Page 27 - 理化检验-物理分册2025年第五期

陈 德，等：钢材晶粒度评级的人工智能研究和应用

司钢材产品检测中的应用范围，因此钢的选材要有 别选择具有代表性的钢种，共筛选出32个钢种作为
代表性，但是又不能范围太广，否则将增加工作量。 初始试样的材料，基本涵盖了公司冷/热系板材产品
笔者根据其所在单位冷热轧产品的牌号、晶粒大小 的晶粒特征，这些代表性钢材的典型特征和晶粒度
和晶粒形态特征，将全部产品分为10个大类，并分 级别如表1所示。
表1 代表性钢材的典型特征和晶粒度级别

类别 钢种牌号 典型特征和晶粒度级别
普碳低合金类 Q235、Q355、Q460 近似等轴形态，晶粒度为8~10级
梁板类 P510L、P610L、P750L/P700L 轻微偏析、混晶等，晶粒度为11~12.5级
车轮钢类 P380CL、P490CL、P540CL 轻微偏析、混晶等，晶粒度为9.5~11级
耐候钢系列 Q345NQR1、Q450NQR1、S450AW 混晶、变形铁素体等，晶粒度为10~12级
低级别管线钢 L290M、L360M、L415M 变形铁素体、混晶等，晶粒度为10~12.5级
高级别管线钢 X65、X70、X80 贝氏体、针状铁素体等，晶粒度为11~13级
高强钢系列 LC980、CR420/780DP、CR550/980DP 混晶、变形铁素体等，晶粒度为11~12.5级
连退产品 DC01、DC03、DC06、P170P1 晶粒延伸度为2~3，晶粒度为6~8级
酸洗产品 SPHC、SPCC、SAPH系列、QSTE系列 近似等轴形态，晶粒度为7~9级
其他 22MnB5、TG22、HP295 偏析较严重，晶粒度为7~11.5级
1.2 试验设备 1.3 试验方法
为便于晶粒度智能评级方法研究的顺利开展和 复杂显微组织的图像无法通过简单的图像处
应用，试验设备均为笔者单位实验室配置设备，设备 理、分割、阈值化等进行晶粒度自动评定工作。因
的基本情况如表2所示。 此，笔者在图像预处理、边缘分割、阈值化和形态学

表2 笔者单位试验设备的基本情况 的基础上，提出了一套基于自适应人工打标的晶粒
设备名称 型号 数量/台 度智能评级方法。该方法的检测流程如图 1 所示。
金相试样预磨机 YM-2A 2 ① 样品制备。采用制定的自动磨抛、腐蚀方法制备
金相试样抛光机 PG-2B 2 试样，要求试样平行度不大于 0.05 mm，检测面无
自动镶样机 Qp50 1 划痕、抛光应变痕，晶界腐蚀清晰。② 智能评级模
自动磨抛机 Labopol-60 1 型定级。通过自动光学显微镜对晶粒度试样进行
光学显微镜 GX71 1 扫描和视场采集，每个试样采集图片约为 300 张，
光学显微镜 BX61M 1 通过评级模型逐张评级，选择 5 个与均值最接近的
自动光学显微镜 NM950-R 1 代表性视场，存留对应图片并按平均值定级。③ 结
自动测量台 ZX12 1 果报出。

试样制备
( 磨抛、腐蚀 ) 智能评级模型定级 结果报出

自动光学显微镜 代表性视场与
模型分析
扫描取景 定级

图 1 晶粒度智能评级方法检测流程示意
2 试验结果与讨论 智能评级对试样的制备品质有较高要求。采用传

2.1 试样制备 统金相预磨机、抛光机制备试样时，试样平行度
2.1.1 试样磨抛 一般为 0.10~0.15 mm，受人工经验影响，检测面
根据自动光学显微镜自动聚焦行程，晶粒度 存在不同程度的划痕和抛光应变痕等缺陷，试样

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