以“新一代鋼鐵材料的重大基礎(chǔ)研究”“超超臨界火電機(jī)組鋼管創(chuàng)新研制與應(yīng)用”和“壓水堆核電站核島主設(shè)備用鋼關(guān)鍵技術(shù)”為代表的技術(shù)開(kāi)發(fā)工作，為鋼鐵工業(yè)技術(shù)進(jìn)步及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了突出的貢獻(xiàn)。
一、新一代鋼鐵材料的重大基礎(chǔ)研究
“新一代鋼鐵材料的重大基礎(chǔ)研究”作為國(guó)家首批“973計(jì)劃”項(xiàng)目。翁宇慶院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)通過(guò)晶粒細(xì)化和潔凈化提高微合金鋼的強(qiáng)度和韌性開(kāi)展了基礎(chǔ)研究，研究發(fā)現(xiàn)了奧氏體熱變形可以誘導(dǎo)（強(qiáng)化）鐵素體相變（DIFT），提出了形變誘導(dǎo)鐵素體相變理論；分析了厚板坯連鑄連軋工藝中出現(xiàn)納米尺寸析出物促進(jìn)超細(xì)晶現(xiàn)象，對(duì)貝氏體鋼提出了形變誘導(dǎo)析出和中溫轉(zhuǎn)變控制理論；對(duì)高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼移除了抗延遲斷裂理論。工藝技術(shù)上介紹了實(shí)現(xiàn)超細(xì)品鋼強(qiáng)韌性的相應(yīng)工藝，如超細(xì)鋼的化學(xué)冶金、凝固冶金、電磁冶金、焊接技術(shù)等。該項(xiàng)目2004年榮獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
為了解決鋼鐵材料在高強(qiáng)度條件下獲得優(yōu)異塑性和韌性問(wèn)題，董瀚教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)提出了“高性能鋼的M3組織調(diào)控理論和技術(shù)”，闡明了M3組織強(qiáng)化和韌塑化機(jī)理，解決了強(qiáng)度提高導(dǎo)致塑性和韌性下降的問(wèn)題。通過(guò)研究亞穩(wěn)奧氏體在變形過(guò)程中的演變規(guī)律，發(fā)現(xiàn)隨亞穩(wěn)奧氏體含量提高和穩(wěn)定性降低，材料動(dòng)態(tài)加工硬化率逐步提高，推遲了頸縮產(chǎn)生，大幅提升了塑性和抗拉強(qiáng)度，從而明確了亞穩(wěn)奧氏體含量與穩(wěn)定性是強(qiáng)塑積調(diào)控的關(guān)鍵因素，為高強(qiáng)塑積第三代汽車鋼研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)；基于界面增強(qiáng)和增韌原理，提出通過(guò)調(diào)控層狀超薄奧氏體及其相變后形成的超薄馬氏體板條塊，能夠同時(shí)提高強(qiáng)度和韌性，為屈服強(qiáng)度1000兆帕級(jí)、沖擊功200焦低合金鋼研發(fā)指明了方向。
在該項(xiàng)目M3組織調(diào)控及強(qiáng)韌塑化機(jī)理研究基礎(chǔ)上，創(chuàng)新發(fā)明了高強(qiáng)塑積第三代汽車鋼和新一代高強(qiáng)高韌塑性低合金鋼，實(shí)現(xiàn)了在汽車、管線、橋梁等領(lǐng)域的應(yīng)用。該項(xiàng)目研發(fā)成果創(chuàng)新發(fā)展了鋼鐵物理冶金理論，為未來(lái)高性能鋼鐵材料研發(fā)提供理論指導(dǎo)。
2018年“基于M3組織調(diào)控的鋼鐵材料基礎(chǔ)理論研究與高性能鋼技術(shù)”獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
二、超超臨界火電機(jī)組鋼管創(chuàng)新研制與應(yīng)用
600℃超超臨界技術(shù)是迄今世界最先進(jìn)商用燃煤發(fā)電技術(shù)，其研發(fā)瓶頸是25Cr、18Cr和9Cr高壓鍋爐管。主要技術(shù)難點(diǎn)：1. 我國(guó)不掌握材料成分最佳配比和生產(chǎn)過(guò)程控制技術(shù)； 2. 國(guó)外25Cr管高溫持久強(qiáng)度低、韌性差，18Cr管晶間腐蝕傾向嚴(yán)重、抗蒸汽腐蝕性能差，9Cr管含δ鐵素體，持久強(qiáng)度低，這是世界性題
鋼鐵研究總院劉正東院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)經(jīng)二十余年研究和實(shí)踐，通過(guò)半定量化解構(gòu)強(qiáng)韌化機(jī)制研究，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵元素在高溫加力長(zhǎng)時(shí)過(guò)程中隨強(qiáng)韌化單元變化規(guī)律，建立其固溶度積和熱力學(xué)曲線，豐富和發(fā)展了耐熱鋼“多元素復(fù)合強(qiáng)化”設(shè)計(jì)理論；提出服役環(huán)境下優(yōu)先失穩(wěn)源問(wèn)題和耐熱材料的“選擇性強(qiáng)化”設(shè)計(jì)觀點(diǎn)，為耐熱材料最佳成分范圍確定和生產(chǎn)工藝研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)；突破了通過(guò)適度粗晶和強(qiáng)化晶界兼顧持久強(qiáng)度及抗蒸汽氧化性能關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)1250℃控溫控冷工藝調(diào)控析出相和晶粒尺寸；發(fā)現(xiàn)晶界碳化物粗化機(jī)理并利用硼晶界偏聚減緩其粗化速率，解決了持久強(qiáng)度和抗氧化難以兼顧難題，形成耐熱鋼管成套制造技術(shù)集成。
鋼鐵研究總院研發(fā)了高強(qiáng)韌25Cr鋼管成套生產(chǎn)技術(shù)，使持久強(qiáng)度提高的同時(shí)韌性提高3倍；確定了18Cr鋼管窄成分范圍和7～8級(jí)晶粒度控制方法，在保持持久強(qiáng)度和抗氧化性能的同時(shí)消除了晶間腐蝕；研發(fā)了9Cr鋼管無(wú)δ鐵素體成套技術(shù)，打破國(guó)外產(chǎn)品壟斷，十余年間國(guó)產(chǎn)高壓鍋爐管國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率從27％躍升到86％、國(guó)外市場(chǎng)占有率從無(wú)到25％，徹底改變了世界耐熱鋼管市場(chǎng)格局，使我國(guó)電站耐熱鋼管采購(gòu)費(fèi)降低45％，電站單位造價(jià)降低20％。至2016年底，我國(guó)已建600℃電站約200吉瓦（占全球90％以上），節(jié)煤減排效果非常顯著，中國(guó)已成為燃煤發(fā)電技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家。
鋼鐵研究總院自主研發(fā)了低合金耐熱鋼G102、馬氏體耐熱鋼G115?、耐熱合金C-HRA-1?、C-HRA-2?和C-HRA-3?等，成功建立了630～700℃超超臨界燃煤鍋爐管耐熱材料體系，并完成了電站鍋爐建設(shè)所需上述新耐熱材料全部尺寸規(guī)格鍋爐管的工業(yè)制造。
三、壓水堆核電站核島主設(shè)備用鋼關(guān)鍵技術(shù)
壓水堆是核電主體，我國(guó)已建56臺(tái)核電機(jī)組中53臺(tái)為壓水堆。世界最先進(jìn)第三代壓水堆首堆均在我國(guó)建設(shè)，其高安全、長(zhǎng)壽期、大型一體化設(shè)計(jì)對(duì)核島主設(shè)備（包括壓力容器、蒸發(fā)器、主管道、傳熱管等）材料技術(shù)提出前所未有挑戰(zhàn)，其成分優(yōu)化和制造工藝是世界性工程科技難題。
經(jīng)長(zhǎng)期探索和工程實(shí)踐，鋼鐵研究總院發(fā)現(xiàn)影響核島大鍛件韌性和退火后強(qiáng)韌性的本質(zhì)因素，突破300～600噸級(jí)鋼錠超大鍛件韌性提升和退火后強(qiáng)韌性優(yōu)化匹配控制關(guān)鍵技術(shù)，確定了滿足安全、長(zhǎng)壽、大型一體化核島超大鍛件綜合性能要求的極窄成分范圍。研究冶煉一澆注新方法，改善了大鋼錠偏析和夾雜，自主研制超大特厚異形大鍛件研究專用裝置，建立制造過(guò)程熱-力-組織-性能對(duì)應(yīng)關(guān)系，解決了鍛造開(kāi)裂、晶粒控制和性能均衡提升難題，形成核島主設(shè)備材料成套生產(chǎn)技術(shù)集成。
鋼鐵研究總院成功研制壓力容器和蒸發(fā)器全套508-3鋼大鍛件、世界首批異型整鍛316LN不銹鋼主管道大鍛件、世界首批堆內(nèi)F6NM鋼壓緊彈簧環(huán)鍛件和690合金U型傳熱管等，保障了先進(jìn)三代壓水堆核電首堆建設(shè)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率從零躍升到90％以上，主導(dǎo)了我國(guó)核島主設(shè)備材料市場(chǎng)定價(jià)權(quán)，使其采購(gòu)價(jià)降低60％，核電工程單位造價(jià)降低30％，全面實(shí)現(xiàn)了壓水堆核島主設(shè)備材料技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，推進(jìn)我國(guó)成為世界核電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)中心。
