该项技术适用于板卷、棒线、轨梁、高线、有色等大中型冶金企业，基于工业互联网及大数据平台，可实现从数据感知到数据转换，再到信息提取和认知，最终实现智慧决策和资源的优化配置，进而解决多类工业设备接入、多源工业数据集成、数据管理与处理、数据建模分析、应用创新与集成、知识积累迭代实现等一系列问题，该系统解决全流程协调运作、数据信息及时传递、数据与生产紧密结合、用户需求与生产承接的问题，有利于生产管理综合平衡职能的发挥。经过了多代的技术革新，已经实现15套以上大中型冶金企业全流程业绩，数据接入覆盖完整流程主流设备和电气厂商的通讯协议，伴随着项目的实施，形成了工业互联网及大数据平台相关的软件著作群，具有完全的自主知识产权。

本项目所属学科为钢铁材料加工制造工艺领域，涉及材料、冶金、材料加工学科。 双相不锈钢具有高铬、高钼、含氮的成分特点和双相组织特点，赋予其较高的屈服强度和优良的耐腐蚀性能，是我国国家战略新兴产业的不可或缺的重要钢类，但其制造难度较大，高端产品长期依赖进口。 油气输送、海洋工程及船舶、石油炼化、环保工程等高端装备对双相不锈钢无缝管耐腐蚀性能和低温冲击韧性等关系到材料及装备安全和寿命的重要指标提出较高要求，与此同时，项目初期国内不能制备φ≥450mm大口径双相不锈钢无缝管，成为严重制约我国高端装备发展和制造的瓶颈。 申报团队依托国家转型升级强基工程项目，历经十二年，实现了高端装备用双相不锈钢“两相平衡设计-高纯净度冶炼及浇注-热穿孔-冷轧-均温快冷热处理组织控制”全链条关键技术突破，并实现了装备自主集成创新。主要创新点如下： （1）开发了高纯净、高致密双相不锈钢管坯制备技术，实现了系列钢种的相比例和耐蚀性平衡设计、全氧含量≤25ppm的低氧控制、φ≥247mm铸锭中心缩孔消除、窄温度区间锻造工艺控制。 （2）发现了双相不锈钢热穿孔温度敏感特性，推荐了兼顾耐点蚀性能和热穿孔性能的氮含量控制范围，开发了热穿孔温度-转速协同控制技术，利用自主集成的φ55mm～φ720mm组距热穿孔装备，制备了φ610mm双相不锈钢荒管。 （3）开发了基于窄区间保温-均匀加热-快速冷却的双相不锈钢组织控制技术，利用独有的φ≥200mm管材固溶、冷却装备，实现了全系列双相不锈钢无缝管的点腐蚀率稳定≤3.5mdd（指标≤10mdd）、-46℃Akv稳定≥100J（指标≥45J）。 项目开发的系列双相不锈钢无缝管，已应用于国内外油气输送、海洋工程及船舶、石油炼化、环保工程等高端装备领域的167个项目，产品实物性能达到或优于国外同类产品。近三年累计销售额7.32亿元，新增利税1.68亿元，经济和社会效益显著。项目授权专利34项（发明12项）、软件著作权4项，制修订国家标准4项，发表论文13篇。 经与国外先进企业实物性能和生产能力对比，项目形成的成果总体达到国际先进水平，其中，项目开发的大口径、抗低温冲击、耐点腐蚀冷轧双相不锈钢无缝管达到国际领先水平。项目的研制成功，为我国高端装备自主化和“走出去”战略提供了材料保障，带动了我国高精尖、高附加值不锈钢无缝管整体技术水平和制造能力的提升。

通过开发CSP过程控制系统在线改造关键技术，实现了多品规轧制和产品厚度、板形、温度、性能等指标的高精度控制，并成功进行示范应用，主要研究内容和创新性如下： （1）基于工况动态感知的辊底式隧道加热炉智能燃烧系统。通过建立考虑氧化铁皮及上下表面换热差异的多维快速板坯温度场在线预报模型、基于工况动态感知技术和改进精英策略的遗传算法板坯最佳升温曲线模型、板坯加热质量及隧道炉能效评估智能决策模型，集成了CSP隧道炉智能燃烧系统，实现了加热质量、能耗等指标的整体优化，大幅提升了板坯温度的FET、模型、同板差、同炉坯间差、交叉坯间差命中率，自动烧钢率由0%提高到90%以上，能耗下降19%以上。 （2）适应CSP流程的高精度轧制过程控制模型。通过建立基于相变动力学和位错密度理论的两相区轧制统一变形抗力模型、基于自学习参数动态分区拟合算法和自学习速度在线优化算法的多种自学习策略模型、基于物理冶金和工业数据混合驱动的组织性能在线预报及工艺优化模型，满足了多品规、双流交叉、品规快速过渡的高精度轧制需求，厚度、FDT、CT的命中率分别由97.57%、93.83%、87.34%提高至99.60%、98.10%、97.87%，碳钢产品实现了“免取样”。 （3）兼顾全幅宽和多目标的板形综合控制技术。在开发边部变凸度工作辊辊形及其控制技术、考虑温度-相变-应力多场耦合的全幅宽机架间板形传递模型的基础上，集成上下游机架多辊形灵活配置策略及下游机架变参数异步窜辊策略的、兼顾多目标的板形成套控制系统，实现了全幅宽板形与轧制稳定性的协同控制，凸度C40、平坦度命中率分别由98.46%、96.64%提高到99.08%、99.80%，且凸度C25命中率能达95.97%，薄规格生产能力由2.00mm扩展至1.20mm。 （4）基于数据网关的过程控制系统在线升级改造技术。通过开发基于数据网关的新老系统并行调试技术、基于通信中间件的高性能电文实时解析与分发技术、功能模块级别的系统无缝双向一键软切换技术和采用自主研发的中间件平台和模块化设计方法，搭建了具有开放、可配置、免维护等特点的、稳定可靠的过程控制系统，实现了低风险的、无需专门停机时间的过程控制系统在线改造。

整车涂装作为汽车制造环节中最大的污染环节之一，汽车工业界提出，到2030年，将VOC排放量降低70%。 免中涂工艺完全取消了中涂线全部工序，能耗和制造成本大幅度降低。预计到2015年底，在中国建成的各种先进的紧凑型涂装工艺生产线达到20条。采用水性涂料的涂装线的数量达到50条以上，产能达到千万辆以上。 与传统涂装工艺相比，新的环保涂装工艺使漆膜厚度减薄，漆膜流动性增大，使得漆膜对钢板表面缺陷和表面波纹的遮盖力减弱，涂漆外观质量下降，在同等条件下，涂漆外观质量下降，表面鲜映性难以达到汽车外板要求。 项目的主要研究内容有： （1）研究了锌锅内部锌液的流动、炉鼻子内部锌液流动规律以及炉鼻子内部气体流动规律，提出了抑制锌锭附近低温旋涡、提高炉鼻子内部温度均匀以及改造炉鼻子锌灰泵结构的控制措施，抑制了炉鼻子内部锌液表面锌灰形成，使得百米锌渣数大幅度降低80%以上。 （2）研究了涂装后表面鲜映性指标与钢板表面轮廓参数的对应关系，提出了优化光整辊磨削工艺消除粗糙度与波纹度相关性的工艺路线，在不改变粗糙度的情况下降低镀锌外板表面波纹度，实现波纹度Wa1-5的平均值减少50%。 （3）研究了薄钢板成形过程中的表面波纹度轮廓演变过程，提出了薄板表层析出物梯度分布的控制措施，通过冶金、热处理和光整轧制工艺措施优化，实现成形后的表面波纹度指标显著降低； 项目的创新点主要有： （1）首次开发了提高汽车用钢板在免中涂工艺下涂装鲜映性的完整解决方案，形成了高鲜映性系列汽车用钢板及“零”缺陷热镀锌板表面质量控制设备，突破了免中涂工艺下高鲜映性汽车外板生产和应用瓶颈，成功应用于国内汽车主机厂的免中涂绿色涂装产线。 （2）首次揭示了成形过程中表面波纹度演变与表层晶粒取向的关系，形成了以表层织构控制为核心的全流程关键工艺成套控制技术，实现变形5%时的表面波纹度指标Wa1-5不超过0.35微米，免中涂涂装后鲜映性指标DOI达到88以上 （3）首次提出Wa1-5波纹度参数及其测量方法，通过均匀快速磨辊技术降低了表面粗糙度参数与波纹度参数的相关性，攻克了粗糙度与波纹度协同控制的矛盾，实现钢板表面Wa1-5平均值从0.50微米降低到0.25微米 ，同时保证粗糙度不低于1.0微米。 （4）首创了低加热功率锌锅分区热流控制设备，集成开发了锌灰锌渣抑制清除设备，突破了热镀锌汽车外板表面细微点状缺陷的控制瓶颈。

本成果针对铁路高速化和重载化发展背景下带来的安全化和长寿化问题，开发了高速和重载钢轨用钢洁净化、均质化和细晶化相关冶金关键技术，为高速轨和重载轨性能提升和安全性提供保障。主要创新点为： （1）基于硅铁和硅钙钡合金中铝和钙元素的洁净度水平，开发了硅钙钡-硅铁合金精准化高效复合脱氧技术，将高速轨和重载轨用钢中总氧含量降低至6.1 ppm的领先水平，显著提升钢轨洁净度。 （2）开发了高洁净钢轨钢中非金属夹杂物精准成分控制技术，突破性提出了非金属夹杂物半液态化的精准成分控制策略，并通过精炼渣和合金成分的协同控制、钢包软吹过程强吹氩搅拌，实现了钢液中大颗粒低熔点非金属夹杂物的有效上浮去除，将大尺寸非金属夹杂物引起的钢轨探伤不合格率降低至0.1%。 （3）开发了大方坯结晶器弱电磁搅拌和末端轻压下协同均质化技术，打破了结晶器强电磁搅拌改善连铸坯元素偏析的传统认识，解决了高速轨和重载轨用钢的大方坯中心偏析和1/4偏析的关键难题，钢轨偏析率降低至1.03%。 （4）开发了高均匀钢轨钢连铸坯控温缓冷技术，首次构建钢轨用钢连铸坯控温缓冷平台，将钢中氢元素的大幅度极限脱除至0.6ppm，有效防止氢致缺陷的产生。 （5）开发了稀土处理钢轨钢性能提升集成关键技术，采用稀土铁合金的稀土加入工艺提升了稀土收得率，显著细化非金属夹杂物尺寸和凝固组织，提升钢轨的综合性能，实现了稀土钢轨的规模化生产。 该成果出版学术专著4部，已获授权专利14项，发表学术论文47篇。该成果实现了包钢高速钢轨和重载钢轨的洁净化和均质化生产，促进了我国铁路钢轨的安全化和长寿化发展，产品广泛应用于“京雄高铁”为代表的高速铁路和“大秦线”为代表的重载铁路，经济效益和社会效益巨大，具有良好的应用前景。

项目通过湖南华菱涟源钢铁有限公司和东北大学、钢铁研究总院的协同攻关合作，成功解决了600-900MPa级铁素体基体大析出强化型系列高强度低应力结构用热轧钢板和900-1300MPa级超高强度结构用调制钢板的组织-性能-内应力一体化协同控制、焊接、成型和切割加工等系列应用技术，并在国内中联重科、三一重工、柳州重工和徐工的大型工程机械装备起重机和泵送机械上实现应用，性能达到或超过世界同级别产品的先进水平。

　　一、科学目标 　　阐明电磁场影响金属材料凝固温度点变化本质和内在机制及其对金属材料形核影响规律；在深入认识和掌握热电磁力和热电磁对流生成机制及其对凝固组织和偏析影响机理的基础上，建立热、电、磁、力协同作用下凝固组织和偏析演变模型；提出电磁场与温度场等协同控制凝固组织和偏析，以及电磁场控制应力作用下固态相变制备织构材料等技术原理；为提高我国高品质金属材料的生产水平提供理论和技术基础。 　　二、研究内容 　　（一）电磁场下相变形核机理。 　　研究电磁场下合金材料的凝固过冷行为和电磁场对材料过冷度的影响规律；研究电磁场对界面能的影响规律和电磁场下微结构演化规律，建立合金界面能与电磁场强度间的关系；研究电磁场下液-固、固-固、气-固转变形核机制，建立电磁场下凝固结晶分子动力学模型。 　　（二）电磁场下冶金相变动力学。 　　研究电磁场作用下原子扩散规律，并揭示其微观机制和建立基本模型；研究电磁场作用下相变过程位错和晶界生成和运动行为，建立电磁场与位错运动等的关系；研究电磁场下冶金相变速率变化规律、晶体长大行为及形貌演变、溶质分布规律，建立电磁场下晶体生长基本模型。提出电磁场下凝固组织和偏析控制方法和原理。 　　（三）热、电、磁、应力协同作用下相变界面行为与组织形态演变规律。 　　研究热、电、磁协同作用下凝固多尺度流动与溶质传输规律，及其对凝固枝晶形态等的影响规律并建立相应模型；研究热、电、磁协同作用下两相区及凝固组织演化规律；建立凝固两相区、晶粒组织和偏析变化模型；研究电磁场和应力共同作用时固-固转变界面行为及组织演化规律并建立相应模型。提出电磁场控制金属材料组织的新技术原理。 　　三、申请注意事项 　　（一）申请书的附注说明选择“电磁场作用下的冶金相变机理” ，申请代码1选择E0418（以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理）。 　　（二）申请人申请的直接费用预算不得超过1500万元/项（含1500万元/项）。 　　（三）本项目由工程与材料科学部负责受理。