随着高端装备制造、新能源汽车、工程机械等下游产业的升级迭代，钢铁行业对产品高质化、工艺绿色化和装备智能化的需求愈发迫切。自主研发并突破关键高品质钢材核心生产技术，既是解决我国高端钢材产品依赖进口、保障产业链供应链安全的关键举措，更是推动钢铁产业转型升级、实现高质量发展的重大战略支撑。2025年，中心先进热轧工艺、装备及产品方向团队聚焦行业痛点与技术前沿，重点围绕“热轧工序集成机器学习软件系统开发及应用”“极薄高强板带钢高效气淬技术”“1800MPa高强弹簧扁钢研发”等关键共性技术开展攻关，在核心技术突破、成果转化落地及行业推广应用等方面取得显著成效，为行业技术升级提供了重要支撑。
1 热轧工序集成机器学习软件系统开发及应用 钢材热轧过程中，轧件内部显微组织演变、界面状态与轧制载荷之间相互影响、相互作用，是一个“牵一发而动全身”的复杂非线性黑箱系统，为产品综合质量控制带来了极大挑战。如何破解热轧过程黑箱，提高钢铁产品综合质量，一直是钢铁领域的世界性难题。 团队在深入挖掘热轧工业数据基础上，将轧制工艺学与物理冶金学实验数据融合，开发出热轧工序集成机器学习软件系统，建立起综合反映热轧全流程组织演变、表面氧化及力能参数变化的“形-性-面”一体化数字孪生模型，实现了热轧全流程显微组织演变的高精度定量描述与动态可视化，为热轧板带材生产过程组织性能优化、表面质量提升及板形尺寸控制的一体化调控提供了新的技术方案。该系统已推广应用于CSP、棒线、热连轧和宽厚板等20余条产线，助力我国钢铁企业数字化转型。 1.1高Ti微合金钢性能稳定性控制 针对高Ti微合金钢热轧产品因板坯化学成分波动导致力学性能波动大的问题，依托CSP短流程产线，建立了热轧产品力学性能高精度预测模型，实现了16个钢种的力学性能精准预测，预测精度显著优于传统经验模型。在此基础上，结合工艺参数敏感性分析方法，研究冷却工艺动态优化策略，开发出热轧产品力学性能稳定性控制方法，使产品力学性能的波动降低20%以上。 1.2高强船板钢高效轧制工艺开发 针对高强船板钢采用控制轧制工艺生产导致中间坯待温时间长、生产效率低的问题，依托南钢5000mm宽厚板产线，基于热轧工序集成机器学习软件系统提出“低温出钢+不控轧”的工艺思路，使该工艺在保障产品性能前提下，每块钢减少轧制时间约60s；针对25mm以下船板钢，轧制效率从13.3块/小时提升至15.3块/小时，机时产量增加37t，轧制效率提升15%，有效解决了单机架产线传统控制轧制工艺效率低的问题，助力企业降本增效。
2极薄高强板带钢高效气淬技术及应用 极薄高强板带钢是装备制造、石油化工、军工等领域关键材料，随着板厚降至3mm以下，淬火敏感性成倍增加，板带钢淬火残余应力大、板形不可控，后续加工易出现切割/折弯变形、加工开裂等问题。传统喷水或汽雾冷却方式，水比、辊速、辊缝等参数对淬火板板形影响显著，无法进行有效调节，生产难度很大。采用高压气体淬火方式，可有效避免Leidenfrost效应，且介质冷却不受重力影响，换热均匀性高、冷速调控性好，更有利于极薄高强板带钢高平直度、低残余应力淬火热处理。研发团队以压缩空气为换热介质，对气体射流流场、壁面换热、喷嘴设计及热处理工艺等进行了模拟和实验研究，研制中试测试平台，确定了喷嘴结构及排布参数、介质冷却参数、板带钢热处理工艺参数等，开发成功极薄高强板带钢高压气淬装置及气淬技术，结合工业测试，获得了高平直度、低残余应力的极薄板带钢热处理产品。 2.1自由射流往复式淬火 以1200MPa以上高强钢为研究对象，采用数值模拟方法探究了不同射流雷诺数、无量纲喷嘴高度和板带钢移动速度对自由射流条件下板带钢往复式淬火温降历程的影响，以温降曲线为参考进行了喷气淬火实验，获得了气淬热处理工艺对极薄板带钢淬火组织性能的影响规律，并以水淬为对比，优化了气淬后板带钢淬火板形平直度。相关研究阐明了自由射流条件下设备结构参数和热处理工艺对板带钢淬火温降及组织性能的影响，验证了气淬工艺在板形控制方面的优势，为工业化生产奠定基础。 2.2受限射流模拟及实验 基于小辊径、小辊距密集约束淬火思路，开发出极薄高强板带钢辊压式狭缝喷气淬火设备基本模型，采用数值模拟方法分析了半密闭换热空间下喷嘴结构对板带钢壁面流场、壁面换热能力及均匀性的影响规律，开发成功适应性更强、冷速范围更大的多用途专用狭缝气喷嘴和气水两用喷嘴。进而，团队建立了流场-温度场-组织场耦合模型，开展了工业条件下2-3mm板带钢淬火温降、组织演变和性能变化规律，阐明了开淬温度、带速、流量分配及流场交互等因素对板带钢淬火的影响，采用高温辐射+中温对流组合换热方式，解决了极薄高强板带钢低残余应力热处理和组织性能控制难题。 2.3工业化验证与应用 依据模拟和实验结果，团队成功开发出极薄高强板带钢高压气淬装置，多组狭缝气刀平行布置于高强辊道之间，通过密集强力约束实现高平直度板形控制，通过气量配比及带速设计实现低残余应力淬火。相关成果在安阳兆通、广西盛隆等企业应用，2mm板带钢淬火不平度≤4mm/m（图1）。淬火后板带钢组织性能达标、加工性能优异，有效解决了极薄高强板带钢高平直度、低残余应力淬火行业难题。
3 1800MPa高强弹簧扁钢研发及产业化应用 汽车悬架系统中的钢板弹簧约占整车重量的7%左右，降低钢板弹簧重量是实现汽车轻量化的重要突破口。目前主流弹簧扁钢抗拉强度仅为1400-1500MPa，部分甚至更低，这直接导致钢板弹簧的设计应力被限制在550-650MPa的较低水平，难以满足汽车轻量化进一步推进的需求。开发抗拉强度达1800MPa的弹簧扁钢，以此提高钢板弹簧设计应力、实现大幅减重，已成为汽车产业与钢铁产业协同发展的当务之急。该级别弹簧扁钢研发面临的主要技术难题是：1）冲击功普遍偏低，导致板簧在承受冲击载荷时易发生断裂；2）表面脱碳严重，削弱表层性能并缩短疲劳寿命；3）中心偏析明显，造成内在性能不均、降低整体可靠性；4）生产成本偏高，制约规模化应用的经济性。 基于上述背景，东北大学联合青岛特殊钢铁有限公司在超高强韧弹簧扁钢的研发及产业化应用上持续开展协同创新工作，取得的主要创新性成果有：1）研发出中碳B系低成本高强韧弹簧扁钢产品及调质工艺，形成淬透性定制化控制、多机制协同强韧化等关键技术，使产品达到高强韧低成本要求。最终产品性能：抗拉强度≥1800MPa，屈服强度≥1600MPa，断后伸长率≥10%，断面收缩率≥35%，室温冲击功KU2≥30J。2）研发出专用预熔精炼渣、深度脱氧工艺、低过热度（12-22℃）浇注技术。形成完整的高强度弹簧扁钢高纯净度冶炼控制关键技术，实现全氧含量≤5ppm，形成弥散、细小的球形夹杂物，产品内部无10微米以上大颗粒夹杂物，产品中心偏析≤1.05。3）研发出产品表面低脱碳层无裂纹控制技术。通过对高强扁钢高温传热特性、保护渣润滑机制、高温塑性、裂纹敏感性和脱碳-氧化行为研究，获得了与之匹配的连铸和轧制工艺参数，形成铸坯表面缺陷控制、低脱碳层深度控制等关键技术，最终产品表面无裂纹缺陷，总脱碳层控制在0.5%×厚度（mm）以内。4）研发出高淬透性弹簧钢热轧态低硬度控制技术，轧态组织为F+P，实现下游客户全规格弹簧钢免退火剪/锯切。 所研发的1800MPa高强韧弹簧扁钢产品已进入一汽供货体系。加工成板簧后，在700±500MPa高应力条件下，板簧台架试验疲劳寿命≥30万次，相关产品已应用于一汽、重汽、东风商用车等23个车型中，也成为国内该强度级别唯一批量的供应商，产品加工成两片簧，替代三片簧，板簧减重15%-20%。经中国钢铁工业协会组织的专家评价，认为该成果总体达到国际领先水平，引领了商用车领域高强韧弹簧钢的发展和应用，前景广阔。
4 结语 基于上述研究，团队研究成果获省部级科技奖励8项；发表学术论文52篇，其中37篇被SCI收录；申请/授权发明专利共计33件。新增博士研究生指导教师2名；培养博士毕业生6名，硕士毕业生47名，本科毕业生19名。2025年度团队新签科研项目30余项，合同额3.25亿元。
