1970/01/01 08:00:00 来源：钢铁研究总院华东分院 阅读：
中国钢研致力于国民经济和国防军工新材料研发基地建设，承担了我国冶金行业85%以上国防军工新材料研究开发任务，先后为我国“两弹一星”、“长征系列运载火箭”、“神舟飞船”、“嫦娥”探月工程、新型歼击机、军工电子材料、舰船、新型坦克、火炮以及常规武器等国防工程和冶金、能源、交通、建筑、海洋工程、桥梁、机械、电子等国民经济建设发展所需先进材料及其制品等方面做出了突出的贡献。
材料科学研发领域覆盖了合金钢、高温合金、金属功能材料、难熔合金、粉末冶金材料、焊接材料、生物医学工程材料、表面技术与腐蚀防护、特种陶瓷与耐火材料以及非晶微晶合金等。多年来，中国钢研在材料科学与工程的研究中突破了众多关键技术，取得了大批具有国内、国际先进水平的科技成果。
国家重大基础研究计划项目“新一代钢铁材料重大基础研究”以中国钢研为依托，通过I期(1998～2003年)、II期(2004～2009年)和III期(2010～2014年)研究，使碳结构、微合金钢、合金结构钢的强度翻番(I期)、寿命大幅度提高(II期)，并在该基础上，针对建筑、汽车、能源等领域所需钢材的服役性能要求，开展高性能钢的组织调控理论和技术基础研究，大幅度提高高性能钢材服役安全性(III期)。973项目第I期和第II期由翁宇庆院士主持，第III期由董瀚教授主持。
钢铁研究总院副院长、钢铁研究总院华东分院院长董瀚教授作为首席科学家主持了973- III期项目（项目编号：2010CB630800），本项目由钢铁研究总院、北京科技大学、东北大学、上海大学、华中科技大学、上海交通大学、中国科学院金属研究所、清华大学等8家单位共同承担，项目于2014年底通过验收。项目针对“亚稳奥氏体相变与多相组织形成的现象、理论与控制”、“多相组织的多尺度表征、稳定性与性能控制机理”及“高性能钢夹杂物、析出相和多相组织基体组织相互关联与控制技术”等关键科学问题，选取建筑设施、汽车、能源用钢中的高端产品作为本项目的研究对象。根据钢材的服役性能的不同要求，研究高性能钢的组织调控理论和方法。
1.第三代低合金钢的组织调控和高性能化研究
（1） 研究第三代低合金钢多相组织演变机理、力学行为和调控技术，残余奥氏体的形成与控制及其对综合性能的影响。
（2） 研究第三代低合金钢多相组织的表征以及多相组织在范性流变过程中的变化，变形在不同相中的传递行为，晶体缺陷在范性变形中的行为与作用。
（3） 第三代低合金钢多相组织在热扰动下的演化行为及其在力学性能上的表现，各相的热稳定性及其在组织演变过程中的相互作用以及焊接区组织稳定性。
（4） 低合金钢板带组织调控技术原型装备及相关工艺技术参数研究。
2.第三代汽车用钢的组织调控和提高塑性的研究
（1） 研究第三代汽车用钢中亚稳奥氏体的相变规律及多相组织的形成，包括应力与相变的交互作用以及碳的行为等。
（2） 研究第三代汽车用钢多相组织的多尺度表征及控制方法，包括通过Q&P工艺实现亚稳奥氏体的含量、形态、分布、稳定性等控制。
（3） 研究第三代汽车用钢亚稳奥氏体的稳定性，包括热稳定性、力学稳定性，以及相变诱发塑性与孪晶诱发塑性等。
（4） 研究高强度马氏体钢连接技术及其服役行为，包括焊接性能和延迟断裂行为等。
（5） 研究高性能汽车用钢新型制备方法过程中凝固组织、晶粒尺寸和元素配分的影响规律。
3.第三代耐热钢高温环境下长期服役时组织演变规律研究
（1） 多元素复合强化马氏体锅炉钢长期服役条件下回火马氏体组织精细结构演变及退化研究。
（2） 借助热力学软件，研究化学成分、工艺参数（如温度）等多因素关联影响条件下，各析出相的可能的演变过程。研究M23C6、M6C、MX、Laves相、硼化物、Z相等演变（形成和长大）的热力学和动力学规律，尤其是MX超细弥散相的稳定性和均匀性以及Z相的形成机理和控制机制。
（3） 高温蒸汽和煤烟气腐蚀环境下，材料的界面行为规律及其控制机制。
（4） 无碳马氏体锅炉钢的组织与力学行为研究。研究静态和热变形条件下无碳马氏体锅炉钢连续冷却转变中的相变行为，分析不同热变形条件下钢中氮化物析出相。
4. 高洁净钢的夹杂物稳定性控制及均匀度控制的基础研究
（1） 研究高性能建筑用钢、汽车用钢、能源用钢韧塑性与夹杂物、均匀度之间的相关性以及基于服役性能要求的夹杂物控制目标。
（2） 研究炉渣－钢液和钢液－夹杂物间反应的平衡程度及其影响因素，以及钢液中微小夹杂物间聚合、长大、去除及其影响因素。
（3） 研究凝固过程中等轴晶的起源及增殖机理，提高铸坯的均匀度。
（4） 研究凝固过程传热的控制及其对形成等轴晶组织的作用，以及铸坯凝固过程均匀化技术的工程化应用。
在“多相、多尺度、亚稳”组织调控理论研究的基础上，奠定了第三代低合金钢、第三代汽车钢和第三代马氏体耐热钢的技术基础。经过了先进的工业流程生产试制，形成了三类原型钢技术，第三代低合金钢为我国的创新研究成果，第三代汽车钢是我国率先研发出来，第三代马氏体耐热钢达到了国际先进水平。
（1）明确了低碳马氏体强韧性最小控制单元为板条块，提出了“形变促进板条块细化”新概念，并开发了以板条块细化为核心的高强度高韧性钢在线淬火控制技术及其焊接技术
低碳马氏体多尺度组织结构中广义的板条块由传统认识上的板条块界、板条束界和原奥氏体晶界所围成，为控制马氏体强度、韧性的组织（晶粒）结构控制单元，包含两个尺寸信息：传统意义上的板条束尺寸和板条块宽度。由于其形状的不规则，低碳马氏体强度、韧性的有效晶粒尺寸分别为板条块内部{110}面的平均滑移长度和{100}面的平均解理长度。
奥氏体超薄化导致奥氏体晶粒细化和硬化，引起相变马氏体的板条块界面(大角度界面)比例显著增加，而亚板条块界面(小角度界面)比例降低，板条块宽度明显细化；板条束结构沿轧向拉长、在厚度方向细化。奥氏体超薄化细化板条块宽度，显著提高大角度界面密度，是显著提高超低碳马氏体强韧性的原因。
在深入研究奥氏体扁平化结构演变与相变特征的基础上，采用低碳成分（碳含量不高于0.06％）和在线TMCP工艺，首先在实验室获得了900-1000MPa级高韧性低合金钢，其冲击韧性达到了180J。工业化试制结果进一步验证了该方案的可行性，25mm厚钢板的冲击韧性达到了200J，相比传统900-1000MPa级高强板实现了韧性翻番，达到国际先进和国内领先水平。
全面评价了屈服强度900MPa级TMCP直接淬火高韧钢的焊接性。所开发的国产GH890焊接材料和焊接工艺技术用于900MPa级直接淬火钢的焊接，可应用于高强工程机械制造，填补我国在这方面的空白。
（2）提出并系统研究了纳米第二相的协同析出理论，建立了相关热动力学模型，开发了基于复合微合金化设计的大沉淀强化技术
系统阐明高Ti微合金钢中纳米TiC在奥氏体和铁素体中的析出行为以及Mn、Mo在相变组织和析出控制上的协同作用机理，对高Ti微合金高强度钢的组织类型和纳米析出的稳定化控制提供了理论基础和技术支撑。
利用Ti-V-Mo多元协同微合金化，大幅度细化MC相粒子及细化基体铁素体晶粒，产生强烈的沉淀强化和细晶强化作用，屈服强度达900MPa以上，其中沉淀强化增量可稳定达到400MPa以上，延伸率达16%以上。
（3）提出了亚微米/纳米级奥氏体形成理论并开发了相关控制技术，大幅改善钢材韧塑性
采用两相区分级热处理（QLT）控制了逆转变奥氏体的薄片状形态和弥散分布、利用C、Mn的两次配分提高了逆转变奥氏体的稳定性元素含量，从而提高了逆转变奥氏体的稳定性。首先经DQ+T中间态热处理后试样内部发生C和Mn元素的第一次配分，这导致了奥氏体吉布斯自由能的显著降低，因而使得在QLT阶段回转奥氏体的生成速率显著提高。其次从动力学角度考虑，由于马氏体基体成分分配的不均匀现象，导致了片状奥氏体的增厚机制由最初的一维双向增厚模式演变成为了一维单向增厚模式。逆转变薄片状奥氏体与转变后的新鲜马氏体保持K-S位向关系，相变后未发现与原始马氏体基体不同的新Bain变体，QLT过程不细化马氏体组织。
逆转变薄片状奥氏体对微裂纹扩展的阻碍作用以及相变增韧作用(亚稳奥氏体向马氏体发生了转变)是导致试验钢韧性显著提高的最主要原因。相比于块状的、尺寸较大的亚稳奥氏体相比，弥散的均匀分布的薄片状奥氏体更能大幅度的提高低温韧性。以Mn代Ni，采用QLT工艺使2.5Mn-1.5Ni钢获得了优于5Ni低温钢标准要求的强韧性。
提出碳的梯度扩散分配理论，并在其指导下开发出S-Q-P工艺，不仅能够有效调控钢中不同组织数量，更重要的是还能够有效调控奥氏体与马氏体的尺寸与分布，使钢中硬相与软相合理搭配，从而显著提高其综合力学性能。进一步拓宽了通过合理控制碳在奥氏体与马氏体间分配而调控钢的组织与性能的技术应用空间。S-Q-P工艺处理后的35SiMn钢，总伸长率超过25%，抗拉强度达到1240MPa，强塑积达到31.2GPa%，达到第三代汽车用钢对强塑积的标准要求。
（4） 建立并优化了透射电镜原位加热和钢铁材料中碳/锰配分的实验表征方法，初步探明了亚稳奥氏体形成过程中的碳/锰扩散机制。
在TEM中实现了加热过程中奥氏体形成的原位观察，中锰钢中逆转变奥氏体易于马氏体板条界形成；升温速度较快时，组织呈现双相板条结构，有一定数量碳化物析出相；升温速度较慢时，组织中有大量碳化物析出相形成，阻碍奥氏体的生成。
发展并完善钢铁材料各物相中碳元素分布的实验测量方法，TEM碳分布检测验证了亚稳奥氏体形成过程中碳的梯度扩散分配；确定原奥氏体晶界、板条界和位错等区域是锰元素的富集区，相界面扩散与位错扩散都是中锰钢奥氏体逆转变过程中锰元素的重要扩散通道。中锰钢逆转变奥氏体在初始长大阶段符合NPLE模式，由碳扩散控制，奥氏体形成不需要锰的长程扩散。
（5） 在高强度基体上获得一定比例的亚稳奥氏体。
利用奥氏体的相变行为继续提供加工硬化，是获得高强度、高塑性钢的发展思路，这种高强度基体可以为马氏体或超细晶粒的铁素体，是第三代汽车钢的组织调控目标。
（1） 多相、多尺度析出及残余奥氏体复合调控原理
对碳含量更低的低碳低合金钢（C≤0.1%，Mn≤2.5%），通过采用两步临界热处理的技术方案，利用亚温处理过程中C、Mn等奥氏体稳定化元素的临界配分稳定逆转奥氏体，从而获得含有稳定的残余奥氏体、亚温铁素体、贝氏体以及马氏体的多相组织。这种新型的热处理方案所获得的残余奥氏体具有极高的低温稳定性且细小弥散，可以有效的提高低合金钢的塑性和低温韧性。另一方面，通过添加Nb、V及Cu等析出元素，利用其在不同阶段热处理时的析出特性，可以形成复合的多尺度析出，达到最佳的析出强化效果。随着残余奥氏体含量的增加，钢的均匀延伸率和断后延伸率显著增加。由于残余奥氏体的应变诱发塑性（TRIP）效应的存在，使其塑性形变较大，裂纹开始得到抑制，从而导致起裂功提高。该模型钢的屈服强度达到750MPa，抗拉强度大于850MPa，均匀延伸达到20%以上。
（2） 利用合金元素富集实现低合金钢残余奥氏体的离线调控原理
系统研究了0.16/0.23C-2.0Mn-1.0Si低合金钢通过临界退火工艺可以得到C、Mn合金元素初步富集的前驱体，进而实施亚临界退火实现临界区逆转变奥氏体的初步稳定化，在随后的淬火和低温贝氏体区等温过程中，可最终得到临界退火铁素体-中低温分解下贝氏体和弥散分布、纳米尺度的残余奥氏体多相组织。该类多相钢的抗拉强度达到900-1000MPa，屈服强度600-700MPa，均匀延伸可高达20%，具有极低的屈强比、高的加工硬化能力，冲击韧性由于同成分钢的调质工艺性能。
（3） 利用TMCP技术及离线回火工艺调控多相、多尺度析出组织
系统研究了合金体系，奥氏体晶粒度、奥氏体变形及控制冷却的多因素对调控低合金钢中软硬相组织的物理冶金原理，发展了利用组织调控TMCP技术实现“在线”生产420-690MPa多相组织的技术。该原理以及技术成功应用于生产500MPa级桥梁钢：最大厚度60mm，屈强比小于0.83，韧性级别达到E级(-40℃)；X90/X100管线钢：均匀延伸大于6%，屈强比小于0.9，同时应变时效敏感性低。
（4） 控制冷却技术
攻克了中厚板高强度高均匀性冷却的难题，开发出高效冷却喷嘴、高精度温度场解析模型等关键技术，自主研制出中厚板先进冷却系统和系列高等级产品。倾斜式射流冲击机理的研究及应用，提高了核沸腾在换热过程中的比例与频率；建立了准确可靠中厚板的温度场有限元解析模型，可准确的计算冷却速度与冷却温度，为自动化控制提供关键控制条件；开发研制了狭缝喷嘴及阵列式喷嘴，并对其喷嘴内部及冲击至钢板表面的流场进行了分析，实现了较好的出口流速均匀性及可控的表面流场；开发出多种设备控制手段，如框架高度调节装置、残水控制装置等，实现了对钢板冷却均匀性的良好控制；基于研制的超快冷原型装备，开发出屈服强度达1000MPa、-40℃冲击韧性大于200J的第三代高强原型钢。
（5） 控制冷却装备技术
攻克了大型板材高强度高均匀性淬火、系列大型喷嘴、工艺模型等关键技术，自主研制成功我国首套中厚板辊式淬火装备和系列高等级产品。构建了大型板材高强度均匀化辊式淬火工艺方法，揭示了大宽厚比钢板淬火过程中冷却速度、介质流量对残余应力、淬硬层深度及组织演变的影响规律，解决了淬火连续性、性能一致性、温度敏感性和高平直度控制等难题；开发成功系列多重阻尼的大型整体超宽射流喷嘴和柔性化淬火系统，解决了钢板长宽厚各向冷速精准控制、断面冷却均匀性控制和4~10mm薄钢板淬火板形等难题，满足了钢种、规格和性能对温度和冷却路径控制的需要；研制成功4~150mm全厚度规格中厚板多功能辊式淬火装备，开发成功S31803/2205、S32750等不锈钢板以及9Ni、NM400/500、Q960/1100等碳钢板并批量化生产，实现了国产化，应用于国家重点工程及关键装备。
（6） 第三代低合金钢品种技术
开发了直接淬火高强高韧钢、大沉淀强化超高强度钢、智能型抗震耐火钢、节Ni型低温钢等低成本高性能钢，促进了冶金技术进步，引领了相关领域发展。
具有高强度、高塑性、低成本的钢板是未来汽车用薄板钢的发展方向，早在2008年美国科学家首先提出了发展具有高强度、高塑性特征第三代汽车钢的概念，但研发思路和目标并不十分清晰，随后，中国、韩国、日本等国家也都开展了高强度、高塑性的相关研究工作。在这种情况下，我们提出了在超细基体或马氏体基体上获得一定比例的亚稳奥氏体相，利用亚稳奥氏体相变诱发塑性的特点获得高强度、高塑性的力学性能的M3组织调控思路，并确定了研发抗拉强度为1000MPa级和1500MPa级，强塑积（抗拉强度和断后伸长率的乘积）不小于30GPa%的力学性能目标。
事实证明，这种高强度、高塑性钢的研发思路被其它国家广泛采用，利用淬火配分（Q&P，Quenching and Partitioning）工艺和中锰合金系通过逆相变处理（ART, Austenite Revert Transformation）工艺获得高强度、高塑性的思路成为了世界各大研究院所的研发热点，确定的力学性能目标被很多国家接受。课题较为深入研究了高强度、高塑性薄板钢微观组织与力学性能获得的现象、规律和机理，实现了力学性能目标，并率先进行了原型钢的工业化生产，评价了工艺性能和服役性能。2010发表的学术论文在中，中锰钢逆相变方面的学术论文至今单篇被引用达到70次，正相变方面的学术论文单篇被引用达到36次。鉴于以上，研究在世界上处于领先水平，具有以下创新性：
1) 丰富了提高高强度钢塑性的组织调控理论，研发出1000MPa和1500MPa强度级别的高强塑积（≥30GPa%）钢
利用低合金钢通过正相变处理、中锰钢经逆相变处理的两种组织调控思路，分别获得了抗拉强度不小于1500MPa和1000MPa，同时强塑积不小于30GPa%的力学性能，达到第三代汽车钢力学水平范畴。
2) 利用中锰钢逆相变获得超细晶粒组织进而获得高强度、高塑性的力学性能
中锰钢从上世纪60年代起就开始有大量研究报道，但大部分都是进行调质处理用作结构件和耐磨件，而利用逆相变的方法获得超细晶粒组织以及利用这种组织获得高强度、高塑性力学性能的结果十分罕见。课题组较早对这种具有超细晶粒特征的微观组织进行了深入研究，并发表了多篇学术论文进行报道和宣传。从2014年在德国亚琛举办的第二届高锰钢国际会议上可以看出，利用中锰钢逆相变思路发展高强度、高塑性钢已经成为世界各大院校和钢厂的主流发展方向。
3) 针对正相变提出了残奥量控制的组织不均匀模型，发展了Q&P理论和工艺
提出了利用马氏体相变组织不均匀性控制残留奥氏体量的新观点，合理地解释了在一定的温度范围内残奥量和二次淬火马氏体的量同时增加的现象，可以较准确地实现奥氏体体积分数的控制。在Q&P工艺基础上，充分利用碳化物析出强化特点开发了Q-P-T热处理工艺，进一步提高超高强度钢的塑性（2200MPa时延伸率达到10%）；探索了Q&P工艺于热成形钢中的应用，提出了Q&P+热成形工艺(HS-QP)，提高了热成型钢的塑性。提出了形变诱发铁素体相变（DIFT）+Q&P新工艺（DIFT＋Q&P）细化了组织，进一步提高Q&P工艺处理钢的塑性；实验室条件下制备出了低成本超高强度纳米贝氏体复相钢（Q-P-A钢）；利用多次分割获得残余奥氏体的SQP工艺。
4) 利用传统流程首次实现高强度、高塑性第三代汽车钢原型钢的工业生产
采用传统流程和设备，首次实现高强度、高塑性钢的工业生产，这是中锰钢在世界上首先大规模工业生产，为后续各大钢厂的工业化生产同了有力参考。
5) 开发了中锰钢的温成型技术
利用中锰钢降低临界温度、提高淬透性的特定，开发了温成型技术，坯料加热温度较传统热成型技术可降低150-200℃，降低设备和生产成本、显著减小零件表面的氧化脱碳现象，同时保证零件强度水平不变的情况下塑性水平从6%提高到10%以上。
提出了耦合相图计算模拟，精密实验测量与生产工艺控制的第三代汽车用薄板钢的新型设计思路，完成了两种典型钢种的研发及应用。
1) 建立了将相图计算技术及精密实验测量聚焦至工程问题、实现第三代汽车用薄钢板成功研发的科学方法。在传统TRIP钢基础上，结合相图计算与精密实验，获得了加Al及形成钒钛碳化物的强塑积提升机理，形成M3目标组织，并利用计算技术结合产线要求，对临界退火温度、过时效温度等关键工艺参数进行预测，实现了3M组织的有效控制，在两年内获得了Rm≥1.0GPa，A≥30%的高性能TRIP钢；
2) 在传统的TWIP钢基础上，通过层错能计算与精密实验，获得了TWIP+TRIP叠加效应的强塑积提升机理，获得了Rm≥1.0GPa，A≥30%的高性能TWIP钢。同时，对亚快速凝固条件下Fe基合金中TWIP+TRIP叠加效应可能实施的组织形成机理进行了前瞻性的研究。
3) 建立高温力学本构方程，在获得马氏体相变规律的基础上，获得第三代汽车钢板热成形工艺优化的计算技术，从而为研发钢种在典型汽车零件生产中得以应用提供有效指导。
4) 完成了第三代汽车用薄板钢的研发和应用，其中高性能TWIP980钢与TRIP980钢在鞍钢集团实现了批量生产。
（1） 长期以来马氏体耐热钢使用温度的上限为600℃，其典型钢种为T/P92。从某种程度上讲，正是由于马氏体耐热钢的这种瓶颈问题限制了电站参数的进一步提高，从而制约了电站热效率的进一步提升。因此，研发使用温度可达650℃的马氏体耐热钢是国际学术界的前沿和难点之一。研发的G115马氏体耐热钢650℃时120MPa下的持久断裂时间稳定超过17000小时，抗蒸汽腐蚀性能优于T/P92而与T/P122相当，G115的高温组织稳定性和性能达到了国际领先水平，把马氏体耐热钢的使用上限拓展到了650℃；
（2） 在半定量解构马氏体耐热钢持久强度机理的基础上，发展了电站耐热材料的“多元素复合强化”设计理论，提出了“选择性强化”设计新理论，并把这种新设计思想应用于G115的设计和研制；
（3） 首次用实验方法定量验证了B在马氏体耐热钢中的强韧化作用机理；
（4） 在“组织调控”研究思想指导下，提出了使用具有高热稳定性氮化物析出相进行组织强化的新型组织设计思想。所研发的单尺度氮化物强化马氏体耐热钢钢在600℃时150MPa下表现出优异的长时组织稳定性；
（5） 在分析氮化物尺寸对马氏体组织热稳定性的影响后，提出了更高温度下(650℃)具有更高组织热稳定性的“双尺度氮化物强化马氏体耐热钢”的新型组织设计。
（1）、研究成果对项目完成任务的贡献
针对影响国产重要用途钢材性能稳定性的非金属夹杂物控制问题，对“炉渣－钢液－夹杂物间的相互作用机理和反应平衡及其影响因素”和“钢液内微小夹杂物运动、聚合、长大和去除”两项重要科学问题开展研究，其中对高强低合金钢板B类夹杂物控制技术和钢中DS类大型夹杂物控制技术方面取得的突破直接与本项目“第三代高强高韧低合金钢精细组织的研究”课题相关，为近年来国产X80管线钢、抗酸管线钢、重要用途厚板等钢材品种质量和性能提升做出了重要贡献。
本项目其它两个目标研究钢种（高强塑积汽车钢板和耐650℃高温马氏体耐热钢），也属于高端重要用途特殊钢材，对钢中非金属夹杂物，尤其是众多微小夹杂物聚合、分布、组成等有严格控制要求。有关钢中微小夹杂物形成、聚合、转变等以及精炼方法、渣系、耐材等对其重要影响的研究，对于相关课题研究开发高强塑积汽车钢板、耐650℃高温马氏体耐热钢等制备工艺也提供了重要借鉴、参考依据。
本研究针对低碳中锰系第三代高强塑积汽车用钢连铸缺陷控制问题，开展了大量的基础实验和理论研究工作，系统分析了钢的热膨胀性能、热塑性等基础热物性，深入研究了凝固及相变特征，揭示了连铸坯典型裂纹缺陷（内部晶间裂纹、角横裂以及低温火切裂纹）的形成机理，在此基础上提出了缓冷、热送等关键工艺措施，为高强塑积汽车用钢大规模的工业化生产提供了坚实的支撑。
（2）、解决重要科学问题的进展程度
重要用途钢材对性能稳定性要求非常高，而性能不稳定性在很大程度上是由于钢冶金质量控制不稳定性所造成的，钢中非金属夹杂物以及铸坯缺陷控制的不稳定是其中重要原因。
高端重要用途钢材非金属夹杂物控制的不稳定主要表现在钢中个别大尺寸夹杂物控制方面，以重要用途轴承、弹簧、高铁车轮等钢材为例，即便将总氧含量（代表氧化物夹杂总量）控制在3.5~5ppm极低含量范围，钢中仍有个别数十、数百微米、甚至毫米级大型夹杂物存在，而此类大型夹杂物与钢中大量存在的微小夹杂物成分基本一致，表明其形成与钢中微小夹杂物行为密切相关。
“炉渣－钢液－夹杂物间的相互作用机理和反应平衡”与“钢液内微小夹杂物运动、聚合、长大和去除”是钢中非金属夹杂物控制领域的两个重要科学问题，也是当前国内外该领域科研热点，目的是通过弄清钢液中微小夹杂物行为以及影响因素，达到对其进行控制，抑制钢中生成大型夹杂物。
近年来对高强度汽车钢板科研重点转向更高强塑积中锰钢系，但该钢系由于锰含量显著提高，钢的相变温度降低、相变应力增大，连铸坯极易产生裂纹缺陷，为此需对与中锰系高强塑积汽车用钢连铸缺陷控制密切相关的钢的热物性、相变、应力分布、裂纹形成机理等科学问题开展研究。
在解决以上重要科学问题方面主要取得了以下重要进展：
1) 高强低合金钢液钙处理过程，钢液中CaO-MgO-Al2O3系夹杂物向CaO、CaS等高熔点化转变是由外向内进行的，对于较大尺寸的夹杂物，由于所生成固相外表层内传递速率所限，难以对夹杂物进行整体高熔点化变性，这是常规精炼工艺难以大幅度减少大型B类夹杂物主要原因。
2) 在钢液中微小夹杂物上浮速率很低，必须促使其随钢水运动、相互碰撞、聚合为大尺寸夹杂物，才能由钢液中去除。而在钢包吹氩、LF精炼、VD真空精炼和RH真空精炼工艺等主要精炼工艺方法中，RH真空精炼能够提供大范围、合理方向的钢水循环流动，微小夹杂物聚合、长大、去除效果显著好于其它精炼工艺方法。
