高强度钢的增材制造已成为金属增材制造领域发展的主要方向之一，首先，对增材制造金属材料与技术的研究进展与前沿动态进行了追踪，分别对低合金超高强度钢、高合金超高强度钢以及高强度不锈钢三种类型高强度钢重点牌号的相关研究进行分析，详细总结了各种典型高强度钢的制粉和打印工艺、热处理工艺以及组织性能等方面的相关工作。其次，重点关注了国内外增材制造高强度钢的典型应用和主要研究成果。针对目前高强度钢增材制造领域标准体系建设的不足，在专用合金的正向设计与研发、大尺寸高精度与智能化装备发展以及标准体系建设三个方面提出了相关建议。基于对增材制造高强度钢的研究与应用进展的分析，提出了领域重点关注方向以及相关技术进一步发展的趋势，以助于促进增材制造高强度钢的工业化推广应用。

通过对真空脱气工艺制备的高洁净轴承钢的化学成分、低倍组织、碳化物不均匀性、非金属夹杂物等冶金质量进行标准检测及评级，并利用Aspex扫描分析仪对钢中的非金属夹杂物的数量、类型、尺寸及洁净度指数等进行定量分析，结合滚动接触疲劳寿命试验结果，建立了非金属夹杂物与轴承钢接触疲劳寿命的关系。研究结果表明，高洁净轴承钢的w［O］≤0.000 5%，w［Ti］≤0.000 8%，大颗粒夹杂物DS≤0.5级，但仍是以夹杂物为主导的接触疲劳破坏机制，其中，氧化物类夹杂尺寸较大，并在夹杂物周围存在孔洞缺陷，易于造成应力集中形成疲劳裂纹。高洁净轴承钢中氧化物类夹杂的最大尺寸控制在10 μm以下，4.5 GPa高接触应力下的额定寿命L10达到1×107次以上，有望取代电渣重熔轴承钢用于高铁、高速机床主轴、风电主轴等高端装备领域。

采用电弧炉生产工艺，控制废钢/铁水比为80%以上，开发出长寿命机器人谐波减速机柔性轴承用钢，从非 金属夹杂物、奥氏体晶粒度、碳化物带状组织方面对比柔性轴承用和传统滚动轴承用钢的冶金质量，并利用旋转弯 曲疲劳试验的方法测试柔性轴承用和传统滚动轴承用钢在107 循环周次条件下的疲劳强度。机器人谐波减速机柔 性轴承用钢的w［O］＜0. 000 4%，w［Ti］＜0. 001%，A类硫化物类非金属夹杂物≤1. 0级，B类和D类氧化物类非金属 夹杂物≤0. 5级，极值统计法预测最大球状夹杂物的尺寸＜30 μm，检验结果表明柔性轴承具备超高纯净度。通过在 冶炼过程增加Al和N的元素含量，柔性轴承用钢具有10级的奥氏体晶粒度，远高于传统滚动轴承用钢的8. 5级晶 粒度。通过延长高温扩散时间，7. 1和7. 2级别的碳化物带状组织占比要高于传统滚动轴承用钢，超高晶粒度和碳 化物带状组织的带宽减小表明柔性轴承具备超高组织均匀性。柔性轴承用钢在107 循环周次条件下具有超高旋转 弯曲疲劳强度为1 016 MPa，疲劳寿命略高于传统滚动轴承用钢。

作为先进航空发动机不可缺少的核心部件之一，镍基单晶涡轮叶片（简称单晶叶片）的空心结构尺寸精度、合金元素的分布均匀性和表面及内腔冶金质量等要求极为苛刻。研究发现，定向凝固过程中温度梯度的控制直接影响单晶叶片性能和质量，能否持续获得稳定热流成为定向凝固技术的关键。随着计算机技术的不断进步，数值模拟已经成为单晶叶片定向凝固研究的重要手段之一。首先，对单晶叶片制备技术进行了介绍，分析了定向凝固过程中的传热方式。其次，总结了数值模拟界面换热系数边界条件的优化方法，重点介绍了Beck非线性估算法和有限差分法在界面换热系数求解中的应用，证明了两种方法均可以对铸件/型壳间的界面换热系数进行求解，有效提升了温度场模拟的准确性。最后，对定向凝固过程温度场数值模拟的研究进展进行了追踪，总结归纳出了工艺参数对温度场的影响规律。基于对镍基单晶涡轮叶片定向凝固过程温度场数值模拟研究进展的分析，提出了定向凝固工艺优化方向以及相关技术后续的发展趋势，以促进单晶涡轮叶片的高质量研发。

为探讨超高强度不锈钢的应力腐蚀开裂行为，采用Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢为研究对象，利用OM、XRD、TEM等测试手段，结合腐蚀疲劳试验，研究了Nb微合金化对Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢腐蚀疲劳性能的影响。结果表明，试验钢在3.5% NaCl溶液中具有一定的应力腐蚀敏感性，其应力腐蚀开裂机理为氢致开裂和阳极溶解的混合机制。Nb微合金化提高了钢的腐蚀疲劳性能，钢中添加0.11%的Nb后，钢的腐蚀疲劳强度由440 MPa提高至495 MPa，其主要原因是， Nb微合金化可以细化钢的晶粒尺寸，促进钢中不可逆氢陷阱NbC的析出，增加了钢中原奥氏体晶界总量、小角晶界所占比例、Σ3晶界数量、奥氏体体积分数等。

航空航天、能源、石油化工、船舶、轨道交通、新能源汽车、节能环保、电子信息等领域的高端装备产业发展强劲，对特殊钢和特种合金材料的质量和性能提出了更高的要求，需求量激增。因此，最近十几年我国特种冶金行业得到了快速的发展。首先，分析和总结了我国上述高端装备制造用超高强度钢、高温合金、耐蚀合金、耐热钢、特种不锈钢、高性能轴承钢、工模具钢以及精密合金等的新需求。其次，分析了传统特种冶金流程和几种特冶新流程的发展现状与趋势，重点强调了与转炉/电弧炉炼钢流程相结合可以为电渣重熔和真空电弧重熔提供高洁净的自耗电极，也可以为真空感应炉提供纯净原材料，用连铸坯作为自耗电极的抽锭式电渣重熔后接轧制工艺的电渣短流程可以显著提升生产效率和降低生产成本。同时，也简要介绍了高氮不锈钢冶炼的双联工艺和工模具钢的粉末冶金和喷射成形工艺流程。再次，分析和总结了我国特种冶金产业发展现状，以及新技术和新装备的进展情况。最后，对未来十年我国特种冶金的技术发展提出了建议和展望。

40CrNi2Si2MoV马氏体钢中大尺寸碳化物存在会影响其力学性能，通过成分设计优化和合理的热处理工艺可以有效提高材料的强韧性。研究了M6C碳化物在不同淬火温度（860~1150 ℃）下对超高强度钢力学性能及显微组织的影响，并通过SEM、TEM等表征方法对M ₆C颗粒尺寸、数量及成分的演变进行了研究。结果表明，大尺寸M ₆C颗粒使超高强度钢韧性降低，880 ℃淬火试样中的M ₆C颗粒尺寸较大（~400 nm），容易在大尺寸M ₆C周围造成应力集中，减弱了基体与M ₆C碳化物的结合力，易在M ₆C碳化物周围萌生裂纹，致使材料发生断裂。随着淬火温度升高，试验钢中M ₆C颗粒尺寸减小、数量降低，且提升了M ₆C颗粒中Si的浓度，M（Fe、Mo、Ni、Co） ₆C中原子被Si取代，提升了M ₆C碳化物的稳定性；1050 ℃ 淬火温度试验钢中M ₆C颗粒尺寸为25 nm，同时抑制原始奥氏体晶粒（8.5 μm）长大，试验钢抗拉强度为2227 MPa，伸长率为7.0%，实现良好的强韧性匹配。

研究了S46500超高强度不锈钢在982 ℃固溶保温后，经水冷至室温、冰冷（0 ℃）和深冷（-73 ℃）三种不同的冷处理方式的试样，再经时效处理（510 ℃/4 h），对其组织和性能的影响。结果表明：经过-73 ℃深冷处理与冷却至室温的试样相比，拉伸强度和屈服强度分别提高292 MPa和295 MPa。塑性和韧性略有下降，延伸率从13%（室温）降低到10.5%（深冷）。冲击功从64 J（室温）降低到48 J（深冷）。随着冷处理温度的降低，逆转奥氏体含量逐步减少，室温与深冷相比，奥氏体含量从8.2%降低到6.6%。

大冶特钢通过70 t电弧炉→LF→RH精炼→20 t模铸钢锭→锻造的工艺试制出直径ϕ800mm高碳铬轴承钢GCr15SiMn2大规格锻材，产品用于制作 5MW 及以上大功率风电机组主轴承。采用控制钢中残余元素 w［Ti］≤0.0016%、高碱度渣精炼［CaO（48%～55%）-SiO2 （3%～8%）-Al2O3（30%～40%）-MgO（4%～6%），碱度R≥6］、RH真空处理、保护浇注、合理的浇注工艺（浇注温度和速度）及两镦两拔锻造（综合锻造比≥4）等措施，钢材的低倍组织级别 1.0 级，钢中B细、D细、DS 类夹杂物均不大于 1.0 级，碳化物带状级别 CZ7. 5级，钢的淬透性J45mm 达到61.0HRC，各项性能均满足标准要求。

125ksi钢级15Cr超级马氏体不锈钢具有优良的高强度、高韧性匹配与耐CO2腐蚀性能，是深度＞7 000 m深井油井管的候选材料。从成分设计、生产工艺、组织调控等方面，论述了15Cr超级马氏体不锈钢油管的高强高韧综合控制技术。成分控制方面，采用无δ铁素体成分设计， w[Cr]取15%， w[Ni]取6.5%~7%， w[C]取0.01%~0.03%， w[Cu]取1.25%~1.5%，Cr、Ni元素合理匹配是降低δ铁素体含量的主要因素，C、Cu含量的合理匹配是获得高强高韧力学性能的关键因素。冶炼工艺方面，研究了电弧炉钢杂质元素的影响，结果表明，V、N、Al杂质元素会增加15Cr钢的硬度，将回火温度提高至550~575 ℃，能够降低硬度保证韧性。热加工成型方面，通过热变形试验，获得了15Cr钢的动态再结晶规律，制定了无缝管热穿孔成型变形温度1100~1150 ℃，能够获得细小的再结晶晶粒。组织性能调控方面，通过热处理工艺研究，确定了正火温度采用950~980 ℃，即能保证晶粒尺寸不明显长大，又能获得高强度与高韧性的匹配。

通过增加碳含量及Cr合金化的方式提高帘线钢的强度，设计了MT级钢帘线用盘条C97D2-E的化学成分；采用Scheil-Gulliver凝固微观偏析理论建立新凝固传热模型，指导C97D2-E的连铸工艺，解决了连铸坯中心偏析、疏松和内裂等缺陷，优化后半成品的碳偏析指数可控制在1.05以内；采用特殊设计的风口喷嘴配合斯太尔摩风机的“佳灵”装置，进行风冷工艺优化，优化后盘条索氏体片层间距明显减小，索氏体片更加平直，索氏体片层间距控制在89 nm，珠光体团晶粒度更加均匀细小，珠光体团大小控制在20 μm；成品钢丝抗拉强度达到4 089 MPa，扭转过程中无分层，捻制5 000 m无断丝，可满足2×0.30MT规格钢帘线的要求。

根据对钢铁行业低碳发展的分析和设想，未来钢铁生产制造流程将在减量化发展进程中，逐渐演变为高炉-转炉长流程、全废钢电弧炉短流程和氢冶金-电弧炉流程三大类。影响三类钢铁生产制造流程碳排放水平的关键因素包括流程结构、原料结构、能源结构、产品结构、装备水平、管理水平、技术水平等。采用中国钢研构建的双碳分析模型（CISRI-CPCN），绘制了三类流程的降碳路线图。研究结果表明，三类流程碳排放量逐年降低。从2020―2060年，长流程的CO2排放量从2.0 t/t（钢）降低到0.87 t/t（钢），可通过碳汇、碳交易等手段实现碳中和。2050年短流程从0.45 t/t（钢）降低到接近0，有望实现“近零碳”冶炼。2060年氢冶金电弧炉流程（50%废钢+50%HDRI原料结构）从1.31 t/t（钢）降低到接近0，基本实现碳中和。综合考虑国民经济的发展需求，建议未来钢铁行业在减量化发展过程中，对三类流程的产品结构进行逐步调整。长流程的产品结构应逐步过渡到以生产平材产品为主，特别是高端板材，主要布局在沿海深水港地区。短流程应以建筑用长材为切入口，逐步替代中小高炉-转炉流程，部分生产合结钢等优特钢或不锈钢等单一品种，主要布局在废钢资源丰富的城市周边。目前氢冶金-电弧炉流程尚处于探索和开发阶段，需要克服其在绿氢、经济性、技术可靠性以及工程化等方面的诸多困难。

将CO ₂用于炼钢工艺可实现对CO ₂资源化利用，是一种绿色化、低成本、高效率和易实现的冶炼技术。本文以采用CO ₂炼钢工艺为立足点，介绍了近年来CO ₂在转炉、电弧炉等流程的应用研究现状和发展情况。同时，结合基于钢铁企业的实际运用情况，概述了CO ₂资源化利用在炼钢过程中的可行性和实际效果。CO ₂可作为反应气体、保护气体、搅拌气体应用在炼钢工艺过程中，具有生产成本低、热力学条件好、搅拌能力强等优点，应用前景非常广阔。实际生产表明，采用CO ₂炼钢可提高铁水脱磷率5%～7%，吨钢节约生产成本9元以上。CO ₂在炼钢工艺中的资源化利用将是实现我国钢铁行业高效率、低成本减排的重点研究方向之一。以我国年产粗钢10亿t估算，采用CO ₂炼钢工艺可降低钢铁行业CO ₂总排放量约5%左右。

分析了直接还原铁作为废钢替代品进行电弧炉炼钢的工艺技术特征，并阐明了影响冶炼电耗的主要因素。结果表明，熔池较大留钢量（≥40%）和诸如强化供氧、底吹和电磁搅拌的强化搅拌始终是促进熔化和缩短冶炼周期（可缩短8%～10%）的重要手段。直接还原铁比例超过30%宜采用连续加料，冶炼前期和中期加料速度一般等于熔化速度28～33 kg/min（供电功率1 MW），需匹配石灰和白云石以防渣线侵蚀，冶炼全程应喷碳使泡沫渣埋弧操作以保证供电效率。为降低冶炼电耗，应控制w［C］1%～4.5%、金属化率≥90%、w［SiO ₂］≤6%、w［P］≤0.1%、w［S］≤0.04%，使用高C、高金属化率、低SiO ₂、低P、低S和较高温度的热直接还原铁。采用直接还原铁竖炉和电弧炉相结合的紧凑短流程工艺是低碳节能和洁净化生产的重要方向。

基于时速400 km高铁对车轴高疲劳性能的要求，分析了车轴超高疲劳性能的机理，细小的碳化物尺寸及马氏体板条尺寸是高疲劳性能的关键，确定了马氏体板条束宽度、析出相的分布等组织参量为影响高铁车轴钢屈服强度的关键控制单元，设计了高铁车轴钢的目标组织，通过高通量计算确定了时速400 km高铁车轴钢的最优合金成分。研发的时速400 km高铁车轴，经850～950 ℃淬火、620 ℃高温回火时具有较好的强韧性匹配，抗拉强度＞880 MPa，-40 ℃冲击功达180 J。该工艺处理车轴的晶粒度和碳化物尺寸细小，晶粒细化至9.0级，高周及超高周疲劳性能均达标。车轴经整体热处理后小尺寸试样超高周疲劳试验稳定为3级，108循环周次下疲劳极限为517 MPa，疲劳极限高。通过车轴微缩样品预测了车轴整体疲劳性能，预测值与实际值一致性好，车轴整体在320 MPa试验力下通过107周次疲劳考核。

在钢铁行业面临转型升级的新常态形势下，借助智能装备驱动钢铁产业向绿色高端化发展，有望实现钢铁生产组织的最优化。连铸中间包实现恒温、低过热度浇铸可有效改善钢材质量，为此发展中间包加热技术十分必要。针对近年来日益受到重视的中间包等离子体加热技术的相关热点问题，系统阐述了其加热原理和设备特点，介绍了等离子体加热技术国内外设备、冶金功能研发以及应用进展状况，重点分析了等离子体加热技术对中间包内钢液流场、温度场、夹杂物去除、钢液化学成分的影响，以及实际应用冶金效果。基于对等离子体加热技术研究和应用的深入认知，探讨了国内自主研发新型中空石墨电极加热过程发现的新问题，以及进一步提高其冶金效果的途径。分析表明，国内自主研发的中空石墨电极等离子体加热装置，更好的适配了国内钢铁行业变革需求，是解决浇铸钢水过热度不稳定、钢水洁净度水平低和钢水组织成分不均匀问题的有效途径，补齐精准定位“一键加热”中间包的智能化短板。

介绍了某钢厂采用120 t转炉→LF炉→扒渣/捞渣→LF炉→VD炉→板坯连铸工艺生产超低温压力容器用9Ni钢的冶炼实践情况，采用转炉+LF炉脱碳脱磷工艺，控制转炉出钢w［P］≤0.009%、w［C］≤0.05%，炉后平均脱P率74.3%，平均脱碳率51.2%，生产过程中，P的控制难度相比C的控制难度大。采用扒渣工艺下钢水的平均返磷率为16.89%，而捞渣工艺下钢水的平均返磷率为22.61%，扒渣工艺下钢水的返磷率低，但生产节奏长15～20 min，钢水重量损失平均增加3.1 t/炉。镍板由转炉废钢槽加入调整为全部由LF炉加入后，Ni平均收得率提高了3.74%。通过对生产工艺的优化，中间包钢水P、S、N、T.O、C满足内控要求，钢水纯净度高，铸坯低倍中心偏析达到C类1.0～1.5级，表面质量良好，轧制钢板在-196 ℃下性能优良。

喷射成形是制备高性能高合金化工具钢的一种先进工艺技术，具备短流程、成本低、绿色化的技术优势。目前，喷射成形制备高合金工具钢在国内已逐步实现规模产业化。本文重点介绍了国内外喷射成形高合金工具钢的发展及研究进展；总结了喷射成形高速钢、模具钢的微观组织和力学性能特征；提出未来喷射成形高合金工具钢的发展应注重利用数字化、智能化等控制技术进一步提高产品的质量和性能稳定性，系统研究及建立合金成分-工艺参数-组织性能特征-服役应用的关系，并通过探索新工艺和新方法，发挥喷射成形的工艺优势及应用前景。

为进一步降低和控制某钢厂由BOF→LF→VD→CC工艺流程生产的GCr15轴承钢中的非金属夹杂物，提高产品质量，首先通过全流程系统取样、夹杂物自动分析扫描以及热力学计算等方法对该工艺生产的轴承钢中夹杂物的特性和演变规律进行了研究。结果表明，LF化渣时夹杂物主要为MgO-Al ₂O ₃和Al ₂O ₃，LF出站时演变为CaO-MgO-Al ₂O ₃和CaO-Al ₂O ₃，尺寸主要分布在1~5 μm；VD软吹后夹杂物主要类型不变，但数密度由LF出站时的16.53 个/mm ²降低至14.02 个/mm ²，夹杂物去除率约15.2%；中间包中夹杂物数密度又上升至16.39 个/mm ²，夹杂物类型仍主要为CaO-MgO-Al ₂O ₃和CaO-Al ₂O ₃，其中1~2 μm和＞2~5 μm占比分别为62.8%和35.6%。铸坯中CaS复合型夹杂物明显增多。热力学计算解释了以上夹杂物的产生原因，表明，当 w［Al］ _s为0.02%时，MgO-Al ₂O ₃稳定存在对应的Mg含量变化区间较大，为0.000 3%～0.01%，因而，GCr15轴承钢生产过程中容易生成MgO-Al ₂O ₃或CaO-MgO-Al ₂O ₃类夹杂物。LF出站、VD软吹后、中间包钢水的（T.Ca）/（T.O）分别为0.39、1.0、0.62，位于生成五类钙铝酸盐的理论钙氧比范围（0.13~1.25），因此，检测到大量的钙铝酸盐夹杂物。钢液冷却过程中夹杂物发生了转变，液态钙铝酸盐夹杂消失，而MgO·Al ₂O ₃和CaS夹杂明显增多。

加压电渣重熔是目前工业化制备高氮钢和高氮合金最为有效的生产路线，是当今电渣冶金领域的研究热点和前沿技术。介绍了加压电渣重熔成套设备、工艺技术发展和主要产品特点。对当前加压电渣炉装备中氮化合金加料系统和水-气动态平衡系统等核心部件进行综述；针对加压电渣重熔生产中的工艺难点，阐述了氮化合金增氮和气相增氮技术的机理和方法、新型高效发热精炼重熔渣系开发及元素精准控制等新工艺技术发展。近年来，随着国内新建的系列国产化中试规模加压电渣炉的应用和系列高氮钢产品的成功研制，我国在加压电渣重熔成套装备的自主研制和工艺技术开发上取得的较大突破，并逐步向国际先进水平迈进。同时，深入开展工业级加压电渣重熔成套装备的自主研制和工艺技术研发，保障我国航空、航天和军工等领域高端高品质特殊钢和特种合金等急需的关键材料制备，是我国发展现代电渣冶金技术的重要方向。