编者按 ：自新一轮建设启动以来，东北大学钢铁共性技术协同创新中心（以下简称“中心”）始终聚焦铁矿资源绿色开发利用、低碳炼铁、高效炼钢与连铸、高端特殊钢、先进热轧、先进冷轧、短流程工艺、数字化转型、汽车用钢九大重点研发方向，持续攻坚行业关键共性技术难题，成功填补多项技术空白。中心先后建成一批产业示范基地，推动多项重大科技成果落地转化，有力引领我国钢铁工业朝着高端化、智能化、绿色化方向加速迈进。为全面呈现中心2025年度科技创新成果，本报特推出该专题报道，以飨读者。
2025年度中心成果展示 | 铁矿资源绿色开发利用最新进展
2025年度中心成果展示 | 低碳炼铁工艺与装备技术研发最新进展
2025年度中心成果展示 | 高效炼钢-连铸工艺与装备研发最新进展
方向首席年度汇报PPT见文末。
面对新能源、高端装备等战略性新兴产业对基础材料的迫切需求，特殊钢与特种合金的性能突破与绿色制备技术，直接关系到能源安全自主保障能力和产业链的整体竞争力。然而，我国虽然是全球钢铁生产规模最大的国家，但在高端特殊钢及特种合金的制备工艺、产品门类与质量稳定性方面，仍存在短板，亟待提升关键技术以支撑经济社会转型升级与国家安全能力建设。2025年，在中心新一轮建设期内，特殊钢冶金工艺与装备技术方向姜周华教授团队（以下简称“团队”）围绕高端装备制造用特种合金和特种冶炼技术、高性能特殊钢冶金技术与装备、高性能不锈钢研制开发等关键共性创新技术开展研究工作，具体研究进展如下。
1 新一代特种冶金工艺与装备技术
1.1高端装备制造用特种合金和特种冶炼技术
针对真空感应熔炼过程返回料利用率低、气体含量波动大以及铸锭成材率低的共性问题，以元素与氧亲合力由弱到强的顺序和夹杂物产物与金属熔体分离效果为脱氧工艺的设计原则，团队提出了“C+Si/Mn/Al+Ce/Mg/CeMg”阶梯式多步顺序脱氧新工艺，掌握了活泼元素的最佳加入量，优化了真空感应浇注用溜槽和铸模结构；研发了含活泼元素电极的电渣重熔专用渣系、超低氧浓度控制技术，掌握了电渣锭头尾活泼元素窄成分、均质化及高洁净控制关键技术。
团队围绕特种不锈钢和镍基合金的特种熔炼流程中真空感应熔炼、电渣重熔和真空自耗重熔三个关键工序，基于机理和数据驱动相融合的方法在国际上率先研发了熔炼过程中熔体温度、铸锭成分、洁净度等冶金质量的人工智能模型和工艺参数动态优化智能控制系统并成功应用，应用后显著提升了铸锭的冶金质量和稳定性。针对镍基合金采用常规特冶流程制备成本较高的问题，创新提出了采用感应电炉或真空脱气炉流程替代真空感应熔炼的工艺路线。
上述新技术已经在抚顺特钢、南京达迈、上海一郎等单位推广应用，所生产的1J85软磁合金S≤14ppm，O≤10ppm，镍基靶材纯度≥99.96wt.%，氧、氢、氮等气体总含量≤70ppm；4J32合金膨胀系数仅为0.19×10-6/℃（20-100℃）；添加微量Zr的4J36合金的膨胀系数≤1.0×10-6/℃（最低0.66×10-6/℃）（20-100℃），强塑积提高，综合性能远优于其他方法制备的合金，并应用在多种高精尖领域。该项目荣获2024年辽宁省科技进步一等奖。
1.2绿色智能高效电弧炉炼钢关键技术
在低碳冶金方面，团队突破了传统电弧炉炼钢短流程效率低、能耗高、污染重、智能化水平低等关键技术难题，形成了水平连续加料过程废钢绿色高效预热关键技术与三段法二噁英控制技术、全废钢低成本绿色低碳电弧炉快速冶炼关键技术、全废钢连续加料电弧炉全流程智能化控制技术（图1），建设了世界首条全废钢短流程示范线。该示范线二噁英排放量降低至0.0017ng-TEQ/Nm3，远低于中国《炼钢工业大气污染物排放标准》的排放限值0.5ng-TEQ/Nm3和欧盟规定的排放限值0.1ng-TEQ/Nm3；与传统高炉-转炉的长流程相比，示范线吨钢CO2排放量减少1.5t以上，废渣排放降低1/3，且与传统电弧炉炼钢短流程相比，碳排放与能耗降低20%以上，效率提高50%以上，运行成本降低30%以上，直轧率提高至99%以上，彻底消除了占轧制总能耗80%左右的铸坯加热工序，大幅度降低碳排放、污染物排放和能耗。该项目研发成果整体达到国际领先水平，成功荣获2025年冶金科学技术奖一等奖。
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1.3 氢等离子冶金新技术
团队揭示了含氢等离子体多种复杂原料熔炼过程中多相多物理场耦合作用下的冶金反应与物理场演变机制，形成了多炉料结构下低碳清洁高效熔融还原等含氢等离子体高效绿色协同熔炼关键技术，研制出适配低金属化率金属化球团与有机固废协同熔炼需求的工业级含氢等离子体熔融热解炉，解决了新一代绿色近零碳钢铁冶金流程关键设备缺失的困境，并于宝武集团建成了以年产万吨级含氢等离子体熔融热解炉为核心的金属化球团与有机固废和含有机物钢铁废料协同熔炼示范线，金属还原率达99%、相比传统电炉工艺二氧化碳减排率超过50%，社会和经济效益十分突出；经评价“具有重大示范作用，对推动行业技术进步具有重要的引领作用”。武汉市生态环境局围绕该项目刊发了题为《无废城市 | 国内首创，变废为宝——武汉市创新钢铁尘泥与有机固体废物协同利用示范工程打造多源固体废物协同处置循环经济新模式》的新闻报道。
2 高性能特殊钢冶金技术与装备
2.1特殊钢棒线材制备关键技术
针对特殊钢棒线材洁净度低、组织不均匀和性能不稳定的现状，团队开展了以弹簧钢、曲轴钢、抗震钢、轴承钢等典型钢种为研究对象的合金成分优化设计、夹杂物精确控制和组织与性能调控等关键共性技术研究，提出了铈-铌协同处理65Si2CrV弹簧钢新工艺，明晰了其对高温相变行为及热变形后冷却组织的影响，解决了大尺寸NbC析出难题；阐明了K₂O、Ce₂O₃对弹簧钢精炼渣物化性能的影响机制，设计出适用于硅镇静弹簧钢的新型精炼渣，实现了对塑性夹杂物的精准控制；明晰了铈、锆处理对汽车曲轴钢中夹杂物演变、晶粒细化的影响规律，结合错配度理论，揭示了夹杂物通过异质形核细化组织的机理，为曲轴钢洁净度与组织优化提供了理论支持与实现路径。
2.2合金钢连铸新技术
针对高合金钢冶炼连铸，形成了基于“成分设计-结构解析-宏观性能表征与优化”的新型渣系设计方法，开发了高合金钢品种专用精炼渣与连铸保护渣。基于控制洁净度、改善可浇性、匹配专用渣系的综合措施，实现了高锰钢、高锰高铝钢等代表性高合金钢品种的多炉连浇。
针对超大规格连铸坯疏松、缩孔、洁净度等冶金质量低的问题，团队建立了圆坯连铸三维模型，阐明了水口结构对凝固质量和夹杂物分布的影响机制，获得适宜的水口结构和相匹配的工艺参数；明晰了超大规格连铸尾坯缩孔演变行为和发热剂对缩孔的影响规律，实现了对缩孔尺寸与位置的精准预测。基于此，形成了超大规格连铸圆坯新技术，大幅减小尾坯冶金缺陷，并成功在建龙集团承德钢铁应用。
2.3高端模具钢全流程关键技术开发与应用
针对新能源汽车用高导热模具钢普遍存在的韧性和热导率无法兼顾的瓶颈难题，团队建立高导热模具钢设计与制备的新工艺理论，创新性提出“板条马氏体基体+多级碳化物分布”的组织设计新思路，阐明了大角度界面对解理断裂裂纹扩展的影响机理，通过合金成分和热处理工艺的优化调控显微组织，同时优化电渣重熔、锻造工艺改善钢的洁净度、元素偏析，解决了高导热模具钢实际应用过程中由于韧性不足而开裂的难题。
采用团队集成的技术路线，将高导热模具钢的冲击功提高到16J以上，韧性达到了应用要求，制备的直径30mm的棒材，已经成功应用于新能源汽车国际头部工厂的一体化压铸生产线。采用团队制备的高韧性高导热模具钢铸销，服役寿命显著提升，且抗热疲劳性能优异。此外，高导热钢铸销的应用，将铝合金压铸件的缩孔率降低至0。团队突破了传统热作模具钢和高导热模具钢普遍存在的韧性和热导率无法同时提升的问题，成功开发出具有更高综合性能的新型高导热模具钢材料，提升了我国高端模具钢的质量和性能水平，推动了一体化压铸工艺的发展。
2.4转炉智能化模型
针对转炉冶炼过程的喷溅控制问题，团队提出一种基于图像分类的深度学习模型。该模型使用残差网络和两种注意力机制相结合，通道注意力机制用于增强网络对不同通道的关注度，空间注意力机制用于增强网络对输入数据的不同空间位置的关注度，从而提高网络对输入数据的处理效果和表征能力。该模型对图像四分类的命中率达到90.91%，可以预报喷溅的发生及其发生阶段，并由相应喷溅处理模型进行解决。
针对传统基于冶金机理和烟气分析的转炉终点控制模型命中率不理想的问题，团队利用生产数据建立了基于机器学习的转炉终点智能控制模型，并使用不同的Boosting机器算法模型对转炉终点进行预测。结果表明，四种基于Boosting算法的模型预测结果准确率均高于机理模型预测准确率，其中CatBoost模型的准确率最高，与机理模型相比终点钢水碳含量命中率提高了17.0%，终点温度命中率提高了23.5%。
3 高性能不锈钢研制开发
超级奥氏体不锈钢是一种具有卓越耐腐蚀性能和高温稳定性的高性能不锈钢材料，常用于海洋工程、石油化工等极端腐蚀环境中。针对超级奥氏体不锈钢析出敏感、变形抗力大、热加工易开裂的问题，团队开发了喂含稀土钢带改善超级奥氏体不锈钢组织和成分均匀性、提升热塑性技术，阐明了喂带和稀土的协同作用机理。首次提出铌-铈复合处理协同提升不锈钢耐蚀性新策略，阐明了“铌铠甲包裹夹杂物、稀土改性和细化夹杂物、铌和铈改善钝化膜”协同提升耐蚀性机理，验证了其在系列不锈钢中的普适性。
4 结语
基于上述研究成果，团队获批国家自然科学基金重点基金4项、面上2项，国家科技重大专项课题2项，省部级项目2项；获得冶金科学技术奖一等奖、辽宁省科技进步一等奖等省部级奖励5项；毕业博士研究生11名，硕士研究生23名；发表SCI论文61篇，出版专著2部，授权发明专利18项；与宝武、抚钢、建龙钢铁等多家企业合作紧密，并进一步深化了与韩国现代钢铁的合作。
