This paper outlines a high-quality development path for China's steel industry during the 15th Five-Year Plan period, emphasizing the coordinated advancement of high-end, intelligent, and green transformation. It notes that China's share of high-end special steel remains low and calls for AI-empowered materials R&D and breakthroughs in high-purity smelting, alloy strengthening, and microstructure control to upgrade the product value chain. To address process “black boxes” and data silos, it advocates enhanced online sensing, mechanism–data hybrid modeling, digital twins, and unified data standards, creating a digitally-physically integrated and autonomous production paradigm. For green development, breakthroughs are needed in hydrogen metallurgy and electric-arc-furnace short-process scaling, alongside economically viable low-carbon technologies.

　　中国工程院院士、国家新材料产业发展专家咨询委员会主任 干勇

　　2025年习近平总书记在辽宁省本溪市考察时指出，“钢铁产业是我们国家的重要基础产业，实体经济是国民经济的根基所在。要继续努力，把短板补上，把结构调优，继续为中国式现代化多作贡献”。“十五五”期间，我国钢铁工业应围绕高端化、智能化、绿色化，多重任务协同并进，实现高质量发展。

　　攻克高端材料设计制备关键技术，推动钢铁产品结构升级

　　“十四五”期间，我国钢铁材料技术竞争力持续提升，自主保障能力显著提高。高磁感低损耗取向硅钢和超薄取向硅钢已在世界最高电压等级如昌吉—古泉等10多条特高压工程中实现国产化应用，支撑了我国西电东输、全球最大清洁能源走廊的建设。汽车车体用1700兆帕冷成型马氏体钢、2000兆帕~2200兆帕热冲压钢等处于国际领先水平，自主研发的无取向硅钢已批量用于新能源汽车主驱电机。国产车轮、车轴在时速350千米的高铁上实现了商业化应用。但从总体来看，我国高端特钢产量占比仍然较低，约占全球高端特钢总产量的9%，居日本、德国和美国之后，主要原因是我国钢铁行业尚未摆脱以产能规模为主的发展惯性，高端钢铁材料设计制备技术发展不足。“十五五”期间，进入工业化后期，我国钢铁产品市场需求和总量下降，产业结构将发生重大变化。在产业结构调整的同时，我国应加大力度发展优特钢产品，实现关键战略性钢铁材料的自主保障，推动产品价值链从中低端向中高端跃迁。

　　一是通过人工智能（AI）赋能，提升计算机模拟和AI预测能力，促进钢铁新材料研发效率提高，缩短研发周期，降低研发成本。“十五五”期间，应加快建立面向钢铁材料领域的数据标准体系，建设高质量、可共享、具行业代表性的专业数据库和训练数据集，开发智能化设计模型，开展材料自主实验与自主中试，形成钢铁材料研发新范式。

　　二是重点攻克高纯净冶炼及合金强韧化、高均匀度凝固均质化控制、热处理组织精细控制等关键共性技术，促进我国重大工程和重点装备用高端特种钢生产技术跨越式发展。面向大型商用飞机与重型运载火箭、先进能源工程、高技术船舶与海工装备、新一代高铁、新能源汽车等高端装备发展的急迫需求，重点发展宽温域不锈钢及特种合金、高可靠性轴承钢和工模具钢、第四代船体结构钢、深海油气钻采集输系统用耐蚀合金和不锈钢、高强度厚壁抗疲劳管线钢、时速400公里以上高铁走行部件用钢等。

　　破解工艺“黑箱”和数据孤岛制约，形成数实融合、全域自主的钢铁生产新形态

　　“十四五”期间我国钢铁行业在数字化和工业互联网应用方面成效显著，钢铁工业关键工序的数控化率超75%，全国80%以上的钢铁企业正在推动智能制造改造，骨干钢铁企业已基本建成产线级基础自动化、过程控制系统、生产执行系统、制造管理系统自上而下纵向集成的四级体系，建设了一批“无人车间”“黑灯工厂”等智能化工厂。中国宝武、鞍钢、首钢、湖南钢铁、南钢等头部企业正加速建设面向钢铁生产制造的垂直大模型。但是，钢铁行业智能化转型仍然面临着工艺流程的“黑箱”难题。此外，由于钢铁流程协议不统一，数据尚未实现全面贯通，制约了垂直大模型训练与优化。“十五五”期间，以上问题应重点攻克。

　　钢铁工业是大型复杂流程工业，当前在炼铁、炼钢、轧钢、热处理等工序环节仍存在“黑箱”，尤其是高炉炼铁。要解决“黑箱”问题，一方面要针对高温密闭无法观测的环节，强化在线检测、红外热成像、声学监测、炉内传感装置等感知手段，加强产品在线多模态感知和全流程质量监控技术研发；另一方面要依靠机理—数据混合建模、数字孪生等手段，把“不可观测内部状态”转化为可计算、可预测的虚拟状态。建设全流程一体化的数字孪生平台，通过数字孪生技术把隐性工艺“黑箱”转化为可解析的数字化虚拟空间，开发融合工艺机理与操作经验知识的材料组织预测模型，深化物理冶金机理认知并实现模型的正向迭代。

　　为了破解炼铁、炼钢、轧钢、热处理等不同环节的数据孤岛难题，应构建统一、规范的数据标准体系，为AI模型训练与推理提供有力支撑。应开展底层设备协议归一化改造，解决 PLC（可编程逻辑控制系统）、DCS（集散控制系统）、在线检测设备的接口封闭和协议不兼容问题，通过统一数据标准，对生产实时数据、MES（制造执行系统）业务数据、离线化验数据进行分层治理、融合清洗，提高数据的质量与可用性。

　　“十四五”期间我国钢铁材料产业绿色化发展取得很大进步。我国钢铁产量自2020年达到峰值后进入平台期，单位产品能耗和碳排放强度持续下降。2024年，钢铁行业纳入全国碳排放权交易市场。截至2026年7月份，超过300家钢铁企业完成或部分完成了超低排放改造和评估监测，其中270余家企业完成全过程超低排放改造，涉及粗钢产能约9.3亿吨。钢铁回收利用体系不断完善，2025年我国废钢回收使用量达到2.6亿吨。氢冶金和电炉短流程工艺是钢铁生产流程低碳发展的重要趋势。由于氢冶金和电炉短流程工艺相比传统高炉长流程工艺的成本更高、经济性不足，同时还面临一些技术瓶颈，目前我国尚没有形成大规模产能。

　　国家“十五五”规划纲要将氢能列为未来产业重点方向，提出重点布局绿色氢氨醇，将带动氢冶金进一步发展。日本是全球最早系统性布局氢冶金技术的国家，已形成改造传统高炉、全氢直接还原双技术路线并行格局。我国氢冶金技术正从技术研发阶段逐步向工程化示范应用新阶段推进，如何获取廉价氢气是氢冶金面临的核心问题。未来依托风光大基地推进风光氢氨醇一体化建设，纳入新型能源体系，将在一定程度上降低用氢成本压力。应按照工业和信息化部、财政部、国家发展改革委三部门联合发布的《关于开展氢能综合应用试点工作的通知》部署，鼓励龙头企业就近利用工业副产氢、可再生能源制氢等清洁低碳氢源，建设以富氢/纯氢气体为还原剂的低碳冶金装置，研发氢基竖炉工艺、富氢碳循环高炉工艺等技术，逐步开展规模化推广，同时建立稳定低碳排放钢等产品下游消纳渠道。

　　电炉短流程工艺降碳优势明显，但面临原料、电价等外部约束，同时我国在原料适配、冶炼工艺、装备水平、质量控制、环保、智能化等方面仍存在一系列关键技术瓶颈，制约短流程规模化、高质量发展。预计到2030年，我国废钢资源年产量将达到3.2亿吨~3.5亿吨，在政策引导下，短流程炼钢产能将逐渐扩大。同时，未来可依托“源网荷储”新型电力系统一体化建设，获取稳定且低价的绿电，短流程电价偏高难题将得到一定缓解。“十五五”期间我国应加快发展废钢智能分选成套装备，推广分级废钢预热和连续加料工艺，推动氢基竖炉直接还原工业化示范和高炉富氢还原技术发展，开展大容量大功率电弧炉、连续加料预热装置、智能电极控制系统、烟气二噁英协同治理装备攻关，发展电炉与绿电、储能耦合协同技术，形成自主知识产权短流程工艺装备体系，降低投资与运维成本。

　　“十五五”是我国钢铁工业发展的关键时期，亟须系统性破除战略性钢铁材料短板、钢铁生产流程“黑箱”、低碳冶金技术发展不足和成本较高等关键瓶颈，加快科技创新与产业创新深度融合。到2030年，初步建成AI驱动钢铁材料研发的新范式，争取实现优特钢产品占比翻番，面向国家重大工程和高端装备用关键战略性钢铁材料实现自主可控；建立起全国统一的钢铁工业数据标准体系，打通主要工序环节的数据孤岛，基本实现全流程可感知、可预测、可智能调控；吨钢综合能耗进一步下降，钢铁行业全面完成超低排放改造，氢冶金、电炉短流程工艺实现规模化应用示范，电炉钢占比达到20%。总而言之，“十五五”期间，我国应在钢铁行业高端化、智能化、绿色化方面取得显著进展，推动我国成为全球钢铁工业技术和产业发展的标杆，为战略性新兴产业和未来产业发展提供有力支撑。