以“新一代鋼鐵材料的重大基礎研究”“超超臨界火電機組鋼管創新研制與應用”和“壓水堆核電站核島主設備用鋼關鍵技術”為代表的技術開發工作，為鋼鐵工業技術進步及國民經濟發展作出了突出的貢獻。
一、新一代鋼鐵材料的重大基礎研究
“新一代鋼鐵材料的重大基礎研究”作為國家首批“973計劃”項目。翁宇慶院士帶領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研究，研究發現了奧氏體熱變形可以誘導（強化）鐵素體相變（DIFT），提出了形變誘導鐵素體相變理論；分析了厚板坯連鑄連軋工藝中出現納米尺寸析出物促進超細晶現象，對貝氏體鋼提出了形變誘導析出和中溫轉變控制理論；對高強度合金結構鋼移除了抗延遲斷裂理論。工藝技術上介紹了實現超細品鋼強韌性的相應工藝，如超細鋼的化學冶金、凝固冶金、電磁冶金、焊接技術等。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異塑性和韌性問題，董瀚教授帶領團隊提出了“高性能鋼的M3組織調控理論和技術”，闡明了M3組織強化和韌塑化機理，解決了強度提高導致塑性和韌性下降的問題。通過研究亞穩奧氏體在變形過程中的演變規律，發現隨亞穩奧氏體含量提高和穩定性降低，材料動態加工硬化率逐步提高，推遲了頸縮產生，大幅提升了塑性和抗拉強度，從而明確了亞穩奧氏體含量與穩定性是強塑積調控的關鍵因素，為高強塑積第三代汽車鋼研發提供了理論基礎；基于界面增強和增韌原理，提出通過調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焦低合金鋼研發指明了方向。
在該項目M3組織調控及強韌塑化機理研究基礎上，創新發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，實現了在汽車、管線、橋梁等領域的應用。該項目研發成果創新發展了鋼鐵物理冶金理論，為未來高性能鋼鐵材料研發提供理論指導。
2018年“基于M3組織調控的鋼鐵材料基礎理論研究與高性能鋼技術”獲得國家技術發明獎二等獎。
二、超超臨界火電機組鋼管創新研制與應用
600℃超超臨界技術是迄今世界最先進商用燃煤發電技術，其研發瓶頸是25Cr、18Cr和9Cr高壓鍋爐管。主要技術難點：1. 我國不掌握材料成分最佳配比和生產過程控制技術； 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團隊經二十余年研究和實踐，通過半定量化解構強韌化機制研究，發現關鍵元素在高溫加力長時過程中隨強韌化單元變化規律，建立其固溶度積和熱力學曲線，豐富和發展了耐熱鋼“多元素復合強化”設計理論；提出服役環境下優先失穩源問題和耐熱材料的“選擇性強化”設計觀點，為耐熱材料最佳成分范圍確定和生產工藝研發提供了理論基礎；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鍵技術，研發1250℃控溫控冷工藝調控析出相和晶粒尺寸；發現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集成。
鋼鐵研究總院研發了高強韌25Cr鋼管成套生產技術，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；研發了9Cr鋼管無δ鐵素體成套技術，打破國外產品壟斷，十余年間國產高壓鍋爐管國內市場占有率從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），節煤減排效果非常顯著，中國已成為燃煤發電技術領先的國家。
鋼鐵研究總院自主研發了低合金耐熱鋼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所需上述新耐熱材料全部尺寸規格鍋爐管的工業制造。
三、壓水堆核電站核島主設備用鋼關鍵技術
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，其高安全、長壽期、大型一體化設計對核島主設備（包括壓力容器、蒸發器、主管道、傳熱管等）材料技術提出前所未有挑戰，其成分優化和制造工藝是世界性工程科技難題。
經長期探索和工程實踐，鋼鐵研究總院發現影響核島大鍛件韌性和退火后強韌性的本質因素，突破300～600噸級鋼錠超大鍛件韌性提升和退火后強韌性優化匹配控制關鍵技術，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-性能對應關系，解決了鍛造開裂、晶粒控制和性能均衡提升難題，形成核島主設備材料成套生產技術集成。
鋼鐵研究總院成功研制壓力容器和蒸發器全套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F6NM鋼壓緊彈簧環鍛件和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，國內市場占有率從零躍升到90％以上，主導了我國核島主設備材料市場定價權，使其采購價降低60％，核電工程單位造價降低30％，全面實現了壓水堆核島主設備材料技術產業化，推進我國成為世界核電技術和產業中心。
