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第二十届全国光散射学术会议（CNCLS 20）

作者：唐晓辉尤静林王敏龚晓晔马进进省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室上海大学材料科学与工程学院

钨酸锌是一类优良的受激拉曼晶体,而研究新的拉曼晶体,利用现有激光获得新波段激光输出是当今材料领域一大热点。本文利用熔融法制备了钨酸锌多晶,并结合密度泛函理论与量子化学从头计算方法,对常温及熔体的拉曼光谱进行模拟计算,研究... 详细信息

钨酸锌是一类优良的受激拉曼晶体,而研究新的拉曼晶体,利用现有激光获得新波段激光输出是当今材料领域一大热点。本文利用熔融法制备了钨酸锌多晶,并结合密度泛函理论与量子化学从头计算方法,对常温及熔体的拉曼光谱进行模拟计算,研究了原位升温过程中微结构的变化及其在熔体中的结构状态。图1是ZnWO晶体的常温拉曼光谱与模拟计算的相应光谱,可以看出,在高波数区,两者基本吻合;在低波数区,计算光谱的谱峰较弱,经过放大后,与实验光谱吻合较好。波数为906,785,710 cm的特征峰分别归属于WO中W-O键的对称伸缩、反对称伸缩和弯曲振动,这与文献报道一致。图2是ZnWO晶体的原位升温拉曼光谱。图中随着温度升高,谱峰逐渐展宽并出现红移,这主要是由于随着温度升高,键长键角分布展宽。当温度升至在1673K时,800-1000 cm范围内的特征峰形成包络线型,表明晶体已经熔化,而通过与基于Gaussian 09软件计算得到的光谱对比,表明此时熔体中W主要以四配位形式存在。

关键词： ZnWO4 原位高温拉曼光谱密度泛函理论熔体结构

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板坯连铸结晶器电磁搅拌工艺参数优化策略

板坯连铸结晶器电磁搅拌工艺参数优化策略

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第五届全国电磁冶金与强磁场材料科学年会

作者：雷作胜李彬卢海彪武星周月明金小礼赵显久韦如军钟云波任忠鸣上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室&上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室上海大学中欧工程技术学院上海大学计算机科学与工程学院宝钢中央研究院智能制造研究所上海宝信软件股份有限公司机电一体化事业部

板坯连铸的实践表明,结晶器内的钢水流动,在很大程度上影响板坯内夹杂物和气泡的行为,弯月面附近的钢水流动又支配着保护渣熔融、铺展及保护渣的卷吸,决定了铸坯的表面质量。因此,板坯连铸采用结晶器电磁搅拌技术,以改变弯月面附近钢水... 详细信息

板坯连铸的实践表明,结晶器内的钢水流动,在很大程度上影响板坯内夹杂物和气泡的行为,弯月面附近的钢水流动又支配着保护渣熔融、铺展及保护渣的卷吸,决定了铸坯的表面质量。因此,板坯连铸采用结晶器电磁搅拌技术,以改变弯月面附近钢水流动方向,有利于促使板坯表层的初生凝固壳前沿钢液的均匀流动,维持坯壳均匀稳定地生长,促进夹杂物和气泡的上浮去除,从而提高铸坯的质量。板坯连铸结晶器电磁搅拌技术,已成为获得优质铸坯的重要技术手段。在宝武集团和首钢的多台板坯连铸机上,近年来均采用了国产的结晶器电磁搅拌技术。如何针对浇注坯型以及生产工艺,优化控制电磁搅拌工艺参数,以最大限度发挥电磁搅拌器的冶金学功能,是学术界和工业界都感兴趣的问题。本文提出,解决这一问题,有两种典型的研究范式。一种研究范式是,从连铸工艺本身出发,厘清不同模式电磁搅拌参数情况下,连铸结晶器内流场的变化以及该流场对铸坯质量在冶金学上的影响,并进而给出优化的电磁搅拌工艺参数。这是基于对"电磁搅拌→铸坯质量"因果性关系深入理解的前提下,所做的技术优化和改进。近年来,上海大学和宝钢有关单位合作,采用物理模拟和数值模拟的方法,对电磁搅拌下板坯结晶器内的流场进行了系统测量和计算,考察了不同连铸工艺和搅拌电流作用下的流场结构和分布特征,提出了自由液面的卷渣指数、结晶器内流场均匀性指数等流场评价指标,形成了电磁搅拌冶金学效果评价标准,基于这些标准提出了搅拌参数的综合优化方法。这些研究成果,已在宝钢多台连铸机上得到应用。另一种研究范式是,从"电磁搅拌及连铸过程所有工艺参数→铸坯质量"的相关性方面考虑,通过采集连铸生产线上包括电磁搅拌参数在内的、尽可能多的生产相关工艺数据,结合铸坯质量(改判率和夹杂封锁率)的结果,通过机器学习的方法建立连铸结晶器电磁搅拌大数据分析模型,找到与铸坯表面质量密切相关的主要特征参数,并根据机器学习的数据集实时调整电磁搅拌工艺参数,以实现将铸坯改判率和封锁率降到最低的效果。近两年来,本研究团队,为满足湛江钢铁连铸结晶器电磁搅拌技术优化需求,从生产现场工艺参数数据采集、大数据分析和建模,工艺参数优化控制等方面,进行了初步的探索和实验。第一种研究范式所形成的模型,称为"机理模型",它是建立在对板坯连铸结晶器电磁搅拌这一工艺客观规律理解和认识基础之上的。第二种研究范式所建立的模型,称为"大数据分析模型"。本文结合前期的研究工作,对这两种研究范式进行了介绍和分析。

关键词：板坯连铸结晶器电磁搅拌工业大数据分析智能冶金

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二氧化钒晶体温致相变过程的拉曼光谱及计算模拟研究

二氧化钒晶体温致相变过程的拉曼光谱及计算模拟研究

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第二十届全国光散射学术会议（CNCLS 20）

作者：张福尤静林王敏龚晓晔省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室上海大学材料科学与工程学院

二氧化钒（M相）作为典型的可逆热色材料,其相变温度在68℃左右。这种相变伴随着VO的电、磁和光学性质发生突变,由于其相变的特性,VO被广泛应用。本实验制备所得VO（M）晶体,基于Materials Studio软件的CASTEP模块进行密度泛函计算,将... 详细信息

二氧化钒（M相）作为典型的可逆热色材料,其相变温度在68℃左右。这种相变伴随着VO的电、磁和光学性质发生突变,由于其相变的特性,VO被广泛应用。本实验制备所得VO（M）晶体,基于Materials Studio软件的CASTEP模块进行密度泛函计算,将计算谱图与实验谱图相结合,探究了VO（M）晶体由常温到升温相变过程中的拉曼光谱。图1中,VO的M相为单斜相,实验谱图中143,192,223,262,309,337,389,498和614cm-1对应的拉曼峰与文献中VO的拉曼谱峰位置基本一致,典型拉曼谱峰192,223614cm-1归属于单斜M相VO的Ag振动。图2在升温过程中可以看出,低温下观察到的拉曼峰均来自于VO（M）的单斜相,并随着温度的升高,VO（M）的峰强减弱,峰宽变宽,说明M相开始向R相转变,辅以密度泛函计算并分析了VO（R）金红石相,表明70℃时M相已转变为R相。实验中VO（M）晶体的相变温度在70℃左右,达到相变温度以后,VO晶体由M相转变为R相,冷却到室温后,又由R相可逆回到M相,对应的拉曼特征峰强度较升温前有所减弱,这主要是由于升温后的热滞效应造成的。这与文献中报道的基本一致。

关键词：二氧化钒密度泛函理论拉曼光谱相变

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Na_2MoO_4·2H_2O晶体及其熔体结构的温致变化

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光谱学与光谱分析 2018年第S1期38卷 239-240页

作者：丁雅妮尤静林王敏王建曹培明徐琰东省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室上海大学材料科学与工程学院上海200072

利用原位高温拉曼光谱技术并结合理论计算对Na_2MoO_4·2H_2O(NMHO)晶体的脱水、相变以及熔融过程中的振动特性以及微结构变化进行了系统研究。结果显示在373K,正交NMHO晶体脱水形成对称性更高的立方α-Na_2MoO_4(NMO);随着温度升高... 详细信息

利用原位高温拉曼光谱技术并结合理论计算对Na_2MoO_4·2H_2O(NMHO)晶体的脱水、相变以及熔融过程中的振动特性以及微结构变化进行了系统研究。结果显示在373K,正交NMHO晶体脱水形成对称性更高的立方α-Na_2MoO_4(NMO);随着温度升高,α-NMO经历了如下相变:α→β→γ→δ;对已知晶型的NMHO、α-、γ-NMO晶体及熔体拉曼光谱分别进行了密度泛函理论和量子化学从头计算模拟并根据计算结果对振动模式进行了归属。

关键词： Na2MoO4·2H2O 原位高温拉曼光谱熔体结构晶型转变

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Na_2O-Al_2O_3二元系团簇微结构与特征拉曼振动波数的相关性

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光谱学与光谱分析 2018年第S1期38卷 237-238页

作者：曹培明尤静林王建王敏丁雅妮徐琰东省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室上海大学材料科学与工程学院上海200072

针对含铝四配位Na_2O-Al_2O_3二元系熔体团簇结构,构建了九种团簇模型,并对其拉曼振动波数和散射活性进行了密度泛函理论(DFT)计算。微结构的命名参考了硅酸盐体系的命名规则^([1]),其中Al-O四面体简记为Qi(i为桥氧数)。分析表明,Na_2O-... 详细信息

针对含铝四配位Na_2O-Al_2O_3二元系熔体团簇结构,构建了九种团簇模型,并对其拉曼振动波数和散射活性进行了密度泛函理论(DFT)计算。微结构的命名参考了硅酸盐体系的命名规则^([1]),其中Al-O四面体简记为Qi(i为桥氧数)。分析表明,Na_2O-Al_2O_3二元系团簇中Q_2和Q_3微结构单元中Al-O_(nb)(non-bridging oxygen,即非桥氧)键对称伸缩振动波数随其键长呈现线性相关性。Q_2和Q_3微结构中铝氧键长随着参与成环铝氧四面体的数目的增加而增加,这些相关性有助于Na_2O-Al_2O_3二元系熔体中铝氧四面体连接方式及团簇的诊断和鉴别。

关键词： Na2O-Al2O3二元系团簇模型 DFT Al—O四面体

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CaO-SiO_2二元系晶体和玻璃的拉曼光谱研究

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光谱学与光谱分析 2018年第S1期38卷 245-246页

作者：马进进尤静林王建王敏龚晓晔王永春省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室上海大学材料科学与工程学院上海200072

研究了CaO-SiO_2二元系晶体和玻璃的拉曼光谱,依据CaO和SiO_2摩尔比为1∶2和1∶1分别制备了Ca_2SiO_4和CaSiO_3晶体,同时又按照CaO的摩尔分数为0.50,0.40,0.33和0.25分别制备了C50S(CaO50·SiO_2),C40S,C33S,C_25S玻璃,采用共焦拉曼光谱仪测定了拉曼光谱,运用基于Materials Studio软件的CASTEP(Cambridge Serial Total Energy Package)模块对CaSiO_3和Ca_2SiO_4晶体的拉曼光谱进行了密度泛函理论计算,并运用量子化学从头计算法模拟研究了CaO-SiO_2二元系硅酸盐玻璃团簇的结构类型、振动波数及散射截面。根据理论计算对两种晶体的振动模式进行了归属,并且在CaO-SiO_2二元系玻璃的拉曼谱图中,较强谱峰主要集中在两个区域:低波数区(500~600cm^(-1))和高波数区(800~1 200cm^(-1)),低波数区以弯曲振动为主,高波数区则以伸缩振动为主。

关键词： CaO-SiO2 晶体玻璃拉曼光谱

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硅酸盐玻璃和熔体结构的拉曼光谱定量解析

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光谱学与光谱分析 2018年第S1期38卷 247-248页

作者：尤静林吴志东王敏王建徐磊何莹霞省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室上海大学材料科学与工程学院上海200072

采用核磁共振谱和拉曼光谱对不同Na_2O浓度的系列二元钠硅酸盐玻璃进行了测定。采用精细结构Q_i^(jklm)对所得的核磁共振谱进行分峰拟合,得到不同Q_i^(jklm)结构在核磁共振谱中的化学位移和相对含量以及初级结构Q_i的相对含量。此外,通... 详细信息

采用核磁共振谱和拉曼光谱对不同Na_2O浓度的系列二元钠硅酸盐玻璃进行了测定。采用精细结构Q_i^(jklm)对所得的核磁共振谱进行分峰拟合,得到不同Q_i^(jklm)结构在核磁共振谱中的化学位移和相对含量以及初级结构Q_i的相对含量。此外,通过构建系列硅酸盐玻璃和熔体中存在的团簇结构模型,采用量子化学从头计算方法模拟团簇的振动波数和拉曼活性,获取拉曼光谱散射截面函数。结果表明,开发的拉曼光谱定量方法与核磁共振方法在硅酸盐玻璃结构的解析上吻合良好,实验也表明适合高温原位检测的拉曼光谱技术可以实现硅酸盐熔体结构的定量解析。

关键词：原位高温拉曼光谱熔体结构玻璃结构硅酸盐团簇

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几种铁氧化合物微观结构及其拉曼光谱研究

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光谱学与光谱分析 2018年第S1期38卷 241-242页

作者：龚晓晔尤静林王建 Liming Lu 省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室上海大学材料科学与工程学院上海200072 CSIRO Process Science and Engineering

实验测定了α-Fe_2O_3,Fe_3O_4,FeO和α-FeOOH等的拉曼光谱,同时,利用密度泛函理论方法对以上四种铁氧化合物的拉曼振动波数和散射活性进行模拟计算,对其特征峰进行归属。结果表明FeO没有拉曼活性,α-Fe_2O_3在606和483cm^(-1)分别是六... 详细信息

实验测定了α-Fe_2O_3,Fe_3O_4,FeO和α-FeOOH等的拉曼光谱,同时,利用密度泛函理论方法对以上四种铁氧化合物的拉曼振动波数和散射活性进行模拟计算,对其特征峰进行归属。结果表明FeO没有拉曼活性,α-Fe_2O_3在606和483cm^(-1)分别是六配位Fe的双桥氧的对称和反对称伸缩振动,413cm^(-1)主要是六配位Fe的双桥氧的对称弯曲振动;Fe_3O_4在610和526cm^(-1)分别是连接四配位与六配位Fe的单桥氧的对称和反对称伸缩振动,464和420cm^(-1)分别是连接四配位与六配位Fe的单桥氧的反对称剪切和对称剪切振动;α-FeOOH在671和614cm^(-1)分别是六配位铁的单桥氧的反对称和对称伸缩振动,504和427cm^(-1)分别是六配位铁的单桥氧的对称与反对称弯曲振动。

关键词：拉曼光谱铁氧化合物密度泛函理论

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大型航空薄壁件真空气淬过程的数值研究

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上海金属 2018年第3期40卷 11-17页

作者：袁坤周路海黎军顽闵永安刘鎏省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室和上海大学材料科学与工程学院上海200072

以大型薄壁件为研究对象,基于金属-热-力耦合模型理论框架,利用有限元软件DEFROM^(TM)建立了30Cr3钢热处理过程多物理场耦合的数值分析模型,研究热处理过程中的温度转变和组织演变,并对畸变情况进行分析。研究表明,由于壁厚差异和阴阳... 详细信息

以大型薄壁件为研究对象,基于金属-热-力耦合模型理论框架,利用有限元软件DEFROM^(TM)建立了30Cr3钢热处理过程多物理场耦合的数值分析模型,研究热处理过程中的温度转变和组织演变,并对畸变情况进行分析。研究表明,由于壁厚差异和阴阳面的存在,温度和组织转变存在明显的不同时性和不均匀性;热处理后零件的高度方向和径向都发生了膨胀,膨胀量在0.20%左右。

关键词：数值模拟大型薄壁件热处理畸变

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直接热装轧制的X60微合金钢连铸坯红送裂纹形成机制的研究

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上海金属 2018年第4期40卷 85-91页

作者：刘思雨朱玉员付建勋仲红刚翟启杰省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室和上海大学材料科学与工程学院上海200072

通过对热装、热送过程中连铸坯组织转变的热模拟研究,结合凝固过程中微合金元素第二相的析出行为和热应力变化,研究了X60微合金钢红送裂纹的形成机制。结果表明,X60微合金钢连铸坯不同的热装、热送方式会导致显著不同的铸坯组织和析出... 详细信息

通过对热装、热送过程中连铸坯组织转变的热模拟研究,结合凝固过程中微合金元素第二相的析出行为和热应力变化,研究了X60微合金钢红送裂纹的形成机制。结果表明,X60微合金钢连铸坯不同的热装、热送方式会导致显著不同的铸坯组织和析出物形态,从而显著影响在再加热过程中铸坯红送裂纹的产生。X60微合金钢红送裂纹是在组织转变、微合金元素第二相析出和热应力三者的共同作用下形成的。组织转变过程中沿奥氏体晶界析出的先共析铁素体膜,在降低铸坯高温塑性的同时,也促进了第二相沿奥氏体晶界的析出。再加热过程中,先共析铁素体膜的减薄与第二相在晶界的偏聚和固溶间隙,导致了铸坯高温塑性的降低,从而显著增加了形成红送裂纹的可能性。连铸坯再加热至850℃的过程中产生的峰值应力是形成红送裂纹的主要原因。

关键词：微合金钢红送裂纹组织转变第二相热应力

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