“重点基础材料技术提升与产业化”重点专项--钢铁材料模块

-1-附件11“重点基础材料技术提升与产业化”重点专项2017年度项目申报指南建议为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》和《中国制造2025》等提出的任务，国家重点研发计划启动实施“基础材料技术提升与产业化”重点专项。根据本重点专项实施方案的部署，现提出2017年度项目申报指南建议。本重点专项总体目标是：以提升大宗基础材料产业科技创新能力和整体竞争力为出发点，以国家重大工程和战略性新兴产业发展需求为牵引，从基础前沿、重大共性关键技术到应用示范进行全链条创新设计，一体化组织实施，着力解决重点基础材料产业面临的产品同质化、低值化，环境负荷重、能源效率低、资源瓶颈制约等重大共性问题，推进钢铁、有色、石化、轻工、纺织、建材等基础性原材料重点产业的结构调整与产业升级，通过基础材料的设计开发、制造流程及工艺优化等关键技术和国产化装备的重点突破，实现重点基础材料产品的高性能和高附加值、绿色高效低碳生产。提升我国基础材料产业整体竞争力，满足我国高端制造业、战略性新兴产业创新发展、新型工业化和城镇化建设的急需，为我国参与全球新一轮产业变革与竞争提供支撑，实现我国-2-材料产业由大变强、材料技术由跟跑型为主向并行和领跑型转变。通过本专项的实施，重点基础材料高端产品平均占比提高15%～20%，带动支撑30～50万亿元规模的基础材料产业发展，减少碳排放5亿吨/年。本重点专项按照钢铁、有色金属、石化、轻工、纺织、建材等6个方向，共部署31个重点研究任务。专项实施周期为5年(2016-2020年)。1.绿色化与智能化钢铁制造流程1.1钢铁流程关键要素的协同优化和集成应用研究内容：研究基于冶金工程流程学的钢铁流程绿色化与智能化协同机制、能源转换及综合能效提升规律；发展基于工序功能耦合匹配及界面/亚界面重构理论的炼铁-炼钢和连铸-轧制各区段智能化调控技术；研究钢材定制化生产与窄窗口智能化控制机理；开发多工序优化组合、不同工序生产节奏动态有序匹配和低成本的钢水质量窄窗口智能化稳定控制技术及应用示范；发展基于能量流网络模型的物质流与能量流智能协同调配技术及应用示范。考核指标：通过应用基础研究，形成钢铁制造流程物质流、能量流和信息流协同理论。通过钢铁流程绿色化与智能化技术集成开发、应用，钢铁流程能效由目前的45%左右提高到55%，吨钢能耗比2015年降低8%，吨钢气体污染物排-3-放比2015年降低30%。为显著提升钢材质量稳定性、可靠性和适用性，扩大钢材的品牌增值提供关键技术支持。1.2扁平材全流程智能化制备关键技术研究内容：开发面向产品价值链协同制造模式、智能化生产动态排程等钢材定制化生产技术及应用示范；开发产品全流程质量在线监控、诊断与优化技术及应用示范；开发多工序协调匹配与质量窄窗口智能化控制技术及应用示范；开发产品加工过程温控-变形耦合-性能匹配及表面质量控制智能化技术及应用示范；开发近终型、低温增塑、变厚度与复合轧制及热处理技术。考核指标：通过全流程智能化技术开发、应用，实现全流程智能化控制，流程数控化率超过80%，生产效率提高10%，建立具有国际先进水平的以信息深度感知、智慧优化决策和精准控制执行为特征的扁平材智能化工厂样板，形成典型产品全流程智能化协同控制的成果包；显著提升钢材质量稳定性、可靠性和适用性，产品性能波动减少20%，扩大钢材的品牌增值；关键技术研发形成应用示范。1.3长型材智能化制备关键技术研究内容：开发长型材连铸恒温、恒量出坯与轧制节奏匹配的智能化控制、长型材炼钢-轧制全过程负能制造、多工序生产成本综合优化、基于大数据的温度场-应力场-应变场耦合及产品多等级质量控制等钢材定制化生产与窄窗口智-4-能化控制技术，并应用示范；研究全废钢电炉连续加料-快速熔炼应用基础，开发短流程电炉冶炼和全废钢电炉连续加料-快速熔炼关键技术及应用示范。考核指标：实现长型材生产智能化控制，流程数控化率超过80%；规模化直轧率不小于95%，同类型长型材轧钢工序吨钢能耗降低20公斤标煤，长型材炼钢-轧制全过程吨钢能耗小于零；显著提升钢材质量稳定性、可靠性和适用性，扩大钢材的品牌增值。全废钢电炉实现连续加料、快速熔炼，建立环境友好型电炉短流程示范。1.4钢铁流程绿色化关键技术研究内容：研究矿相结构及高效成矿机理、结焦过程胶质体快速形成的传热传质规律和基于大数据的高炉低能耗热状态形成机理，开发基于高效低耗的烧结、焦化和炼铁绿色化技术；开发低漏风率、少烟气量和低返矿率的烧结关键技术与装备；研究烧结过程有毒有害物质的产生与代谢轨迹，开发其过程烟气选择性循环的烧结多污染物深度脱除及其相关副产物的资源化技术与应用示范；开发资源节约型高耐蚀、除雾霾抗菌涂镀技术。考核指标：通过钢铁流程绿色化关键技术开发及应用，为高效低耗冶金绿色化生产和多种污染物脱除及资源化提供解决方案，实现钢铁制造流程绿色化生产。吨焦能耗降低5公斤标煤以上，吨烧结矿能耗降低3公斤标煤以上，吨铁-5-能耗降低5公斤标煤以上；烧结机漏风率比2015年指标减少15%以上，返矿率比2015年指标减少10%以上；吨钢气体污染物排放比2015年指标降低20%以上；副产物资源利用率比2015年指标提高10%以上；镀层厚度减少30%的情况下钢材寿命提高1倍以上，在可见光下24小时致霾气体去除率≥60%、抗菌率≥90%；2.高性能交通与建筑用钢2.1高性能超高强汽车用钢研究内容：研究高性能超高强汽车用钢多相与相变强韧化机理；第三代先进汽车用钢的多相组织设计与调控、生产工艺与装备及制造关键技术；复杂成形条件下汽车用钢的微观组织结构演变、宏观变形及回弹控制技术原理、延迟开裂机理；高强度钢成形关键工艺与控制技术、应用及轻量化评价技术；全面打通第三代高强塑积汽车用钢的设计、研发、生产与应用产业链，实现抗拉强度为1000-1500MPa的高强塑积第三代汽车用钢铁材料的研发、生产及关键部件制造产业化示范。考核指标：第三代超高强汽车用钢形成系列产品和应用，性能指标达到：1000MPa级延伸率≥21％，1200MPa级延伸率≥17％，1500MPa级延伸率≥14％，建立超高强汽车用钢品种体系、生产体系、标准体系和用户评价体系，形成年产10万吨超高强汽车用钢生产示范线，建成具有世界先进-6-水平高强度汽车用钢零部件先进成形技术示范线；更高强塑积（≥30GPa·％）的第三代汽车用钢取得突破，性能指标达到：1000MPa级延伸率≥35％、1200MPa级延伸率≥30％，1500MPa级延伸率≥20％，实现1000-1500MPa的高强塑积第三代汽车用钢的制备与应用示范。大幅度、大规模地推动车身轻量化和节能减排，实现汽车关键零部件减重8-21%，汽车轻量化钢铁材料研发与应用达到国际领先水平。2.2高耐磨高强韧重载钢轨用钢研究内容：研究重载条件下钢轨钢的耐磨损、耐疲劳、抗冲击行为的组织调控机制；开展在线热处理工艺下组织结构的精确控制与配套焊接技术研究；开发重载铁路用耐磨损过共析钢轨；开发适合苛刻线路条件应用的低成本、高强韧贝氏体钢轨；开展重载钢轨的服役性能评价及应用技术研究，实现干线铁路应用示范。考核指标：开发出抗拉强度≥1330MPa、轨头顶面硬度390-450HB，耐磨损性能较现役钢轨至少提高20%，满足线路年运量5亿吨服役需求；开发出抗拉强度≥1380MPa、延伸率≥12%、-20℃断裂韧性≥60MPa·m1/2的高强高韧贝氏体钢轨，整组道岔通过总重达3亿吨以上；示范应用总量达到千吨级以上，形成我国具有自主知识产权的重载铁路钢轨品种体系、生产体系和应用体系；形成3个以上具有世界先进水平的重载钢轨研发、生产和应用示范基地。-7-2.3苛刻环境下铁路车辆关键部件用钢研究内容：研究高速车轴用钢耐疲劳、高韧性的组织细化和第二相控制机制；研究铁路车辆车体用钢的耐大气腐蚀和局部腐蚀行为；开发窄成分冶炼、超低氧、高洁净度的稳定控制技术；开发高寒地区用高韧性高速车轴用钢、高耐候高强度易焊接转向架构架用钢和车体用钢等关键品种，实现示范应用。考核指标：开发出屈服强度450MPa级高韧性空心车轴用钢，-40℃U型缺口冲击功达40焦耳以上，满足高寒地区高铁运输需求；开发出高铁用屈服强度390MPa级高耐候易焊接转向架构架用钢及配套焊接材料与工艺，满足30年服役寿命要求；开发出高耐候货车用屈服强度500MPa级车体用钢，满足25年服役寿命要求；示范应用总量达到千吨以上，满足我国设计时速350公里以上高铁用钢和高耐候货车用钢需求，形成3个以上具有世界先进水平的铁路车辆用钢研发、生产和应用示范基地。2.4建筑结构用抗震耐候耐火钢研究内容：研究长期腐蚀环境和高温火灾条件下合金耐蚀性与高温组织稳定性的耦合调控机理；开发建筑钢结构用钢低屈强比与高耐蚀耐火性能关键控制技术；开发加速锈层稳定的合金化及表面预处理关键技术；开发高层及超高层建筑用高强抗震耐蚀耐火建筑结构用钢板、型钢及其配套焊接-8-材料与工艺；开展全寿命周期耐腐蚀性能评价，建立耐蚀耐火钢应用技术与服役性能评价体系，形成建筑结构用耐蚀耐火钢研发、生产及应用示范。考核指标：开发出460MPa级及690MPa级耐蚀耐火钢板、型钢，屈强比≤0.85，断后伸长率≥18%，耐火极限性能为600℃下3小时其屈服强度高于室温屈服强度的2/3；焊材及焊接接头的耐蚀性、耐火性与母材匹配；使用寿命达到50-100年；形成沿海海洋大气环境下建筑结构用耐蚀钢的服役性能评价体系，制定标准和应用设计规范或建筑钢结构设计指南；形成3个以上建筑结构用抗震、耐蚀、耐火钢研发、服役评价和生产示范基地。2.5高性能桥梁用钢研究内容：研究桥梁用钢腐蚀与断裂失效行为、疲劳与止裂控制原理；开发低屈强比桥梁钢合金成分与组织结构控制关键技术；研究合金成分体系、深加工工艺对桥索钢缠绕、弯曲和扭转性能的影响机理，开发超高强度桥索钢控轧及离线铅浴淬火关键工艺；开发锈层稳定化表面预处理、锈层损伤修补等控制技术；开发构件大型化、厚壁化条件下免预热焊接桥梁用钢的合金体系及生产控制技术；开发满足100年使用寿命的420MPa级焊前不预热或少预热耐候桥梁钢以及690MPa级高强耐候桥梁钢工业化制造技术，开发配套焊接与-9-螺栓连接等关键技术；建立服役环境及结构评价体系，形成标准、规范，实现应用示范。考核指标：开发出焊前不预热或预热温度≤75℃的420MPa级耐候桥梁钢，-40℃断口纤维断面率≥70%、屈强比≤0.85；开发出2000MPa级桥索钢，缠绕弯曲和扭转均达到8次以上；无涂装耐候桥梁钢稳定化锈层形成时间小于1月；开发出690MPa级屈强比≤0.85的桥梁钢；完成配套焊接材料及工艺的开发；开发出与母材耐候性相当的12.9级耐候螺栓钢，100小时延迟断裂试验，0.9倍抗拉强度加载，饱和充氢含量[H]c≥3ppm，不发生断裂；提出桥梁构件防断设计选材规范，建立无涂装耐候桥梁钢使用规范；实现千吨级示范应用，耐候桥梁钢使用寿命达到100年。3.先进能源用钢3.1低温、高压服役条件下高强度管线用钢研究内容：针对极寒地区气温条件，研究在低温、高压服役条件下高强度管线钢的断裂力学行为和韧化机理，阐明在低温条件下控制塑性断裂和裂纹止裂的物理冶金学原理，二氧化碳驱服役环境下钢管腐蚀机理；突破低温用特宽、特厚钢板/带和二氧化碳驱专用耐蚀钢的合金设计、在线全流程组织细化热机械处理、微观结构精细调控和应用评价等关键技术；开发低温超大输量和二氧化碳驱管道用钢的成套工业化制造技术；制定专用标准规范，实现示范应用。-10-考核指标：开发出宽度满足Φ1422毫米制管要求，钢板最大厚度31.8毫米，钢带最大厚度21.4毫米，屈服强度555MPa级，-40℃夏比冲击功≥245焦耳的低温管线钢，满足450亿立方米/年超大输量或-40℃极寒地区服役的国家重大管道工程建设对板材的技术要求，实现低温用管线钢的完全国产化；二氧化碳驱耐蚀钢在典型服役环境下腐蚀速率低于0.076毫米/年，服役寿命比现用金属管道提升2倍以上；建立低温超大输量和二氧化碳驱管道用钢的研发、生产、应用和标准规