先进高强钢和高性能钛合金材料是推动制造业绿色转型、降低碳排放的重要选择。先进的冷轧、高效热处理与涂镀工艺及装备技术，是制备高性能金属材料的核心支撑，也是服务国家重大战略需求的重要路径。2025年，中心先进冷轧-热处理-涂镀工艺装备和材料开发方向研发团队围绕“先进冷-温轧制与涂镀工艺装备技术”“高性能硅钢热处理中试装备技术”“高性能汽车用钢和冶金复合材料制备技术”等创新技术领域开展研究。通过“产学研用”深度融合，实现高性能难变形金属材料工艺装备、产品开发及推广应用。
1 温变形轧制技术及装备 团队开发出高性能Ti合金板材“热、温变形轧制+时效热处理”两阶段轧制变形与均匀化热处理技术，耦合动态应变时效与细晶强化效应，成功解决了高性能难变形材料室温加工性能差、成材率低的核心瓶颈。通过元素分配调控结合温变形技术，在两相钛合金中制备元素局部富集与贫化的层状异质结构，实现了高性能Ti合金板带材制备过程中强度与塑性最佳匹配问题。 研发的高质量钛合金板材轧制生产新工艺技术已经在西部钛业2800mm、新疆湘润2450mm宽幅热轧产线应用，生产的TC4、TC4ELI、Ti70、TA5等高质量钛合金板材成功应用于国家重要工程，满足了国家重大型号装备的急需。团队开发的先进冷-温轧制中试装备已经在鞍钢、宝钢、首钢、太钢、台湾中钢等近40家著名钢铁企业推广应用。针对高磁感取向硅钢和新能源汽车电机用无取向硅钢薄带，开展取向硅钢（CGO）和高磁感取向硅钢（HiB）及极薄带高磁感取向硅钢生产工艺研究和产品开发，温变形中试轧制工艺与装备技术在硅钢极薄带材研发过程中发挥了重要作用。2024年9月，“液压张力冷-温轧实验轧机技术”获得钢铁领域具有高价值专利装备和产品证书；2025年12月，冷轧团队与ArcelorMittal-NEMM-CHINA公司签订中试实验轧机开发合同，在一台轧机上完成热-温-冷轧制具有形变热处理工艺过程的中试实验轧机。
2 高性能金属材料热处理实验装备 为满足硅钢产品开发、脱碳渗氮退火和高温退火等工艺研究的需要，克服常规实验设备存在的问题，团队研制开发了不同结构形式的硅钢热处理实验设备，用于硅钢常化、脱碳和渗氮以及二次再结晶等热处理工艺实验研究和硅钢产品开发。 通过三炉室辊道式连续脱碳渗氮退火中试实验机组，实现常化热处理模拟、脱碳模拟、渗氮模拟以及连续脱碳渗氮模拟；通过马弗式硅钢脱碳或渗氮实验装置，进行硅钢连续脱碳或渗氮热处理并具备多种退火气氛控制功能；国内外首创高温中断退火炉，实现取向硅钢脱碳板的二次再结晶退火，通过中断设计，退火过程随时中断取样，精确捕捉再结晶开始到完成的全过程，实现硅钢高温退火过程材料组织演变行为的连续监控。梯度退火炉通过12个控温区，在一个马弗内可实现不同温度，满足硅钢退火热处理研究需要。 团队开发双炉室可变气氛连续退火实验机，自主设计开发气氛隔离双面密封插板阀，改卧式安装试样为垂直安装，解决水雾冷却存水问题；冷却过程中试样摆动，提高水雾冷却温度均匀性；密排孔喷嘴、加大进气量，提高喷气冷却速率，满足高强/超高强钢连续退火研究需要。 目前，上述硅钢热处理实验设备已在涟钢、鞍钢、首钢智新等8家钢铁企业推广12台/套，助力硅钢及高性能钢铁材料产品开发。
3 轧制+调质热处理中试实验装备 针对宽幅薄规格超高强度钢“强度-韧塑性-延迟开裂”等技术难题，开发出高刚度大轧制力、控轧控冷+调质热处理中试热轧机组，满足超高强度钢大压下和低温轧制研发需求。与河南钢铁集团合作，以新材料研发、工艺装备创新为目标，遵循“问题/需求→理论研究→科学实验→中试示范→工程应用”研发与应用模式，建立材料设计、中试实验、数字化技术与钢铁生产线相融合的中试研发平台。 550mm热轧实验机组作为核心设备，可以模拟宽厚板、中厚板和热连轧工艺过程，具有恒温/等温轧制、同步/异步轧制、低温大变形轧制和在线控轧控冷以及精准的厚板调质热处理能力（图1）。轧机的最大轧制力12000kN，最大坯料厚度420mm，与生产现场连铸坯相一致，最薄成品厚度2mm，可以实现与生产轧机一致的轧制压缩比。 调质热处理实验机组，主要用于中厚板产品热处理工艺研究和高性能产品研发，实验机采用小试样，在实验室条件下模拟大生产热处理过程，具有试样表面抛丸除锈处理、热处理过程中的加热、保温、淬火、再加热和回火调质（配分）等功能。实验机采用特殊的试样处理方法，有效避免小试样淬火过程中存在的三维传热的问题，保证实验过程中小试样的冷却过程与大生产板坯一维传热过程的相似性。 依托大数据分析、数据挖掘、机器学习等信息技术进行先进工艺与产品研发，查找质量波动、产品缺陷的产生源头，得到工业过程中的工艺条件、材料变形、组织转变、力学性能的相互影响规律，为质量追溯、过程优化与智能决策提供技术支撑，从而获得可迅速转化为生产力的创新研究成果。 2025年12月，中试研发团队为河南钢铁集团开发建设的“钢铁冶金中试平台”一期项目成功热试并投入运行。其中，热轧-调质热处理实验机组围绕河南钢铁集团各企业，尤其是周口基地5600mm+5500mm宽厚板产线、安阳基地2800mm中厚板产线和炉卷产线的工艺装备及主要产品进行设计和建设。该实验机组的研发功能涵盖现有生产装备，主要技术指标超越现有工艺装备能力，以适应钢铁行业产品结构调整与研发以及市场开拓的需求，是具有紧密服务产线、性能指标领先、装备特性鲜明等特点的热轧中试研发装备。对船舶及海洋工程用钢、超低温容器钢、超大口径高性能管线钢、新能源、工程机械等高端板材用钢的开发具有重要价值和意义。
4 高性能新能源汽车用硅钢研发 新能源汽车是全球汽车行业升级转型发展的重要方向，也是实现经济转型、绿色发展的重要一环。高强无取向硅钢是制造新能源汽车驱动电机核心部件——定转子铁芯的关键材料。高功率、高效新能源汽车要求驱动电机用无取向硅钢具备低铁损、高磁感和高强度等特点。其中，高转速要求无取向硅钢具有足够高屈服强度（≥500MPa）以抵抗离心力，保证转子中应力最为集中的磁桥稳定运行。高强无取向硅钢既是要求磁性能的功能材料，也是要求力学性能的结构材料。基于此，团队系统开展新能源汽车驱动电机用无取向硅钢开发，主要进展如下： 1）以鞍钢东大高品质钢铁材料制备及应用中试基地为依托，开展新能源汽车用硅钢技术研发。在成分设计方面，采用高电阻率成分设计以及厚度减薄降低中高频涡流损耗。基于固溶强化，开发薄规格和高效高强无取向硅钢；基于位错强化，开发高强无取向硅钢。在工艺优化和性能提升方面，通过镁钙处理或稀土处理，控制有害夹杂物，促进晶粒长大，降低磁滞损耗。利用高温常化获得粗大常化板晶粒组织，添加适量偏析元素Sn/Sb改善织构，从而提高产品磁感应强度。基于实际应用需求，通过常化-轧制-退火工艺协同调控晶粒尺寸和织构，协调无取向硅钢磁性能与力学性能。 在中试条件下完成薄规格、高强和高效高强新能源汽车电机用无取向硅钢全流程工艺和技术验证，三种新能源汽车用无取向硅钢产品满足指标要求，均完成第三方性能认证，部分产品已通过下游客户认证。薄规格、高强度和高效高强系列新能源汽车驱动电机用无取向硅钢制备技术应用于鞍钢、安钢等生产线，促进硅钢产品的技术进步和指标提升。 2）面向超高强度无取向硅钢需求，将共格强有序NiAl相引入到无取向硅钢中，以最小错配度设计获得了超高密度顺磁纳米共格析出，显著提高强度并降低对磁性能不利影响，开发兼具高强度和良好磁性能的无取向硅钢。在此基础上，采用Cu和Mo微合金化调控NiAl析出行为和热稳定性：通过添加Cu元素促进NiAl相析出、诱导生成核壳结构Cu-NiAl复合析出相（体积分数为2%，平均尺寸为5.6nm，错配度为0.66%），0.35mm实验钢屈服强度达到952.4MPa，铁损P1.0/400为22.8W/kg；通过添加微量Mo元素将晶格错配度降低至0.45%，并提高了析出相热稳定性，屈服强度进一步提高至961MPa，铁损降低至21.4W/kg。实验结果与现有产品以及最新文献报道结果对比如图2所示，表明共格纳米NiAl相析出强化可以很好地协调无取向硅钢磁性能与力学性能之间的矛盾关系，相关研究为超高强度无取向硅钢研发提供了基础理论支撑。超高强度无取向硅钢的研发，证实了顺磁纳米共格析出相在协调无取向硅钢磁性能和力学性能方面具有明显优势，有望突破现有常规强化机制强化效果有限、控制难度高或严重恶化铁损等局限性，为新一代高强软磁材料开发提供了新思路。
