热轧是钢铁生产的核心工序，是钢铁工业整体水平的标志。随着装备不断向着大型化、轻量化和特种用途方向发展，更高级别和特种用途钢板的研制开发成为主流。例如，国产化1000MPa水电用钢已迫在眉睫。同时，极薄2mm级、特厚300mm级、超宽5m级特种钢板及异型高强钢工件热处理性能均匀性差、淬火畸变大、可加工性差，已成为钢铁工业急需解决的关键问题。
总之，制造业转型升级对钢材性能提出了前所未有的严苛要求，推动着我国热轧钢材质量向更高层次发展。而国家对制造业数字化转型的战略需求，使钢铁行业对产品高质化、工艺绿色化和装备智能化的发展有了更深层次的认识和目标。我国通过多年的努力，目前大多数钢种已经实现自主保障，有些钢种甚至达到了国际领先水平。在钢铁材料生产和性能控制方面，积累了大量理论和实验数据并对钢铁材料的强韧化机理有了深刻认识。因此，自主研发并突破关键核心生产技术以及重大装备，以更好满足我国重大工程建设领域的需求，是非常必要的也是完全可行的。
东北大学在先进钢铁材料开发方面具备雄厚的基础研究实力，前期研发成果获得国家科学技术进步奖二等奖3项，省部级科学技术奖特等奖1项、一等奖14项；获得国家发明专利140件、出版专著25部、两次入选世界钢铁工业十大技术要闻；牵头制定国家标准2项、团体标准2项。
东北大学自主研发的钢板热处理加热及淬火工艺技术与装备解决了制约我国特种板带钢热处理核心工艺与装备难题，保障了海工、能源化工、水电核电、工程机械、国防军工等特种板带钢国产化。目前，该装备技术国内市场占有率73%，生产的调质/固溶钢板占国内总产量70%以上。已经研制成功屈服强度700-1300MPa超高强度结构钢板和NM300-NM600耐磨钢板，形成两大类28个牌号。
坚持实验室装备研制与工艺开发为工业产线设计、中试/产业化生产服务的方针，贯彻“产学研”相结合的基本原则，在实验室条件下开展关键单体设备的设计、研制、制造以及共性技术开发，建设综合实验研究平台，实现单体装备与技术的系统集成和再开发。针对工业化生产流程，完成组织性能控制为核心的制造流程和关键工艺的优化设计，形成新一代低成本、高效率、环境友好的工艺技术、装备及产品创新（图1）。研究聚焦于以下三点关键技术：1）基于生产数据，开发出热轧钢材综合质量一体化控制、高强韧性TMCP及热轧Q&P等创新性工艺技术；2）以数字化转型为契机，开发出轧后均匀高效冷却、重大热处理及在线固溶等重大装备；3）在工艺技术和装备创新的基础上，研发出吉帕级高强钢、高端轴承钢与钢轨、大厚度钢板及新型极低温用钢，并在我国重大工程建设中全面应用。
本方向围绕一体化TMCP、超快速冷却、离线热处理全工序开展一体化热轧工艺创新研究（图2），具体内容如下。
4.1 热轧钢材综合质量一体化控制
1）多源、异构、多模态数据信息特征提取与深度挖掘。开发聚类分析、关联分析、模式识别、神经网络、深度学习等数据挖掘算法，建立关联数据特征信息。
2）热轧生产过程“形性一体化”高保真动态数字孪生。开发高维度、规模化数据的深度学习方法，建立特征参数数据权重影响关系，基于工业大数据，构建热轧过程“形性一体化”高保真动态数字孪生。
3）热轧钢材创新基础设施构建与应用。依托典型工业产线，进行热轧钢材创新基础设施的工业示范应用，根据应用结果进一步迭代并完善系统架构及信息处理与智能优化功能，最终实现热轧钢材综合质量一体化控制。
4.2 轧后均匀高效冷却及重大热处理及在线固溶工艺技术与装备
1）金属材料高效冷却传热机理与传热模型。研究瞬态、稳态、连续转变条件下金属材料三维阵列射流结构、换热形式和换热区分布规律，揭示表面热流密度、厚向温度梯度、温度遗传效应等因素对心部冷速的影响规律。
2）极限规格板带钢、异型金属热处理装备技术。开发“纳米冷却剂+多束阵列射流淬火+变周期淬火”的板带材连续冷却-热处理工艺方法，实现矩形管、刀板、履带加工件等工程机械专用特种工件低畸变热处理，满足行业需求。
3）金属板带材热处理智能化控制系统。开发基于复杂环境识别的视觉模型和虚拟现实技术，研制基于信息物理融合的高精度在线轮廓三维扫描仪，实现形状三维重构、板形缺陷判断和上下游工艺闭环控制。
4.3 高端热轧产品开发与工程应用
1）时速600公里磁悬浮列车轨道导向板用软磁钢厚板。基于热力学理论、相变理论、强韧化理论等开展化学成分设计，形成热轧、冷却、热处理一整套原型工艺技术，在我国超高速磁悬浮交通领域探索实现重大工程应用。
2）800MPa级系列海洋柔性管用抗H2S应力腐蚀用钢。优化设计海洋柔性管用钢的化学成分体系和热轧工艺，在国内高水平高速线材生产线及异型钢冷轧-热处理产线实现工业化生产，系列产品在典型海上石油工程上应用。
3）吉帕级工程机械用钢。研究1400MPa和1500MPa工程机械用钢的合金成分设计及控制原理，实现新型吉帕级工程机械用钢的工业化生产和示范应用。
4）船用高止裂韧度特厚钢。建立大厚度止裂钢合金成分体系并开发相变时序控制、织构控制、温控-形变耦合高渗透性轧制等核心关键制造技术，提高止裂钢生产效率。
5）高强中厚板产品绿色化制备技术及工程化应用。研究连铸坯化学成分、偏析程度及冷却方式对氢分布的影响规律及机理，开发Q690及X80管线钢典型厚度规格产品并应用于国内重点工程建设。
◆ 2023年：实现多模态工业数据的准确识别和生产数据集的建立；建立高精度、自适应以及高效率的图像处理及板形识别模型；建立微观组织-制备工艺路径-性能之间的关联规律，形成热轧、冷却、热处理一整套原型工艺技术，建立材料的结构功能一体化调控理论。
◆ 2024年：开发工业大数据驱动结合机器学习的智能优化理论与策略，建立轧制过程不同物理冶金学现象间相互耦合的映射关系；开发热处理高效、高均匀性、高精度控制新工艺技术，完成高等级、极限规格板/带/管材在线、离线热处理先进装备研发及工业应用；海洋柔性管用钢、船用高止裂韧度特厚钢及时速600公里磁悬浮列车轨道导向板用软磁钢厚板工业生产及应用；开发Q690高强工程机械用钢并工业化生产及应用。
◆ 2025年：构建高保真热轧过程数字孪生体；开发出热轧全流程工艺参数协调优化策略并工业示范应用，实现热轧过程综合质量一体化控制；稳定实现极限规格特种钢带钢及异型高强钢工件高质量热处理，满足重点领域需求；低合金高强钢成分优化、免RH铸坯质量控制与TMCP生产技术开发，工业化生产及应用；X80管线钢低内应力高效轧制技术开发。
通过上述工作的持续优化，主要技术与经济指标达到国际领先水平：
1）研制首台套高效在线冷却及热处理装备，建立示范产线；
2） 2mm级高强钢板淬火平直度4-5mm/m；
3） 300mm级钢板热处理断面性能均匀性6%-8%；
4）开发出吉帕级高强钢、深冷用钢、轴承钢、高止裂船板钢等产品并在工程建设中实际应用。
