國際研究團(tuán)隊(duì)成功利用機(jī)器學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)出以廢金屬為爐料的鑄鐵合金，較傳統(tǒng)工藝成本降低8.1%，強(qiáng)度Zui高提升15.2%或延伸率Zui高提升73.2%。該成果由馬克斯·普朗克可持續(xù)材料研究所主導(dǎo)，已發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。

傳統(tǒng)金屬回收面臨廢鋼成分混雜（含不銹鋼殘留、汽車合金、切削屑及銅、錫、鎳、鈦等雜質(zhì)）導(dǎo)致質(zhì)量下降的瓶頸。當(dāng)廢鋼比例超過70%時(shí)，常規(guī)方法的強(qiáng)度與延展性會(huì)同步衰減。該研究通過改變思路，不再試圖提純廢料，而是讓算法圍繞雜質(zhì)的變異性進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)。

該方法結(jié)合雙神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與組合搜索算法，基于330次再生鑄鐵熔煉數(shù)據(jù)（含成分、工藝、微觀結(jié)構(gòu)與性能）及約2400次原生鑄鐵數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練。模型可處理碳、硅、錳、銅等元素含量，以及澆注溫度、球化時(shí)間、孕育劑比例等共10項(xiàng)變量，自動(dòng)篩選并排序兼顧強(qiáng)度與延展性的候選配方，隨后投入實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證。

在17個(gè)進(jìn)入工業(yè)感應(yīng)爐的配方中，有14個(gè)超越了原數(shù)據(jù)集的表現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)采用全球占比28%、年消費(fèi)量約1.2億噸的球墨鑄鐵為對(duì)象，在配備數(shù)字孿生與傳感器的自動(dòng)化鑄造線上完成熔煉，并按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行測試，相關(guān)代碼已開源。

研究揭示，銅在特定條件下并非雜質(zhì)而是強(qiáng)化相。銅與微量鈦、鎂、錫及氧結(jié)合形成納米顆粒，有效阻礙金屬內(nèi)部缺陷滑移，額外提供114至152兆帕強(qiáng)度；溶解態(tài)的銅與硅則貢獻(xiàn)148兆帕。團(tuán)隊(duì)據(jù)此提煉出實(shí)用參數(shù)：碳含量需高于3.2%，硅控制在2%至3%，銅高于0.15%，澆注溫度不超1435℃，球化處理至少30分鐘。實(shí)測三款合金分別達(dá)到589.9兆帕（延伸率18.5%）、689.3兆帕（13.4%）及791.1兆帕（8.5%），其強(qiáng)度與延伸率綜合指標(biāo)較商用QT450牌號(hào)高出15.5%。

需注意的是，性能提升數(shù)據(jù)為互斥選項(xiàng)而非疊加結(jié)果，且基準(zhǔn)為原再生數(shù)據(jù)集內(nèi)的Zui優(yōu)值，非現(xiàn)行工業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)?！啊眱H指初始投料為廢金屬，熔煉過程中仍會(huì)添加增碳劑、硅鐵及銅粒等調(diào)整成分。目前該技術(shù)暫不適用于對(duì)純度要求極高的鋼鐵、半導(dǎo)體或醫(yī)用植入物領(lǐng)域，下一步將拓展至鋁及銅合金體系。

該突破直指冶金業(yè)脫碳痛點(diǎn)。全球金屬年產(chǎn)量逾20億噸，貢獻(xiàn)約40%的工業(yè)溫室氣體排放，其中鋼鐵產(chǎn)生約41億噸二氧化碳當(dāng)量。每使用一噸廢鋼可避免1.5噸碳排放。隨著綠色鋼鐵市場預(yù)計(jì)從2026年的650億美元增長至2033年的1567億美元，此類能高效處理高比例廢鋼的技術(shù)，有望緩解電弧爐路線中的雜質(zhì)限制瓶頸。

資料來源：El Ecosistema Startup；原文發(fā)布日期：2026-10-18。本文為資料編譯。