.1 重大需求

中國實現了超過98%的連鑄比，是當前生產高品質品種鋼鑄坯母材最主要的工藝。微合金鋼占中國鋼產量的30%，屬量大面廣產品。目前，微合金鋼連鑄坯往往存在裂紋、偏析、疏松等表面和內部質量缺陷，嚴重制約高端產品開發生產。因此，必須提高連鑄坯質量，特別是提高微合金鋼連鑄坯質量。

2.2.2 研究目標

針對微合金鋼連鑄坯面臨的裂紋、偏析、疏松等凝固缺陷頻發的關鍵問題，研究開發結晶器角部大冷速晶界強化、多模式電磁攪拌、凝固析出夾雜物彌散化、鑄坯凝固末端重壓下等連鑄新技術，形成高品質品種鋼連鑄坯生產工藝、裝備、控制系統集成技術，實現微合金鋼的高致密度、均質化連鑄坯穩定生產。

2.2.3 研究內容

（1）微合金品種鋼連鑄坯表面質量控制。微合金品種鋼連鑄坯凝固過程中，鋼中的鈮、釩、鈦以及硼等微合金元素碳化物、氮化物以及碳氮化物以鏈狀析出，由于在鑄坯角部奧氏體晶界生成膜狀或網狀先共析鐵素體軟硬相間應力分配作用，微合金品種鋼的連鑄坯角部頻繁發生微橫裂紋缺陷。因此，需研究不同微合金種類及成分下碳氮化物析出行為、初凝坯殼角部快冷卻細晶化控制技術、鑄坯二冷高溫區表層組織強化控冷裝備與工藝技術，開發全弧形錐度結晶器、大冷速晶界強化工藝等鑄坯表面裂紋控制技術。

（2）高致密度、均質化寬/大斷面連鑄坯生產。針對寬/大斷面連鑄坯生產，采用鑄坯凝固末端重壓下技術與鑄坯凝固末端電磁攪拌技術。需要建立兩相區變形與溶質偏析宏微觀多尺度多場耦合計算模擬，建立考慮固相演變移動、夾雜物析出與多元合金交互作用的微觀組織模型；系統研究并開發形成一系列適用于寬/大斷面連鑄坯的凝固末端壓下工藝控制技術模型；開發穩定、準確的裝備控制技術，實現凝固末端重壓下工藝與裝備；開發二冷智能控溫；采用液芯負壓補縮工藝和電磁攪拌與重壓下復合工藝等鑄坯致密均質化技術。

2.2.4 預期效果

集成高品質連鑄坯生產工藝、裝備與控制技術；穩定生產高致密度、均質化連鑄坯；表面無清理率不低于99.5%、合格率不少于 99.9%，質量指標達到世界領先。

2.3 熱軋鋼材組織性能控制

2.3.1 重大需求

熱軋鋼材產品占中國鋼材總量的90%以上，是品種規格最多的軋制鋼材產品[7]。中國熱軋鋼材資源能源消耗大，產品質量不穩定，多數集中在中低端，生產成本高，急需開發減量化、低碳化、數字化的熱軋生產過程，實現熱軋鋼材的升級換代。

2.3.2 研究目標

在熱軋工序開發減量化的成分設計，發展減量化的工藝技術，穩定化、均勻化、生產綠色化的節約型高性能鋼材產品，研發凝固-熱軋-冷卻-熱處理一體化熱軋組織性能控制技術，實現以“資源節約、節能減排”為特征的熱軋鋼材的綠色制造，再造一個綠色化的熱軋鋼材成分和工藝體系。

2.3.3 研究內容

（1）新一代控制軋制技術與裝備（溫度制度、壓下制度、均勻性與穩定性）。開發新一代控制軋制工藝、裝備與技術，包括機架上冷卻、機架間冷卻的溫度調整手段和壓下制度控制手段，綜合利用細晶強化、析出強化、相變強化等的強化手段，實現鋼材的綜合強化，并保證鋼材性能的均勻性和穩定性。

（2）新一代控制冷卻技術與裝備的拓展應用（棒材、線材、管材）。目前熱軋板帶鋼已經廣泛采用軋后超快速冷卻技術，但是在棒材、線材、管材以及復雜斷面型材方面應用需進一步拓展，應當開發相應的工藝技術和適用的裝備，解決冷卻均勻性、快速性、穩定性方面的問題。合金鋼、不銹鋼、硅鋼等產品尤其需要挖掘使用潛力，發揮其在析出、細晶、相變方面的獨特作用。

（3）控制軋制與控制冷卻的耦合與協調控制——材料組織調控。在前述兩項研究的基礎上，要進行控制軋制和控制冷卻的耦合與協調控制，充分發揮控制軋制和控制冷卻技術的綜合效果。

（4）一體化組織性能預測與控制（含工藝制度制定）。根據對熱軋鋼鐵材料新一代 TMCP技術材料組織控制機理，開發基于新一代 TMCP的熱軋鋼鐵材料“十大”組織調控技術[8]。具體為：1）晶粒細化控制技術；2）相間析出與鐵素體晶內析出控制技術；3）鐵素體晶內析出的熱軋＋冷軋全程控制技術；4）含鈮鋼析出控制技術；5）貝氏體相變控制技術；6）在線熱處理取代（或部分取代）離線熱處理技術；7）雙相鋼、復相鋼冷卻路徑控制技術；8）集約化軋制技術；9）高強鋼冷卻過程中相變與板形控制技術；10）厚板與超厚板高質量、高效率軋制技術等。

2.3.4 預期效果

這一研究工作將形成新一代控軋控冷工藝、裝備體系，應用于板、帶、型、棒、線、管等各類熱軋生產線，建立“資源節約型、節能減排型”的熱軋鋼材產品綠色制造體系，60%～80％以上的熱軋鋼材強度指標提高100～200 MPa 以上，或鋼中主要合金元素（鉻、鉬、錳、鈮等）用量節省 20%～30％，實現熱軋鋼鐵材料性能的全面提升。

2.4 極限規格板材先進熱處理裝備及工藝技術

2.4.1 重大需求

海洋、交通運輸、能源和重大裝備等領域需要的高端中厚板產品絕大多數需要經過熱處理。中國引進的中厚板產品熱處理裝備不能生產超厚和超薄中厚板。中國高端中厚板產品的生產受到嚴重制約。

2.4.2 研究目標

針對上述現狀，圍繞高等級熱處理關鍵裝備和核心技術，開發各行業急需的特厚、超薄極限規格淬火和極限低溫回火等高端板帶鋼熱處理工藝及裝備技術，以實現中國高端中厚板產品的完全自主化生產。

2.4.3 研究內容

（1）特厚板輥式淬火機。100～250 mm 的特厚鋼板專用連續輥式淬火機，配備噴水系統、供水系統、輸送輥道系統和框架提升系統，可實現100～250 mm厚鋼板高強度均勻化淬火[9]。研制的特厚鋼板連續輥式淬火機與現有特厚鋼板淬火裝備相比，具有如下優點：1) 采用特殊設計的冷卻噴嘴，冷卻強度大，鋼板寬向冷卻均勻，提高心部冷速；2）特殊噴嘴布置形式，提高了換熱效率；3）供水系統采用壓力和流量雙閉環控制，實現精確控制，縮短調節時間，擴大冷卻強度調節范圍；4）輸送輥道系統設計實現鋼板快速出爐等功能，提升了鋼板運動換熱、殘水清除、單向運動和擺動等功能的控制精度。

（2）高精度低溫回火爐。新型高精度低溫回火爐，實現 100～650 ℃高精度中低溫回火，用于屈服強度大于1 GPa超高強鋼板的回火熱處理?；鼗馉t采用強制對流加熱技術，與傳統回火爐相比，該爐型傳熱效率更高、加熱溫度更均勻，可達±3 ℃以內，具備爐內壁溫度低、可大幅降低燃料消耗等優勢。此外，開發的熱處理爐改善爐襯工作條件，爐子熱惰性小，升降溫靈活，有利于實現自動控制。

（3）高等級鋼板熱處理工藝及產品開發。利用開發的裝備實現：1）極限薄鋼板（3～10 mm）淬火 工 藝 研 制 ，高 平 直 度 淬 火 技 術 ；2）特 厚 鋼 板（100～250 mm）淬火工藝研制，開發極限冷速淬火技術；3）超高強結構用鋼（Max1 300 MPa）、耐磨鋼（Max 600HB）的研制。

2.4.4 預期效果

研發成功處理板厚100～250 mm的特厚板淬火機；高精度低溫回火爐，產品屈服強度大于 1 GPa鋼板的新型熱風循環加熱、高精度中低溫回火（100～650 ℃）的熱處理爐（精度為±3℃）；代表性產品為超高強結構用鋼與耐磨鋼、極限薄鋼板（4～10 mm）、特厚鋼板（100～250 mm）等。

2.5 薄板坯半無頭軋制＋無酸洗涂鍍制備熱軋AHSS

2.5.1 重大需求

薄規格的高強熱軋涂層板是中國交通、建筑等領域亟需的重要產品，但是，優質薄規格、高強度熱軋基板和鍍鋅之前熱軋板酸洗是目前面臨的重要問題。亟需開發薄規格、高強化鍍鋅板的生態化生產工藝和技術。

2.5.2 研究目標

為了節省資源、減少排放，需要開發薄規格、高強度熱軋產品以及開展無酸洗熱鍍鋅技術的研究，以低成本、高質量地生產熱軋薄規格高強鋼鍍鋅板，以熱代冷，大幅度降低生產成本。

2.5.3 研究內容

（1）本技術將以 CSP薄板坯連鑄連軋短流程生產線為依托，開發出熱軋薄規格先進高強鋼表面質量控制技術、高質量、薄規格熱軋帶鋼半無頭/無頭軋制技術（板形控制/均勻性穩定軋制/動態變規格/高速切斷/自動控制）、薄規格高強度熱帶軋制技術、AHSS的組織控制原理與軋后冷卻路徑控制技術等。

（2）熱軋氧化鐵皮結構控制技術。全面系統地分析熱軋板氧化鐵皮結構和厚度演變規律，開發熱軋過程氧化鐵皮厚度演變數學模型，實現氧化鐵皮厚度控制；開發氧化鐵皮/基體界面結構控制技術，獲得可直接冷軋的最優氧化鐵皮結構及其熱軋工藝技術。

（3）熱軋帶鋼熱鍍鋅線上加熱-還原過程中氧化鐵皮的結構演變規律，創新熱軋高強鋼氧化鐵皮免酸洗還原退火熱鍍鋅生產流程和關鍵工藝技術，研究氧化鐵皮在升溫與等溫過程中的相變行為，建立相變動力學模型，分析確定升溫制度對于氧化鐵皮結構轉變的影響，建立最優化的熱處理工藝制度。

（4）研究熱浸鍍鋅工藝條件（鋅液成分、鍍鋅溫度）對鍍層附著性、耐蝕性能和表面質量的影響，并優化熱浸鍍工藝；通過對還原退火和熱鍍鋅的工藝技術研究，開發出具有自主知識產權的適合于不銹鋼、先進高強度鋼和超高強鋼材的核心涂鍍技術。

2.5.4 預期效果

此項技術的工業化應用，實現“以熱代冷”和“以薄代厚”，低成本生產熱軋AHSS（DP、TRIP、HPF、HSLA、Q&P、Nanosteel等）涂層板。將因免去酸洗工序而減少酸液蒸氣的排放，熱鍍鋅整體生產效率提高10%～20%，噸鋼降低成本100～120元。

2.6 高精度冷軋板形控制技術與裝備技術

2.6.1 重大需求

板形平直度是冷軋產品最重要的質量指標，冷軋機板形平直度控制系統是軋鋼技術領域最復雜的控制技術。中國冷軋板形控制技術、邊部減薄控制裝備與技術基本依靠引進，多數軋機板形控制技術與手段成為制約生產發展的瓶頸，提高板形質量是刻不容緩的關鍵技術難題。

2.6.2 研究目標

本項目將開發高精度冷軋板形控制技術與裝備技術，推廣已成功應用的板形控制系統，并以邊部減薄控制為核心，開發自主知識產權的邊部減薄控制的工藝、裝備和自動控制技術，對現有的四輥和六輥軋機進行改造，實現邊部減薄的高精度控制。

2.6.3 研究內容

（1）高精度冷軋板形平直度控制技術的推廣應用。國內鞍鋼與高校合作，開發了具有自主知識產權的冷軋機板形控制系統。這是基于無線通訊方式的DSP信號處理系統，實現了冷軋板形信號處理計算與板形控制計算機系統無線數據連接，分布式計算機控制系統對冷軋帶鋼平直度進行實時在線控制；建立了板形控制目標曲線模型、板形實時在線控制數學模型、板形調控效率自適應學習模型，實現了軋輥傾斜、工作輥彎輥等板形控制多執行器的協同工作，提高板形高精度控制能力。今后將在中國各類冷軋機推廣應用。

（2）冷軋硅鋼邊部減薄控制技術與裝備。電工鋼是國民經濟建設不可缺少的重要原材料之一。為了提高冷軋產品的同板差，減小切邊量，提高產品的成材率，國外鋼鐵工業發達國家開發了邊部減薄控制技術。日本三菱日立公司在冷軋帶鋼邊部減薄控制領域具有壟斷地位，國內硅鋼冷連軋機均引進日本三菱日立全套邊部減薄控制技術。中國必須開發中國自己的邊部減薄控制技術。為此，需要開展下述研究工作：1）六輥 UCM軋機改造成為 UCMW 軋機。工作輥采用單錐度，可以軸向竄輥。需要對牌坊、軸承座、接軸等機械結構進行改造，增加工作輥竄輥液壓缸，實現工作輥竄輥。2）工作輥竄輥工藝與輥形設計。輥形設計即在工作輥邊部磨出一段錐形輥形，輥形段包括直線段與曲線段，曲線段的一部分寬度為實際工作段。因此，在各個機架進行合理的工作輥邊部輥形設計，輥形錐度弧長與輥形重合范圍均應從上游機架由大到小設置，從理論上講可以完全消除邊降區。3）單錐度工作輥竄輥邊部減薄核心控制技術。針對竄輥功能，開發二級計算機系統控制模型，包括邊降預設定控制模型、邊降設定控制模型、邊降再設定控制模型、竄輥量自學習控制模型、竄輥邊降調控功效系數自學習控制模型、凸度動態設定控制模型、楔形動態設定控制模型等。為獲得最佳的邊部減薄控制效果，還要建立邊部減薄控制的基本策略。

2.6.4 預期效果

自主研發的板形控制系統替代進口板形控制系統，提高冷軋帶鋼平直度檢測與控制精度，保證帶鋼平直度精度平均值小于7 I。利用自主開發的邊部減薄控制技術，帶鋼的邊降精度小于3～5 μm，最佳穩態控制的邊降精度小于 2～3 μm，有效提高硅鋼薄帶軋制橫向同板差尺寸精度。

2.7 先進連續退火與涂鍍技術

2.7.1 重大需求

隨著汽車、家電、建筑等行業的快速發展，高端冷軋板帶市場需求強烈。先進的退火和涂鍍技術是生產高品質冷軋產品的核心和關鍵，中國高端退火和涂鍍技術與裝備基本依靠引進。為了實現綠色化連退與涂鍍，生產先進高強鋼（AHSS）、涂鍍板等高端冷軋產品，急需開展連續退火熱處理和熱鍍鋅關鍵共性技術的研究。

2.7.2 研究目標

本項目將圍繞冷軋帶鋼連續退火和熱鍍鋅技術，開展快速加熱技術、快速冷卻技術、合金化熱鍍鋅技術、鍍層厚度控制技術等關鍵共性技術，促進中國冷軋板熱處理技術的快速發展。

2.7.3 研究內容

（1）冷軋薄帶鋼快速加熱技術與裝備。開發橫向磁通快速感應加熱技術，設計高電感匹配感應器，獲得均勻溫度場，帶鋼橫向穩態溫度差小于±15 ℃，解決薄帶鋼加熱中由于邊部效應導致的薄帶鋼加熱溫度不均問題。

（2）冷軋薄帶鋼快速冷卻技術與裝備。自主研發噴氣、氣霧和水淬等高速冷卻技術，實現從緩冷到400 ℃/s的柔性化冷卻速度調整，達到同一產線生產不同性能鋼種、產品成分設計實現減量化的目的。

（3）合金化鍍鋅（GA）技術與裝備。開發合金化鍍鋅的全套加熱-保溫-冷卻工藝技術、裝備與控制系統，生產高質量汽車用合金化深沖板和高強板。

（4）熱鍍鋅鍍層厚度與均勻性控制技術與裝備：采用有限元技術、非線性的最小二乘回歸算法，進行熱鍍鋅氣刀流場的分析和優化，建立長短周期耦合化的鍍鋅自適應預測模型，解決熱鍍鋅邊部增厚問題。開發鋅層厚度自動控制系統，節省鋅資源。

2.7.4 預期效果

自主建設高質量熱處理冷軋板和涂層板生產線，生產高質量的深沖、高強汽車用鋼、家電板等冷軋板和涂層板。

2.8 真空制坯軋制復合板技術

2.8.1 重大需求

金屬復合板可以發揮其組元金屬材料各自的性能優勢，實現單一金屬不能滿足的高強度、耐蝕、耐磨等特殊要求性能，節約貴重金屬，降低成本。在大型機械、船舶、海洋平臺、壓力容器等領域有大量需求。

2.8.2 研究目標

開發真空環境下鋼板復合坯制造工藝與設備及復合坯的加熱、熱軋、冷卻、精整全套工藝技術與裝備，為海洋、建筑、能源、化工等行業提供高端厚板與復合板。

2.8.3 研究內容

（1）多坯焊接制坯裝備與技術。開發高效率真空電子束焊接（EBW）裝備與可對高合金鋼、鋁合金、鎂合金等進行真空焊接的先進裝備。專門連鑄坯表面高速銑削處理裝備、鋼坯翻轉-疊合、鋼坯緩沖降落、鋼坯對齊、鋼坯對中等專用設備。

（2）復合坯軋制工藝與裝備。開發特殊的復合坯料軋制控制技術，“高溫低速小壓下＋高溫低速大壓下”相結合的大單重復合坯料軋制法、復合坯料防開裂控制技術，優化加熱工藝、控制軋制溫度及板形，提高成材率。

（3）復合板界面產物控制技術。通過獨特的工藝及裝備設計，將復合界面的氧化物控制到極低水平，氧化物尺寸達到納米級別；對界面產物進行控制，防止界面脆性物過度生成而惡化界面強度。

（4）復合板精整工藝與裝備。開發復合板分離、表面清理、表面清凈、切邊、矯直等輔助設備。

2.8.4 預期效果

真空軋制復合技術可以應用于同種和異種金屬（不銹鋼/碳鋼、不銹鋼/X65、耐磨鋼/碳鋼、純鈦/不銹鋼、純鈦/碳鋼、825/X65等）的復合，提供優質厚板和復合板產品。

2.9 旨在大規模定制的鋼材智慧制造系統

2.9.1 重大需求

用戶對產品的需求趨于多樣化、個性化和優質化。用戶需求與生產組織管理之間產生的矛盾由于供需關系轉變和鋼鐵產品價格的持續走低而變得更加突出。企業迫切需要一種新的生產模式來滿足用戶對產品低成本、高質量、個性化的要求，又滿足企業大規模生產的特點，以提高企業的競爭能力。與此同時，計算機網絡技術、大數據等信息技術也得到了迅速的發展，并不斷向傳統的制造業中融合，為解決當前的矛盾創造了條件。

2.9.2 研究目標

本研究的目標在于開發鋼材的智慧制造系統，在連續化大規模生產的條件下，基于企業CPS框架，建立一體化組織性能控制系統（IMPCS，integratedmicrostructureand property control system），滿足客戶的個性化需求，低成本、高性能、高效率地生產鋼鐵材料。

2.9.3 研究內容

（1）一體化組織調控理論與數學模型。建立物理冶金學模型與網絡模型的混合模型，具有高精度又能充分體現鋼材組織-性能的變化規律。在組織性能預測模型的支持下，建立工藝-組織-性能的逆向優化。依據需要的屈服強度、抗拉強度、伸長率3個主要的性能指標，通過多目標優化，給出優化的成分設計和生產工藝制度，實現產品力學性能的“訂制式”生產。

（2）一體化組織調控工藝技術與關鍵裝備。開發組織性能調控的機械裝備，例如連鑄的二冷設備、控軋設備、控冷設備等，提供組織性能調控的手段。

（3）一體化組織調控數字化、智能化自動控制系統。包括設備的基礎自動化系統、過程控制系統等，以及大量的檢測儀表和傳感器，實現實時數據的采集，對設備狀態實時監控。系統還可以對設備進行診斷，所以緊急維修的任務會大大減少，大量的設備設定、調試和診斷的功能都可以通過網絡遠程操控方式完成。

（4）一體化組織調控管理信息系統?；谙冗M產品的標準化設計和分類方法，對生產過程進行科學管理，建立綠色化的熱軋鋼材成分和工藝體系。以出鋼記號為“線索”，可以方便了解鋼的成分、潔凈度、合金體系、煉鋼工藝、強度級別、表面質量、涂層要求及其他特殊要求。通過合同和工序信息的自動判別和勾連，實現產品的動態質量設計，最大限度和最經濟地提供滿足用戶要求的產品。

2.9.4 預期效果

采用一體化組織性能控制系統，可以在連續生產的條件下，實現大規模生產的定制化、個性化、智能化，優化生產過程，降低生產成本，提高產品質量，滿足用戶的需求。

3 結論

（1）中國鋼鐵工業已經步入發展的“新常態”，必須轉型發展，走生態化的道路，實現減量化、低碳化、數字化發展，使中國成為生態化鋼鐵技術的全球領先者。

（2）創新驅動鋼鐵行業調整結構、轉型發展，實現以減量化、低碳化、數字化為特征的綠色化、生態化發展。

（3）高度重視原始性專業基礎理論突破，保證基礎性、系統性、前沿性技術研究和技術研發持續推進，強化自主創新成果的源頭供給。

（4）準確把握鋼鐵行業的重點領域科技發展的戰略機遇，選準關系全局和長遠發展的戰略必爭領域和優先方向，通過高效合理配置，深入推進協同創新和開放創新，構建高效強大的鋼鐵共性關鍵技術供給體系，努力實現鋼鐵關鍵技術重大突破，把關鍵技術掌握在自己手里。

（5）展望未來，鋼鐵行業將進一步圍繞科技創新驅動行業產業發展的宏大任務，轉方式，調結構，使中國成為綠色鋼鐵技術的全球領跑者！

來源：鋼鐵冶金