D0I:10.13374/i.issnl001t03.2007.08.009 第29卷第8期 北京科技大学学报 Vol.29 No.8 2007年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug:2007 脉冲电场处理对钢的凝固组织和元素分布的影响 王海川张旺胜廖直友闵常杰王世俊董元篪 安徽工业大学治金与资源学院，马鞍山243002 摘要通过改变脉冲电场的电压对钢液进行处理，研究了脉冲电场处理对钢液凝固元素迁移特性和晶粒细化的影响，利用 ImageJ软件统计分析了试样的晶粒数和晶粒分布，利用原位分析仪分析了钢中主要元素C,Si,Mn,P和S的分布与偏析情况， 探讨了不同电压下脉冲电场对钢液凝固过程元素迁移特性的影响。·实验结果表明，随着脉冲处理电压升高，晶粒明显得到细 化，钢中元素Si,Mn和P具有相似的分布，而P和S具有相反的分布特性. 关键词钢液：凝固组织；晶粒细化：元素分布；脉冲电场 分类号TF77;TG250.2 脉冲电场处理对改善金属的成分分布不均匀、 极，进行空冷。冷却后的样品进行金相分析·处理 疏松、气孔、缩孔等缺陷具有重要作用，是控制金属 电极为钢棒，为了防止钢棒熔断，采用电极不断下降 凝固过程，提高金属材料性能和质量的一种新方法， 法，使电极始终与钢熔体接触，以延长电场作用时 但目前大多数都是针对低熔点的合金进行处理，文 间，电场作用下处理电压与处理时间如表1所示， 献[5]表明，电场具有细化晶粒的能力，改善了金 表1不同试样的脉冲电场处理实验方案 属凝固结构和表面缺陷，但其作用机理还不明确。 Table 1 Experimental scheme of different samples treated by pulse 对高熔点的钢液处理的研究主要集中在对凝固组织 electric field 的影响方面]，对元素的分布影响研究基本未见 样品 电压/ 处理时 样品 电压/ 处理时 编号 间/s 编号 间/ 报道，本文试图对高熔点钢液的脉冲电场处理进行 1 0 30 4年 名 30 研究，分析不同电压脉冲电场对钢液的作用机理，利 20 2 30 5 8 30 用ImageJ软件统计不同电压电场处理的试样晶粒 3 30 分布情况并计算试样的晶粒度，利用OPA原位分析 技术对实验样品中C、Si、Mn、P和S等主要元素的 分布影响作探索性研究，进而分析不同元素在凝固 2 实验结果和分析 过程中的迁移特性， 2.1不同脉冲电场对微观组织的影响 1 实验研究 从1到5钢样的照片中分别提取10张，对这 10张照片的要求是其上面所拍的晶粒必须在该样 在1550℃下熔化钢样，并保温30mim,使其熔 品所有晶粒中占绝大多数，进行晶粒度统计对比分 清，然后施加脉冲电场，电场作用30s后，取出电 析 00巴 00μ 1"试样（未处理.0V) 2试样(2V) 3试样(4V) 4"试样(6V) 5试样(8V) 图1不同电压下各试样的典型凝固组织照片 Fig-ITypical photos of the solidification structure of samples treated by different voltages 收稿日期：2007-03-09修回日期：2007-07-25 从上述凝固组织照片比较可以看出：经过电脉 基金项目：安微省优秀青年科技基金资助项目(N。.02041930) 作者简介：王海川(1969一)，男.教授，博士 冲处理的试样(2#~5*)凝固组织的晶粒均比未经
脉冲电场处理对钢的凝固组织和元素分布的影响 王海川 张旺胜 廖直友 闵常杰 王世俊 董元篪 安徽工业大学冶金与资源学院马鞍山243002 摘 要 通过改变脉冲电场的电压对钢液进行处理研究了脉冲电场处理对钢液凝固元素迁移特性和晶粒细化的影响．利用 ImageJ 软件统计分析了试样的晶粒数和晶粒分布利用原位分析仪分析了钢中主要元素 C、Si、Mn、P 和 S 的分布与偏析情况 探讨了不同电压下脉冲电场对钢液凝固过程元素迁移特性的影响．实验结果表明随着脉冲处理电压升高晶粒明显得到细 化钢中元素 Si、Mn 和 P 具有相似的分布而 P 和 S 具有相反的分布特性． 关键词 钢液；凝固组织；晶粒细化；元素分布；脉冲电场 分类号 TF77；TG250∙2 收稿日期：2007-03-09 修回日期：2007-07-25 基金项目：安徽省优秀青年科技基金资助项目（No．02041930） 作者简介：王海川（1969—）男教授博士 脉冲电场处理对改善金属的成分分布不均匀、 疏松、气孔、缩孔等缺陷具有重要作用是控制金属 凝固过程提高金属材料性能和质量的一种新方法 但目前大多数都是针对低熔点的合金进行处理．文 献［1—5］表明电场具有细化晶粒的能力改善了金 属凝固结构和表面缺陷但其作用机理还不明确． 对高熔点的钢液处理的研究主要集中在对凝固组织 的影响方面［6—11］对元素的分布影响研究基本未见 报道．本文试图对高熔点钢液的脉冲电场处理进行 研究分析不同电压脉冲电场对钢液的作用机理利 用 ImageJ 软件统计不同电压电场处理的试样晶粒 分布情况并计算试样的晶粒度利用 OPA 原位分析 技术对实验样品中 C、Si、Mn、P 和 S 等主要元素的 分布影响作探索性研究进而分析不同元素在凝固 过程中的迁移特性． 1 实验研究 在1550℃下熔化钢样并保温30min使其熔 清．然后施加脉冲电场电场作用30s 后取出电 极进行空冷．冷却后的样品进行金相分析．处理 电极为钢棒为了防止钢棒熔断采用电极不断下降 法使电极始终与钢熔体接触以延长电场作用时 间．电场作用下处理电压与处理时间如表1所示． 表1 不同试样的脉冲电场处理实验方案 Table1 Experimental scheme of different samples treated by pulse electric field 样品 编号 电压／ V 处理时 间／s 1＃ 0 30 2＃ 2 30 3＃ 4 30 样品 编号 电压／ V 处理时 间／s 4＃ 6 30 5＃ 8 30 2 实验结果和分析 2∙1 不同脉冲电场对微观组织的影响 从1＃到5＃钢样的照片中分别提取10张对这 10张照片的要求是其上面所拍的晶粒必须在该样 品所有晶粒中占绝大多数进行晶粒度统计对比分 析． 图1 不同电压下各试样的典型凝固组织照片 Fig．1Typical photos of the solidification structure of samples treated by different voltages 从上述凝固组织照片比较可以看出：经过电脉 冲处理的试样（2＃～5＃）凝固组织的晶粒均比未经 第29卷 第8期 2007年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．8 Aug．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．08．009
.794 北京科技大学学报 第29卷 过电脉冲处理的试样(1)凝固组织的晶粒短而且 一个原因是电脉冲造成了钢液过热度的减小，瞬时 细，未经电脉冲处理的凝固组织中，晶粒比较粗大， 的径向压力使熔体迅速振动，使局部迅速失去过热， 2#~5#试样的晶粒比较小而且大小均匀·这是因 形成足够大的过冷度，致使形核率提高 为在实验中施加电脉冲时，由于引进了脉冲电场，必 2.2 ImageJ软件统计分析 然会产生一个磁场，脉冲电流在自身的磁场作用下， 在1*~5*试样的金相照片中分别选取每个试 会产生一个脉冲式的径向压力，通过力的作用改善 样的3~5张具有典型代表的照片进行ImageJ软件 了熔体的流动性，破碎了枝状晶，使晶粒得到细化， 统计分析，图2给出了图1的凝固组织对应的软件 从凝固组织照片上看，经过电脉冲处理的试样的凝 分析结果，照片拍摄的试样实际区域大小为0.470 固组织，其晶粒明显细化，细小枝晶明显增多，另外 mmX0.376mm 1"试样(0V) 2”试样2V) 3”试样(4V) 4试样(6V) 梦试样8V) 图2不同试样的ImageJ软件处理晶粒图与晶粒分布柱状图.上图：ImageJ软件处理的晶粒：下图：晶粒分布柱状图 Fig.2 Crystal particles and their distributions of samples treated by software ImageJ 每张ImageJ软件处理的照片都是与金相照片 单方面去解释，焦耳热也是不容忽视的；由于大量焦 原始图进行对照分割和合并而得到的，以保证处理 耳热的产生，使冷却速度的降低，导致了柱状晶的成 的精度 长，同时也有部分晶粒出现新的融合，晶粒边界模 处理后得到的数据如图3所示·由图可知，施 糊.可见，在电压大于6V后，电压变化对晶粒数和 加脉冲电场可明显细化晶粒，电压在6V时达到比 晶粒大小的影响减弱， 较好的处理效果；而8V电压处理时，晶粒数又比 2.3钢中的元素分布 6V处理的要稍大，但变化幅度不大，个别晶粒有增 钢中的元素分布采用原位分析仪进行，原位分 大的趋势，这说明脉冲电场处理不能仅从力的角度 析仪(original position analysis,OPA)是采用无预燃 180 80 连续激发的方式对样品的表面进行扫描分析，得到 160 的是样品表面原始状态下不同成分的连续变化的结 70 140 果，即对整个样品的表面进行扫描，能够真实地反映 120 60 出样品表面的成分和缺陷的变化情况，本文针对 100 50 8V电压处理后的样品的底面进行了原位分析，扫描 面积20mmX20mm,得到了C,Si、Mn、P和S的分 40 布情况，结果如表2和图4所示，其中图4中元素含 % 30 量分布二维等高图的上部为负极区，下部为正极区 0 经OPA分析后得出试样中C元素平均质量分 电压N 数为0.183%，在中心缩孔处出现严重正偏析，最大 图3电压处理对钢液凝固组织晶粒数和晶粒大小的影响 偏析度为9.949.Si和Mn的平均质量分数分别为 Fig-3 Effect of voltage on the number and size of crystal particles 0.483%和1.199%，从图中可以看出：Si、Mn元素 in samples 的偏析基本上在相同的区域出现了负偏析，统计偏
过电脉冲处理的试样（1＃）凝固组织的晶粒短而且 细．未经电脉冲处理的凝固组织中晶粒比较粗大． 2＃～5＃试样的晶粒比较小而且大小均匀．这是因 为在实验中施加电脉冲时由于引进了脉冲电场必 然会产生一个磁场脉冲电流在自身的磁场作用下 会产生一个脉冲式的径向压力通过力的作用改善 了熔体的流动性破碎了枝状晶使晶粒得到细化． 从凝固组织照片上看经过电脉冲处理的试样的凝 固组织其晶粒明显细化细小枝晶明显增多．另外 一个原因是电脉冲造成了钢液过热度的减小瞬时 的径向压力使熔体迅速振动使局部迅速失去过热 形成足够大的过冷度致使形核率提高． 2∙2 ImageJ 软件统计分析 在1＃～5＃试样的金相照片中分别选取每个试 样的3～5张具有典型代表的照片进行 ImageJ 软件 统计分析图2给出了图1的凝固组织对应的软件 分析结果．照片拍摄的试样实际区域大小为0∙470 mm×0∙376mm． 图2 不同试样的 ImageJ 软件处理晶粒图与晶粒分布柱状图．上图：ImageJ 软件处理的晶粒；下图：晶粒分布柱状图 Fig．2 Crystal particles and their distributions of samples treated by software ImageJ 每张 ImageJ 软件处理的照片都是与金相照片 原始图进行对照分割和合并而得到的以保证处理 的精度． 图3 电压处理对钢液凝固组织晶粒数和晶粒大小的影响 Fig．3 Effect of voltage on the number and size of crystal particles in samples 处理后得到的数据如图3所示．由图可知施 加脉冲电场可明显细化晶粒电压在6V 时达到比 较好的处理效果；而8V 电压处理时晶粒数又比 6V处理的要稍大但变化幅度不大个别晶粒有增 大的趋势．这说明脉冲电场处理不能仅从力的角度 单方面去解释焦耳热也是不容忽视的；由于大量焦 耳热的产生使冷却速度的降低导致了柱状晶的成 长同时也有部分晶粒出现新的融合晶粒边界模 糊．可见在电压大于6V 后电压变化对晶粒数和 晶粒大小的影响减弱． 2∙3 钢中的元素分布 钢中的元素分布采用原位分析仪进行．原位分 析仪（original position analysisOPA）是采用无预燃 连续激发的方式对样品的表面进行扫描分析得到 的是样品表面原始状态下不同成分的连续变化的结 果即对整个样品的表面进行扫描能够真实地反映 出样品表面的成分和缺陷的变化情况．本文针对 8V电压处理后的样品的底面进行了原位分析扫描 面积20mm×20mm得到了 C、Si、Mn、P 和 S 的分 布情况结果如表2和图4所示其中图4中元素含 量分布二维等高图的上部为负极区下部为正极区． 经 OPA 分析后得出试样中 C 元素平均质量分 数为0∙183％在中心缩孔处出现严重正偏析最大 偏析度为9∙949．Si 和 Mn 的平均质量分数分别为 0∙483％和1∙199％从图中可以看出：Si、Mn 元素 的偏析基本上在相同的区域出现了负偏析统计偏 ·794· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第8期 王海川等：脉冲电场处理对钢的凝固组织和元素分布的影响 .795. 析度分别为0.112和0.129，最大偏析度为1.230 产生；且Si、Mn元素正偏析集中于电极正极附近， 和1.213.在整个扫描区域上元素允许误差范围内 而负偏析集中在电极负极区，从整体元素分布上 的频度统计值较高，分别为86.2%和87.4%.这些 看，Si元素与Mn元素的偏析具有相似性 都表明了Si、Mn含量分布较均匀，没有严重的偏析 表2钢中元素的分布和偏析情况 Table 2 Distribution and segregation of elements in steel samples 元素 平均质量分数/% 最大偏析度最大偏析位置(x,y） 统计偏析度 允许差额频度/% 95%置信区间/% 0.183 9.949 (11.47,12.07) 0.254 59.8 [0.164,0.563] Si 0.483 1.230 (10.00.4.03) 0.112 86.2 [0.401,0.558] Mn 1.199 1.213 (9.87,8.07) 0.129 87.4 [0.959,1.242] P 0.026 1.469 (10.93.8.07) 0.275 78.6 [0.014,0.0321 0.029 6.853 (12.13,12.07) 0.380 70.0 [0.020,0.0391 (a)C元素含量分布二维等高图 (b)C元素含量三维分布图 (⊙)Si元素含量分布二维等高图 (④M血元素含量分布二维等高图 (©)P元素含量分布二维等高图 ()S元素含量分布二维等高图 图45#试样中不同元素含量分布 Fig.4 Content distribution of different elements in Sample 5 经OPA分析后得出试样中P和S的平均质量 而$在中心区域)，统计偏析度分别为0.275和 分数分别为0.026%和0.029%.P、S元素的偏析 0.380,最大偏析度为1.469和6.853.在整个扫描 基本上在不同的区域出现了正偏析(P在边缘区域， 区域上元素允许差范围内的频度统计值分别为
析度分别为0∙112和0∙129最大偏析度为1∙230 和1∙213．在整个扫描区域上元素允许误差范围内 的频度统计值较高分别为86∙2％和87∙4％．这些 都表明了 Si、Mn 含量分布较均匀没有严重的偏析 产生；且 Si、Mn 元素正偏析集中于电极正极附近 而负偏析集中在电极负极区．从整体元素分布上 看Si 元素与 Mn 元素的偏析具有相似性． 表2 钢中元素的分布和偏析情况 Table2 Distribution and segregation of elements in steel samples 元素 平均质量分数／％ 最大偏析度 最大偏析位置（ xy） 统计偏析度 允许差额频度／％ 95％置信区间／％ C 0∙183 9∙949 （11∙4712∙07） 0∙254 59∙8 ［0∙1640∙563］ Si 0∙483 1∙230 （10∙004∙03） 0∙112 86∙2 ［0∙4010∙558］ Mn 1∙199 1∙213 （9∙878∙07） 0∙129 87∙4 ［0∙9591∙242］ P 0∙026 1∙469 （10∙938∙07） 0∙275 78∙6 ［0∙0140∙032］ S 0∙029 6∙853 （12∙1312∙07） 0∙380 70∙0 ［0∙0200∙039］ 图4 5＃试样中不同元素含量分布 Fig．4 Content distribution of different elements in Sample5＃ 经 OPA 分析后得出试样中 P 和 S 的平均质量 分数分别为0∙026％和0∙029％．P、S 元素的偏析 基本上在不同的区域出现了正偏析（P 在边缘区域 而 S 在中心区域）统计偏析度分别为0∙275和 0∙380最大偏析度为1∙469和6∙853．在整个扫描 区域上元素允许差范围内的频度统计值分别为 第8期 王海川等： 脉冲电场处理对钢的凝固组织和元素分布的影响 ·795·
.796 北京科技大学学报 第29卷 78.6%和70.0%，表明P、S含量分布较均匀，除中 的热量，故整个的负偏析的区域向负极偏移.在这 心缩孔外没有严重的偏析产生，比较P和$的整体 种非平衡凝固过程中，使实际的溶质分配系数K值 元素分布，P元素与$元素的分布具有相反的特性， 增加，减少了优先凝固的晶粒与残余液相中溶质含 P含量高的区域S含量就低，而S含量高的区域P 量的差别，从而抑制了枝晶的偏析，同时由于中心 含量就低.此外，P与Si、Mn元素的分布也具有相 区域枝晶得到细化，枝晶间距减小，元素偏析将进一 似性 步减小 不考虑中心缩孔处C、S的正偏析，导致中心负 2.4组织疏松分析 偏析存在的原因可能是由于电极与钢液接触后，产 整个分析区域中心较边缘疏松，其统计致密度 生的大量热降低了边缘的冷却速率，促使中心优先 达到0.9863，其原因主要是因中心个别元素偏析， 凝固，并且脉冲电场自身产生的磁场力的行为使碎 造成中心区域铁谱强度下降，从而造成致密度下降， 晶聚集到中心，致使中心具有了较大的形核率，也促 但整个试样的致密度除个别区域外，基本上都在 使中心优先凝固.但由于正极产生的热量大于负极 0.96以上 蔬松二维分布图 硫松分布三维图 图55钢样的组织疏松分布 Fig5 Structure loosen distribution of Sample5 2.5脉冲电场作用机理分析 数目大大增加，当金属液稍微降温，就会以这些原子 电脉冲对金属液凝固形核的影响应当从更深的 团簇为中心形核，并伴随进一步降温而长大（从热力 层次解释： 学角度看是降低了凝固所需的过冷度)，形核率的增 (1)脉冲电流的焦耳热的作用.电流优先选择 加必然会使晶粒细化， 固相通路，使固液前沿界面突出、粗大的晶粒得到融 化，从而导致固液界面均匀、统一的凝固，组织晶粒 3结论 均匀、细化 (1)在钢液凝固过程中施加脉冲电场，改善了 (2)Peltier效应对固液前沿界面的贡献.由于 凝固条件，促进了晶粒的细化 两相组元及温度场不同，致使一弱小电流的存在，在 (2)脉冲电场电压的变化对晶粒细化有明显的 脉冲电场自身的磁场作用下，产生力的行为，对固液 影响.在电压为8V时，细化效果达到最大，在 前沿界面产生扰动，从而导致凝固条件产生变化，细 0.470mm×0.376mm区域内，晶粒个数达到160， 化了晶粒， 晶粒平均尺寸为33,2m (3)按照经典的金属液结构理论，处于熔点以 (3)不同元素在钢液凝固过程中受到电脉冲的 上的金属液的原子结构为近程有序、远程无序，总存 作用而趋向不同的分布，Si、Mn和P元素具有相似 在一些聚集数目不等的原子团簇，这些原子团簇是 的分布特性，在中心及负极区出现较大负偏析，在正 通过静电效应聚合的，它们随着金属液的能量起伏 极区出现正偏析，而P和S元素具有相反的分布 时聚时散 特性 施加一定强度的电脉冲实际是引入了电场，这 (4)整个分析区域中心及负极区较边缘疏松， 种电场会对因静电相吸的原子团簇的聚散产生影 统计致密度达到为0.9863. 响。电脉冲能使金属液中具有一定尺寸的原子团簇
78∙6％和70∙0％表明 P、S 含量分布较均匀除中 心缩孔外没有严重的偏析产生．比较 P 和 S 的整体 元素分布P 元素与 S 元素的分布具有相反的特性 P 含量高的区域 S 含量就低而 S 含量高的区域 P 含量就低．此外P 与 Si、Mn 元素的分布也具有相 似性． 不考虑中心缩孔处 C、S 的正偏析导致中心负 偏析存在的原因可能是由于电极与钢液接触后产 生的大量热降低了边缘的冷却速率促使中心优先 凝固并且脉冲电场自身产生的磁场力的行为使碎 晶聚集到中心致使中心具有了较大的形核率也促 使中心优先凝固．但由于正极产生的热量大于负极 的热量故整个的负偏析的区域向负极偏移．在这 种非平衡凝固过程中使实际的溶质分配系数 K 值 增加减少了优先凝固的晶粒与残余液相中溶质含 量的差别从而抑制了枝晶的偏析．同时由于中心 区域枝晶得到细化枝晶间距减小元素偏析将进一 步减小． 2∙4 组织疏松分析 整个分析区域中心较边缘疏松其统计致密度 达到0∙9863其原因主要是因中心个别元素偏析 造成中心区域铁谱强度下降从而造成致密度下降 但整个试样的致密度除个别区域外基本上都在 0∙96以上． 图5 5＃钢样的组织疏松分布 Fig．5 Structure loosen distribution of Sample5＃ 2∙5 脉冲电场作用机理分析 电脉冲对金属液凝固形核的影响应当从更深的 层次解释： （1） 脉冲电流的焦耳热的作用．电流优先选择 固相通路使固液前沿界面突出、粗大的晶粒得到融 化从而导致固液界面均匀、统一的凝固组织晶粒 均匀、细化． （2） Peltier 效应对固液前沿界面的贡献．由于 两相组元及温度场不同致使一弱小电流的存在在 脉冲电场自身的磁场作用下产生力的行为对固液 前沿界面产生扰动从而导致凝固条件产生变化细 化了晶粒． （3） 按照经典的金属液结构理论处于熔点以 上的金属液的原子结构为近程有序、远程无序总存 在一些聚集数目不等的原子团簇这些原子团簇是 通过静电效应聚合的它们随着金属液的能量起伏 时聚时散． 施加一定强度的电脉冲实际是引入了电场这 种电场会对因静电相吸的原子团簇的聚散产生影 响．电脉冲能使金属液中具有一定尺寸的原子团簇 数目大大增加当金属液稍微降温就会以这些原子 团簇为中心形核并伴随进一步降温而长大（从热力 学角度看是降低了凝固所需的过冷度）形核率的增 加必然会使晶粒细化． 3 结论 （1） 在钢液凝固过程中施加脉冲电场改善了 凝固条件促进了晶粒的细化． （2） 脉冲电场电压的变化对晶粒细化有明显的 影响．在电压为8V 时细化效果达到最大在 0∙470mm×0∙376mm 区域内晶粒个数达到160 晶粒平均尺寸为33∙2μm． （3） 不同元素在钢液凝固过程中受到电脉冲的 作用而趋向不同的分布Si、Mn 和 P 元素具有相似 的分布特性在中心及负极区出现较大负偏析在正 极区出现正偏析而 P 和 S 元素具有相反的分布 特性． （4） 整个分析区域中心及负极区较边缘疏松 统计致密度达到为0∙9863． ·796· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第8期 王海川等：脉冲电场处理对钢的凝固组织和元素分布的影响 .797. 变.北京科技大学学报，2000,22(4)：307 参考文献 [7]王建中，王静松，常国威，等。电脉冲孕有处理对连铸Q235钢 [1]王建中.电脉冲孕育处理技术研究及液态金属团簇结构假说 小方坯凝固组织的影响.辽宁工学院学报：自然科学版，1999， [学位论文]，北京：北京科技大学，19981 19(2):2 [2]王冰，何力佳，王建中.电脉冲孕育处理对ZL201合金凝固组 [8】唐勇，王建中，苍大强.电脉冲对高碳钢凝固组织的影响。钢 织的影响.辽宁工学院学报，2003,23(5)：37 铁研究学报，1999,11(4)：44 [3]邢书明，徐亚荣，胡汉起，等.电场和磁场作用下的金属凝固。 [9]李玲珍，宗燕兵，崔衡，等.电脉冲改普HRB335钢宏观凝固组 特种铸造及有色合金，1998(6)：37 织的作用.北京科技大学学报，2004,26(5)：178 [4]鄢红春，何冠虎，周本濂，等.脉冲电流对SPh合金凝固组织 [10] 薛庆国，王静松，何宇明，等.中间包钢水电脉冲孕有处理对 的影响.金属学报，1997,33(4)：352 电工钢连铸坯组织的影响.特殊钢，2004,25(2)：53 [5]何树先，王俊，周尧和.高密度脉冲电流对A356铝合金低温熔 [11]李平，薛庆国，关勇，等。电脉冲孕育处理对方坯连铸 体凝固组织的影响.金属学报，2002,38(5)：479 09 CuPCrNi钢凝固组织的影响，北京科技大学学报，2004,25 [6]唐勇，王建中，苍大强，等.电脉冲作用下T8钢凝固组织的改 (2):219 Effect of pulse electric field on the solidification microstructure and element distri- bution of carbon steel WA NG Haichuan,ZHA NG Wangsheng,LIAO Zhiyou,MIN Changjie,WANG Shijun,DONG Yuanchi School of Metallurgy &Resources.Anhui University of Technology,Maanshan 243002.China ABSTRACI Molten steel was treated through changing the voltage of pulse electric field,the effect of pulse electric field on the refinement of crystal particles and the transfer of elements in solidification process was inves- tigated.The number and distribution of crystal particles in steel was analyzed using the software ImageJ.The distribution and segregation of main elements in the solidification structure of steel were studied by original posi- tion analysis (OPA),and the effect of the voltage of pulse electric field on the transfer of elements in solidifica tion process was discussed.The results showed that the crystal particles were obviously refined with increasing pulse voltage,and there was a similar distribution characteristic for the elements Si,Mn and P but reverse for the elements P and S. KEY WORDS molten steel;solidification microstructure;particle refinement;element distribution;electric pulse
参 考 文 献 ［1］ 王建中．电脉冲孕育处理技术研究及液态金属团簇结构假说 ［学位论文］．北京：北京科技大学1998：1 ［2］ 王冰何力佳王建中．电脉冲孕育处理对 ZL201合金凝固组 织的影响．辽宁工学院学报200323（5）：37 ［3］ 邢书明徐亚荣胡汉起等．电场和磁场作用下的金属凝固． 特种铸造及有色合金1998（6）：37 ［4］ 鄢红春何冠虎周本濂等．脉冲电流对 Sn—Pb 合金凝固组织 的影响．金属学报199733（4）：352 ［5］ 何树先王俊周尧和．高密度脉冲电流对 A356铝合金低温熔 体凝固组织的影响．金属学报200238（5）：479 ［6］ 唐勇王建中苍大强等．电脉冲作用下 T8钢凝固组织的改 变．北京科技大学学报200022（4）：307 ［7］ 王建中王静松常国威等．电脉冲孕育处理对连铸 Q235钢 小方坯凝固组织的影响．辽宁工学院学报：自然科学版1999 19（2）：2 ［8］ 唐勇王建中苍大强．电脉冲对高碳钢凝固组织的影响．钢 铁研究学报199911（4）：44 ［9］ 李玲珍宗燕兵崔衡等．电脉冲改善 HRB335钢宏观凝固组 织的作用．北京科技大学学报200426（5）：478 ［10］ 薛庆国王静松何宇明等．中间包钢水电脉冲孕育处理对 电工钢连铸坯组织的影响．特殊钢200425（2）：53 ［11］ 李平薛 庆 国关 勇等．电 脉 冲 孕 育 处 理 对 方 坯 连 铸 09CuPCrNi 钢凝固组织的影响．北京科技大学学报200425 （2）：219 Effect of pulse electric field on the solidification microstructure and element distribution of carbon steel WA NG HaichuanZHA NG WangshengLIAO ZhiyouMIN ChangjieWA NG ShijunDONG Y uanchi School of Metallurgy ＆ ResourcesAnhui University of TechnologyMaanshan243002China ABSTRACT Molten steel was treated through changing the voltage of pulse electric fieldthe effect of pulse electric field on the refinement of crystal particles and the transfer of elements in solidification process was investigated．The number and distribution of crystal particles in steel was analyzed using the software ImageJ．The distribution and segregation of main elements in the solidification structure of steel were studied by original position analysis （OPA）and the effect of the voltage of pulse electric field on the transfer of elements in solidification process was discussed．The results showed that the crystal particles were obviously refined with increasing pulse voltageand there was a similar distribution characteristic for the elements SiMn and P but reverse for the elements P and S． KEY WORDS molten steel；solidification microstructure；particle refinement；element distribution；electric pulse 第8期 王海川等： 脉冲电场处理对钢的凝固组织和元素分布的影响 ·797·
