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。

通过测定100Si钢Φ14 mm盘条等温TTT曲线和设计盐浴热处理工艺实验对100Si钢盘条强塑性进行工艺技术研究。结果表明：100Si钢的鼻尖温度为580 ℃左右，对应等温转变孕育期最短时间为5 s左右，且100Si钢等温相变行为对温度十分敏感；随盐浴等温温度（510～580 ℃）的升高，盘条抗拉强度以及断面收缩率呈降低趋势；随离线奥氏体化温度升高，100Si钢盘条的珠光体球团尺寸增加；与热轧盘条相比，盐浴热处理条件下盘条的索氏体片层间距分布比较集中，且索氏体片层间距随着盐浴温度的降低而减小；温度低于920 ℃时，100Si钢中的V将以VC的形式在奥氏体中析出，且VC在铁素中的析出发生在珠光体转变之后；在较低的奥氏体化温度以及较低的盐浴温度下盘条中析出的VC粒子质量分数较少，会减弱析出强化； 920 ℃离线奥氏体化、530 ℃盐浴等温的热轧盘条具有最好的索氏体相强化效果与析出强化效果之间的平衡，其较好的力学性能为抗拉强度1 650 MPa，断面收缩率32.5%。

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。

随着油层套管的口径越来越大，下井深度越来越深，对大口径射孔枪管的强韧性要求也越高，为保证射孔作业安全并提高射孔枪管抗外挤能力，必须提高枪管强度并匹配较高的冲击韧性。天津钢管制造有限公司开发了TP170P，Φ244.48 mm×11.99 mm大口径高强度射孔枪管，热处理后屈服强度≥1 200 MPa，0 ℃夏比冲击功纵向达到110 J、横向在85 J左右。同时具备良好的高温拉伸性能和优良的低温冲击韧性。在300 ℃高温条件下屈服强度仍然达到1 056 MPa，低温冲击韧脆转变温度小于-40 ℃，可以保证枪管在高温超深井服役，并在寒冷地区具有低温韧性，扩大了产品的使用范围。同时，具有良好的抗硫化氢应力腐蚀能力、抗氢致开裂能力及轧制热变形能力。

镍基高温合金的熔炼方法是合金质量的决定性因素，真空感应熔炼可有效控制合金锭中O、N、H等气体及有害杂质元素含量，精确控制合金成分。在此基础上，对合金进行重熔（电渣重熔及真空自耗重熔），可进一步降低合金中S、P等有害杂质含量，消除成分偏析及缩孔等缺陷，对凝固组织进行优化调控，从而实现大规格高质量合金锭的熔炼。本文综述了镍基高温合金的熔炼工艺进展，重点介绍了真空感应熔炼、电渣重熔、真空自耗重熔等常用熔炼技术的原理和特点，论述了“真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔”、“真空感应熔炼+真空自耗重熔”双联工艺，以及“真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔+真空自耗重熔”三联工艺在镍基高温合金熔炼方面的研究进展，并对镍基高温合金熔炼工艺的选择和发展方向提出建议。

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。

Φ1 200 mm S355NL/Q355NE钢(Ceq 0.38～0.41)连铸圆坯的生产流程为100 t KR-BOF-LF-RH-R18 m连铸。采用全保护浇注、精确冷却工艺、三段式电磁搅拌、缓冷工艺等技术措施,过热度控制在15～45℃,拉速为0.14～0.20 m/min,电磁搅拌300 A/2 Hz,二冷比水量0.20 L/kg,圆坯入坑缓冷时间≥72 h,出坑温度≤300℃。检测结果表明,[O]≤0.001 8%、[H]≤0.000 08%;铸坯中心疏松≤1.5级、中心裂纹≤1.5级、缩孔≤0.5级;全截面碳含量极差≤0.07%;圆坯成分、低倍、表面均满足标准要求。圆坯经用户锻造成壁厚450～550 mm的风电法兰后,夹杂物、力学性能、内部探伤等质量指标检测结果,完全符合技术规范及用户使用要求。

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。

介绍了我国压铸模具钢材料研究新进展。通过研究合金元素对压铸模具材料性能影响，开发出低Si、V及含Ni、Co、W等新型压铸模具钢；通过降低钢中S含量、采用Re改变夹杂形态和优化锻造工艺，材料等向性能达到90%以上；比较常规电渣重熔、气保电渣重熔和真空自耗三种工艺生产压铸材料，钢中N含量由150×10 ^-6、90×10 ^-6和40×10 ^-6，O含量由24×10 ^-6、15×10 ^-6和6×10 ^-6；利用ASPEX Explorer型金属质量分析仪对三种工艺夹杂物指数统计分析，采用真空自耗冶炼的非金属夹杂物数量呈指数减少，并且没有＞5 um的非金属夹杂物，材料冲击性能大幅提升，7mm × 10mm无缺口冲击功可达到450 J；制定高端压铸模具材料显微组织、无缺口冲击评价指标和规范；随着新能源汽车一体化压铸技术发展，未来压铸模具材料应用范围和需求量会越来越大，模具材料向着大型化、超纯净、高精度和长寿命方向发展。

利用JMatPro软件、金相显微镜、扫描电镜、拉伸性能测试等方法，研究了超高强帘线钢中Cr元素对LX82A盘条及拉拔钢丝组织和性能影响。结果表明：82级帘线钢通过降低Mn含量至0.18%，提高Cr含量至0.35%，钢的C曲线往右下移动，LX82A盘条强度从1 150 MPa提高至1 175 MPa，帘线镀铜钢丝强度从1 235 MPa提高至1 290 MPa，成品钢丝强度提高40 MPa，成品钢丝强度超过3 650 MPa。由于Cr的添加降低索氏体相变温度，同时细化片层间距，提高钢丝拉拔加工硬化能力，通过Cr元素的设计应用，提高钢丝拉拔硬化能力，提高了超高强帘线钢的强度，实现拉拔钢丝高强韧性要求。

对DZ2高速车轴钢铸坯进行氩气保护气氛电渣重熔并轧制成车轴坯成分分析和检测轴坯、氢氧含量及夹杂物的数量、尺寸和形貌，并与铸坯直接轧制成的车轴坯进行比较。结果表明：电渣重熔后，轴坯纵横向上的成分较均匀(0.25%～0.27%C),但平均Si和Al含量分别从锭头的0.25%和0.018%降至锭尾的0.23%和0.015%;钢中氢和氧含量分别由铸坯的0.85×10-6和9×10-6增至电渣锭的1.52×10-6和10×10-6。电渣重熔轴坯中的夹杂物主要是小球状的钙铝酸盐，其尺寸在10μm以上的很少，5～10μm的数密度为0.068个/mm~2,1～5μm的为0.04个/mm~2。保护气氛电渣重熔不仅可以去除钢中的大型夹杂物，还可以使小尺寸夹杂物的数量显著降低。

针对目前在电渣重熔(ESR)GCr15轴承钢D类夹杂物超标问题，设计不同渣系，并分别借助Factsage软件和经验公式计算了渣系的熔化特性、黏度、电导率等物性参数，采用实验室渣金平衡实验及现场2.5 t电渣重熔实验分析得出：最优ESR渣系为55CaF ₂-25Al ₂O ₃-15CaO-5MgO。使用新渣系平均全氧含量较传统渣系降低41.98%,并且能够降低电渣锭不同位置的全氧含量；对于1～5μm夹杂物个数较原始渣系下降了31.25%。通过渣系对夹杂物调控，改善了GCr15轴承钢中D类夹杂物，评级级别可达到0.5级，能够更好地“净化”电渣锭。

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。