以“新一代鋼鐵材料的重大基礎(chǔ)研究”“超超臨界火電機組鋼管創(chuàng)新研制與應(yīng)用”和“壓水堆核電站核島主設(shè)備用鋼關(guān)鍵技術(shù)”為代表的技術(shù)開發(fā)工作，為鋼鐵工業(yè)技術(shù)進步及國民經(jīng)濟發(fā)展作出了突出的貢獻。
一、新一代鋼鐵材料的重大基礎(chǔ)研究
“新一代鋼鐵材料的重大基礎(chǔ)研究”作為國家首批“973計劃”項目。翁宇慶院士帶領(lǐng)團隊通過晶粒細化和潔凈化提高微合金鋼的強度和韌性開展了基礎(chǔ)研究，研究發(fā)現(xiàn)了奧氏體熱變形可以誘導(dǎo)（強化）鐵素體相變（DIFT），提出了形變誘導(dǎo)鐵素體相變理論；分析了厚板坯連鑄連軋工藝中出現(xiàn)納米尺寸析出物促進超細晶現(xiàn)象，對貝氏體鋼提出了形變誘導(dǎo)析出和中溫轉(zhuǎn)變控制理論；對高強度合金結(jié)構(gòu)鋼移除了抗延遲斷裂理論。工藝技術(shù)上介紹了實現(xiàn)超細品鋼強韌性的相應(yīng)工藝，如超細鋼的化學(xué)冶金、凝固冶金、電磁冶金、焊接技術(shù)等。該項目2004年榮獲國家科技進步獎一等獎。
為了解決鋼鐵材料在高強度條件下獲得優(yōu)異塑性和韌性問題，董瀚教授帶領(lǐng)團隊提出了“高性能鋼的M3組織調(diào)控理論和技術(shù)”，闡明了M3組織強化和韌塑化機理，解決了強度提高導(dǎo)致塑性和韌性下降的問題。通過研究亞穩(wěn)奧氏體在變形過程中的演變規(guī)律，發(fā)現(xiàn)隨亞穩(wěn)奧氏體含量提高和穩(wěn)定性降低，材料動態(tài)加工硬化率逐步提高，推遲了頸縮產(chǎn)生，大幅提升了塑性和抗拉強度，從而明確了亞穩(wěn)奧氏體含量與穩(wěn)定性是強塑積調(diào)控的關(guān)鍵因素，為高強塑積第三代汽車鋼研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)；基于界面增強和增韌原理，提出通過調(diào)控層狀超薄奧氏體及其相變后形成的超薄馬氏體板條塊，能夠同時提高強度和韌性，為屈服強度1000兆帕級、沖擊功200焦低合金鋼研發(fā)指明了方向。
在該項目M3組織調(diào)控及強韌塑化機理研究基礎(chǔ)上，創(chuàng)新發(fā)明了高強塑積第三代汽車鋼和新一代高強高韌塑性低合金鋼，實現(xiàn)了在汽車、管線、橋梁等領(lǐng)域的應(yīng)用。該項目研發(fā)成果創(chuàng)新發(fā)展了鋼鐵物理冶金理論，為未來高性能鋼鐵材料研發(fā)提供理論指導(dǎo)。
2018年“基于M3組織調(diào)控的鋼鐵材料基礎(chǔ)理論研究與高性能鋼技術(shù)”獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。
二、超超臨界火電機組鋼管創(chuàng)新研制與應(yīng)用
600℃超超臨界技術(shù)是迄今世界最先進商用燃煤發(fā)電技術(shù)，其研發(fā)瓶頸是25Cr、18Cr和9Cr高壓鍋爐管。主要技術(shù)難點：1. 我國不掌握材料成分最佳配比和生產(chǎn)過程控制技術(shù)； 2. 國外25Cr管高溫持久強度低、韌性差，18Cr管晶間腐蝕傾向嚴重、抗蒸汽腐蝕性能差，9Cr管含δ鐵素體，持久強度低，這是世界性題
鋼鐵研究總院劉正東院士帶領(lǐng)團隊經(jīng)二十余年研究和實踐，通過半定量化解構(gòu)強韌化機制研究，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵元素在高溫加力長時過程中隨強韌化單元變化規(guī)律，建立其固溶度積和熱力學(xué)曲線，豐富和發(fā)展了耐熱鋼“多元素復(fù)合強化”設(shè)計理論；提出服役環(huán)境下優(yōu)先失穩(wěn)源問題和耐熱材料的“選擇性強化”設(shè)計觀點，為耐熱材料最佳成分范圍確定和生產(chǎn)工藝研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)；突破了通過適度粗晶和強化晶界兼顧持久強度及抗蒸汽氧化性能關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)1250℃控溫控冷工藝調(diào)控析出相和晶粒尺寸；發(fā)現(xiàn)晶界碳化物粗化機理并利用硼晶界偏聚減緩其粗化速率，解決了持久強度和抗氧化難以兼顧難題，形成耐熱鋼管成套制造技術(shù)集成。
鋼鐵研究總院研發(fā)了高強韌25Cr鋼管成套生產(chǎn)技術(shù)，使持久強度提高的同時韌性提高3倍；確定了18Cr鋼管窄成分范圍和7～8級晶粒度控制方法，在保持持久強度和抗氧化性能的同時消除了晶間腐蝕；研發(fā)了9Cr鋼管無δ鐵素體成套技術(shù)，打破國外產(chǎn)品壟斷，十余年間國產(chǎn)高壓鍋爐管國內(nèi)市場占有率從27％躍升到86％、國外市場占有率從無到25％，徹底改變了世界耐熱鋼管市場格局，使我國電站耐熱鋼管采購費降低45％，電站單位造價降低20％。至2016年底，我國已建600℃電站約200吉瓦（占全球90％以上），節(jié)煤減排效果非常顯著，中國已成為燃煤發(fā)電技術(shù)領(lǐng)先的國家。
鋼鐵研究總院自主研發(fā)了低合金耐熱鋼G102、馬氏體耐熱鋼G115?、耐熱合金C-HRA-1?、C-HRA-2?和C-HRA-3?等，成功建立了630～700℃超超臨界燃煤鍋爐管耐熱材料體系，并完成了電站鍋爐建設(shè)所需上述新耐熱材料全部尺寸規(guī)格鍋爐管的工業(yè)制造。
三、壓水堆核電站核島主設(shè)備用鋼關(guān)鍵技術(shù)
壓水堆是核電主體，我國已建56臺核電機組中53臺為壓水堆。世界最先進第三代壓水堆首堆均在我國建設(shè)，其高安全、長壽期、大型一體化設(shè)計對核島主設(shè)備（包括壓力容器、蒸發(fā)器、主管道、傳熱管等）材料技術(shù)提出前所未有挑戰(zhàn)，其成分優(yōu)化和制造工藝是世界性工程科技難題。
經(jīng)長期探索和工程實踐，鋼鐵研究總院發(fā)現(xiàn)影響核島大鍛件韌性和退火后強韌性的本質(zhì)因素，突破300～600噸級鋼錠超大鍛件韌性提升和退火后強韌性優(yōu)化匹配控制關(guān)鍵技術(shù)，確定了滿足安全、長壽、大型一體化核島超大鍛件綜合性能要求的極窄成分范圍。研究冶煉一澆注新方法，改善了大鋼錠偏析和夾雜，自主研制超大特厚異形大鍛件研究專用裝置，建立制造過程熱-力-組織-性能對應(yīng)關(guān)系，解決了鍛造開裂、晶粒控制和性能均衡提升難題，形成核島主設(shè)備材料成套生產(chǎn)技術(shù)集成。
鋼鐵研究總院成功研制壓力容器和蒸發(fā)器全套508-3鋼大鍛件、世界首批異型整鍛316LN不銹鋼主管道大鍛件、世界首批堆內(nèi)F6NM鋼壓緊彈簧環(huán)鍛件和690合金U型傳熱管等，保障了先進三代壓水堆核電首堆建設(shè)，國內(nèi)市場占有率從零躍升到90％以上，主導(dǎo)了我國核島主設(shè)備材料市場定價權(quán)，使其采購價降低60％，核電工程單位造價降低30％，全面實現(xiàn)了壓水堆核島主設(shè)備材料技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，推進我國成為世界核電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)中心。
