开展先进钢铁材料焊接过程中熔池流动和凝固行为研究，建立电弧/熔池交互作用下焊缝成型与结构应力变形预测控制方法，为先进钢铁材料的焊接应用和可靠服役提供理论基础。开展特种焊材设计、研制和评价工作，满足先进能源、轨道交通，航空航天领域高端装备制造需求。先后研制了耐高温特种不锈钢焊材和耐低温特种焊材，分别在我国首台CFR600钠冷示范快堆和聚变能Dummy导体中获得成功应用。开发大型焊接结构应力变形高效预测和精装控制技术，保障航空钛合金焊接构件和大型压缩机机壳等关键装备的自主可控制造。

面向重大装备对关键金属材料和核心零部件国产化的迫切需求，针对能源装备、交通运输、医疗器械等重点领域关键材料和核心零部件的进口替代，以及航空航天、武器装备、深海深地等特殊领域关键装备的自主研制，创制超纯金属原料、关键金属材料、核心零部件、高端成套整机的“料—材—器—机”技术链，解决材料与零部件之间的“沟壑”和原料与整机之间的“断链”问题；研发高品质稀土特殊钢自主特色金属材料，开发大型轴承、重载导轨、高端刀具等零部件的成套制备技术，实现超精磨床、功能部件测试台架等成套整机的自主研制；借助自主工程试验平台，与行业骨干企业合作，对接产业需求，推进产业化。

主要聚焦国家重大工程以及重点领域所需要的高纯均质特殊钢材料，重点攻克超纯金属与低偏析均质材料制备，深入研究高纯金属的冶炼技术、特殊钢凝固过程偏析及均质化组织控制原理与技术。采用双低氧稀土处理、还原性气体深脱氧、开发电-磁-流-热-质-离散相多场耦合下的真空电弧重熔凝固宏观偏析夹杂物运动模型和算法，实现超低杂质元素与极小尺寸夹杂物的控制。聚焦于揭示杂质元素与夹杂物在钢中的微观作用本质。定性与定量解析杂质元素及夹杂在不同晶界处的偏聚驱动力、平衡及对界面结合强度的影响机制。最终建立“杂质/形态-微观结构-使役性能”的定量构效关系，为材料设计提供逆向指导原则。针对光伏、半导体及新能源汽车等装备领域，研制超洁净、高均质、长寿命高纯材料，建立完善的材料体系和标准实现关键特殊钢材料的全面国产化替代。

围绕航天器新型在轨动力系统国家重大需求，以极端环境极限性能材料为牵引，研发新材料、新原理、新构型、新工质、新装置，贯通材料、部件、系统、平台全链条，引领空间动力跨越式发展；开展先进材料太空制造研究，助力战略新材料、新部件研制，开辟极限材料、极限制造新疆域。