非调质钢作为高效节能环保型钢材在世界范围内发展迅速。它是指经过精密锻造或热轧并控制冷却后就可以达到调质钢才能得到综合性能的一类钢，由于在使用过程中可以省掉调质工序而得名。由于其具有节省能源、材料、减少淬火变形开裂、工艺简单等优点，目前备受世界各国的关注，得到迅速发展和使用，使用量日益增大，广泛用于诸如汽车连杆、曲轴、转向节轴、驱动轴、前桥等零件和结构件，是汽车用钢的典型代表。非调质钢属于合金结构钢，为了保证合金结构钢所制零件的使用寿命，对其洁净度有严格的要求，非调质钢可以采用各种方式进行冶炼，但其对洁净度的要求，只能比合金结构钢更高，而且非调质钢属于微合金钢，要发挥合金元素的作用，其钢液必须是满足一定的洁净度的。因此，开发非调质钢中非金属夹杂物控制关键技术及其重要。（1）非调质钢中夹杂物成分控制技术。将不同工序夹杂物成分求平均值，观察夹杂物在全流程的变化趋势。从 Al 2 O 3 -SiO 2 -MnO 三元相图可以看出，夹杂物中主要成分是 Al 2 O 3 和 MnO。随着冶炼进行，夹杂物中 MnO 含量变化不大；夹杂物中 SiO 2 含量比较稳定，在 10%左右，VD 破真空后夹杂物中 SiO 2 含量有所升高，其余工序几乎没有变化。夹杂物平均成分在 Al 2 O 3 -MgO-CaO 2 三元相图变化表明，钢中夹杂物中 MgO 含量较低，约在 10%以下，冶炼过程中没有明显变化，VD 真空处理后，由于渣线对耐火材料的侵蚀，导致出现部分高 MgO 含量的夹杂物，而良好的渣吸附作用使夹杂物中 MgO 含量没有明显变化；夹杂物中 CaO 含量在冶炼过程中有先升高，后降低的趋势。夹杂物平均成分在 Al 2 O 3 -SiO 2 -CaO 三元相图变化表明，冶炼过程中 SiO 2 含量稳定；夹杂物中 CaO 含量在 LF 进站时较低，经过 LF精炼后，夹杂物从 Al 2 O 3 -MnO 为主要成分，转变为 Al 2 O 3 -MnO–CaO；VD 真空精炼对夹杂物成分影响不大，但增 S 操作后，夹杂物中 CaO 含量明显降低，可能是由于生产 CaS 的缘故；连铸过程由于二次氧化，使夹杂物中 Al 2 O 3 含量上升，夹杂物 CaO 含量有所下降。全流程夹杂物平均成分在 Al 2 O 3 -MnO-CaO 三元相图变化表明，电炉出钢后夹杂物中 Al 2 O 3 含量较高，LF 出站和 VD 真空后夹杂物中 Al 2 O 3 含量有所降低，CaO 含量有所升高，渣钢平衡反应是其主要原因；夹杂物中 Al 2 O 3和 MnO 含量在增硫之后有所升高，可能是由于连铸过程中有二次氧化导致。（2）非调质钢中夹杂物数量和尺寸控制技术。根据 Aspex 扫描结果做出的全流程钢中硫化物、氧硫化物、氧化物分布图，如图 2。对全流程单位面积夹杂物数量结果分析表明，随着冶炼的进行，氧化物数量在 VD 破真空前持续降低，软吹后数量有所升高，之后较为稳定，数量约在 12 个/mm2 ，多数氧化物夹杂属于氧硫化物，在 VD 破真空后明显降低，较 LF 工序后期降低约 50%，体现了极佳的精炼效果。连铸过程的氧化物夹杂数量稳定，保护浇铸较好。铸坯和轧材横截面中数量均较低，约 10 个/mm2 。硫化物是最终钢中主要夹杂物。LF 精炼和 VD真空精炼使钢中的硫化物数量降低。在 VD 破软吹后加入 FeS 进行增硫，硫化物数量明显升高，铸坯中由于凝固过程有充分的时间让硫化物聚集长大，因此数量较低，但面积较大。轧材横纵断面中硫化物数量较高，但相对铸坯中尺寸较小，轧材纵截面硫化物的尺寸相对横截面较大。

弹簧钢广泛用于飞机、铁道车辆、汽车、拖拉机等运输工具和工程机械等各种设备中，是制造各种螺旋簧、扭簧、板簧及其类似作用的其它形状弹簧的钢种。弹簧工作在周期的弯曲、扭转等交变力条件下，经受拉、压、冲击、扭、疲劳腐蚀等多种作用，有时还要承受极高的短时突加载荷。除表面脱碳、表面缺陷外，造成弹簧的疲劳断裂破坏的主要因素是钢中非金属夹杂物。非金属夹杂物对疲劳性能的影响一方面取决于夹杂物的类型、数量、尺寸、形状和分布；另一方面，由于钢基体组织和性质制约，与基体结合力弱的尺寸大的脆性夹杂物和球状不变形夹杂物的危害最大。钢的强度水平愈高，夹杂物对疲劳极限的有害影响也愈显著。因此，提高弹簧的疲劳寿命，关键要提高弹簧钢的洁净度，因此就要降低氧含量，减少非金属夹杂物的含量并改善夹杂物形态分布及尺寸。（1）不锈钢冶炼脱氧及夹杂物预测热力学。通过热力学计算预测了弹簧钢中 Al-O、Si-O、Mg-O、Ca-O 脱氧平衡曲线，以及多元符合脱氧情况下 Al-Si-O、Al-Mg-O、Al-Mg-Ca-O 和 Al-Si-Ca-O 等夹杂物生成相图。 通过热力学计算预测了渣钢反应过程中不同精炼渣成分对于钢中[Al]s 和[O]含量的影响，研究表明高碱度有利于氧含量的降低，低碱度有利于钢中铝含量的去除。通过建立了钢液凝固和冷却过程弹簧钢中夹杂物变化热力学计算模型，可以预测钢液凝固和冷过过程中 MnS、TiN 和氧化物夹杂的变化和析出规律。（2）铁合金洁净度对弹簧钢中夹杂物的影响。通过正常合金炉次和合金优化卢比全流程夹杂物演变规律的对比，可以看出，合金的选择对于夹杂物的性质会有较大的影响。在 LF 合金调整后夹杂物成分相差较大，优化合金可以有效的控制夹杂物中 Al2O3 含量，而对于 MgO 含量影响不大，提升夹杂物塑性化比例。（3）弹簧钢精炼渣成分改性夹杂物。目前脱氧工艺主要有两种：一种是降低钢中总氧，获得高的洁净度，即采用强脱氧剂 Al 脱氧，将钢中绝大部分溶解氧转化为 Al 2 O 3 ，然后通过炉渣吸收，吹氩或电磁搅拌以及利用真空处理等手段促进夹杂物上浮，达到降低 T.O. 的目的。另一种脱氧路线是采用控制夹杂物种类、形貌、大小、分布的方法，采用 Si 脱氧，严格控制钢中 Al 含量，避免Al 2 O 3 的析出，这种工艺生产的弹簧钢虽然 T.O. 高于 Al 脱氧钢，但是夹杂物低熔点的、具有良好变形能力的 CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 系夹杂物，疲劳极限优于 Al 脱氧弹簧钢。

汽车板要求优异的深冲性能，主要是 IF 钢，也称超低碳钢，在汽车工业中得到了广泛应用。对于 IF 钢，要获得成品钢材的高延展性、高塑性应变比以及优良的表面性能，要求钢中 C、N、O 含量尽可能低。由于铝具备强脱氧能力，IF钢生产过程采用Al 脱氧，在很短时间内钢中溶解氧即可以降低到 1×10-6 ~3×10 -6 ，同时生成 Al 2 O 3 夹杂。目前 IF 钢生产过程遇到的与夹杂物有关的问题主要包括：（1）钢水可浇性差，易发生浸入式水口堵塞；（2）由铸坯内大型夹杂物引起的冷轧薄板表面长条线状缺陷等。其中针对可浇性问题，主要是要尽可能地减少夹杂物的生成并促进夹杂物的去除，针对表面缺陷问题，主要是促进夹杂物在结晶器内的上浮去除，减少夹杂物被凝固坯壳捕捉。因此，开发了汽车板中非金属夹杂物控制关键技术，为提升国内钢铁企业汽车板的生产效率和产品质量做出了贡献。（1）RH 精炼能力提升技术。RH 真空精炼是汽车板钢中非金属夹杂物去除的主要场所，RH 精炼能力的提升有利于增加夹杂物的去除效率。而 RH 循环流量的增加是提升其精炼能力的主要手段。以往的研究主要集中于增大提升气体流量或者增大真空度来增加 RH 循环流量，但能够实现的增幅有限。本项目创造性地设计了一种圆形上升管-椭圆下降管的 RH 新型真空槽装置，并应用于企业生产实践。将RH 反应器的下降管替换为椭圆形，在不必增加钢包内径的前提下增大了下降管的截面积，起到增大循环流量并延长钢包使用寿命的效果。该技术可解决 RH 精炼效率提升的瓶颈问题，能够大幅提升 RH 真空精炼的效率和能力。图 1 所示的工业试验结果显示了采用此技术时夹杂物最少。（2）超低碳钢铸坯表层凝固钩预测和控制技术。以往对汽车板钢浇铸过程凝固坯壳对夹杂物的捕获现象研究较少，而通过研究发现浇铸过程钢中夹杂物和气泡容易被铸坯表层凝固钩结构所捕获。凝固钩是在结晶器内弯月面凝固后形成的结构，该结构向结晶器内部延伸，很容易捕获结晶器内上浮的气泡和夹杂物，从而引起铸坯的表层缺陷。尤其是超低碳钢凝固过程中的糊状区较窄，更容易形成大尺寸的凝固钩结构，因此对超低碳钢铸坯表层的凝固钩结构的控制尤为重要。本项目通过对不同浇铸参数下的铸坯凝固钩进行对比，研究了不同浇铸参数对凝固钩深度的影响，并通过建立结晶器初始凝固模型，开发了超低碳钢铸坯表层凝固钩的预测和控制技术。通过该技术的实施可以实现不同浇铸工艺条件下凝固钩深度和长度的预测，并采取针对性的措施对其进行控制。一方面有利于预测汽车板铸坯的扒皮深度，另一方面通过控制措施（较高拉速、较高浇铸温度和较低的结晶器一冷水流量、采用电磁制动等）的实施有效减小凝固钩的尺寸，如图 2 实施，减少其对大尺寸夹杂物和气泡的捕获，从而提升汽车板表面质量。（3）超低碳钢连铸一冷优化模型。结晶器是连铸机的心脏，具有极高的冷却效率。结晶器内的钢液流动和冷却速率对结晶器内的凝固坯壳生产和夹杂物的运动、去除和捕获具有重要影响，尤其是对超低碳钢铸坯表层凝固钩尺寸及其对夹杂物和气泡的捕获影响显著。本项目对超低碳钢连铸一冷优化模型进行了开发。首先建立结晶器内的流动及坯壳凝固模型，综合考虑了结晶器内钢液的流动、钢液及坯壳的传热、坯壳与铜板间的缝隙传热、铜板及冷却水的传热。模型首先通过Fluent 软件进行结晶器内的流场和温度场模拟，然后将得到的固相线处的热流密度导出，作为凝固模型的参数输入到凝固模型中进行计算。运用模型对结晶器的传热进行了计算，模拟了一系列结晶器宽度、拉速及浇铸过热度的结果，并将计算的结晶器水流量进行综合统计，得到了适合现场调水的临界水流量水表。在模型计算过程中，模型不但考虑了钢液流动、钢液及坯壳的传热、缝隙传热、铜板及冷却水传热，还对冷却水核沸等额外瞬间增大的热阻的现象进行了警示。图3 所示为模型计算得到的不同拉速、结晶器宽度下的临界水流量，能够为超低碳钢浇铸过程结晶器一冷水量优化提供指导，一冷水并不是越大越好，在保证安全的情况下适当地降低一冷水量能够有效减小凝固钩尺寸和铸坯表层夹杂物的数量。

本技术依托南京工业大学粉体研究所和南京工业大学材料学院开发出的新型适合于多种金属摩擦副（钢－钢，钢－铜，钢－铝等）的高效纳米润滑自修复剂产品，现已申请发明专利3项，开发了内燃机系列、通用流体机械系列、机械密封系列等产品，在轮船、飞机、工程机械、汽车以及矿山、油田、电厂、化工厂、钢厂、水泥厂等机器设备的抗磨、减摩、原位自修复和节能减排中具有广泛应用，可广泛使用于含机械运转金属摩擦副的减摩、抗磨场合。近几年来，该自修复剂已在各种车辆、船舶、空压机、机床、机械密封件等进行了大量实际设备运行考核。结果表明，该产品以一定添加量定期加入各种车辆和机械设备用润滑油或润滑脂中，具有显著的节能、环保效果。此外，还针对我国目前每年消耗100亿只轴承的实际问题，研究开发出纳米复合自修复润滑脂产品，以期大幅度提高轴承的使用寿命，延长设备维修时间。中国颗粒学会鉴定结果认为该技术达到国内领先水平，所研制的机械密封系列产品填补了国内空白。目前，该技术已成功转让给相关企业，并在同行业具有强的竞争优势。技术优势(特点、指标等) 该自修复剂产品的技术优势在于其设计思想、配方及制备方法具有创新性，采用高产率、高纯净度、粒度分布可控多组元复合金属纳米粉体产业化生产技术与独特的金属复合纳米粉体和天然矿石粉体的分散、表面改性技术，有效实现了油溶性添加剂与纳米颗粒的协同增强。产品按要求添加量加入500SN基础油中可降低摩擦系数和磨斑直径60％以上，提高极压值1.9倍。以一定添加量定期加入各种车辆用润滑油中，节省燃油5～35%，减轻机械噪音，减少车辆的废气排放30～50%，提高发动机的动力20%左右，延长润滑油换油周期1~3倍。应用于机械密封件中增加原有机械密封件压力上限30％左右，降低原有机械密封件传动所需电耗；延长原有机械密封件使用寿命1倍以上；降低噪音1~5 dB；大大减少设备保养维修费用，并减少因排除故障停机造成的损失。通用流体机械系列用于多种泵及空压机设备后，具有节电5～16％，降低噪音2～6 dB，提高流体输送流量或压力，延长润滑油换油周期1~3倍；提高摩擦副使用寿命1～3倍，延长设备大修时间及使用寿命等功效。

现有化石能源的高效绿色利用和开发新的能源技术是社会可持续发展所面临的关键问题。固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）可以以天然气、煤气化气和生物质气等为燃料，与燃气轮机联合循环后的总发电效率可超过70%，被认为是化石能源最高效清洁的利用方式之一。目前全球的研究热点是研制在中低温条件下工作的SOFC，将SOFC的操作温度从传统的850～1000℃，降低到850℃以下的中低温。其目的是降低电池的启动温度和时间，有效地降低各个部件的老化速率，提高SOFC的稳定性和延长寿命，还可以使用廉价的不锈钢等作为连接材料，大大降低制造成本，为SOFC的商业化提供有利条件。近几年，我国正大力发展新能源领域，而在SOFC燃料电池方面，我国具有特有条件和优势，主要表现在SOFC核心材料上具有稀土氧化物资源优势，而在能源结构上，煤、天然气等化石能源占相当大的比重，政府和整个社会的环保意识也与日俱增，所以SOFC的研究开发具有相当可观的前景。

开发了一种新颖的无机氧化物或金属纳米粒子的制备技术，利用该技术可以规模制备无机氧化物和纳米金属粒子，该方法已申请了中国专利和美国专利。利用该技术制备了 CeZrO2 纳米储氧材料，其粒度为 4—6nm, 其储放氧性能比常规的储氧材料提高 25％以上，利用该材料制备的三效催化剂具有起燃温度低、工作窗口宽等特点。该专利技术可以制备 Ag、Au、Pt、Pd 和 Rh 等纳米金属粒子， 其粒子的粒径在 2—10nm, 具有很好的单分散性质。该技术的创新点是：（1）将化学法合成纳米材料体系改成流动体系，可以精确地控制反应条件，从而控制纳米粒子粒径；（2）利用管式反应器提高了纳米粒子制备产量，可以  规模制备纳米粒子，尤其是可以制备高分散的贵金属纳米粒子。

金属表面化学转化是一种在溶液中发生化学与电化学反应形成与基体结合 牢固的磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。目的 是：给基体金属提供保护，赋予耐磨耐蚀性能；用于涂装底层，提高附着力与 防腐蚀能力；在金属冷加工工艺中起减摩润滑使用；改变表面光学性质等。 转化膜在普通钢铁材料表面已经多年发展，应用较为成熟。本技术已实现 难转化金属及合金表面的成膜，如钛与钛合金、不锈钢、镁合金等，解决军工 行业所使用优质合金材料表面防护的难转化问题。由于其与基底结合牢固及组 分与性能的可控性，当前已在国际上引起关注。

针对炼铁高炉、炼钢转炉、连铸中间包、钢水包、鱼雷罐车等高温冶金容器及加热炉、高温管道等热力系统设备的共同结构和负荷特点，综合利用计算机仿真和现代电测及激光测试分析技术，开展其在生产过程中的热行为、变形行为、及强度行为的内部机理和外在表现的基础理论研究，形成了金属－耐材高温复合结构热－机械耦合行为的分析方法和设计理论，并成功地应用于300吨钢包裂纹生成分析及改制设计，转炉延寿技术及工艺确定、高炉下降煤气下降管的塌落事故评估和治理以及转炉等高温结构的设计和行为控制等方面。其中300吨钢包裂纹生成分析及改制研究工作明确了原有进口大型钢包裂纹的生成机理及防治方法，并首次将圆弧底和整体小耳轴应用于大型钢包，使新钢包的各处应力分布较为均匀，应力水平低，最大应力较原有钢包下降约40％。各种最大应力均避开了焊缝位置。焊缝和水口附近的应力水平下降了60％－70％。其结果使钢包的机械强度指标较原有钢包有了很大改进，特别是焊缝和水口附近改善明显。在提高钢包使用寿命、降低包重、减少维修费用等方面取得了令人满意的效果，并彻底替代了原有进口钢包，取得了巨大的经济和社会效益。该项成果现已在宝钢全面推广。

钢中非金属夹杂物破坏了钢的连续性，是钢产生裂纹破坏的祸根。一般把粒径大于 50μm夹杂物称为大型夹杂物。这种夹杂物占钢中夹杂总量的 1%，但对钢质量危害最大。如何把大型夹杂物从钢中捕捉并从钢中分离出来，这是首要解决的问题。为此，原冶金部科技司于1982 年下达“钢中大型非金属夹杂物”的研究课题。大样电解是用于分析钢中大于 50μm 非金属氧化物的一种方法。本方法是由电解、淘洗、还原、磁选、分离、照相、分级等部分组成。主要设备包括：钢样电解、碳化物分离、还原设备、显微照相及分级等系统。技术特点：1、电解试样大，捕捉钢中夹杂物效率高；2、采用较低成本的电解液；3、电解槽结构便于处理阳极泥；4、采用物理方法分离碳化物，操作简便，效率稳定，夹杂物回收率高；5、采用还原好磁选方法来分离夹杂物。1985 年通过冶金部鉴定，鉴定认为：本方法在电解液、电解槽结构、淘洗设备等方面均有特色，与国外（日本）同类型分析设备相当，填补了我国的空白，1999 年获国家冶金工业局科技进步三等奖。

钢中非金属夹杂物破坏了钢的连续性，是钢产生裂纹破坏的祸根。一般把粒径大于50μm夹杂物称为大型夹杂物。这种夹杂物占钢中夹杂总量的1%，但对钢质量危害最大。如何把大型夹杂物从钢中捕捉并从钢中分离出来，这是首要解决的问题。为此，原冶金部科技司于1982年下达“钢中大型非金属夹杂物”的研究课题。大样电解是用于分析钢中大于50μm非金属氧化物的一种方法。本方法是由电解、淘洗、还原、磁选、分离、照相、分级等部分组成。主要设备包括：钢样电解、碳化物分离、还原设备、显微照相及分级等系统。技术特点：1、电解试样大，捕捉钢中夹杂物效率高；2、采用较低成本的电解液；3、电解槽结构便于处理阳极泥；4、采用物理方法分离碳化物，操作简便，效率稳定，夹杂物回收率高；5、采用还原好磁选方法来分离夹杂物。 1985年通过冶金部鉴定，鉴定认为：本方法在电解液、电解槽结构、淘洗设备等方面均有特色，与国外（日本）同类型分析设备相当，填补了我国的空白，1999年获国家冶金工业局科技进步三等奖。 应用范围：该设备主要用于分析钢包精炼、连铸中间包、铸坯钢中大型非金属夹杂物，通过分析研究各阶段钢中夹杂物来源，提出有针对性措施，改进工艺，提高产品质量。