研究钢中中夹杂物的行为，对提升钢材产品的质量和实现一些特殊用途的钢材的自主开发具有重要意义。在整个冶炼生产环节中，已经开发了一系列对钢中氧化物夹杂进行控制的方法。然而，在后续的热轧和热处理过程中，氧化夹杂物可能会与不锈钢基体中的高合金元素发生化学反应，这一过程中夹杂物的变化会直接影响最终钢材产品的性能和质量。因此，研究固体钢加热变性钢中非金属夹杂物非常重要。 （1）夹杂物系统检测技术。通过夹杂物自动分析电子显微镜对试样横截面全断面上的夹杂物进行检测，分析夹杂物的成分、数量、尺寸和氧化物夹杂在试样全横截面上二维分布；通过非水溶液电解侵蚀的方法揭示不通时刻氧化物夹杂的三维形貌；通过投射电镜统计不同尺寸夹杂物的特征和与晶粒尺寸的关系。 （2）热处理过程固态中氧化物夹杂的成分变化热力学研究。热力学计算预测研究不同温度下钢中年非金属夹杂物与钢基体反应的可能性，确定在热处理过程中固态钢基体与氧化物夹杂的反应机理和影响因素，实现对热处理过程中钢中氧化物夹杂的有效控制。 （3）热处理过程钢中氧化物夹杂的转变速率动力学研究。建立了一个热处理过程氧化物转变动力学模型，模型考虑了不同尺寸和不同成分的氧化物夹杂与钢基体的传质和化学反应，可以有效预测不同温度下的热处理过程中夹杂物的转变率。

汽车工业是衡量一个国家经济发展水平的重要标志，汽车齿轮是汽车上重要的传动零件，齿轮质量的高低决定着汽车性能的好坏。通常，高质量的齿轮钢应具有四个方面的质量指标，即窄的末端淬透性宽、洁净度高、细小均匀的晶粒度和优良的表面质量。齿轮钢的洁净度对于齿轮钢产品性能具有重要影响，其中大颗粒的脆性点状不变形夹杂、呈串状分布的 Al 2 O 3 对齿轮钢的疲劳寿命最有害。而为了细化晶粒，通常需要在齿轮钢中保持一定的酸溶铝含量（0.010%-0.040%）。因此，必须解决如何在保持一定酸溶铝含量的情况下尽量减少钢中的 Al 2 O 3 夹杂物含量的难题。 （1）齿轮钢精准钙处理改性夹杂物模型。为控制齿轮钢中的串状脆性点状不变形 Al 2 O 3 夹杂物，同时进一步改善齿轮钢的水口结瘤，需要对于齿轮钢中的Al 2 O 3 夹杂进行改性处理。通过改性处理的方法将钢中的 Al 2 O 3 夹杂物改性为低熔点的液态夹杂物，增强其轧制过程的变形能力以减少大颗粒脆性串状不变形夹杂对齿轮钢疲劳寿命的影响，也可改善水口结瘤现象。但必须要关注的是，喂钙量对于夹杂物的改性效果具有重要的影响，喂钙量过低无法将钢液中高熔点的Al 2 O 3 及 Al 2 O 3 ·MgO 完全改性，而喂钙量过高则导致生成更高熔点的 CaS 及 CaO生成，从而恶化齿轮钢产品质量。同时钢液成分对于钙处理具有较大影响，而目前大多数企业还仅通过钙铝比指导现场的喂钙操作。本项目基于不同喂钙速度、钙线插入深度的统计，得到最优喂钙速度和钙线插入深度下稳定的钙收得率，并结合喂钙操作过程中导致的钢液增氧以及喂钙后至中间包浇注钙损，对超洁净齿轮钢不同钢液成分条件下钙处理进行热力学计算，确定了超洁净齿轮钢的不同成分条件下最优的喂钙线量，并结合精准钙处理软件，实现超洁净齿轮钢在线精准钙处理，通过理论计算并结合现场钙收得率，进一步优化现场的喂钙操作。 （2）电磁搅拌对超洁净齿轮钢铸坯中夹杂物的影响研究。电磁搅拌使钢液在交变电磁场中产生电流，通过电磁力来控制钢液的流动、传热及凝固过程。目前国内普遍认为电磁搅拌可以提升铸坯的表面质量、提高钢的洁净度、扩大铸坯的等轴晶区、降低元素中心偏析，同时减轻或消除中心疏松和中心缩孔等作用。但也有报道随着结晶器电磁搅拌强度的增加，铸坯表层附近的负偏析更加严重，同时加剧枝晶转变区域的正偏析，恶化铸坯的均质性。为进一步明晰结晶器电磁搅拌对于超洁净齿轮钢夹杂物的影响，本项目通过对于有结晶器电磁搅拌和无结晶器电磁搅拌两种工况下，铸坯全断面夹杂物扫描，研究不同电磁搅拌条件对齿轮钢铸坯中夹杂物的影响，结合铸坯宏观偏析、微观组织等结果，优化结晶器电磁搅拌参数，从而提高齿轮钢的产品质量。

含硫齿轮钢中 S 含量通常为 0.015-0.02%，同时为了保证钢水可浇性，生产过程中采用钙处理。目前是先喂 Ca 线，软吹后再喂入 S 线，由于 CaS 的生成，导致 Ca 和 S 的损耗大，收得率不稳定。由以上可知，目前制约含硫齿轮钢生产过程中的主要因素之一是钢中非金属夹杂物，因此，很有必要对含硫齿轮钢生产过程中洁净度进行控制与提升。 （1）高硫齿轮钢中硫化物控制技术。开展硫化物生成热力学计算，确定不同钢液成分对钢中硫化物析出种类及析出温度的影响；进行硫化物析出及长大的相关动力学计算，确定硫化物析出尺寸及析出量随温度、反应物浓度的变化。同时研究了氧化物和硫化物的联合控制研究，研究总氧含量对硫化物夹杂含量及形貌的影响，研究不同类型氧化物与钢中析出的硫化物的大小、数量和分布的关系，确定有利于钢中 MnS 弥散分布的氧化物夹杂种类，实现高硫齿轮钢钢中氧化物和硫化物的联合控制，降低 A 类夹杂物评级。 （2）高硫齿轮钢精准钙处理改性夹杂物模型。高硫齿轮钢生产时采用 Al脱氧使得钢中生成大量的以 Al 2 O 3 为主的高熔点夹杂物，为了避免浇注过程水口结瘤以及减小高熔点 Al 2 O 3 夹杂物在后续轧制过程中对钢材质量的危害，生产过程中需要进行钙处理将钢中的高熔点夹杂物改性为低熔点的液态夹杂物。然而，钙的加入量存在一个合适的范围，过多的钙加入形成的大量的 CaS 同样会导致水口结瘤。本项目基于吉布斯自由能最小的原理，对“高硫齿轮钢-夹杂物”进行热力学平衡计算，并根据“高硫齿轮钢-夹杂物”反应平衡相图，得到“液态窗口”的加钙范围，实现了高硫齿轮钢生成过程中的精准钙处理控制。

随着我国国民经济的不断发展，对不锈钢表面质量提出了更高的要求。超洁净不锈钢被广泛地应用于高端电子产品 Logo、高端装饰行业、以及核电行业等对表面质量严格要求的领域。高等级光亮表面不锈钢板对成品表面质量几乎是零表面缺陷要求，此类钢产品时炼钢冶炼难度极高，主要是由于其钢中非金属夹杂物控制存在以下三个难题： （1）高熔点的夹杂物造成了冷轧板产品线鳞缺陷； （2）冷轧板表面抛光后不变形夹杂物引起的麻点类缺陷；（3）氮化钛夹杂物引起的冷轧板达到米级别的长条纹缺陷。此前，我国超洁净不锈钢产品完全依赖于国外进口。因此，开发超洁净不锈钢冶炼关键技术为打破此领域国外产品及技术垄断、实现国内自主生产做出了卓越贡献。 （1）不锈钢冶炼脱氧及原辅料成分设计技术。对于不锈钢冶炼原材料的控制方面，国内企业生产时更倾向于买价格低廉的铁合金等原材料，从而降低生产成本，但是对于铁合金及铁合金对不锈钢冶炼的影响研究几乎为空白。国外学者对于铁合金做过一些研究，但主要是集中于铁合金洁净度对碳钢的影响，关于铁合金对奥氏体不锈钢夹杂物的研究很少。同时，国外学者研究铁合金的种类主要集中在铝含量上，然而对铁合金中钙含量对不锈钢的影响却未见报道。本项目首先提出了使用低铝无钙铁合金，降低钢中的酸溶铝含量，同时降低钢中 Al2O3含量，从而提升夹杂物变形能力，但此类铁合金成本较高。在此基础上又提出了使用高铝高钙铁合金，此类铁合金只是在冶炼传统高铝无钙铁合金添加小部分的钙，成本增加极低，但是由于钙的添加，可以在最初夹杂物生成之时就显著提升夹杂物中的 CaO 含量，从而显著提升夹杂物变形能力。 （2）超洁净不锈钢精炼渣成分设计技术. 传统的铝脱氧不锈钢都是通过高碱度精炼渣提升钢材的洁净度，减少钢中夹杂物数量。但是本项目发现即使把钢中总氧降低到 10 ppm 以下也不能解决其高 Al 2 O 3 含量的夹杂物造成的线鳞缺陷。因此通过对硅脱氧不锈钢中精炼渣碱度由原来的 2.3 降低到了现在的 1.6，虽然夹杂物的总数量没有降低，但是成功的把钢中的夹杂物控制在低熔点区，显著地提升了夹杂物的变性能力，有效地改善了高表面质量奥氏体不锈钢产品的线鳞缺陷和表面抛光缺陷。此外，本项目对调整精炼渣成分的研究非常全面，国内学者研究的炉渣碱度对钢中夹杂物的影响，其中只研究碱度为 1.0 和 1.5 的个别情况，这样很难确定出最优精炼渣成分；本项目研究应用 FactSage 热力学计算软件建立了渣-钢-夹杂物平衡反应热力学模型，通过模型研究了不同精炼渣成分对钢液成分、脱硫、夹杂物成分、夹杂物熔点、耐火材料侵蚀等的影响。通过对 400 种不同精炼渣系进行设计优化，确定精炼渣成分；同时，在实验研究方面，本项目从碱度 1.0-2.3，连续考虑了 9 中不同的碱度对不锈钢中夹杂物的影响，此外还研究了4种不同渣中MgO含量和4种不同渣中Al 2 O 3 含量对不锈钢中夹杂物的影响，从而更系统准确地确定了有利于超洁净不锈钢夹杂物控制的最优精炼渣成分。 （3）不锈钢精准钙处理改性夹杂物模型。通过可用改性处理的方法将钢中的夹杂物改性为低熔点的液态夹杂物，增强其轧制过程的变形能力以减小其对钢材质量的危害，也可避免水口堵塞现象。然而，钙处理喂钙线量的多少对钢中夹杂物的变性效果影响很大。但是大多数钢铁企业只是知道需要钙处理，对于钙处理时最优喂钙线量并没有太多理论研究，因此，在实际生产过程中经常出现钙处理效果不好、甚至钙处理后产品质量更差的现象。本项目通过对超洁净不锈钢不同钢液成分条件下钙处理进行的计算，确定了超洁净不锈钢的不同成分条件下最优的喂钙线量，可实现在线对不锈钢中夹杂物的精确钙处理改性控制，与国外同类型模型相比，实现了了不锈钢生产过程在线应用，考虑的反应物和产物更全面，计算结果更直观。

项目研究的背景及用途:为了提高对生产环境的适应性，满足快速多变的市场需求，近年来全球机床制造业正在积极探索和研制新型多功能的制造装备与系统，其中在结构技术上的突破性进展当属九十年代问世的并联机床(ParallelMachine Tool)，又称虚(拟)轴机床(Virtual Axis Machine Tool)或并联运动学机器(Parallel Kinematics Machine)。并联机床是以并联机构作为进给传动机构的数控机床。这种新型制造装备在构思上体现了现代系统集成的思想，在功能上是加工、测量、装配与物料搬运等多种工艺过程的集成，在性能上是高刚度、高精度、高速度、高柔性、轻重量、低成本的集成，是知识经济初见端倪的高科技数控加工装备。 天津大学于 1998 年 10 月得到天津市科委“95”重点科技攻关项目资助，开展了可实现三平动自由度并联机床的设计理论、关键技术和样机建造工作，旨在在国内率先开发出一台具有国际领先水平的，可完成自由曲面加工的三轴联动并联机床产品化样机。该项目于 1999 年 2 月被列入天津大学“211”工程跨世纪标志性成果管理项目，同时得到天津第一机床总厂的参与和支持。 技术原理及流程：所研制的三平动自由度并联机床采用 3-HSS 并联机构作为传动进给机构(在此，H—螺旋副，S—球面副)，由底座、动平台和三对立柱——滑鞍——支链组成。每条支链中含三根平行定长杆件，各杆件一端与滑鞍，另端与动平台用球铰连接。滑鞍由伺服电机和滚珠丝杠螺母副驱动，沿安装在立柱上的滚动导轨作上下移动。该机床主要用于三坐标高速铣、镗加工，主要解决以下关键技术: (1)柔性并联机床总体结构概念设计和虚拟样机设计; (2)主模块工作空间与灵活度分析，以及结构参数尺度综合技术; (3)主模块单元控制和在线精度补偿技术，以及静、动刚度预估与评价技术; (4)多主模块协同控制核心算法，以及硬件匹配和编程技术。 成果水平及主要技术指标:天津质量监督局第12站对样机的检测结果表明，各项性能指标已经达到天津市科委立项合同中的各项指标。样机的主要几何精度、运动精度、工作精度已经达到或接近加工中心精度水平，重量明显轻于传统机床，而刚度显著大于传统机床。获得天津市科技发明二等奖及一项专利。 市场分析及效益预测：国家科技部在指定我国制造与自动化领域“十五”计划与2015年远景规划前期报告“先进制造工艺装备”中明确指出:应抓住时机，抢在国外产品占领我国市场之前，开发我国自己的并联机床产品。“十五”期间，要以并联机床开发为契机，面向多品种、小批量、灵活多变的生产环境，建立新型系列化并联机床的生产基地。根据国家机械局机械科学院对 2005～2015 年机械制造装备市场预测估计，并联机床的国内市场需求量约为 500 余台/年。

建立“高校-学会-农业技术推广系统-企业”联合推广体系，充分挖掘和利用惠农政策，多作物、大面积的进行辐射推广，推广范围涉及粮、棉、油、果、蔬、茶等六大类作物，根据各地区农作物重大害虫发生规律，按照灯光诱杀关键技术的要求，统一测报，统一防治时间、统一挂灯、统一施药，从而实现技术推广服务组织化、专业化、社会化。建成了武汉、孝感、宜昌等多个主要农作物害虫灯光诱杀关键技术示范样板实现，示范样板带动大面积推广应用。 技术成果可应用至粮、棉、油、果、蔬、茶等六大类作物。 转化条件：转化所需配套条件（资金、场地、设备等）。具有时控开关、天敌保护装置，并配备特定波长灯管的诱虫灯 成果完成时间：2016年

仿生表面织构起源 传统摩擦学认为光滑表面具有较低摩擦力和磨损，反之，非光滑表面会带来较大的摩擦力和磨损。而自然界进化过程中，某些生物的表面微观结构具有优异的自润滑和抗磨减磨性能，如鲨鱼皮表面微沟槽表现的超低流体阻力，穿山甲表面微结构的优异耐磨抗磨性能。因此，如能掌握其机理，则可进行工业应用。 钻头轴承及压裂泵柱塞密封系统仿生织构润滑减磨设计及应用 织构化钻头轴承 钻头作为破碎岩石形成井眼的重要工具之一，在高温高压、冲击动载及贫脂润滑的恶劣环境下，其核心部件钻头滑动轴承易发生黏着磨损从而最终导致钻头整体失效破坏，亟需降耗增寿的新技术来为其安全、可靠使用和延寿经济运行保驾护航。 发明了基于多物理场耦合的超快激光精准高效制备的冰霜辅助超快激光刻蚀分束技术（US17026096，ZL202011229792.1），形成了钻头轴承轴径曲面仿生织构的纳秒/皮秒的激光加工与表征评价方法；目前正在与中国科学院上海光学精密机械研究所和中石化江钻石油机械有限公司开展钻头轴承织构工业化的超快激光加工与质量检测流水线建设和现场应用研究测试，可满足织构化钻头2000支的年产量需求。 建立了织构钻头轴承润滑减磨性能优化设计的理论研究与实验测试评价方法(ZL201310416270.6，ZL201710973537.X，.ZL201810946598.1）。以摩擦系数、磨损量、油膜厚度、温升和无量纲承载能力等为评价指标，基于理论研究、单元实验和全尺寸的台架实验，模拟测试工况下初步优选的圆形、椭圆形、人字形沟槽织构可使钻头轴承减磨性能和寿命提升50%以上。 织构化柱塞密封系统 柱塞动密封系统是油气增产压裂作业实施中压裂泵装备的关键部件之一，其在超高压、冲击动载及交变往复运动工况下，压裂泵柱塞动密封系统易发生磨损失效而导致密封刺漏等失效，是制约压裂泵工作性能、可靠性和作业成本的关键因素， 亟需创新的设计方法来提升压裂泵柱塞动密封系统的寿命及可靠性。 发明了柱塞表面仿生织构大尺寸拼接刻蚀工艺规划及参数优化设计方法（ZL201910892024.5）， 创新研发了柱塞织构批量化激光分束加工的软件控制系统和配套夹具系统。 发明了表面织构化压裂泵柱塞及其动密封系统性能抗磨减磨性能优化设计的理论研究与试验测试评价方法(ZL201310423514.3)，基于理论模拟、单元及全尺寸台架实验，初步优选的圆形和椭圆形织构布置于压裂泵柱塞表面可实现柱塞动密封系统的摩擦系数和温升降低45%以上，寿命延长30%以上，目前正在与中石油第四石油机械有限公司和中油国家钻井装备工程技术研究中心有限公司开展现场应用试验测试。 未来应用前景及市场规模预测 该技术垂直应用领域为油气勘探开发装备、油气集输装备、通用机械装备的润滑、密封、抗冲蚀与减阻等领域，摩擦消耗了一次能源的1/3以上，80%的装备失效是由磨损引起的。两者造成的损失相当于GDP2%-7%，2019年我国的GDP为99万亿元，按5%计算约为4.95万亿元。

本成果通过复合材料各组分界面性质研究，精密控制复合材料的组分和亚微观结构，从而采用通用的复合工艺，通用工程塑料基材和市售的膨胀石墨和碳纤维，再经过具有自主知识产权的科学处理技术之后，获得具有高电导率和很好力学性能的抗电磁工程塑料。

针对金属矿山应力测量和声波探测中存在的关键技术问题开展研发，主要技术内容如下：（1）在工程实际中应用了岩石声发射测量地应力波形识别新技术；（2）研发出光弹性应力监测图像识别技术及数据分析方法及设备；（3）研发出岩体结构稳定性的声波探测技术。为我国金属矿山普遍存在的采矿回收率低、地压控制难度大等相关技术难题的解决，提供了有力的技术手段。该成果获江西省科技进步二等奖 1 项，已在国内 4 家矿山企业应用，实现产值 5.45 亿元。 

 主要功能和应用领域： 印制电路板是电子设备制造的基本部件，可用于电子通信、航空航天、车载电子、医用设备等领域。 ？ 特色及先进性： 经过多年的研究，形成了成套的先进印制电路板制造技术，可为企业提供单一技术到生产线建立的一条龙服务，产品性能可达世界先进水平。 ？ 技术指标： 产品性能指标达到国内外行业技术标准的要求，满足整机厂家的需要。 ？ 能为产业解决的关键问题和实施后可取得的效果： 我国是世界第一大印制电路板生产与应用地区，具有较大的比较优势，目前正面临升级换代的关键时期，通过项目实施可使企业的比较优势转化为技术领先。