针对汽车用高端特殊钢棒线材洁净度低和性能不稳定的现状，开展了以轴承钢、齿轮钢、曲轴钢、弹簧钢等典型钢种为研究对象的合金成分优化设计和强化机理研究、硅锰脱氧钢中塑性夹杂物的精准控制理论和工艺、铝镇静钢中B类、Ds类夹杂物控制理论和工艺、含硫钢硫化物形态控制理论与工艺等机理和关键共性技术研究。

系统研究了悬架弹簧钢55SiCr洁净度控制和组织性能调控（图1），将熔渣成分设计和耐火材料材质对低熔点夹杂物形成的影响作用作为研究重点，以钢液-夹杂物平衡热力学计算指导渣系设计，结合验证实验提出了渣系成分合理范围，创新引入了矿相智能原位分析软件，在深入剖析耐火材料/钢液反应界面的基础上，揭示了不同材质耐火材料对钢液洁净度的影响机制。通过构建多相多层次的显微组织调控策略，使悬架弹簧钢抗拉强度达到2417±13MPa，屈服强度达到2031±21MPa，断面收缩率超过40%，实现了低合金成本制备高强度弹簧钢。

系统研究了汽车用齿轮钢、曲轴钢夹杂物控制理论与技术，围绕稀土La处理、外加MgO粒子、Se处理对脱氧、夹杂物变性、晶粒细化等多个方面的影响进行了深入研究，揭示了不同种类稀土硫化物的形态，表征了MnS和稀土硫化物的变形能力和显微硬度，探究了尖晶石-MnS复合夹杂诱导铁素体形核机理，丰富了钢中夹杂物形态与种类控制理论。

系统研究了镁与稀土处理对AISI 440C轴承钢中夹杂物和碳化物的优化作用，分析了加压镁处理实现钢液超低氧的净化机理，揭示了稀土处理轴承钢变性夹杂物的转变路径，提出了稀土夹杂物对高碳铬轴承钢网状碳化物“源头阻断”的作用，实现了高洁净超均质AISI 440C轴承钢冲击性能的大幅度提升。

团队与东北特钢合作，针对AISI 431大尺寸夹杂物探伤不合问题，改进了夹杂物控制策略，AISI 431棒材夹杂物检验合格，超声波探伤综合合格率≥95%，下游用户生产的高压油泵部件上“发纹”长度和发现率达到国外实物水平。该项目申报2023年沙钢集团技术创新项目成果奖一等奖通过初评。

2.1开发了硼和稀土微合金化协同提升超级不锈钢热塑性关键技术

超级不锈钢中高含量Cr、Mo元素在热变形过程中易通过晶界周围位错向晶界扩散和偏聚，加速σ相析出，降低热塑性，导致严重的热加工开裂。对此，提出了“硼和稀土微合金化协同提升超级不锈钢热塑性”的新思路。经第一性原理计算和实验研究，发现硼易偏聚于晶界并形成很高势垒，抑制热变形过程Cr、Mo向晶界偏聚，减轻σ相析出，硼晶界偏聚还能促进动态再结晶形核并抑制其生长，从而显著改善低温端的热塑性；另外，发现稀土铈能细化晶粒，降低层错能，促进不连续/连续动态再结晶，从而显著改善高温端的热塑性。基于此，将微量硼和稀土协同处理，优化获得了显著提升全温度段热塑性的最佳硼含量范围（0.002%-0.004%）和最佳稀土铈含量范围（0.01%-0.02%），形成了“硼和稀土协同微合金化改善热塑性”的新方法，将热加工窗口向低温端拓宽约50℃，有效解决了超级不锈钢热加工严重开裂难题。该技术已在太钢、抚钢等单位推广应用，保障了系列超级不锈钢等品种工业化稳定生产，产品质量达到国际先进水平，广泛应用于石油化工、节能环保、海洋工程等领域，摆脱了我国超级不锈钢短缺的窘境。

2.2提出“利用铌铠甲包裹夹杂物”新思想，在提升不锈钢耐蚀性创新设计方面取得重要突破

在极端苛刻环境中，非金属夹杂物常会诱导不锈钢腐蚀失效，目前尚无有效防治策略，成为了迫在眉睫的挑战。团队独辟蹊径，打破了传统“依靠洁净度控制和改性处理减轻夹杂物危害”的思维局限，创新提出“利用耐蚀铌铠甲（Z相）包裹有害夹杂物以显著提高双相不锈钢耐蚀性”的策略（图2）。该策略巧妙运用了微合金化和异质形核原理，实现了两个关键目标控制：一是含铌Z相有效包裹夹杂物。首先，从常用微合金元素（Ti、V和Nb）中筛选出Nb作为理想元素；其次，利用简单常规的制备路线促使含铌Z相在夹杂物周围异质形核，形成“夹杂物@Z相”核壳结构，将夹杂物包裹起来，使其与腐蚀性环境隔绝。二是Z相和其周围基体具有良好的耐蚀性。首先，保证了Z相本身具有高耐蚀性；其次，保证了Z相周围基体未发生严重贫化，依然具有良好的耐蚀性；同时，Z相与基体间电势差小且能协调变形，避免发生电偶腐蚀和微缝隙腐蚀。从而攻克了“夹杂物引起腐蚀失效”这一久攻不克的顽疾，在系列双相不锈钢中具有很强的普适性，为不锈钢材料腐蚀防护提供了新思路，对保障高端装备长寿命和安全稳定运行具有重要意义，相关研究成果发表于《Nature Communications》。

我国每年约有10万吨高端模具钢依赖进口，占模具钢高端市场的80%以上。与进口模具钢相比，目前国产模具钢仍存在的瓶颈问题是D/Ds类夹杂物超标和带状偏析比较严重，是国产高端模具钢生产过程中的关键共性技术难题。

针对此，提出了基于渣系优化降低熔渣Ca活度，进而降低电渣重熔过程钢液增Ca的核心思路，首次将基因工程设计思路应用到渣系开发上，综合考虑熔渣的熔点、电导率、黏度、钙离子浓度等参数，采用遗传算法开发了五元渣系成分筛选框架，成功开发出高品质模具钢电渣重熔用新渣系，大大提高了渣系设计的效率和成功率，在熔渣成分设计方面属于国际首创。与此同时，开发了基于电极重量精确检测和同轴导电的熔化速度精确控制、基于电压摆动的电极插入深度控制、全密闭保护罩和罩内气氛氧含量精确检测的可控气氛精确控制等技术，集成了国际最先进的电渣重熔成套装备和技术，实现了电渣重熔钢锭洁净化和均质化。

团队将熔渣设计以及电渣重熔工艺和装备等关键技术集成，为企业提供全方位一体化解决方案，将完全自主知识产权的电渣装备和工艺技术推广到抚顺特钢、天工国际、北满特钢等国产模具钢生产企业，共计30余台套，解决了国产模具钢存在的D和Ds类夹杂物超标等共性瓶颈难题和带状偏析严重导致冲击韧性低的问题。项目实施后，模具钢中的Ds类夹杂物可以控制到0级，钢中Ca含量可以控制在5ppm以下、冲击功达到20J以上（V型缺口），助力我国高端模具钢的制备技术达到国际先进水平，实现了关键核心技术和材料的自主可控。

基于上述研究成果，特殊钢冶金工艺与装备技术方向获批国家杰出青年科学基金1项、面上基金3项，重点研发计划1项，企业横向合作项目12项；培养博士后2名、博士研究生6名、硕士研究生31名；发表SCI论文67篇，授权发明专利15项（美国专利1项）；获“杰出工程师”青年奖、“鼎新青年科学家奖”、辽宁省优秀硕士学位论文指导教师、第七届中国创新挑战赛（宁波）宁钢大企业专场赛优胜奖；获评辽宁省优秀硕士论文2篇、东北大学优秀博士论文3篇，获辽宁省优秀毕业研究生等荣誉称号6项。