近日，邯钢公司技术研发人员在电镜室对产品进行夹杂物检测分析。
8月28日上午，河钢集团邯钢公司技术中心扫描电镜室内，重轨研发中心正高级工程师郭朝军正在进行高速轨的夹杂物检测分析工作。他指着屏幕上的一组图像对记者说：“这类尺寸小于5微米的非金属夹杂物，对高速轨性能影响微乎其微，完全符合我们百米高速轨的质量标准。”
这看似简单的精准检测背后，是产学研团队历经十余年协同攻关取得的重大突破。团队攻克了钢中非金属夹杂物精准控制这一关键技术难题。
这项成果由北京科技大学、北方工业大学、首钢集团有限公司、江阴兴澄特种钢铁有限公司、中国第一重型机械股份公司、河钢集团邯钢公司、上海梅山钢铁股份有限公司共7家单位联合完成，项目名称为“先进制造用高品质钢洁净化制备关键技术开发与应用”。2026年7月，该项目荣获国家科学技术进步奖二等奖。
非金属夹杂物是长期制约高端钢材品质升级的“卡脖子”问题。“在影响钢产品质量和服役性能的各类难题中，三分之一以上都由夹杂物引发。”郭朝军打了个形象的比方，“它就像人体血管里的血栓，常态下难以察觉、看似无害，实则危害甚大。当钢材应用在极端压力、剧烈冲击、严苛辐射等特殊工况下，这些微小夹杂物就会成为裂纹滋生的起点，极易引发钢材断裂，甚至造成灾难性后果。”
正因如此，钢中非金属夹杂物的精准控制成为世界性难题。它难在三个方面：数量近极限，去除困难大；成分定制化改性难度高；全流程预报和控制精度低。很长一段时间里，我国的高速轨、高端轴承钢、核电用钢、水电用钢等关键材料只能依赖进口。
有一件事，郭朝军至今难忘。多年前他赴德国考察，当地某菜刀品牌为其一款产品提出这样的营销理念——“每卖出一把刀，就意味着失去一位客户”，因为造刀的钢材洁净度极高，足以使用极长的时间。而当时国产钢材的洁净度与之相差甚远，用上二三十年就会出现刃口失效。“为什么德国菜刀能用百年，我们却不能？”这把印证着技术差距的菜刀，深深扎在钢铁科研人的心里。
必须攻克这道难关，将高端产品的洁净度提上去。
2015年，由时任北京科技大学冶金学院院长张立峰教授主持，北京科技大学、邯钢等多家单位联合组成攻关团队，向这个世界性难题发起冲锋。
第一道难关，是理论认知的突破。
传统上，人们对夹杂物的认识停留在“有了就去掉”的被动应对层面。但团队意识到，要想实现“洁净化”，必须从夹杂物的“一生”入手——它是怎么形核的？怎么长大的？在钢水流动中怎么去除的？只有把全周期的规律摸透了，才能找到对付它的办法。
团队成员一头扎进实验室和炼钢车间，从一千多摄氏度的钢水中取样，对其进行分析、建模。钢水从转炉出来，依次经过精炼、连铸、轧制，每一道工序都伴随着夹杂物的演变；要摸清其中的规律，就必须对全流程进行跟踪。作为项目重要参与单位之一，邯钢承担了工业实践的论证分析工作。针对高速轨、汽车板等产品所用的十几种不同钢种，科研人员逐一开展试验，并对每一道工序进行跟踪，每个钢种的工业试验至少需要一个月。此后数年里，他们坚守一线、反复取样，系统采集了海量工艺数据，为完善钢中夹杂物形核、长大、去除的全周期基础理论提供了坚实的数据支撑。
理论突破之后，是更艰巨的技术攻关。
团队将夹杂物的去除拆解成一道道工序、一个个环节，开发出全流程多级去除关键技术。这套技术就像一个多级过滤器，从钢水冶炼的源头开始，层层拦截、步步清除，实现对夹杂物的数量、尺寸的近极限控制。
但仅仅“去除”还不够。有些钢种需要的是“改性”——把有害的夹杂物变成无害的形态。比如铝脱氧钢中常见的氧化铝夹杂物，硬而脆，对钢材性能危害极大。通过向钢水中精准喂入钙线，可将其改造成低熔点的铝酸钙，使其在钢中呈液态球状，不仅无害，反而有利于改善钢材性能。
“钙处理就像炒菜放盐。”郭朝军解释说，钙的喂入量和时机必须拿捏好，加少了夹杂物无法改性，加多了又会产生新的有害夹杂，“钙处理的窗口期很窄，不同钢种对应的‘火候’完全不同。”
团队迎难而上，开发出铝脱氧钢精准钙处理技术。他们通过大量实验与计算机模拟，为不同钢种找到了各自的“黄金配比”和最佳喂入时机。针对无铝脱氧钢，团队又开发出合金化—渣精炼协同改性技术，实现了夹杂物成分的定制化控制。
“每次试验都像在黑暗中摸索。”郭朝军回忆，最初开展产品冶炼试验时，他们想当然地多喂入钙，一个半小时后发现连铸阶段钢的可浇性变得很差，三四百吨产品就此报废，“但科研就是这样，不断试错、不断修正。”反复摸索了两年，他们终于找到了适合不同钢种的配比。
功夫不负有心人。经过多年产学研协同攻关，团队形成了具有自主知识产权的高品质钢洁净化制备关键技术体系，项目共获得授权发明专利41件，其中3件为国际专利。团队还提出了钢洁净度指数，实现了对钢水洁净程度的定量化评价，并完成了对钢中夹杂物数量、尺寸、成分和空间分布的精准控制。
技术成果很快从实验室走向了生产线：在邯钢，该技术已应用于高速轨、汽车板等高端产品的生产；在首钢，则规模化应用于电工钢、汽车板、管线钢等产品。截至目前，项目成果已推广至30余家钢铁企业，覆盖150多个钢种。
依托这项技术生产的高洁净度钢材，最终也走进了大国重器最核心的部位：
在白鹤滩水电站项目中，河钢集团累计研发生产了10万吨钢材，用于水轮机座环、发电机顶盖、控制环等关键部件制造，助力百万千瓦发电机组实现用钢国产化；在核电领域，作为核安全“最后一道屏障”的反应堆压力容器，也用上了国产高品质钢；在新能源汽车驱动电机领域，高牌号电工钢让中国电动汽车的“心脏”跳动得更加有力。
如今，扫描电镜屏幕里那些曾被视作“恶魔”的夹杂物，在郭朝军眼里早已有了清晰的“画像”——尺寸、形态、分布，一切尽在掌握。而这背后，是一群钢铁科研人十几年如一日的坚守，更是中国在高端钢铁领域逐步掌握话语权的奋斗历程。
邯郸新闻传媒中心记者 杨溪 李磊/文 李磊/摄