本项技术融合3D打印、半固态快锻、柔性机器人3项重大技术，将金属增材-等材-减材合三为一，实现3D打印锻态等轴细晶化、高均匀致密度、高强韧、形状复杂的金属锻件，全面提高金属制件强度、韧性、疲劳寿命及可靠性，解决锻件增材制造世界性难题。

传统的硬质合金工模具材料耐磨性和强韧性难以兼得，而其中的钨、钴元素属于稀有贵重元素。本项目所采用的Ti(C,N)基金属陶瓷不但具有较高的硬度、耐磨性、红硬性、优良的化学稳定性和高温抗氧化性、与金属间极低的摩擦系数、无磁性、而且还具有较高的强韧性，不含稀有贵重元素，其制造成本仅为硬质合金的35～40%，已在市场上得到较广泛的应用。该成果发明了系列无钴金属陶瓷强韧化、无磁化制备技术，开发了系列高性能低成本无钴金属陶瓷材料，是硬质合金理想的升级替代材料，也具有陶瓷材料、聚晶立方氮化硼等超硬材料难以相比的强韧性。 技术特征 该材料主要性能指标可达：硬度≥92.2HRA，抗弯强度≥3250MPa，断裂韧性≥9.4 MPa·m1/2。 获得相关授权国家发明专利8项，相关技术曾获国家技术发明二等奖，达到国际先进水平。

传统的硬质合金工模具材料耐磨性和强韧性难以兼得，而其中的钨、钴元素属于稀有贵重元素。本项目所采用的Ti(C,N)基金属陶瓷不但具有较高的硬度、耐磨性、红硬性、优良的化学稳定性和高温抗氧化性、与金属间极低的摩擦系数、无磁性、而且还具有较高的强韧性，不含稀有贵重元素，其制造成本仅为硬质合金的35～40%，已在市场上得到较广泛的应用。该成果发明了系列无钴金属陶瓷强韧化、无磁化制备技术，开发了系列高性能低成本无钴金属陶瓷材料，是硬质合金理想的升级替代材料，也具有陶瓷材料、聚晶立方氮化硼等超硬材料难以相比的强韧性。技术特征该材料主要性能指标可达：硬度≥92.2HRA，抗弯强度≥3250MPa，断裂韧性≥9.4 MPa·m1/2。获得相关授权国家发明专利8项，相关技术曾获国家技术发明二等奖，达到国际先进水平。应用范围:主要用途：①适用于制作各种可转位刀片，用于难加工材料的干式切削；②适合用于制作加工磁性材料的刀具和成型模具；③用于碳纤维预浸料的切割时，使用的稳定性和寿命大大高于目前进口产品；④适合于制作电子元器件生产及激光加工生产线中的专用模具，综合性能优良；⑤适合制作苛刻环境下使用的密封环和耐磨件。

随着经济的快速发展，社会上对碳素结构钢的生产和质量提出了更高的要求。碳素结构钢属于大批量生产的钢种，在钢的总产量中占 70%以上。碳素结构钢的种类众多，包括各种钢板、钢管、钢带、钢条以及各种型钢、条钢等，主要用作焊接、铆接和螺栓连接的钢结构，广泛用于建筑、桥梁、铁道、车辆、船舶、化工设备等，是一种价格低廉、用途广泛的工业钢种。按照脱氧方式不同，碳素结构钢可分为沸腾钢、半镇静钢和镇静钢，对于 Al 镇静钢，钢中大颗粒夹杂物是导致钢材在弯折时出现断裂的主要原因。此外，一般情况下，碳素结构钢中的氧含量较高，导致非金属夹杂物含量也较高，可以应用氧化物冶金技术利用碳素结构钢中非金属夹杂物，以提高碳素结构钢的力学性能。（1）Al 脱氧碳素结构钢脱氧方式优化技术。对于采用 Al 脱氧方式的碳素结构钢，钢中非金属夹杂物主要成分为 Al 2 O 3 -SiO 2 -MnO 系，夹杂物中 Al 2 O 3 含量越高，夹杂物尺寸越大，而这一类非金属夹杂物属于低熔点夹杂物，在轧制过程中容易 118 / 298变形为细长条状，严重影响钢基体的连续性，在冲击过程中引发钢材的断裂。减少钢材断裂的关键是控制钢中 Al 2 O 3 含量较高的非金属夹杂物，这一类非金属夹杂物是在转炉出钢时加入脱氧剂脱氧时产生的。在转炉出钢时，可采用以下 3种脱氧方式减少 Al 2 O 3 含量高的大尺寸夹杂物的生成。a.先用 Si-Mn 合金进行预脱氧，后用 Al 合金进行终脱氧；b.减低转炉出钢氧含量，减少 Al 合金的用量；c. 采用 Al-Ti 符合脱氧方式，避免大尺寸夹杂物的生成。（2）Ti 微合金化氧化物冶金技术。在含 Ti 低碳钢中细小弥散的氧化物质点在很宽的温度范围内热力学上是稳定，Ti 脱氧生成的 Ti 2 O 3 粒子周围会形成贫锰区，贫锰区的形成被认为是晶内铁素体非均质形核的主要驱动力。向钢中添加少量Ti 合金，形成 Al-Ti 复合脱氧制度，形成具有氧化物冶金效果的钛氧化物，明显细化了铸坯的原奥氏体晶粒尺寸，大幅提高了钢材的冲击韧性。

针对建设超大型水电站对压力管道用新型高性能关键材料与成套技术的迫切需求，集成开发了超大型水电站金属结构关键材料成套技术。提出了易焊接高强水电钢板、焊材、配套焊接工艺一体化解决方案，采用双淬火调质工艺，突破了 150mm 特厚岔管用板低压缩比连铸生产工艺心部性能技术瓶颈。开发出适应50kJ/cm 大线能量焊接的 800MPa 级配套超低氢焊材，填补了行业空白。该成果获 2017 年冶金科学技术一等奖，2018 年国家科学技术进步二等奖。

内容介绍： 针对金属基复合材料制备成本高、工艺过程复杂的难题，集真空压 力浸渗、挤压铸造及液固挤压三种工艺优点于一体，开发出的真空吸渗 一液固挤压一体化成形复合材料构件的新技术，可一次成形出合金及其 复合材料管、棒材等高性能制件，解决了增强纤维与基体金属润湿性差 的问题，同时克服了传统复合材料管、棒材成形方法均需二次变形的弊 端，可用于铝、镁基复合材料的成形，极大地降低了铝、镁合金及其复 合材料的制备成

项目简介    渗氮渗碳强是广泛需要的技术，等离子渗氮渗碳强化零部件表面，环保、高效等， 但渗层不均、打弧等。本项目发明了一种交互式双阴极等离子表面热处理装备，强化电场强度，  

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。