2023年9月12日，中国有色金属学会组织召开会议，针对上海大学材料科学与工程学院钟云波教授团队研发的“高强高导高弹铜及铜合金磁控超纯净熔炼和超细晶连铸技术”进行科技成果评价。评价会议由中国有色金属学会副理事长兼秘书长高焕芝主持，由郑州大学何季麟院士、中国有色金属工业协会常务副会长兼中国有色金属学会理事长贾明星教授、昆明理工大学副校长易健宏教授、中南大学粉末冶金研究院院长刘咏教授和哈尔滨工业大学交叉科学处处长陈瑞润教授组成评审专家委员会。与会专家听取了项目成果第一完成人钟云波教授的技术研究报告，审查了项目组提交的相关资料，经过质询讨论，一致认为该项目总体技术特色突出、国际领先。

上海大学材料科学与工程学院钟云波教授领衔的“新能源产业关键材料超常冶金与制备”团队从高强高导高弹铜及铜合金制备的共性难点入手，将钢铁冶金的先进技术与铜及铜合金熔铸相结合，提出“5G6H-五搞六化”新思路，利用电磁场独特的无接触力能效应，开发了磁控深度净化连铸新技术、电磁旋振连铸新技术和非真空熔炼-电磁连铸-强塑变加工-定制热处理的全流程制备技术，制备出高洁净/纯度、超细晶、高均质的高强高导高弹铜及铜合金母坯材。其中磁控超纯净熔炼制备的超低氧无氧铜材料氧含量小于3ppm、其他杂质元素含量均达到痕量；电磁旋振连铸高强高弹、高强高导铜合金连铸坯为全等轴晶结构、晶粒度达到9-11级，力学性能优异，合金元素均匀，能与后续的强塑性变形工艺和热处理工艺完美匹配，最终制备出力学性能和导电性能均优异的高强高导高弹铜及铜合金。

项目还突破了高强高导高弹铜及铜合金系列磁控装备制造及关键工艺技术，已在国内标杆企业产线适配并形成典型应用示范效果，显著推进了铜加工行业的科技进步，提升了生产效率和企业市场竞争力。项目产品已应用于国家大科学装置等重大工程、新能源汽车、微电子、航空航天、国防等众多领域。

鉴定委员会专家一致认为，项目技术创新程度高；技术经济指标先进程度高；技术难度大，复杂程度高；经济和社会效益显著。项目总体技术特色突出、国际领先。

铜陵有色高级技术总监易志辉经理、质量技术监督部周成部长、上海大学材料科学与工程学院沈喆副研究员和丁彪副研究员也参加了本次评价会。这也是上海大学“新能源产业关键材料超常冶金与制备”重点创新团队二十年磨一剑，在科研领域取得又一项重大研究进展。未来，“新能源产业关键材料超常冶金与制备”团队将持续提升自身研究实力，面向国家重大战略需求，开展更为深入的科研工作，更好地服务于国民经济建设。

聚焦冶炼 隔山打牛

连铸及电渣重熔精炼过程是众多精/特钢制备中最为重要和最具挑战性的冶金工序。典型的，如高档汽车外板中厚板坯连铸、CSP薄板坯连铸等代表着精品钢冶金的最高技术水平，如何保持提升其冶金质量、保持高的良品率一直是行业难题。高档汽车外板中厚板坯和CSP薄板坯对连铸坯的振痕、裂纹、表面皮下气泡、夹杂/夹渣含量等有着严格的要求，是决定精品钢综合性能的核心指标。此外，对于大型模具或关键装备如核电、火电、水电、航空、高速铁路等的核心部件而言，由于对材料的安全可靠性要求极高，采用的特殊钢材料均需经过电渣重熔等过程进行二次精炼。然而，随着电渣锭型的扩大，冷却强度显著降低，凝固时间显著延长，导致出现电渣锭凝固组织中枝晶发达、枝晶间距增加、碳化物粗大和网格化、夹杂物和杂质超标、疏松缩孔甚至裂纹等严重的冶金质量问题。

上述冶炼工序中，结晶器中钢液流动的控制至关重要，而现有的工艺，对连铸/重熔结晶器中的钢液/熔体流场缺乏有效控制手段，导致连铸坯/重熔锭坯的冶金质量一直无法提高。发达国家的先进企业如新日铁、瑞典ABB等提出了在结晶器外施加电磁场，利用非接触的电磁力来主动调控结晶器内钢水流场从而实现连铸坯质量控制的技术，但由于具有极高的技术门槛且对国内众多钢企封锁，严重阻碍了我国精品钢、特殊钢材料综合性能的提升，甚至仍然有众多的精/特钢材料成为卡脖子材料。因此，迫切需要具有自主知识产权的、高效的、近终型的超常冶金新技术及关键装备来提升我国精/特钢材料冶金质量，突破国外技术封锁。

自上世纪九十年代中期以来，上海大学高性能结构功能材料冶金与制备团队一直聚集于精/特钢磁控超常冶金制备领域的工作。众所周知，连铸和电渣结晶器中钢液流动的控制，存在三大难点：“钢液熔体流场控制具有三大难点：不可透视—看不见；高温侵蚀—摸不着；因素复杂—控不准，常规手段很难调控”。钟云波教授领导团队基于在电磁场领域的多年研究基础，通过设计磁场的结构、模式、分布、强度等对结晶器内金属熔体的流动进行主动控流、随动控流和复合控流控制，将电磁场独特的无接触力能效应、电磁流体力学原理与冶金过程、材料制备过程相结合，在国际上首次提出磁控超常冶金制备新思路。

强化模拟 精准控流

想要对钢液的流动进行控制，就需要搞清楚钢液真实的流动行为。但是由于炼钢过程中高温强热、不可透视等工况环境的制约，无法真实测量其流场。国内外通常采用水模拟技术还原钢液流动，但由于水介质不导电、物理特性与钢液差异大的缺点，造成无法准确模拟电磁场下钢液的流动行为和传输行为。项目组设计/构建了基于低熔点液态金属的电磁流动控制平台，以低熔点金属熔体模拟高温钢液，克服钢液高温难测量的特点，成功地对结晶器内钢液的流动行为进行了三维重构。基于物理模拟结构，还开发出“多场多相多界面”全耦合的数学模型，系统计算了多种工况和电磁场作用下结晶器内钢水的流动、传输和凝固行为，使金属液流场“看得见、摸得着”。从冶金学角度提出了电磁控流结晶器流场优劣的定量评价指标，开发了结晶器电磁控流冶金效果评价和强化方法；提出了结晶器传输行为的评价指数，阐明了电渣重熔除杂新机制，提出磁控三段深度除杂新方法，使得电磁调控结晶器流场“控得准”。

对于连铸及电渣重熔过程，由于其钢液流动差异巨大，采用同一种控流模式显然是行不通的。团队设计并制作了多种磁场分布的控流装备并进行验证，最终，针对中厚板坯连铸中结晶器空间大、拉速慢、易冻钢的特征，提出交变电磁促进流动的主动控流技术；针对薄板坯连铸结晶器中空间狭窄、拉速快、冲击深的特征，提出恒定磁场降低流速的随动控流技术；针对电渣重熔过程存在多尺度流动影响冶金质量的特征，在国际上首次提出电磁振荡复合热电磁流的复合控流技术。

推广应用 熔铸脊梁

经过多年的推广应用，团队已开发出三代中厚板坯连铸结晶器主动控流技术及装备、薄板坯连铸结晶器随动控流技术及装备、特殊钢磁控电渣重熔技术及装备。其中，主动控流技术及装备已由宝信软件股份有限公司实现成果转化，在宝钢股份、宝钢湛江钢铁、马钢、德胜不锈钢、梅钢等钢铁企业的三十多条产线应用，已完成七套装备生产并形成使用规范，工艺装备上线运行多年状态良好，用户使用报告显示使用该技术后汽车板坯质量提升明显，在同等试验条件下汽车外板和汽车内板钢质不良率分别降低到0.23%和0.13%，均优于进口装备的钢质不良率（0.58%和0.42%），钢质不良率较新日铁技术再降低70%。

值得提出的是，日本新日铁自2012年以来不再向宝钢提供结晶器电磁控流技术，导致宝钢股份公司随后很长一段时间的汽车板不良率大幅增加。本项目组通过昼夜攻关，开发出全新的板坯结晶器电磁控流技术，并形成三代全新的结晶器交变电磁主动控流装备，突破新日铁技术的封锁，解决宝钢高档汽车板的“中兴事件”，直接经济效益达数亿元。采用独创的低熔点金属连铸结晶器电磁控流技术物理模拟平台及多场多相多界面全耦合数值模型，开发出全新的薄板坯连铸结晶器随动控流技术及装备，已在湖南华菱涟钢CSP线连铸机上推广应用，在提高连铸的拉速提升产量的同时，使薄板连铸坯的夹杂物数量、裂纹缺陷产生频率均显著降低，铸坯中大型夹杂物的总量降低了22%。

项目组在国内外首次提出磁控电渣重熔技术新思路，并提出基于Saffman力驱动夹杂物迁移的全新除杂机制，解决近百年来关于电渣重熔源动力一直不清晰的难题，提出磁控电渣重熔中三段强化除杂的新方法，可使电渣重熔的除杂效率大幅度提升。此外，基于电磁振荡和热电磁流效应，实现固液界面前沿低倍组织、碳化物、枝晶的三细化，通过形成的独特的宏微观流动，使固液界面由传统的深V型向浅平型砖面，从而消除枝晶搭桥，既有助于二次夹杂物的排出，又防止了疏松缩孔的产生，因此可以大幅提升电渣锭的冶金质量。

项目组自主开发出成套特殊钢磁控电渣重熔装备，可涵盖0.5t-20t级别电渣锭，在浙江精瑞工模具有限公司、华能西安热工院、宝武特冶等公司推广应用或进行工业验证。经检测，磁控电渣重熔高速钢电渣锭相比传统电渣重熔，共晶碳化物评级提升1级，夹杂物指数降低48%，锻轧态无缺口冲击功提升19.2%，成材率提升15-20%。相关技术的应用实现了精/特钢连铸及电渣重熔锭坯材高洁净、高均质、三细化的高冶金质量目标，还是实现电渣锭的高性能和低成本,使电磁调控流场技术及装备“用得好”，并形成了良好的经济和社会效益，践行了钢铁冶金领域的双碳理念。

未来，团队将继续围绕国家重大战略需求，积极探索新技术突破，开发具有独立自主知识产权的磁控超常冶金制备技术及装备，早日实现高性能精/特钢材料的自主制备，从跟随、超越到引领，更好地服务于国民经济建设。