本方向根据金属学原理，通过对钢的相变及钢中第二相的研究，探索钢铁材料强韧化的规律，为新钢种开发提供实验依据。本方向的特色是：

（1）通过对钢中晶内铁素体的三维形态及其长大动力学的研究，定量揭示钢的相变过程中金相组织的变化规律。

（2）结合脱氧和微合金化过程，定量揭示微合金化元素的细处强化和氧化物冶金的细晶强化效果，为钢材强韧化提供依据。

在上述研究的基础上开发高强度高韧性的钢材品种，例如大限能量焊接用钢、船用厚板、高级别管线钢等。

近年来该方向已经获得国家自然科学基金项目支持3项，其中本单位负责重点项目一相“高线能量焊接高强度低合金钢的组织转变行为及控制” （50734004），教育部新世纪优秀人才计划项目1项。建立了“金属材料的相变及其组织的三维表征”实验室，学术带头人任中国体视学学会材料科学分会常务理事，曾是国家973 “新一代钢铁材料重大基础研究” 800MPa级中高强度钢子课题研究项目组的成员，主要研究中高强度级钢中晶内铁素体的形成与特性，研究成果出版在“超细晶钢―钢的组织细化理论与控制技术”的 第二篇第二章“中温转变组织细化的TMCP+RPC技术”中。该研究方向已发表论文70余篇，包括ISIJ International、Scripta Materialia、Materials Characterization等国际著名期刊。其中SCI、EI收录的论文20余篇。“微合金化08CrNiMo钢的研究”2003年获得湖北省科技进步三等奖；“连铸过程中晶界偏聚行为与脆性预测”2004年获得湖北省自然科学三等奖；“高性能耐火耐候建筑用钢的研制获得2005年湖北省科技进步二等奖”。2006 年，本方向成员参与完成的“超细化低碳贝氏体组织的形成原理、控制技术及工业化应用”获得教育部科技进步一等奖。

在船舶、石油、城建等诸多领域,工程结构越来越朝着大型化、高参数方向发展。建筑构件的大型化和高层化发展趋势要求钢铁材料的厚度增加，同时具有更高的综合性能，包括更高的力学性能、高效的加工性能以及优良的抗腐蚀性能和抗疲劳破坏性能等。我国正处于高速、持续、稳定的发展时期，原油储罐、建筑用钢、船舶军舰等大型结构、设备、设施等的建设需要大量的高强度、高韧性钢铁材料以满足国民经济和国防建设快速发展的需要。该方向研究钢中溶质原子与夹杂物（氧化物、硫化物、氮化物）之间的相互作用以及硫化物和氮化物在氧化物上析出所引起的夹杂物周围奥氏体中化学成分的变化对针状铁素体形核的影响。利用氧化物冶金和微合金化技术，从钢的精炼工艺入手控制成分、在铸造、热加工过程中控制析出物的细晶和沉淀强化作用，开发高强度高韧性易于焊接加工的钢材，可提高制造效率；减少制造成本；节约资源和能源。对于提高我国制造能力和产品竞争力、国防建设具有重要的意义。