以“新一代钢铁材料的重大基础研究”“超超临界火电机组钢管创新研制与应用”和“压水堆核电站核岛主设备用钢关键技术”为代表的技术开发工作，为钢铁工业技术进步及国民经济发展作出了突出的贡献。


一、新一代钢铁材料的重大基础研究


 “新一代钢铁材料的重大基础研究”作为国家首批“973计划”项目。翁宇庆院士带领团队通过晶粒细化和洁净化提高微合金钢的强度和韧性开展了基础研究，研究发现了奥氏体热变形可以诱导（强化）铁素体相变（DIFT），提出了形变诱导铁素体相变理论；分析了厚板坯连铸连轧工艺中出现纳米尺寸析出物促进超细晶现象，对贝氏体钢提出了形变诱导析出和中温转变控制理论；对高强度合金结构钢移除了抗延迟断裂理论。工艺技术上介绍了实现超细品钢强韧性的相应工艺，如超细钢的化学冶金、凝固冶金、电磁冶金、焊接技术等。该项目2004年荣获国家科技进步奖一等奖。


  为了解决钢铁材料在高强度条件下获得优异塑性和韧性问题，董瀚教授带领团队提出了“高性能钢的M3组织调控理论和技术”，阐明了M3组织强化和韧塑化机理，解决了强度提高导致塑性和韧性下降的问题。通过研究亚稳奥氏体在变形过程中的演变规律，发现随亚稳奥氏体含量提高和稳定性降低，材料动态加工硬化率逐步提高，推迟了颈缩产生，大幅提升了塑性和抗拉强度，从而明确了亚稳奥氏体含量与稳定性是强塑积调控的关键因素，为高强塑积第三代汽车钢研发提供了理论基础；基于界面增强和增韧原理，提出通过调控层状超薄奥氏体及其相变后形成的超薄马氏体板条块，能够同时提高强度和韧性，为屈服强度1000兆帕级、冲击功200焦低合金钢研发指明了方向。


  在该项目M3组织调控及强韧塑化机理研究基础上，创新发明了高强塑积第三代汽车钢和新一代高强高韧塑性低合金钢，实现了在汽车、管线、桥梁等领域的应用。该项目研发成果创新发展了钢铁物理冶金理论，为未来高性能钢铁材料研发提供理论指导。


  2018年“基于M3组织调控的钢铁材料基础理论研究与高性能钢技术”获得国家技术发明奖二等奖。




二、超超临界火电机组钢管创新研制与应用


  600℃超超临界技术是迄今世界最先进商用燃煤发电技术，其研发瓶颈是25Cr、18Cr和9Cr高压锅炉管。主要技术难点：1. 我国不掌握材料成分最佳配比和生产过程控制技术； 2. 国外25Cr管高温持久强度低、韧性差，18Cr管晶间腐蚀倾向严重、抗蒸汽腐蚀性能差，9Cr管含δ铁素体，持久强度低，这是世界性题


  钢铁研究总院刘正东院士带领团队经二十余年研究和实践，通过半定量化解构强韧化机制研究，发现关键元素在高温加力长时过程中随强韧化单元变化规律，建立其固溶度积和热力学曲线，丰富和发展了耐热钢“多元素复合强化”设计理论；提出服役环境下优先失稳源问题和耐热材料的“选择性强化”设计观点，为耐热材料最佳成分范围确定和生产工艺研发提供了理论基础；突破了通过适度粗晶和强化晶界兼顾持久强度及抗蒸汽氧化性能关键技术，研发1250℃控温控冷工艺调控析出相和晶粒尺寸；发现晶界碳化物粗化机理并利用硼晶界偏聚减缓其粗化速率，解决了持久强度和抗氧化难以兼顾难题，形成耐热钢管成套制造技术集成。


  钢铁研究总院研发了高强韧25Cr钢管成套生产技术，使持久强度提高的同时韧性提高3倍；确定了18Cr钢管窄成分范围和7～8级晶粒度控制方法，在保持持久强度和抗氧化性能的同时消除了晶间腐蚀；研发了9Cr钢管无δ铁素体成套技术，打破国外产品垄断，十余年间国产高压锅炉管国内市场占有率从27％跃升到86％、国外市场占有率从无到25％，彻底改变了世界耐热钢管市场格局，使我国电站耐热钢管采购费降低45％，电站单位造价降低20％。至2016年底，我国已建600℃电站约200吉瓦（占全球90％以上），节煤减排效果非常显著，中国已成为燃煤发电技术领先的国家。


  钢铁研究总院自主研发了低合金耐热钢G102、马氏体耐热钢G115®、耐热合金C-HRA-1®、C-HRA-2®和C-HRA-3®等，成功建立了630～700℃超超临界燃煤锅炉管耐热材料体系，并完成了电站锅炉建设所需上述新耐热材料全部尺寸规格锅炉管的工业制造。



三、压水堆核电站核岛主设备用钢关键技术


  压水堆是核电主体，我国已建56台核电机组中53台为压水堆。世界最先进第三代压水堆首堆均在我国建设，其高安全、长寿期、大型一体化设计对核岛主设备（包括压力容器、蒸发器、主管道、传热管等）材料技术提出前所未有挑战，其成分优化和制造工艺是世界性工程科技难题。


  经长期探索和工程实践，钢铁研究总院发现影响核岛大锻件韧性和退火后强韧性的本质因素，突破300～600吨级钢锭超大锻件韧性提升和退火后强韧性优化匹配控制关键技术，确定了满足安全、长寿、大型一体化核岛超大锻件综合性能要求的极窄成分范围。研究冶炼一浇注新方法，改善了大钢锭偏析和夹杂，自主研制超大特厚异形大锻件研究专用装置，建立制造过程热-力-组织-性能对应关系，解决了锻造开裂、晶粒控制和性能均衡提升难题，形成核岛主设备材料成套生产技术集成。


  钢铁研究总院成功研制压力容器和蒸发器全套508-3钢大锻件、世界首批异型整锻316LN不锈钢主管道大锻件、世界首批堆内F6NM钢压紧弹簧环锻件和690合金U型传热管等，保障了先进三代压水堆核电首堆建设，国内市场占有率从零跃升到90％以上，主导了我国核岛主设备材料市场定价权，使其采购价降低60％，核电工程单位造价降低30％，全面实现了压水堆核岛主设备材料技术产业化，推进我国成为世界核电技术和产业中心。