新一代高强韧钢
高强韧钢是实现汽车轻量化、铁路高速化和重载化所需的关键材料。国际上正通过汽车钢高强韧性化，实现到2025年汽车燃油经济性提高一倍。我国批量生产的汽车钢，强度达到1000MPa，延伸率18%，实验室研发的材料也有较大差距。
通过材料成分设计、冶炼、连铸、轧制、热处理及后续成型等工艺技术创新，采用细晶、析出、相变等过程的精细调控，研发高性能钢材品种，汽车用高强韧钢强塑积达到30-40GPa%，配合应用技术车身减重20%以上；高速重载铁路用钢寿命提高50%以上。
新一代功能复合化建筑用钢
高效、安全、环境相容性良好的建筑用钢是国家重点工程建设需要的重要材料。国际上正向着大规格、高强度、低屈强比、耐火、抗震、耐候、耐腐蚀、易焊接等功能复合化的方向发展。我国建筑用钢生产和应用技术落后，最高级别钢种仅为Q460，其他性能尚未综合考虑。

高品质宽厚板和大型铸锻件
国际上高品质宽厚板和大型铸锻件向着高强、高韧、高均匀性、耐高温、耐疲劳、耐腐蚀、耐辐照和易焊接等方向发展。目前，我国特殊要求下使用的高端厚板仍需进口，大型铸锻件的质量、稳定性、合格率和材料利用率、组织成分均匀性等与发达国家差距巨大。
通过凝固、变形、热处理等工艺技术创新，实现高品质、高性能宽厚板和大型铸锻件的清洁化制造，在现有基础上缩短热加工周期20%，降低制造成本10%，提升成材率7%。
减量化、高效率钢材轧制与热处理技术
钢材轧制是钢铁工业中材料成型的最主要方式。国际上轧制技术正向高效率、减量化方向发展，发达国家开发了直接轧制、超级控制轧制（Super-CR）、钢板在线热处理、高硅钢低温轧制等技术，并应用于生产，而国内相应的技术还处在实验室或中试阶段。
通过加热、轧制、冷却、热处理等技术研究及装备开发，实现钢材生产过程的短流程、高效率、低消耗、稳定化。在现有基础上轧制钢材的性能合格率或成材率提高10%、优质钢生产效率提高15%-30%、钢材减量10%以上、工序综合能耗降低15%-40%。

金属复合材料全轧制加工技术
金属复合材料对提高材料利用效率有重要意义。国外正向高强、高耐蚀、轻量化、高效率、低成本复合方向发展。我国还集中于机械、爆炸、爆炸+轧制等传统复合方法，生产效率低、品种少、质量差，钛-钢复合界面强度仅190MPa左右。
通过对钢-异质金属（或无机非金属材料）等层状与同轴复合材料开发，重点解决全轧制复合工艺、界面强度及产品应用等关键技术，实现界面强度提高25%以上，服役性能达到或超过国外优质品牌，并实现批量生产。
钢铁材料的性能极限化技术
性能极限探索是充分挖掘钢铁材料潜能和钢铁产品升级换代的重大前沿需求。钢铁材料的强度、韧性、耐温、耐蚀等性能极限化研究已成为国际热点，我国也在进行积极探索。
研究超低碳钢（C≤0.02%）的块状相变机理、超高碳钢（C≥1.5%）的组织演变规律、低密度钢（ρ≤7.0g/cm3）和耐蚀钢的低成本合金化原理等科学问题，形成极限高韧塑高强钢、易加工高强钢、低密度高强钢、耐蚀高强钢等原型钢技术。