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日本近期技术进展报告之三：JFE从材料制造商到全球工业智能转型领航者（上篇）
2026-01-085
摘要：本文聚焦JFE钢铁公司在核心制造工艺与新材料研发两大领域的突破。第一部分系统阐述了其在钢铁冶炼全流程（炼铁、炼钢、轧制）中，围绕绿色转型（GX）与数字化转型（DX）的深度融合所取得的最新进展，包括铁焦、碳循环高炉、智能化CPS系统等颠覆性与优化性技术。第二部分则展示了这些先进工艺如何支撑其在高性能建筑用钢、汽车用先进高强钢、特种功能钢及电工钢等新材料领域的产业化成果，构建了从实验室创新到市场应用的完整闭环。
一、钢铁冶炼与工艺技术最新进展
面对全球碳中和目标与激烈的市场竞争，JFE钢铁公司持续推动其核心制造工艺的技术革新。其技术发展呈现出两大清晰主线：一是面向未来的绿色转型（GX），旨在通过工艺优化、能源替代和颠覆性技术研发，系统性降低碳排放；二是贯穿全流程的数字化转型（DX），利用数据科学、人工智能和网络物理系统（CPS）实现生产过程的智能化与效率极限化。这两大主线的交织与融合，共同构成了JFE在钢铁冶炼与工艺技术领域的最新进展图谱。
?? 炼铁工艺：迈向低碳与智能化的核心战场
炼铁工序是钢铁制造碳排放的主要来源，JFE在此领域进行了多路径、多层次的深度创新，从短期优化到长期颠覆性技术布局均有实质性突破。
1.颠覆性低碳炼铁技术的开发与实证
  • 铁焦（Ferro coke）技术：作为降低高炉碳消耗的关键技术，JFE已从实验室走向工业实证。该技术将铁矿石与煤粉混合成型并炭化，制成碳铁复合炉料。其核心优势在于，铁焦中的金属铁能催化气化反应，有效降低高炉热储备区温度，从而降低还原剂比（RAR）。最新进展显示，JFE已在西日本制铁所（福山地区）一座高炉上使用30 kg/t的铁焦，实现了还原剂比降低10 kg/t的效果。目前，公司正在福山地区建设日产能达300吨的实证设备，旨在确立大规模、长期稳定的工业应用技术。
  • 碳循环高炉/竖炉技术：作为日本国家级项目“COURSE50”及后续“绿色创新基金项目”的核心，JFE正致力于开发碳循环技术。 
  • 碳循环高炉：通过从高炉煤气中分离捕集CO?，并利用氢气将其转化为还原气体（如CH?）再循环回高炉，旨在减少煤炭消耗与直接排放。
  • 碳循环竖炉（CR-SF）：在传统气基竖炉工艺中集成甲烷化过程，使系统内碳元素循环利用，目标是生产零碳排放的直接还原铁（DRI）。这些技术正处于研发阶段，目标是到2050年实现商业化应用。
  • 氢气直接还原炼铁技术：JFE集团正在研发使用100%氢气作为还原剂的直接还原工艺，以彻底消除还原过程的CO?排放。同时，公司正与原料供应商合作，开发适用于中低品位矿石的预处理技术，以拓宽未来氢基工艺的原料适应性。

2. 现有高炉-烧结-焦化流程的深度优化
  • 高炉操作智能化：JFE开发并应用了基于实时数据的高炉网络物理系统（CPS）。该系统利用独特模型，可提前12小时高精度预测铁水温度，并运用非常规检测技术优化炉内通风控制。该系统的投用有效提升了劳动生产率和操作稳定性，并有助于减少CO?排放。
  • 烧结工艺创新： 
  • Super-SINTER?技术：该技术是全球首次在商用烧结机上应用的创新，通过向烧结料层顶部喷吹氢基气体燃料（如焦炉煤气），部分替代固体燃料（焦粉），从而显著降低烧结工序的CO?排放。
  • 高加热效率点火炉烧嘴：开发了新型烧嘴，可在高流速下稳定燃烧，提高加热效率，已在JFE内部工厂应用并实现了燃料气体与CO?的减排。
  • 福山第3烧结厂：该厂于2019年投产，配备了最先进的设备和自研数据科学技术，实现了稳定运行与优异环保绩效。其投产使高炉的烧结矿配比从传统的60% 大幅提升至80%，有效降低了铁水生产成本。
  • 焦化工艺数字化与更新： 
  • 焦炉数字孪生与节能：在西日本制铁所（福山地区）的5号D组焦炉，JFE应用数字孪生技术优化燃烧控制。据此开发的新设施投入运行后，实现了燃料使用量减少约5%，相当于每年减少6600吨CO?排放。
  • 焦炉更新（Pad-up工法）：采用先进的施工法对老旧焦炉进行炉体更新，以恢复产能。截至近期，约30% 的焦炉已完成此项更新。
?? 炼钢与精炼工艺：效率提升与纯净度控制
在炼钢环节，JFE聚焦于降低铁水消耗、提高能源效率、实现精准控制，并大力发展电弧炉技术。
1.降低铁水比的核心工艺——双渣精炼工艺（DRP?） 
JFE全面采用并持续优化其独有的DRP?工艺，该工艺在一个转炉内完成脱硅、排渣、脱磷，再兑入另一个炉内脱碳，从而简化流程并允许熔化更多废钢。在西日本制铁所（福山地区），通过系列优化措施（如省略高炉钢包脱硅、增加废钢投料量），成功将铁水比从2015年的87.6%降至2023年的84.8%，铁水热损失总计减少了17%。此外，该工艺还实现了脱磷渣的100%热态循环利用，已稳定运行数百次，有效降低了磷含量和铁损。
2. 精炼过程的智能化与精准控制
  • 实时炉内状态估计模型：
    JFE开发了用于转炉的精炼过程实时模型，能高精度估计铁水成分、温度、炉渣成分等内部状态，用于优化吹炼和加料操作。该模型也已扩展应用于RH脱气装置。
  • 高质量钢纯净度控制：
    开发了先进的夹杂物控制方法。例如，通过控制轴承钢中夹杂物的成分，成功将其滚动接触疲劳寿命提高至传统方法的约1.5倍。
  • 连铸技术进步：
    开发了高速连铸和无缺陷板坯生产技术。在福山和仓敷建设的新连铸机（7CC）引入了软压下技术、基于Q统计的漏钢预测系统和J-dscom?设备监测技术，提高了生产率和质量稳定性。
3. 电弧炉工艺的开发与优化： 
为应对碳中和，JFE正积极发展电弧炉炼钢路线。公司计划在2030年前引入高效大型电弧炉，并利用其在仙台制铁所的技术积累。仙台制铁所通过实验室模拟优化了电弧炉供电模式，以抑制废钢与钢水界面凝固壳的形成，从而缩短炼钢时间6.2%，降低单位电耗1.3%。通过设备强化和数字化转型投资，仙台制铁所的粗钢年产量增加了14万吨，形成了约70万吨的生产体系，并计划通过向其他工厂供应电炉钢坯，实现每年减少约20万吨CO?排放的目标。
??? 轧制与成型工艺：高性能产品的制造基石
轧制与成型工艺直接决定最终产品的性能与质量，JFE在此领域通过工艺连续化、控制智能化和装备专用化，实现了产品性能的持续突破。

技术领域

核心技术/案例

关键优化效果与应用

厚板与管线钢

TMCP技术（OLAC?/HOP?）、Super-OLAC?-A/HOP2、高精度控制轧制

实现高强度厚板控轧控冷，兼顾高强韧性；为X80级厚壁管线管提供母板保障；开发出75mm厚YP500 N/mm2级海洋结构钢板。

热轧带钢

自动轧制排程系统（构文解析技术）

应用于千叶地区第三热轧工厂，解决了直送坯连续轧制难题，提升了调度效率。

钢管制造

UOE先进轧制与热处理、HISTORY?高频焊管工艺（无间隙凸起辊成形+减径轧制）

保障高强度管线管性能；生产出兼具高强度和优异成形性的焊管。

冷轧与过程控制

冷连轧动态变规格（FGC）楔形区参数优化、中宽带热连轧精轧除鳞系统优化

建立模型优化参数，大幅降低断带次数。

连铸与铸坯质量

方坯单辊重压下技术

在中心固相率0.40-0.73区间进行大压下，同时改善中心缩孔和偏析。

汽车用钢

高冷却速率水淬技术、高润滑皮膜开发

解决了980MPa级以上超高强度钢板的成形性与焊接性问题，支持汽车轻量化。

?? 贯穿全流程的赋能技术：数字化与CCUS
  1. 数字化技术深度赋能：
    JFE正全面推进全流程网络物理系统（CPS）建设，旨在实现智能钢厂。从高炉的智能预测控制，到转炉的实时状态估计，再到连轧机的自动调度（如千叶地区的自动轧制排程系统），以及设备预测性维护（J-dscom?），数字化技术已成为提升效率、稳定质量和降低能耗的核心驱动力。
  2. CCUS（碳捕集、利用与封存）技术布局：
    作为末端减排的关键补充，JFE积极布局CCUS技术。 
  • CO?制甲醇系统：
    与地球创新技术研究所（RITE）合作，在西日本制铁所（福山地区）建设试验设施，目标建立低成本CO?分离与高效甲醇合成系统。
  • 钢渣碳酸化封存技术：
    与爱媛大学合作，在东日本制铁所（千叶地区）建设测试设施，开发将CO?封存在钢渣中的创新技术。
总结而言，JFE钢铁公司在冶炼与工艺技术上的最新进展，构建了一个从短期增效减排到长期零碳转型、从实体工艺革新到数字智能赋能的立体化技术体系。这些扎实的技术积累与明确的实证数据，为其应对环境挑战和保持市场竞争力提供了坚实支撑。
二、新材料研发成果与产业化
JFE钢铁公司的新材料研发紧密围绕其“绿色转型（GX）”与“数字化转型（DX）”两大战略主线，将“低碳化”与“高性能化”深度融合。其研发成果并非孤立存在，而是深度植根于前文所述的先进冶炼与轧制工艺体系（如TMCP、高精度控制轧制、洁净钢冶炼技术），并依托遍布福山、千叶、仓敷等地的实证平台，实现了从实验室创新到大规模产业化应用的快速贯通。本章将系统梳理其在建筑、汽车、功能材料及电工钢等关键领域的最新成果与产业化进展。
??? 建筑结构用高强钢：向更高强度与更优施工性迈进
在建筑领域，JFE的研发聚焦于通过材料升级实现结构轻量化、施工高效化与全生命周期成本优化，其技术突破与产业化应用主要体现在以下几个方面：
  1. 高强度H型钢与厚板的极限突破
JFE利用其独有的TMCP（热机械轧制工艺）技术，成功开发并量产了国内最高强度的H型钢「HBL?-H355」。该产品抗拉强度达到520 N/mm2级，同时在成分设计上保持了与SN490钢相近的屈强比（≤80%）和碳当量（≤0.44%），确保了优异的焊接性。通过将大梁钢材从490 N/mm2级替换为520 N/mm2级，可在保证结构安全的前提下显著降低钢材用量，实现经济、高效的设计。该产品已广泛应用于高层建筑等领域。
在厚板方面，JFE持续推动TMCP技术演进（如OLAC、Super-OLAC、HOP技术），开发出适用于大热输入焊接的高HAZ（热影响区）韧性钢系列（如HBL系列）。通过应用JFE EWEL?技术优化焊接热影响区组织，有效抑制了韧性劣化。JFE开发了板厚75mm、具有优异焊接接头CTOD特性的YP500 N/mm2级海洋结构用钢板，通过高精度TMCP和HAZ组织控制技术实现高性能，适用于苛刻的海洋工程环境。
2. 高强度冷弯成型方钢管的创新
JFE开发了高强度冷弯成型角形钢管 JBCR?385，其基准强度为385 N/mm2，是标准BCR295（295 N/mm2）强度的约1.3倍。该产品通过独特的成分设计和制造方法，实现了高强度与高韧性的平衡，主要用作中低层钢骨建筑结构的柱材，并于2018年11月获得了日本国土交通大臣的认定，截至2023年度累计订单量已达20,000吨。
3. 解决行业痛点：再热裂纹与耐火性能
针对TS780 N/mm2级及以上高强度钢在焊后热处理（PWHT）时易产生再热裂纹的行业难题，JFE通过优化成分设计（降低P、S含量并添加Ca），成功开发了再热裂纹敏感性低的TS780 N/mm2级钢板，在保持优异强度、韧性和焊接性的同时，显著降低了再热裂纹风险。
在防火安全方面，JFE的耐火钢「JFE-FR」通过获得国土交通大臣认定的耐火设计，可实现自走式停车场等建筑的钢材的无耐火涂层化，既提升了建筑物的美观性，又降低了维护成本。
4. 典型工程应用
JFE的高性能建筑用钢已应用于多个标志性项目：
  • 高层建筑：520 N/mm2级的「HBL?-H355」H型钢。
  • 特殊功能建筑：耐火钢「JFE-FR」用于自走式停车场；高耐候钢「JFE30-2」曾用于1993年开港的关西国际机场屋顶，并基于此实绩拓展至各种海滨环境建筑外装材料。
  • 海洋工程：YP500 N/mm2级CTOD规格厚板用于大型海洋构造物。

?? 汽车用先进高强钢：助力电动化与轻量化
为应对汽车行业电动化、轻量化和安全性提升的需求，JFE推出了以JEFORMA?系列为核心的先进高强钢解决方案，并积极开展国际合作。
  1. JEFORMA?系列：超高强度与高成形性的统一
JEFORMA?系列针对不同成形需求，细分出高伸长率型（Type 1）、高伸长率高扩孔率型（Type 2）和超高伸长率型（Type 3），产品覆盖冷轧（CR）和合金化热镀锌（GA）钢板，JEFORMA?系列覆盖了590至1180 MPa的强度级别，而JFE同时开发了更高强度（1320、1470 MPa级）的产品。
  • 980MPa级冷轧板示例：
    超高El型（Type 3）可实现屈服强度640 MPa、抗拉强度1030 MPa、伸长率23%的优异组合。
  • 1180MPa级冷轧板示例：
    高El型（Type 1）可实现屈服强度910 MPa、抗拉强度1260 MPa、伸长率12%。 该系列产品通过精细的组织控制，在实现超高强度的同时，兼顾了优异的成形性、焊接性和抗延迟断裂性能，适用于A柱、车顶横梁、前侧梁、中柱、地板横梁、侧门槛等车身核心骨架部件，正被考虑用于下一代车型以实现进一步轻量化。
2. 国际合作产品：jetQ系列
JFE与蒂森克虏伯欧洲钢铁公司（tkSE）联合开发了 jetQ系列高强钢，提供980和1180 MPa级别，覆盖CR、GA和GI涂层。该系列强调高屈服强度、优异的扩孔率（HER）和能量吸收能力。例如，jetQ 980 (GA)的屈服强度达850 MPa，抗拉强度1030 MPa，总伸长率15%，HER达60%。
3. 产业化应用案例
JFE的高强钢产品已成功进入新能源汽车供应链：
  • 混合动力电动汽车（HEV）电池模块框架：
    JFE的980 MPa级镀锌钢板（属于JEFORMA?系列）被选为HEV锂离子电池模块框架的材料，这是其超高强度钢板首次应用于此类部件，标志着在电动车关键部件材料上的突破。


?? 先进功能钢：应对极端与特殊环境
JFE在耐蚀、低温、耐磨等特种功能钢领域形成了系列化、高端化的产品矩阵。
  1. 耐蚀钢系列
  • 船舶用耐蚀钢JFE-SIP?：
    包括用于原油船货油舱底板的OT1和用于上甲板的OT2，以及世界首款抑制煤炭装载腐蚀的JFE-SIP?-CC，可满足IMO标准，实现免涂装，降低生命周期成本。其中JFE-SIP-OT1已应用于国内外超过9艘船、1.5万吨以上。
  • 高耐候钢：
    开发了适用于高盐分环境的JFE-ACL?系列（如1.5% Ni-0.3% Mo型），以及经济性更佳、添加Sn、Nb等元素的新型高耐候钢。
  • 经济型不锈钢：
    如JFE443CT（21% Cr铁素体不锈钢），耐蚀性相当于SUS304但成本更低。
2. 低温钢
JFE在极低温韧性材料上取得重大突破，开发了满足-60℃低温韧性要求的海洋结构物用极厚YP690 N/mm2级钢板，最大厚度达210mm，并已获得ABS和DNV GL船级社认证。
3. 耐磨钢
以EVERHARD?为核心品牌，JFE提供了全系列的耐磨解决方案：
  • C系列：
    适用于一般耐磨环境，如EVERHARD-C400、C450、C500。
  • LE系列：
    在C系列基础上保证了-40℃的低温韧性，适用于寒冷或强冲击环境，如EVERHARD-C400LE、C450LE。
  • EVERHARD-SP：
    通过分散硬质粒子，在不过度提高硬度的前提下获得高抗滑动磨损特性。 

?? 电工钢：服务于高效电机与变压器
在电工钢领域，JFE针对新能源汽车和高效电机的需求，开发了高性能无取向电工钢系列，包括JNE?、JNP?、JNEH?和JNT?等牌号。这些产品通过优化成分和工艺，致力于实现低铁损、高磁通密度和低硬度，以满足HEV和EV驱动电机对高效率、高功率密度的要求。（注：根据现有资料，未提及JNE系列在2024年的具体升级版性能参数及新能源汽车电机效率提升的量化数据。）
总结：研发与产业化的协同逻辑
JFE的新材料研发成果清晰地体现了其“需求牵引、工艺支撑、快速转化”的产业化逻辑。无论是建筑用钢的更高强度与更好焊接性，汽车用钢的轻量化与电动化适配，还是功能钢对极端腐蚀、低温、磨损环境的攻克，每一项突破都紧密对接下游产业升级的痛点。更重要的是，这些新材料从诞生之初就与JFE既有的低碳制造工艺（如高废钢比炼钢、TMCP）和数字化质量控制系统深度绑定，确保了其性能的稳定可靠与碳足迹的可控可溯，形成了从实验室创新到市场应用的完整闭环。

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