电脉冲改善HRB335钢宏观凝固组织的作用

D0I:10.13374/i.1s8n1001053x.2001.05.007 第26卷第5期 北京科技大学学报 VoL.26 No.5 2004年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2004 电脉冲改善HRB335钢宏观凝固组织的作用 李玲珍宗燕兵崔衡宋军涛张荣苍大强 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083 摘要采用正交实验方法对HRB335钢进行电脉冲处理.考虑了最大脉冲电流、频率和处 理时间的搭配作用，得出实验条件下的最佳参数范围.通过和前人结果的分析比较得出电脉 冲效果可能与钢种无关的初步结论，以及对树枝晶打断理论的不同观点，指出实验过程中液 面波动现象是金属中溶入了过多的氧所致. 关键词脉冲电流：RB335钢：宏观组织 分类号TG250.2 要改普连铸坯的内部质量必须对凝固过程 0.21%;Mn为139%；S为0.30%；P为0.19%；Si为 进行控制，目标就是得到晶粒细小、组织致密的 0.34%. 产品.近年来，国内外进行了加电场细化凝固组 实验设备有电脉冲发生器（波形如图1所示， 织的研究.电场对金属凝固的影响在处理阶段 电流和颍率可调，占空比为%)，高温箱式炉 上可分为两个方面：一是电场作用下的金属凝 (1700℃)和自动控温仪等. 固，二是电场作用后的金属凝固.在电流形式上， 电场对金属凝固的影响也可分为两种：一·种是连 续电流的影响，另一种是脉冲电流的影响.研究 结果表明，在金属液凝固期间和凝固前施加电场 均可使凝固组织明显细化，脉冲电流处理工艺在 20世纪90年代以后不断得到发展，目前只对低 熔点合金研究较多，对高熔点钢铁材料的研究还 处于初步阶段.前人的实验结果都是在一种因素 图1脉冲波形图 固定的情况下变化另一种因素得到的，这样就忽 Fig.1 Electropulse waveshape pictures 略了多种因素的搭配作用，达不到实验影响因素 的最优化配置. 实验前钢筋样经过除锈切成合适尺寸，每炉 本实验用现有脉冲发生器设备处理钢液，由 称量钢筋700g左右装入刚玉坩埚进行实验.所 于实验设备的特点，脉冲在空气中从液态开始加 用电极为4mm的钨棒，为防止坩埚出现裂纹和 入，因此考患了脉冲处理时间的影响，采用正交 试验过程中钢液的氧化，700℃时将盖有石墨盖 设计法，选取电流、频率和处理时间三种因素，试 的坩埚加入炉内预热直到钢筋熔化，同时放入石 图找到三因素的最佳搭配.实验结果以等轴晶比 墨块保持还原气氛，并于1100℃通入氮气保护， 例为考察指标，分析了各因素作用的影响程度、 炉温升高到1600℃保温20min,自炉中取出后立 即将坩埚放入耐火砖槽中，插入电极开通脉冲发 1实验方法 生器，同时用铝脱氧，处理适当时间随后自然冷 实验原材料：HRB335螺纹钢，中14mm,实验 却，低倍组织检验采用酸浸法，即将处理过的试 炉号为D1-7974.其成分（质量分数）如下：C为 样沿纵向切开，经过刨磨加工后，浸入700℃的 收稿日期200402-20李玲珍女，28岁，博士研究生 1:1的盐酸水溶液中浸蚀20min左右，取出后用 *国家自然科学基金委资助项目No.30160186 无水乙醇清洗、吹干，以备观察

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 几 比 】 血 加 ‘ 电脉冲改善 钢宏观凝固组织的作用 李玲珍 宗燕兵 崔 衡 宋 军涛 张 荣 苍 大 强 北 京科技大 学冶金 与 生态工 程 学 院 ， 北 京 摘 要 采用 正 交实验 方法 对 钢 进 行 电脉冲处 理 考虑 了最 大脉 冲 电流 、 频率和 处 理 时 间 的搭配 作用 ， 得 出实 验条件下 的最 佳参数范 围 通 过 和 前人 结果 的分析 比较 得 出电脉 冲 效 果可 能 与钢种 无 关的初步 结论 ， 以及对树枝 晶打 断理 论 的不 同观 点 ， 指 出实验过程 中液 面 波 动现象是金属 中溶入 了过 多 的氧所致 关键词 脉冲 电流 钢 宏 观 组织 分 类号 要 改 善 连 铸 坯 的 内部质 量 必 须 对 凝 固过 程 进 行 控 制 ， 目标 就 是得 到 晶粒 细 小 、 组 织 致 密 的 产 品 近 年 来 ， 国 内外进 行 了加 电场 细 化 凝 固组 织 的研 究脚， 电场 对 金 属凝 固 的影 响在 处 理 阶段 上 可 分 为 两 个 方 面 一 是 电场 作 用 下 的金 属凝 固 ， 二 是 电场 作用 后 的金 属凝 固 在 电流 形 式 上 ， 电场对 金 属 凝 固 的影 响也 可分 为两种 一 种 是连 续 电流 的影 响 ， 另一 种 是脉 冲 电流 的影 响 研 究 结 果表 明 ， 在金 属 液凝 固期 间和 凝 固前施加 电场 均可 使凝 固组织 明显 细 化 脉冲 电流 处理 工 艺在 世 纪 年代 以后 不 断得 到 发展 ， 目前只 对低 熔 点合金研 究较 多 ， 对 高熔 点钢铁材料 的研 究还 处 于初 步阶 段 前人 的实验 结 果都 是在一 种 因素 固定 的情况 下 变化 另 一种 因素得 到 的 ， 这 样就 忽 略 了多种 因 素 的搭 配 作 用 ， 达 不 到 实验 影 响 因素 的最 优 化 配 置 本 实验用 现有 脉冲 发 生器 设 备处 理钢 液 ， 由 于 实验设 备 的特 点 ， 脉 冲 在 空气 中从液态 开 始加 入 ， 因此 考 虑 了脉 冲 处 理 时 间 的影 响 采 用 正 交 设计法 ， 选 取 电流 、 频 率和 处理 时 间三 种 因素 ， 试 图找到三 因素 的最佳 搭 配 实验 结果 以等 轴 晶 比 例 为考 察指 标 ， 分析 了各 因素 作用 的影 响程 度 实验 方 法 实 验 原材 料 螺纹 钢 ， 中 ， 实验 炉 号 为 一 其 成 分 质 量 分 数 如 下 为 收稿 日期 刃 佗 李玲珍 女 ， 岁 ， 博 士 研究生 国家 自然科学基金 委 资助 项 目困 。 为 为 为 为 实验 设备 有 电脉 冲 发 生器 波 形 如 图 所 示 ， 电流 和 频 率 可 调 ， 占空 比 为 ， 高 温 箱 式 炉 ℃ 和 自动控温 仪等 华、 叫 图 脉冲波形 图 · 功 ” 实验 前钢 筋样经 过 除锈 切 成 合 适 尺 寸 ， 每 炉 称 量 钢 筋 左 右 装入 刚 玉增 祸 进 行 实验 所 用 电极 为中 的钨棒 为防 止 增 祸 出现 裂 纹 和 试 验 过 程 中钢 液 的氧 化 ， ℃ 时将 盖 有石 墨 盖 的增 祸 加 入 炉 内预 热直 到钢筋熔 化 ， 同时放入 石 墨 块 保 持 还 原气 氛 ， 并于 ℃ 通 入氮 气 保 护 炉温 升 高 到 ℃ 保温 ， 自炉 中取 出后立 即将 柑祸放 入 耐 火砖槽 中 ， 插 入 电极 开通 脉冲 发 生 器 ， 同时用 铝 脱 氧 ， 处 理 适 当时 间 随后 自然冷 却 低 倍 组 织 检验 采用 酸浸 法 ， 即将 处理 过 的试 样 沿 纵 向切 开 ， 经 过 刨 磨 加 工 后 ， 浸 入 ℃ 的 的盐酸水 溶 液 中浸蚀 左 右 ， 取 出后用 无 水 乙 醇 清洗 、 吹干 ， 以备 观 察 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．05．007

Vol.26 No.5 李玲珍等：电脉冲改善HRB335钢宏观凝固组织的作用 ·479· 2实验结果 样被侵蚀后都明显地表现出来.原试样纵剖面尺 寸为55mm×50mm(如图2)，为了更清楚地观察 实验选取了三个因素，每个因素选取四个水 宏观凝固组织的变化，从图2(a)中小铸锭所示的 平，采用L(4)正交裴，所考察的指标为等轴晶比 小方框部位（柱状晶和等轴晶均可观察到）截取 例(k表示)，图2中为部分实验得到的整个试样 图像并放大，如图3所示， 的宏观侵蚀图片.由于实验过程中还原性气氛控 图2和图3（各处理参数同图2）中的6张图 制不好，试样中溶入了一定量的氧气，在凝固过 片是实验中有代表性的，无论那种参数处理过的 程中没有及时排出滞留在铸坯试样中：同时凝固 试样，与未经电场处理的试样相比，其宏观凝固 过程中钢液补缩不充分形成的缩孔或疏松，在试 组织都不同程度地得到了改善：等轴晶比例增 (a未处理的原试样，k1%b)l.s-35A,f=6Hz-90s,k-12.3%(c)1m=35A,=0.5Hz,1=305,-40% (d1m-50A,f-3Hz,1-30s,k-95%(cHx-85A,f-10Hz,1-G05,k-32%0(01m-100A,f-0.5Hz,1-120s,k-28% 图2经不同脉冲参数处理的部分侵蚀试样照片 Fig.2 Pictures of some eroded samples treated by various electropulse parameters (a)未处理的原试样 D)i.-35A,f=6Hz,-90s （(C1mm-35A,=0.5Hz,=30s (d)l=50A,f=3 Hz t=30s (e)lmn=85 A,f=10Hz,f=60s (①)i=100A,f=0.5Hz,-120s 图3小铸锭凝固组织局部放大 Fig.3 Local enlargement of ingotting solidification structures

匕 李玲 珍等 电脉 冲改善 钢 宏 观 凝 固组织 的作用 一 实验 结 果 实验 选 取 了三 个 因素 ， 每个 因素 选 取 四个 水 平 ， 采 用 试 正 交表 ， 所考 察 的指 标 为等 轴 晶 比 例 表 示 图 中 为部 分 实验 得 到 的整 个 试 样 的宏 观侵蚀 图片 由于 实验 过 程 中还 原性 气 氛控 制 不 好 ， 试 样 中溶 入 了一 定 量 的氧 气 ， 在 凝 固过 程 中没有 及 时排 出滞 留在 铸 坯 试 样 中 同时凝 固 过程 中钢 液补缩不 充分 形成 的缩 孔或 疏 松 ， 在试 样被侵 蚀 后 都 明显 地 表 现 出来 原试样 纵 剖面尺 寸 为 ” 巧 如 图 ， 为 了更清 楚地观 察 宏 观 凝 固组 织 的变化 ， 从 图 中小铸锭 所 示 的 小 方框 部 位 柱 状 晶和 等轴 晶均 可 观 察到 截取 图像 并放 大 ， 如 图 所 示 图 和 图 各 处 理 参 数 同 图 中 的 张 图 片 是 实验 中有代 表 性 的 ， 无 论 那 种参 数 处 理过 的 试 样 ， 与 未 经 电场 处 理 的试 样 相 比 ， 其 宏 观 凝 固 组 织 都 不 同程 度 地 得 到 了 改善 等轴 晶 比 例 增 木 处 埋 田 尿 试 砰 ， 二 为 ， ， 月 ， 拼， ， 人 乙 · 为 ， ， ， · ， 户 ， 尤 弓 为 气 〕 八 ， 二 ， 斤。 ， 此 ， 〕 为 〕 八 ， 」 ， 「 。 ， 汽二，‘ 为 妙， 八 ， · ， ” ， 户 ‘ ， ‘ ‘ 为 图 经 不 同 脉 冲参数处理 的部分 侵 蚀试样 照 片 禾 处 理 的 原 试样 。 。 二 ， ， 二 。 月 ， ， 今 ， 月 ， 拼 刀 ， 」 ， 卜 ， ， 图 小铸 锭 凝 固组织 局 部放大 ， 二 · ， 拼 名 访 住 代

·480· 北京科技大学学报 2004年第5期 大：晶粒明显细化；柱状晶缩短并细化.从k值看 图，得到图4的结果.因为某因素取不同水平引 图(@)所示试样为最好的，网格法测量得到的等 起k值的差异最大则说明该因素在实验条件下 轴晶比例可达到95%，并且经相同时间的侵蚀后 是主要因素，图中表明三个影响k值的因素中， 表面致密光滑，表现出很强的抗腐蚀性. 影响大小主次顺序为：处理时间>频率>最大脉 三因素中四个水平的平均值对考察指标k作 冲电流。 50a 50D) 60 (c) 40 840 50 30 意30 40 品 20 出 30 20 10 暴 10 0 0 0 50 100 150 0 2 4681012 50 100150 脉冲电流，I/A 频率，f/Hz 处理时间，t/s 图4脉冲电流(@a),频率b)及处理时间（©）和等轴比例的关系 Fig.4 Relations of equiax crastal ratio to current (a),frequence(b)and time(c) 3讨论 需的驱动力减小了，从而降低了液-固相变需要 的过冷度.文献[8]指出，脉冲电流作用于熔体时 脉冲电流和频率对k值的影响趋势一致，均 产生的瞬态磁压强卫远大于熔体内部的动力压强 出现一个最佳值，最佳电流范围在S00A左右（换 P4,熔体被反复压缩，熔体的这种运动可使其迅 算成实验条件下电流密度为0.0210.025Amm), 速失去过热，由此导致过冷度增加.也就是说，熔 而频率在1~5Hz(与文献[3,4的实验结果一致). 体凝固时，除了冷却速度造成的过冷外，还有脉 处理时间对k的影响出现了最小值，即处理时间 冲压力造成的过冷，过冷度的增加显然会影响金 越长效果越差，到一定时间以后k值又有所增加， 属熔体的凝固形核过程. 30s短时间处理后的效果较好 文献[9]在实验中施加电脉冲时，可以看到电 从结果看，脉冲电流、频率和处理时间不同， 极间的钢液轻微地翻滚，认为是加入了电脉冲造 凝固组织细化程度也不同，但处理过的试样凝固 成的.本实验加脉冲过程中也看到了同样的现 组织与未处理的试样相比均得到了改善，等轴晶 象，经铝脱氧后现象消失，但本人认为此现象并 比例增大，柱状晶缩短且细化.电脉冲对金属凝 不一定完全是由电脉冲导致的，因为在此实验之 固组织的影响机理如何，虽然众说纷纭，但至今 前证实，不加脉冲的试样若不用铝脱氧同样有钢 仍还不清楚.Nakada等在Sn0.l5Pb(质量分数) 液溢出现象；另外，笔者曾用同样脉冲参数做过 合金液开始凝固时施加电脉冲，得到了近乎球状 CuSO,溶液、NHCI溶液和伍德合金加脉冲的实 晶粒的合金凝固组织，他们观察到施加电脉冲时 验，都没有发现任何现象.如果说前两种溶液由 金属液面出现了波动，认为是电脉冲充放电造成于导电性与钢液相比显得太弱，观察不到液面波 的收缩力的缘故.在金属液内不同的位置这种收 动的现象是正常的，那么伍德合金也得到同样的 缩力大小是不一样的，从而使得熔体不同位置的 结果就显得没有说服力了，因为伍德合金是由Bi 流动速度存在差异.认为若剪切力足够大，会在 (50%),Pb(25%),Sn(12.5%),Cd(12.5%)四种金 撕裂凝固过程中出现的柱状晶，将其打碎为球状属组成的，其电导率和粘度均与钢液相近甚至更 碎片.但是，Barnak等持有不同的观点.他们对 大：钢液电导率为7.14×10S/m,粘度4.55×10-3 Pb-Sn合金液凝固过程中产生的收缩力进行了计 Pas;伍德合金电导率2×10S/m;粘度4.2×10-3 算，得到的最大应力值也不过1kPa左右，如此小 Pa·s10-12. 的应力不足以将柱状晶打碎，但已完全能够造成 经过多方面分析，笔者认为本实验参数下电 Pb-Sn金属液的波动. 脉冲处理钢液过程中造成的液面波动，很大程度 电脉冲对凝固组织的影响可归因于其对形 上是因为液态金属中溶入了较多的氧，在冷却过 核率的影响，即电脉冲可能会降低形核功.文献 程中与碳剧烈反应的原因.那么，伍德合金实验 [7]认为，电脉冲的引入使得液相向固相转变时所 结果应该比较符合Barnak的计算结果，即电脉冲

一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 大 晶粒 明显 细 化 柱 状 晶缩 短 并细化 从 值 看 图 所示 试 样 为最 好 的 ， 网格法 测 量 得 到 的等 轴 晶 比例 可达 到 ， 并且 经 相 同时 间 的侵蚀 后 表 面致 密光 滑 ， 表 现 出很 强 的抗 腐蚀 性 三 因素 中 四个 水 平 的平均 值对 考 察指 标 作 图 ， 得 到 图 的结果 因 为某 因素取 不 同水 平 引 起 值 的差 异 最 大 则说 明该 因素 在 实验 条件 下 是 主 要 因素 图 中表 明三 个 影 响 值 的 因 素 中 ， 影 响大 小主 次顺 序 为 处 理 时 间 频 率 最 大 脉 冲 电流 今 今 今 伪 今 冷 口 一 今 一 山丹，‘ ︸八八︹︸ 寨军歇、退唱米心 界计军纽唱米、倪 ︶，‘︸门戈，且， 一 寨雏军五、闷唱岁 脉冲 电流 ， 猛 频 率， 处 理 时间 ， 图 脉 冲 电流 ， 频 率何及 处理 时间 和 等轴 比例的 关 系 啥 ， 触 ， 肠 讨 论 脉 冲 电流 和 频 率对 值 的影 响趋 势 一 致 ， 均 出现 一个最 佳 值 ， 最 佳 电流 范 围在 左 右 换 算成 实验 条件 下 电流 密度 为 一 刃 ， 而 频 率 在 一 与文 献 ， 的实验 结果 一 致 处 理 时 间对 的影 响 出现 了最 小值 ， 即处 理 时 间 越 长 效果越 差 ， 到 一 定 时 间 以后 值又 有所 增加 ， 短 时 间处 理 后 的效果较 好 从 结 果看 ， 脉 冲 电流 、 频 率和 处理 时 间不 同 ， 凝 固组织 细 化 程 度 也 不 同 ， 但 处理 过 的试 样凝 固 组 织 与 未 处 理 的试 样 相 比均 得 到 了改善 ， 等轴 晶 比例 增 大 ， 柱状 晶缩 短 且 细 化 电脉 冲 对 金属 凝 固组 织 的影 响机 理 如 何 ， 虽 然 众 说 纷 纭 ， 但 至 今 仍 还 不清 楚 等 “ ，在 刁 巧 质 量 分 数 合 金液 开始凝 固时施 加 电脉 冲 ， 得到 了近 乎球状 晶粒 的合金 凝 固组织 他 们 观 察 到施 加 电脉 冲 时 金 属 液 面 出现 了波动 ， 认 为是 电脉冲 充放 电造 成 的收缩 力 的缘 故 在 金属液 内不 同 的位 置这种 收 缩 力 大 小是 不 一样 的 ， 从 而使得熔 体不 同位 置 的 流 动 速 度 存 在 差 异 认 为若 剪切 力足 够 大 ， 会 在 撕 裂凝 固过程 中 出现 的柱状 晶 ， 将其 打碎 为球状 碎 片 但 是 ， 等 ，，持有 不 同的观 点 他 们 对 卜 合金 液凝 固过程 中产 生 的收缩 力进 行 了计 算 ， 得 到 的最 大 应 力值 也 不 过 沙 左 右 ， 如 此 小 的应 力不足 以将 柱 状 晶打碎 ， 但 已 完全 能够造 成 卜 金 属 液 的波动 电脉 冲 对 凝 固 组 织 的 影 响 可 归 因 于 其 对 形 核率 的影 响 ， 即 电脉 冲 可 能会 降低 形 核 功 文 献 【 认 为 ， 电脉冲 的 引入使得液 相 向固相 转变 时所 需 的驱 动 力减 小 了 ， 从而 降低 了液一 固相 变 需要 的过 冷 度 文 献 指 出 ， 脉 冲 电流 作 用 于熔 体 时 产 生 的瞬态磁 压 强 远 大于熔 体 内部 的动 力压 强 几 ， 熔 体被 反 复压 缩 熔 体 的这 种运 动 可 使其 迅 速 失去过热 ， 由此 导致过冷度增加 也就 是说 ， 熔 体凝 固时 ， 除 了冷 却速 度造 成 的过冷 外 ， 还 有脉 冲 压 力造 成 的过 冷 过冷度 的增 加 显 然会 影 响金 属熔 体 的凝 固形 核过 程 文 献 〕在 实验 中施 加 电脉 冲 时 ， 可 以看 到 电 极 间的钢 液轻微地翻 滚 ， 认 为 是加 入 了 电脉 冲造 成 的 本 实验 加 脉 冲 过 程 中也 看 到 了 同样 的现 象 ， 经 铝脱 氧后 现 象 消 失 但 本 人 认 为此现 象 并 不 一 定完全 是 由电脉 冲 导致 的 ， 因 为在 此 实验 之 前证 实 ， 不加 脉 冲 的试样若 不用铝 脱氧 同样有钢 液溢 出现 象 另外 ， 笔 者 曾用 同样脉 冲参数做 过 溶液 、 凡 溶液和 伍 德 合 金加 脉 冲 的 实 验 ， 都没 有 发现 任 何现 象 如 果说 前 两 种溶液 由 于 导 电性 与钢 液相 比显得太 弱 ， 观 察不 到液面 波 动 的现象 是 正 常 的 ， 那 么 伍德合金 也得 到 同样 的 结果就 显 得 没有 说服 力 了 ， 因 为伍 德 合金 是 由 ， ， ， 四种 金 属 组成 的 ， 其 电导率和粘度均 与钢 液相近甚至 更 大 钢 液 电导 率 为 少 ， 粘 度 一， · 伍 德 合金 电导 率 护 粘 度 ， 一， · ，卜， 经 过 多方 面 分析 ， 笔 者认 为本 实验 参 数 下 电 脉 冲 处 理钢 液过 程 中造 成 的液 面波 动 ， 很 大程 度 上 是 因为液态金 属 中溶入 了较 多的氧 ， 在冷 却过 程 中与碳 剧 烈 反应 的原 因 那 么 ， 伍 德 合 金 实验 结 果应 该 比较 符合 的计 算 结 果 ， 即 电脉 冲

Vol26 No.5 李玲珍等：电脉冲改善HRB335钢宏观凝固组织的作用 ·481· 形成的收缩力不足以将柱状晶打碎，脉冲电流能 现象，不是脉冲的冲击作用造成的，而是因为钢 够细化晶粒，从热力学上讲可能是电磁场产生的 液溶入了较多的氧引起的.电脉冲使晶粒细化效 电磁力引起了微观的流体对流，改善了铸坯轴心 果显著是因为动力学和热力学综合因素在起作 至表层的传热，这样加速了过热的耗散，过热高 用，如果电流密度够大是可以引起液面波动的. 于钢水液相线温度时，在温度梯度方向晶粒以树 参考文献 枝状生长，一旦过热耗散掉，并且钢液温度下降 1李辉，电流处理对铝合金组织及性能的影响[).特 到液相线和固相线之间时，会出现小等轴晶晶 种铸造及有色合金，1996(3)：80 核，并保持在液体中，随着进一步冷却而生长，直 2皆炳涛.高密度脉冲电流作用下LY12铝合金的凝 到遇到柱状晶，从而阻止了柱状晶的生长.动力 固组织[月.特种铸造及有色合金，2000(4)：4 学上的强化对流理论也是有道理的，应该说晶粒 3王建中.电脉冲孕育处理技术研究及液态金属团簇 细化的效果归功于动力学和热力学的综合作用， 结构假说[D北京：北京科技大学，1998 目前还不清楚哪个占主导地位，至于为什么没有 4唐勇.电脉冲作用下液态金属结构及其对碳钢凝固 产生液面波动，可能是因为电流较小，产生的对 组织改善的研究D].北京：北京科技大学，2000 5 Nakada M,Shiohara Y,Fleming M.Modification of soli- 流较弱的原因， dification structures by pulse electric discharging [J].ISIJ 4结论 Int,1990,30(1):27 6 Barnak J P,Sprecher A F,Conrad H.Conony (grain)size ()通过考虑多种因素的搭配作用，本实验选 reduction in eutectic Pb-Sn castings by electropusing [] 用正交实验方案，选了三个因素，每个因素选取 Scripta Metall Mater,1995,32(6):879 7 Li J M,Li S L,Li J,et al.Modification of solidification 四个水平进行试验，结果表明，处理过的试样比 structure by pulse electric discharging [J].Scripta Metall 未处理试样的宏观凝固组织明显改善，等轴晶比 Mater,1994,31(12:1691 例大大增加，柱状晶缩短并细化，侵蚀后组织更 8哪红春，何冠虎，周本濂，等.脉冲电流对S-Pb合金 加致密.该实验条件下影响等轴晶比例大小主次 凝固组织的影响).金属学报，1997,33(4：352 顺序为处理时间>频率>最大脉冲电流，并且脉 9唐勇，电脉冲对高碳钢凝固组织的影响)钢铁研 冲频率和最大电流的影响趋势相同 究学报，1999,11(4)：320 (2)在实验参数范围内，得到的最佳值为：最 10张奚东.伍德合金模拟钢液的底吹研究)，上海金 大电流500A左右（换算成实验条件下电流密度 属，1994,1162)：21 11吴扣根.圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程数学模拟与 为0.0210.025AWmm),频率15Hz,处理时间30s 实验研究[D].上海：上海大学，2001，(9)：75,92 左右，最大等轴晶比例高达95%左右 12陈家样.连续铸钢手册[M).北京：冶金工业出版社， (3)实验过程中加入脉冲后引起的液面翻滚 1991.165 Electropulse Effect on Macro Solidification Structure of HRB335 Steel LI Lingzhen,ZONG Yanbing,CUI Heng,SONG Juntao,ZHANG Rong,CANG Daqiang Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT In the experiment HRB335 steel was treated by impulse current,and the maximum current,fre- quency and processing time were considered together.The optimal result is the following:the current density is 0.021~0.025 A/mm',the frequency is 1 Hz and the processing time is 30s or so.The maximum equiaxal crystal ratio is up to 95%and the crystals are obviously refined.Compared with others'discoverits the primary inclusion was made that electropulse effect may be independent of steel species.Different opinions about the columnar crystal bro- ken theory were proposed.It is considered that liquid level fluctuation phenomena are for too much oxygen is di- ssolved into the metal. KEY WORDS electropulse current;HRB335 steel;macro structure

匕 李玲珍等 电脉 冲改 善 卫丑 钢 宏 观 凝 固组织 的作 用 形 成 的收缩 力 不足 以将 柱状 晶打碎 脉 冲 电流 能 够 细 化 晶粒 ， 从 热 力 学上 讲 可 能 是 电磁 场 产 生 的 电磁 力 引起 了微观 的流 体对 流 ， 改 善 了铸坯 轴 心 至 表 层 的传 热 ， 这 样 加 速 了过 热 的耗 散 过 热 高 于钢 水 液相 线温度 时 ， 在温度 梯 度 方 向晶粒 以树 枝状 生 长 ， 一 旦 过 热 耗 散 掉 ， 并 且 钢 液温 度 下 降 到 液 相 线 和 固相 线 之 间 时 ， 会 出现 小 等轴 晶 晶 核 ， 并保 持在液 体 中 ， 随着 进 一 步冷 却 而 生 长 ， 直 到遇 到柱 状 晶 ， 从 而 阻 止 了柱状 晶 的生 长 动 力 学 上 的强化 对 流 理 论 也 是 有道 理 的 ， 应 该 说 晶粒 细 化 的效果 归 功 于 动 力学 和 热 力学 的综合作 用 ， 目前还 不清 楚哪 个 占主 导地位 至 于 为什 么 没 有 产 生液 面波 动 ， 可 能 是 因 为 电流 较 小 ， 产 生 的对 流 较 弱 的原 因 结 论 通 过 考虑 多种 因素 的搭 配 作用 ， 本 实验 选 用 正 交 实验 方 案 ， 选 了三 个 因素 ， 每个 因 素选 取 四个 水平 进 行 试 验 结 果 表 明 ， 处 理 过 的试 样 比 未 处 理 试 样 的宏 观 凝 固组 织 明显 改 善 ， 等 轴 晶 比 例 大 大 增 加 ， 柱 状 晶缩 短 并 细 化 ， 侵 蚀 后 组 织 更 加 致 密 该 实 验 条件 下 影 响等轴 晶 比例 大 小主 次 顺 序 为 处 理 时 间 频 率 最 大 脉 冲 电流 ， 并 且 脉 冲 频 率和 最 大 电流 的影 响趋 势 相 同 在 实验 参 数 范 围 内 ， 得 到 的最 佳 值 为 最 大 电流 左 右 〔换算 成 实验 条件 下 电流 密度 为 一 户以 ， ， 频 率 一 ， 处理 时 间 左 右 ， 最 大 等 轴 晶 比 例 高达 左 右 实验 过 程 中加 入 脉 冲 后 引起 的液 面 翻 滚 现 象 ， 不 是 脉 冲 的冲击 作用 造成 的 ， 而 是 因为钢 液溶 入 了较 多 的氧 引起 的 电脉 冲使 晶粒 细化效 果 显 著 是 因 为 动 力 学 和 热 力 学 综 合 因素 在起 作 用 ， 如 果 电流 密 度 够 大 是 可 以引起 液 面 波 动 的 参 考 文 献 李辉 电流 处 理 对 铝 合 金 组 织及 性 能 的影 响 特 种铸造及 有 色 合 金 ， 警 炳 涛 高密 度 脉 冲 电流 作 用 下 铝 合金 的凝 固组 织明 特 种铸 造 及 有 色 合金 ， 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 〔 北 京 北 京科技大 学 ， 唐 勇 电脉冲 作用 下 液态 金 属 结构及 其对 碳钢凝 固 组 织 改 善 的研 究 北 京 北 京科技大 学 ， ， ， ， ， ， ， · ， ， ， ， ， ， ， 都 红 春 ， 何冠 虎 ， 周 本镰 ， 等 脉冲 电流 对 一 合金 凝 固组 织 的影 响 ， 金属 学报 ， ， 唐 勇 电脉冲 对 高碳 钢 凝 固组 织 的影 响 钢 铁 研 究学报 ， ， 张 奚东 伍 德 合金 模拟钢 液 的底 吹研 究田 上 海 金 属 ， ， 吴 扣根 圆坯 连 铸 结 晶器 电磁搅 拌过 程 数 学模拟 与 实验研 究 上 海 上 海 大 学 ， ， ， 陈家 样 连 续铸 钢 手 册 北 京 冶 金 工 业 出版社 ， ， ， ， 月月 口， 月 电 ， 份 ， ， 比 ， ， 听 一 ， 砰 们 ， 切 叮 川 切