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　　从实验室材料研发，到成吨量产的高端钢材，钢铁新材料的产业化之路，一直存在着试错成本高、实验室工艺放大难等行业困境。

　　打通研发与量产之间的转化壁垒，河钢材料技术研究院打造的绿色低碳先进金属材料中试平台给出了一套新解法。区别于行业单一冶炼或单一检测类平台，该平台贯通材料研发、工艺试验、工业化试制全流程，此外，还在焦炉煤气零重整氢冶金、钒钛磁铁矿熔分等领域“身怀绝技”。

　　这座开放共享的成果转化“加速器”，兼具小批量生产与全维度检测能力，让更多“卡脖子”材料找到从实验室走向产业化的可靠路径。

　　6月18日拍摄的绿色低碳先进金属材料中试平台中试试验中心。刘子铜摄

　　不仅“全能”，还有“绝活”

　　伴随金属轧制的低沉轰鸣，一条通红透亮的钢带仿佛流动的“火龙”从轧辊间缓缓吐送而出……6月8日，绿色低碳先进金属材料中试平台中试试验中心，一台试验热轧机全速运转，灼人的热浪迎面扑来。

　　相比一线量产产线那些动辄数百米长的巨型轧机产线，眼前这条热轧线很“迷你”，整机总长仅40多米，产线常见的两米宽幅带钢，在这里被压缩至55厘米的窄幅。

　　“这是国内为数不多的小型试验热轧机，别看个头小，性能一点也不含糊。”中试试验中心工艺负责人张福利介绍，这台轧机不仅能热轧，还集成了超快冷却和层流冷却系统，能够支撑管线钢、高强防护钢、水电钢等8大类30余种产品的研发中试。

　　在中试试验中心，这样的“迷你”设备还有很多。50公斤、500公斤真空感应炉，不同型号的热轧与冷轧试验机，以及连续退火、热镀锌模拟设备……40多台核心装备紧凑排列，实现钢材从原料熔炼、轧制到后期热处理、表面处理的全工艺中试验证。

　　“区别于单一冶炼或单一检测类平台，绿色低碳先进金属材料中试平台最大的特点，就是全流程。”河钢材料技术研究院科研部负责人刘毅介绍，整个中试平台覆盖金属材料从实验室配方到产业化落地的全流程。这个全流程，不仅打通了氢冶金、冶炼轧制、热处理等核心工艺环节，还搭建了理化检测与用户应用两大技术支撑体系，形成从材料开发到终端认证的闭环能力。

　　步入材料服役性能专项实验室，电磁共振式高频疲劳试验机正稳定开展动态应力疲劳耐久测试。0.80mm薄板标准试样由高精度夹具刚性同轴夹持，以80Hz频率、400MPa的交变应力持续加载，持续服役近17小时。

　　技术人员介绍，为精确测定材料疲劳极限、绘制完整S-N曲线，每种材料需完成二十余组梯度应力平行试验，通过多组重复测试降低数据离散性，量化材料抗疲劳性能，为装备轻量化、长寿命结构设计提供可靠力学数据支撑。

　　在理化检测中心和用户技术中心，像电磁共振式高频疲劳试验机这样的大型精密仪器共有200余台套，包括力学、化学、微观物理三大类全套检测设备，可开展拉伸、冲击、腐蚀、成分分析、微观组织观测等百余项性能测试。同时，两大中心还拥有冲压、焊接、疲劳等全维度应用验证设备，可针对汽车、航空航天等下游终端需求，出具完整的材料性能数据包和定制化应用解决方案。

　　不仅“全能”，绿色低碳先进金属材料中试平台还有一手“独门绝技”。

　　秘笈，就藏在河钢张宣科技的一座“超级电炉”里，它冶炼的是一种复合型宝藏——钒钛磁铁矿。

　　“在这种矿里，铁、钒、钛三种元素紧紧‘抱’在一起。若借助传统高炉-转炉工艺，铁被有效提取，珍贵的钒只能部分回收，而钛几乎全部随废渣丢弃，无法经济利用。”河钢钒钛材料研发中心研究员王世伟介绍，如今，借助他们研发的中试熔分电炉，紧紧抱团的铁、钒、钛三种元素能干净利落地“分家”，生成含钒生铁和钛渣。含钒生铁通过提钒深加工后，可以制出全系列钒产品，钛渣则能变成高端钛白粉、钛合金。

　　2025年9月，该中试产线正式在河钢张宣科技落地，成为国内首条基于氢冶金的钒钛磁铁矿熔分电炉中试产线。通过持续的工艺优化，目前，该中试产线已经从钛渣中稳定提取出二氧化钛含量高达45%的原料，酸解率达到90%，各项指标显著优于现有工艺。

　　“既是‘全能选手’，又是‘特战尖兵’。”刘毅说，以全流程体系筑牢研发根基，以特色核心技术突破行业瓶颈，河钢绿色低碳先进金属材料中试平台为高端先进金属材料迭代升级、钢铁产业绿色低碳高质量发展提供硬核研发底气。

　　6月8日，在绿色低碳先进金属材料中试平台材料服役性能专项实验室，技术人员正在操作高频疲劳试验机。 河北日报记者 周聪聪摄

　　让量产不再“赌一把”

　　在钢铁新材料领域，从实验室里的小块试样到生产线上的千吨万卷，中间横亘着一道产业化鸿沟。

　　配方可以“算”出来，但工艺必须“试”出来。传统模式下，企业往往只能跳过中试环节，直接上大生产线“赌一把”。但借助河钢绿色低碳先进金属材料中试平台，越来越多的新材料得以在这里先“试”为快，用小体量的试验，把技术的不确定性，变成产业化前的可靠性。

　　2025年，河钢与某知名车企合作实施一项难度空前的研发项目——开发抗拉强度2400兆帕的热成形钢。

　　“这个强度下，材料会变得非常脆，冲压时极易开裂，容错空间极小。”刘毅解释，当时，全球主流的热成形钢强度在1500兆帕-2000兆帕，国际顶尖水平也仅为2000兆帕-2200兆帕。

　　但在双方技术团队携手攻关下，仅仅6个月后，2400兆帕热成形钢便在中试平台首次试制成功。38天后，这项成果在河钢集团唐钢公司完成了工业化转产，顺利生产出1.4毫米和1.6毫米厚的成品钢材。

　　这一成果，不仅满足了该车企对极致轻量化和超高安全性的追求，更实现了国际首发。2025年，该技术入选“世界钢铁工业十大技术要闻”。

　　“研发推进如此顺畅、转化周期如此短，中试平台功不可没。”刘毅坦言，如果缺少这套中试体系，这类超高难度新材料研发只能直接占用大型量产产线摸索调试，综合成本直线上升。但借助中试平台的全套小型试验装备，研发人员可低成本、高频次开展工艺试错与参数迭代，每一组工艺参数都能即时调试、快速验证，大幅压缩了研发时间，也规避了量产阶段的各类风险。

　　这些优势，是靠什么实现的？

　　6月15日，记者走进中试试验中心，在一台50公斤真空感应炉旁，看到了几块银亮的钢锭。这些钢锭都是感应炉炼出来的试验材料，长宽各15厘米，高20厘米，每块四十多公斤。

　　“中试平台的小体量试验装备，把试错成本压缩到了极致。”张福利说，在这里，每一块试验钢锭的熔炼成本仅数百元，但要在真正的大生产线上，一炉动辄200吨，仅原料、能耗、人工成本就要几十万甚至上百万元。

　　“实验室技术、理论配方是基础，但真正稳定落地量产、适配终端工况，还需要构建成熟工艺支撑。”刘毅坦言，钢铁新材料研发存在试错成本高昂、工况适配不足等共性难题。正是这些产业化路上的“拦路虎”，让高端新材料研发周期拉长、创新风险攀升。

　　着眼破解这些行业困境，绿色低碳先进金属材料中试平台打造全链条试验验证能力，不仅让小体量试验替代了大产线冒险，也让那些曾经不敢试、试不起的高端材料，找到了从研发到量产的可行路径。

　　在河钢材料技术展馆，一辆色彩分明的“半剖”汽车模型极具辨识度，不同配色直观区分出各类车身用材的性能优势。其中，厚度仅0.6毫米的橘红色车身前盖格外吸睛。

　　“这是我们研发的高强度双相钢外板，目前已经在某车企上车试用了。”刘毅解释，如今，电动汽车为了提升续航，持续提高对车身轻量化的要求，车门、顶盖、机罩外板等车身外覆盖件成为轻量化重点。以前，这些零件大多采用厚度0.65毫米左右的传统软钢。但出于减重需要，某车企希望把车身外板材料进一步变薄，减到0.6毫米甚至0.55毫米。

　　看似只是减薄一点点，挑战却成倍放大。

　　“材料变薄后，强度和抗凹性就成了大问题。”刘毅解释，这样的话软钢无法胜任，于是研发团队将目光转向具有更高初始屈服强度和更高抗拉强度的双相钢。

　　然而，双相钢的应用同样需要克服诸多难题。双相钢里添加了硅、锰等强化元素，在热镀锌时，这些元素容易氧化，在钢板表面形成瑕疵。此外，双相钢强度高，但塑性差，冲压成复杂的车门造型时，非常容易开裂。

　　针对技术瓶颈，研发团队依托平台专属试验设备开展精准攻关。

　　“我们在实验室里，用热镀锌模拟实验机，精准模拟了不同温度、不同露点下的镀锌工艺，锁定了最优镀锌工艺方案。”河钢材料技术研究院用户技术中心技术员杨婷说，同时，团队利用回弹试验机、抗凹试验机等高端设备，彻底摸透了这种新材料的性能极限，建立了精确的材料数据模型。

　　就这样，借助一系列中试试验，双相钢研发顺利打通全部工艺堵点，各项性能指标达到量产标准。数据显示，将车身外板换成500兆帕级的双相钢，仅车身覆盖件部分就能减重7.6%。

　　解决了材料本身的性能，平台又进一步通过离线仿真技术，提前模拟出在新材料、新厚度下，车企冲压模具的调整方案，大大压缩了车企应用生产环节的试错成本和周期。

　　从提供一块钢，到提供一套材料性能数据包和工艺解决方案，平台以“小试”替代“大干”，成为打通研发与量产之间瓶颈的重要支撑。

　　6月18日，在绿色低碳先进金属材料中试平台中试试验中心，技术人员正在操作热镀锌模拟试验机。 刘子铜摄

　　破解新材料“卡脖子”难题

　　在中试试验中心，每台设备前都立着两块醒目的牌子，一块介绍设备的性能参数，另一块则记录着典型业绩。

　　“这两项成果均为国内首发，填补了高端机器人核心零部件用钢的技术空白。”站在500公斤真空感应炉的典型业绩牌子前，张福利指着榜单最上方的精密机器人RV减速器摆线轮、曲柄轴两项成果说。

　　2023年，为摆脱工业机器人生产对国外进口核心齿轮钢的依赖，下游客户向河钢提出了以上钢种需求。

　　“当时，国产齿轮钢与国外进口产品在洁净度、组织均匀性、晶粒度等关键指标上存在明显差距。”刘毅说，这类高端特种用材属于专业领域刚需材料，市场需求量小，但研发精度要求极高、工艺迭代难度大，这也是国内高端零部件产业普遍面临的行业痛点。

　　然而，这样一个技术难度大、研发精度高的棘手订单，却在绿色低碳先进金属材料中试平台得到了完美解决。

　　刘毅介绍，与只能出几公斤样品的纯实验室设备不同，该中试平台的很多设备都具备小批量生产能力。这个量级，恰好填补了“实验室公斤级”与“量产千吨级”之间的市场空白。针对客户的需求，研发团队利用中试平台的500公斤真空感应炉，反复优化成分与工艺后，成功研发出满足要求的钢种，并一次性提供约50吨产品。

　　2025年1月，该成果在河钢集团石钢公司实现首批量产，吨钢售价近万元，较常规型号钢材提高30%售价。同年12月，量产材通过客户认证。目前，相关产品已在多家下游客户实现批量应用，累计供货近万吨。

　　破解“卡脖子”难题，不能只靠单打独斗，更需要汇聚行业合力，攻克行业共性技术壁垒。

　　在特种钢生产中，稀土钢在连铸时水口易结瘤是一个长期困扰行业的“顽疾”，这使稀土钢无法实现稳定生产，往往生产几炉就不得不停机清理。

　　如今，依托绿色低碳先进金属材料中试平台，十余家高校、科研院所联合开展的国家级重点新材料研发专项研究，顺利攻克了这一难题。

　　刘毅介绍，通过共享扫描电子显微镜、材料力学性能试验机等设备，团队完成了稀土钢夹杂物分析、接触疲劳性能测试等关键实验，该项目实现了轴承钢夹杂物DS最大尺寸＜15μm、接触疲劳寿命L10≥3×10⁷的技术突破，连浇规模达1000吨级，年产能可提升至500万吨，推动我国特种钢技术达到国际领先水平。

　　从单一企业的小批量定制到多单位协同的行业攻关，绿色低碳先进金属材料中试平台的共享价值正在被越来越多的创新主体所认可。

　　作为河北省大型科研仪器设备资源开放共享服务平台的重要组成部分，该中试平台在满足公司研发需求的同时充分对外开放共享，近三年服务科研院所、高校、科技企业40余家，提供技术服务合同金额近200万元。

　　目前该平台正在加快中试全链条数字化升级，搭建工艺数据库、失效案例库、材料性能数据库，接入工业互联网与材料仿真大模型，推进“钢铁+大模型”在中试验证落地，降低实物中试频次与研发成本。

　　未来在新材料拓展方面，平台将重点布局轻量化金属材料、镍基钴基合金、钒钛新材料等方向。同时，持续深耕全链条氢冶金迭代技术、废钢绿色再生冶炼、低能耗轧制工艺新技术等方向。

　　“我们的目标，是让这座‘共享加速器’不仅服务于河钢，更服务于整个行业，让更多‘卡脖子’材料在这里找到破解之路。”刘毅说。（文/河北日报记者 周聪聪）