为了减轻铝脱氧GCr15轴承钢中B类和D类夹杂物的危害，开展了VD低碱度渣和正常碱度渣精炼的对比工业试验研究。结果显示，与正常碱度精炼渣相比，碱度为1.96的精炼渣可使连铸坯中塑性夹杂物比例由14.81%上升为40.65%；同时，全氧（T. O）含量由7.7 × 10 ^-6下降至4.9 × 10 ^-6，全铝（T.Al）和酸溶铝（Al _S）含量由279 × 10 ^-6、210 × 10 ^-6分别下降至80 × 10 ^-6、75 × 10 ^-6。热力学计算表明，低碱度精炼渣引起钢液中［Si］活度增大使复合夹杂中Al ₂O ₃（inc）含量下降，钢中酸溶铝（Al _S）含量落在与塑性夹杂物平衡对应的等铝浓度线范围内，理论计算与试验结果吻合。VD低碱度渣精炼有利于实现轴承钢夹杂物塑性化控制。

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。

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。

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。

Cr12MoV扁钢主要采用模铸钢锭、多火次锻造、轧制成材的长流程工艺，生产效率低、成材率低、成本高、能耗高。为了解决冷作模具钢的导热性和塑性较差等问题，设计了90 t EBT-LF-VD-150 mm×630 mm连铸矩形坯和一火加热+15道次轧制成材的短流程工艺，成功开发Cr12MoV钢矩形连铸坯及轧制19 mm厚扁钢产品，连铸坯中心疏松1.5级，中心偏析≤1.0级，成品扁钢共晶碳化物不均匀级别≤3级，探伤质量等级达到A级，各项性能指标均满足标准要求。Cr12MoV冷作模具钢产品实现批量生产，取得了良好的经济效益。

以180 t双孔底吹氩钢包为研究对象，对6种钢包底吹氩模式进行数值模拟，并结合现场试验与当前采用的吹氩模式进行对比。研究发现：（1）钢液的混匀时间随吹氩量的增加而减少，吹氩量一定时，差流量吹氩模式对钢液的搅拌强于等流量吹氩模式。（2）不同的钢包底吹氩模式，渣眼形成的位置不同，渣眼面积也不同。总流量一定时，差流量吹氩模式钢液面最大流速大于等流量吹氩模式，易发生钢液卷渣。（3）差流量吹氩模式渣线处渣层厚度的波动大于等流量吹氩模式，且流量差值越大，波动越剧烈。（4）差流量吹氩模式通过“强-弱”流股的配合，进一步强化了钢包底吹氩的钢液精炼效果。工业试验表明，采取等流量吹氩模式（500 L/min-500 L/min），钢中的较大夹杂物的数目明显多于差流量吹氩模式（400 L/min-600 L/min）。

转炉终点钢液过氧化不仅会造成合金收得率降低，冶炼成本增加，还会导致脱氧产物增多，钢液洁净度变差。因此，避免转炉终点钢液过氧化一直是工艺控制的重点。针对国内某特钢厂100 t转炉终点钢液过氧化严重的问题，本文通过数据统计发现，该厂平均废钢比高达26%，平均终点C含量仅有0.055%，平均终点温度为1 605 ℃。在未考虑炉内热平衡的前提下，采取高废钢配料导致了炉内热量不足，从而被迫采取补吹升温，引发终点碳、温度命中率低以及钢液过氧化现象。因此，本文基于该厂的原料条件，从优化炉料结构的维度出发，建立了最大废钢比计算模型，综合考虑原料条件来配加废钢，减少了需要补吹升温的炉次。模型应用后，转炉终点温度平均提高10 ℃，终点碳含量平均提高0.036%，钢液自由氧含量平均下降206.3×10 ^-6，降本提质效果显著。

利用 Gleeble-3800 热模拟机对 0. 1~30 ℃/s 冷却速度下 18CrNiMo7-6 风电钢连续冷却膨胀曲线进行测试。 结合金相-硬度法绘制了 18CrNiMo7-6 风电钢静态连续冷却转变曲线（CCT 曲线），分析了不同冷却速率条件下 18CrNiMo7-6风电钢组织转变规律。实验结果表明，18CrNiMo7-6风电钢奥氏体相变点 Ac ₁相变温度为 765 ℃，Ac ₃ 相变温度843 ℃。当冷却速度小于0. 5 ℃/s时，试验钢组织为铁素体和珠光体，发生高温相变；冷却速度0. 5 ~ 1 ℃/s 时，试验钢中铁素体逐渐减少，开始出现板条状马氏体组织；冷速大于 2 ℃/s时，试验钢组织主要为贝氏体及马氏 体，同时发生中温相变和低温相变；随冷速增加钢中贝氏体组织含量减少，马氏体组织含量增多；冷速大于20 ℃/s， 组织全部为马氏体，只发生低温相变；冷速由0. 1 ℃/s增加至30 ℃/s过程中，风电钢试样硬度逐渐增加。

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。

针对特钢厂4机4流连铸机生产的2Cr13、3Cr13、4Cr13铸坯表面凹陷、纵裂缺陷进行分析和研究，通过工艺措施解决了Cr13型马氏体不锈钢铸坯的表面凹陷和纵裂问题。采用预熔型保护渣，其中SiO ₂和CaO均为28%~31%、Al ₂O ₃为6%~9%、Na ₂O为7%~10%、F ^-为3%~6%，以及综合配碳，尤其是增加炭黑的加入量，总C含量为15%~18%。保护渣碱度控制在1.0左右，熔化温度为1130~1150 ℃，1300 ℃时黏度为0.40~0.55 Pa·s；保护渣转折温度为1140~1180 ℃，结晶率约为48.8% 。控制中间包内2Cr13钢液过热度≤30 ℃，3Cr13和4Cr13钢液过热度≤35 ℃；连铸过程中采用自动加渣方式，控制适宜的渣层厚度并保持液面稳定。

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。

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。

通过显微组织观察和室温拉伸试验、室温冲击试验、硬度试验和高温持久性能试验，研究了Φ457 mm×70 mm 12Cr1MoVG（/%：0.13C，0.21Si，0.56Mn，1.07Cr，0.31Mo，0.20V，0.008P，0.004S，0.02Ni，0.004Cu，0.012 4Al）钢管在1 000 ℃正火后采用水雾加速冷却和740 ℃回火的组织和性能。结果表明：显微组织为铁素体+贝氏体，贝氏体量约占65%，晶粒度7～5级；屈服强度为416 MPa，抗拉强度为575 MPa，室温冲击功为206～244 J，布氏硬度187HBW；575 ℃×10 ⁵ h持久强度为86 MPa；575 ℃/100 MPa持久51 480 h未断；575 ℃/120 MPa持久27 198 h断裂，试样开裂起源于晶界蠕变孔洞，周边贝氏体基体没有发现严重的球化等现象，组织稳定性优异。

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。

采用Meltflow-VAR模拟仿真手段，研究了真空自耗重熔过程中熔化速率对低成本耐腐蚀高强度不锈钢铸锭熔池形状和宏观偏析的影响规律，熔炼速率从3.2 kg/min增加到6.2 kg/min，金属熔池体积逐渐增加，熔池形貌逐渐由“浅平状”向“U型”再向“深V型”转变；熔炼速率由3.2 kg/min增加到5.2 kg/min，稳态阶段熔池深度由120 mm增加至175 mm，熔速超过5.2 kg/min，熔炼达到稳态所需时间延长，铸锭柱状晶比例增加，合金元素的偏析程度加剧。熔炼速率为4.2 kg/min时，糊状区宽度较窄，稳定熔炼阶段熔池深度为140 mm。对4.2 kg/min熔速下铸锭质量进行评定，该熔速下铸锭不同位置合金成分具有良好的均匀性，低倍组织检测结果显示，铸锭无明显宏观组织缺陷。1 220 ℃均匀化处理4 h后，钢中C、Cr、Ni和Mo的显微偏析得到明显改善。

随着系统科学体系的逐步完善，钢铁生产方式由于科技创新和发展也经历了从经验模式转变为科学生产模式，对具有过程系统特征的钢铁工业，可以应用系统工程的方法整体进行思考和分析，借助系统科学的技术手段对复杂的电弧炉炼钢过程进行抽象描述，将复杂的涉及多物态多能态的电弧炉炼钢过程抽象为以物质和能量转化为约束的单元系统，全面理解电弧炉炼钢生产中能量和物质转化过程，对约束条件附加过程时序因素，可以建立过程模型对生产过程进行模拟，针对实际工况电弧炉冶炼过程的系统解析和抽象，能够建立以工艺操作为控制因素的过程控制模型，针对实际生产炉料结构产生的问题，准确分析影响技术经济指标的关键工艺因素，解决了目标温度和碳含量“同步”问题，取得了将单炉冶炼周期缩短2 min的生产效果。

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。

根据国内商用飞机起落架用300M钢研究和生产现状，介绍了国内单真空300M钢生产工艺以及疲劳性能控制现状，分析了国产单真空300M钢疲劳强度与抗拉强度、断裂韧性的对应关系，以及疲劳起裂过程中非金属夹杂物种类、喷丸强化作用等，展望了国内商用起落架300M钢未来市场潜力及大尺寸、高性能的绿色发展方向。通过研制攻关，国内形成了商用飞机起落架300M钢单真空冶炼技术，抚顺特钢和宝武特冶已建立了单真空300M钢生产体系且具备批量供货能力。研制生产过程中还需重点关注材料的批次稳定性、纯净度及疲劳性能，加强生产过程控制，持续优化熔炼和锻造工艺，降低能耗及成本，积累数据并完善材料标准体系，同时研制ϕ1 080 mm及更大锭型的单真空300M钢，在质量、标准、成本及认证等方面与国际全面接轨。

随着高性能航空发动机对材料要求的不断提高，新型镍基变形高温合金的合金化程度和γ'相质量分数也在不断增加。这就导致了合金的熔炼难度逐渐提高。高合金化的新型镍基变形高温合金一般通过真空感应熔炼（VIM）+保护气氛电渣重熔（PESR）+真空电弧重熔（VAR）三联工艺来生产。受合金化程度的影响，合金在熔炼过程中易产生液固相间的溶质分凝和元素偏析，电极和铸锭在热应力与相变应力的综合作用下极易发生开裂，造成后续重熔过程电弧波动，从而对铸锭质量造成不利影响。电极裂纹问题是高温合金凝固过程中产生的一种复杂冶金缺陷，也是长期困扰我国高合金化难变形高温合金锭型扩大的共性技术难题。基于此，综述了近年来作者团队和国内外研究组在变形镍基高温合金熔炼过程中裂纹的形成机制、裂纹的影响因素及裂纹控制方面的研究进展，并对沉淀强化型镍基变形高温合金的未来发展方向进行了展望。

通过建立包括真空室、浸渍管、钢包的180 t RH气液流动三维物理数学模型，采用VOF两相流模型和应用FLUENT软件进行数值模拟研究了侧吹氩气喷孔布置方式及吹气量对RH内气液两相循环流动的影响。分析了喷气孔单层布置和双层交错布置对喷气流量和上下层间距对上升管出口截面含气率、上升管和下降管出口速度以及循环流量的影响。结果表明，氩气在上升管内贴壁上升，并携带钢液向上运动，沿着运动方向管内截面含气率逐渐增加，在出口截面处含气率达到最大；上升管出口截面含气率越小，上升管出口和下降管出口截面中心速度越大，循环流量越大，均混时间越短；喷气管双层布置、减小间距、增大吹气量，有利于循环流量的提高和均混时间的缩短。