党的十八大以来，东北大学 RAL 实验室助力钢铁领域创新突破

党的十八大之后，东北大学秉持立德树人根本任务，按照服务国家战略需要，助力行业创新驱动以及区域经济社会发展，全力打造轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（RAL），此乃我国轧制技术领域仅有的国家重点实验室。实验室针对钢铁材料发展进程里的关键共性技术问题，依照钢铁流程工业特点，更着重多学科交叉，通过全流程一体化解决行业共性问题，强化产学研用融通以及协同创新，秉持把论文写在钢铁生产线上的理念，推动我国钢铁领域达成“基础研究、技术创新、成果转化、产业应用”四位一体创新突破；陆续承担行业及企业重大科研项目400多项，总经费约33亿元，攻克大量行业和企业亟需的关键共性技术难题以及前沿技术问题；其研究成果先后获得国家级科技奖励8项，省部级科技奖励112项，为我国钢铁行业的创新发展与技术进步作出突出贡献。

服务重大需求 构建创新体系

系统对钢铁材料领域科技创新平台进行布局，构建“冶金工业流程”学科群，加强顶层设计，以此形成有组织的科研创新模式，在技术创新方面成效更为凸显，在技术转移方面成效更为凸显，在产学研合作方面成效特色更为凸显。

自2012年起始，东北大学RAL实验室依据国家与行业重大需求，对钢铁材料科技创新平台作系统布局；在2014年时，牵头去建设“2011计划”钢铁共性技术协同创新中心工艺与装备平台；到2019年，凭借材料科学与工程、冶金工程等国家一级重点学科，构建“冶金工业流程”学科群。

为了能够进一步去推动科研成果快速地转化，东北大学RAL实验室深化了产教融合，聚焦于产业技术方面的难点、痛点问题，持续不间断地推动产业关键技术协同创新攻关，实验室学术带头人王国栋院士提出了“理论—工艺—装备—产品—应用”一体化的一种名为“R&DES”的创新新机制，运用“四维汇聚”（也就是在学科交叉、产学研深度融合、行业协同、R&DES这四个维度有机结合），构建起产学研深度融合的技术创新体系，坚持全流程一体化创新，为钢铁领域的原始理论创新与关键共性技术突破奠定了坚实的基础。

聚焦前沿问题 取得技术突破

紧密围绕钢铁材料高质化的重大需求，精心聚焦工艺绿色化的重大需求，全力关注全流程数字化的重大需求，针对其中的关键科学问题，针对其中的共性技术难题，展开深入研究，在核心工艺领域，取得理论突破与关键技术创新，在流程再造领域，取得理论突破与关键技术创新，在材料研发领域，取得理论突破与关键技术创新，在智能制造领域，取得理论突破与关键技术创新。

先进钢铁材料组织性能

调控基础理论与前沿技术

·现代轧制技术、装备和产品研发创新平台

东北大学RAL实验室，长期专注于钢铁中试实验技术及装备的研发工作，解决了实验与大生产工艺条件相似性问题，解决了大生产工艺的实验室再现等关键技术问题，开发出熔炼系列化中试实验装备，开发出热轧系列化中试实验装备，开发出冷—温轧系列化中试实验装备，开发出退火系列化中试实验装备，开发出热模拟系列化中试实验装备，这些装备涵盖钢铁生产全流程，形成了功能完备、高效准确的中试实验设备技术。

图为钢铁生产流程工艺模拟平台

宝武，应用技术与之相关，河钢，应用技术同样相关，鞍钢，应用技术也有关联，首钢，应用技术存在关联，中国台岛中钢，应用技术有着联系，日本，冶金应用技术有联系，等近30家大型中外钢铁企业，为钢铁领域原型工艺与材料技术开发，提供研发手段 。

·连铸凝固末端重压下基础理论与工艺技术

研究团队系统揭示重压下过程连铸坯变形规律，研究团队系统揭示两相区内溶质传输行为规律，明确了内外温差是影响压下量向铸坯心部传递效率至极关键因素，开发出准确、高效、稳定压下的连铸凝固末端重压下技术，突破了常规连铸机无法稳定实施大变形压下的装备瓶颈，显著改善连铸坯中心偏析缺陷所导致的带状组织等质量问题。该成果已用于河钢、鞍钢等企业，并输出至韩国现代钢铁。

·新一代控轧控冷（TMCP）理论与技术

我国钢材总量之中，热轧钢材产品占比超90%，它是轧制钢材产品里品种规格最多的，然而热轧工序资源能源消耗大，产品成形及组织性能调控能力急需提升，为此东北大学RAL实验室提出新一代TMCP理论与技术，成功研制首台套超快速冷却成套装备，涵盖热轧板、带、管、型、棒、线材等，解决了热轧钢材高冷速条件下冷却均匀性控制这一行业公认技术难题，达成了以“资源节约、节能减排”为特征的热轧钢铁材料绿色制造技术新突破。

图为新一代TMCP机制及开发的我国首套TMCP工业化装备

该项技术，已应用于宝武，已应用于鞍钢，已应用于首钢等大型钢企，有50余条产线，实现了大规模生产，生产的是高品质节约型热轧钢材。

·高端金属材料成套核心热处理工艺技术

高等级中厚板，是重大装备重大工程建设必需的关键基础原材料，其开发生产的关键技术，即热处理工艺及装备，是制约我国生产这类板材的关键。为此，东北大学RAL实验室相继攻克高端板带钢高强度高均匀性淬火机制，以及系列大型喷嘴、工艺模型等关键技术，还有高端高精铝合金热处理装备核心部件和系统技术，实现完全自主化和国产化。

图为自主研发的南钢5000mm辊式淬火机设备

钢铁全流程绿色化

冶金理论与工艺装备

·贫杂铁矿石资源化利用基础理论与关键技术

我国铁矿石，其资源禀赋差，且难利用，对外依存度持续超80%，我国及权益铁矿内，贫杂铁矿石储量达300亿吨以上，采用常规选矿技术无法有效利用，还造成严重的资源、环境污染。

RAL研究团队来自东北大学，他们创建了“固—固罩盖界面调控”浮选理论体系，该体系阐明了氧化矿浮选药剂极性基与矿物表面氢键吸附的重要作用，还创造性地提出了铁矿石浮选药剂“氢键耦合多基团协同”的分子结构设计新理论，这一理论破解了含碳酸盐铁矿石和极贫赤铁矿石资源化高效利用技术难题，其成果已应用于鞍钢、河钢等企业，取得显著的经济和社会效益。

·低碳钢铁基础理论与前沿技术

东北大学RAL实验室，围绕高能效低碳化高炉集成关键技术，围绕高炉富氢还原等新工艺，与宝武合作，与抚顺新钢铁合作，研发顶煤气循环—氧气高炉前沿技术，开展富氢还原低碳高炉 理论的关键技术研究，开展富氢还原低碳高炉的工业化应用，形成了以富氢气体喷吹为核心的富氢还原高炉炼铁技术，形成了以系统安全为核心的富氢还原高炉炼铁技术，形成了以智能控制为核心的富氢还原高炉炼铁技术。；

东北大学RAL实验室在铸轧一体化短流程技术领域，提出薄带铸轧高品质电工钢理论体系，开发建设我国自主知识产权的首台套电工钢薄带铸轧产线，铸轧短流程高质化技术创新，对实现我国重大冶金工艺流程自主创新具有重要的战略意义。

图为东北大学RAL实验室自主开发的薄带连铸产线

·热轧过程组织性能与表面氧化智能预测与工艺优化

东北大学RAL实验室提出热轧钢材组织性能预测技术，东北大学RAL实验室提出热轧钢材氧化行为预测技术，东北大学RAL实验室提出热轧钢材智能控制技术，东北大学RAL实验室开发出具有自主知识产权的氧化行为控制技术，东北大学RAL实验室将该氧化行为控制技术进行大规模工业应用，东北大学RAL实验室解决了钢材因表面缺陷引发的使用性能降低问题，东北大学RAL实验室解决了钢材因表面缺陷引发的服役性能降低问题。

“钢铁产品组织性能与表面氧化状态智能预测及工艺协同优化系统”已在鞍钢得到推广应用，该系统已在梅钢得到推广应用，该系统已在涟钢等企业得到推广应用，该系统解决了焊瓶钢屈强比窄幅控制这一世界性难题，该窄幅为0.735~0.785，该系统出口应用于韩国现代钢铁热连轧线。

高品质特殊钢制备理论

与关键技术

保障国家工业化以及国防安全，高品质特殊钢是不可缺少的重要基础材料，生产高端特殊钢和合金，电渣重熔是不可或缺的冶金方法。我国电渣重熔技术存在电耗高、污染重等问题，东北大学RAL实验室团队针对这些问题，形成了“CSP超高洁净度控制”原创性理论，还形成了“SCOM均质化凝固理论”原创性理论，研发出高洁净高均质电渣重熔成套技术与装备，实现我国电渣技术“从跟跑、并跑到领跑”的历史性跨越，其总体技术经济指标处于国际领先水平。

图为电渣重熔大型钢锭及组织模拟仿真结果和电渣重熔大型钢锭

该研究成果被推广至宝武、河钢、通裕重工等60多家企业，为我国重要工程以及国防建设研发了系列关键核心材料，其中涵盖世界首套AP1000核电主管道用百吨级电渣钢锭，还有乌东德和白鹤滩水电站等。

高性能钢铁材料基础理论

与关键制备技术

·节约型高性能LNG储罐用钢开发

对于我国而言，开发低成本又高性能的液化天然气也就是LNG储罐用低温钢，对能源结构转化以及升级有着重大意义，然而我国节镍型LNG储罐用钢还处于空白阶段。在此情形下，东北大学RAL实验室团队创新性地提出Cr - Mo合金化以及低Si的高强韧性合金体系，开发出一体化生产工艺，该工艺包括低温控轧，还有超快冷，以及亚温淬火，再加上回火，通过此工艺制备出LNG原型钢，其屈服强度大于590MPa，拉伸强度大于680MPa，KV2在零下196℃时为150到210J，此钢种国内最低Ni含量是6.5%Ni 。这属于国内头一回达成低镍LNG储罐使用钢材的生产认证，该钢材性能契合9Ni钢的国家标准 ,。

·2000MPa及Al-Si镀层汽车钢开发

为提升碰撞安全性，为进一步达成轻量化，东北大学RAL实验室拟定了全新强韧化机制，此机制表明钢中纳米尺度析出物可提升强度，又能增添韧性，还提供了镀层和钢基体界面间高碳致脆的理论以及界面降碳韧化技术，达成了全球首发2000MPa级超高强韧汽车钢及Al-Si镀层韧化领域的崭新引领性原创成果重大突破，解决了限制汽车轻量化技术发展里的重大科技问题。

图为2000MPa热冲压成型钢在北汽LITE车型应用

·高强度、大规格、易焊接海洋工程用钢研发及应用

针对高端海工钢开发需求，东北大学RAL实验室首先提出相关原理与机制，接着攻克高端海工钢制备重要技术难题，随后开发出高强韧特厚齿条钢产品，产品用于国产海工装备关键桩腿结构，有力提升了国产化高端海工钢技术水平。 其中，提出的是高端海工钢高强度特厚板尺寸效应形成与控制原理，以及大线能量焊接粗晶热影响区韧化新机制；攻克的是特厚板高强均匀淬火、一体化组织性能调控等高端海工钢制备关键技术难题；开发出的是国内最厚的FH790（180mm厚）和FH690（256mm厚）高强韧特厚齿条钢产品；用于的是国产2500吨自升式海上风电等海工装备关键桩腿结构。 。

金属材料高精度轧制理论

与智能优化技术

·轧制过程自动化控制与智能优化

东北大学RAL实验室，率先研发出自动化控制系统，该系统具有全套自主知识产权，涵盖中厚板、热连轧、冷连轧，实现中厚板综合成材率提高1%至2%，0.17mm极薄带材厚度精度小于±2.5μm，板形标准差小于7I，产品质量及系统运行水平全面对标国际最好水平，此技术已推广应用于宝武、鞍钢、河钢等到50余家大中型钢铁企业，实现了引进控制系统的国产化替代，引领了大型主力轧机国产化进程。

·钢铁全流程数字化关键技术

东北大学RAL实验室自1988年起开展数字化研究工作，围绕物理冶金模型预测热轧过程钢材组织与性能，开展工业大数据研究与应用，形成热连轧过程数字孪生，利用大数据/AI优化数学模型，建立高精度动态数据孪生，形成CPS系统核心，基于钢铁流程工业特点，将CPS由热轧过程推向炼铁、炼钢、连铸、冷轧、热处理等钢铁全流程，联合宝武、华为、清华大学等各领域优势力量，率先开发出金属材料生产全流程系列动态数字孪生模型，形成多工序协调优化信息物理系统，提出原位分析系统与钢铁材料数字化创新基础设施。

图为原位分析系统与钢铁材料数字化创新基础设施

致力于我国钢铁技术领跑全球

展望未来，实验室会以国家战略需求当作导向，持续去加强存在组织的科研，强化原始创新实现突破，进行学科交叉，开展产教融合，达成协同创新，以此推动我国钢铁领域实现高水平科技自立自强。

东北大学RAL实验室科研工作会持续围绕“四个面向”，也就是面向世界科技前沿，面向经济主战场，面向国家重大需求，面向人民生命健康，持续不断朝着科学技术的广度以及深度去进军，将致力于让我国成为钢铁技术全球领跑者当作目标，聚焦钢铁行业“产业数字化、产品高质化、工艺绿色化”这三大战略，依托冶金工业全流程创新链，强化重大原始创新能力，支撑重大科技突破，加速科技成果转化，解决一系列能够满足国家重大战略需求以及支撑关键技术突破的重大科学问题，提升我国钢铁材料领域核心技术创新能力与研发能力。

与此同时，实验室会朝着钢铁材料高质化的方向，努力去攻克国家特种金属材料“卡脖子”的状况以及高端钢铁材料质量不稳定的难题，借此满足重大工程建设的需求，面向工艺绿色化领域，尽力去破解清洁生产、超低排放方面的技术难题，以此服务国家达成双碳战略目标，面向产业数字化，打造一处全流程数字化CPS工业软件乃至系统平台，全面施行数字钢铁。

实验室会大力推进产教融合，打造科学研究前沿阵地，此阵地是材料、工艺、 装备、服务自主创新的，增强我国钢铁材料领域优秀人才培养能力，建成人才培养基地，该基地支撑我国钢铁材料高质化、工艺绿色化和产业数字化发展，继续加强国际学术交流与合作，为实现我国引领国际先进钢铁材料与轧制加工领域的科技发展方向做贡献！

（东轧/图文）