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