電脈沖鑄軋技術的應用研究

摘要：隨著我國工業化水平的不斷提升，鋼鐵工業呈高速發展態勢。但與此同時，能源與資源短缺問題嚴重制約了我國鋼鐵工業的發展。如何加快技術改造，提升鋼鐵工業的經濟效益和社會效益已成為鋼鐵產業應該認真思考的問題。本文主要介紹了電脈沖鑄軋技術，并分析了其研究前景，以期為鋼鐵產業的優化升級提供良好借鑒。

關鍵詞：材料鑄軋成型技術 電脈沖鑄軋技術 處理機理 應用 研究

1 傳統鑄軋技術介紹

鑄軋技術作為一種傳統的生產工藝技術，至今已有一百五十多年的發展歷史，目前被廣泛應用至工業生產領域。一直以來，很多國內外學者和專家都致力于合金種類和鑄軋設備在鑄軋機上的應用，并取得了一系列進展。我國的材料鑄軋成型技術經過多年的發展，目前已經步入比較成熟的產業化應用階段。材料鑄軋成型技術將材料從液態轉化為固態，具有較強的流動性和抗變形能力，最大程度地保證了材料的加工質量。

與其他鑄軋技術相比，材料鑄軋成型技術具有非常明顯的優勢，它不僅改變了原有的生產方法，取消了一些原有的生產工序，還極大地提高了生產效率，適應了企業規模生產需求。具體來說，主要表現在以下幾方面：①成本低，生產周期短，投資回報率高，非常適合一些中小型鋁板帶軋制廠。②產品具有優異的耐腐蝕性、抗沖擊性、環保性，金屬通過量大，可重復回收使用，符合國家環保要求，市場反響較好。③生產時間更短，生產效率更高，減少了熱軋板帶重軋的時間，生產更緊湊、更優質、更靈活，極大地提升了企業的勞動生產效率。④降低能耗成果顯著，在進行熱軋時，材料鑄軋成型技術能夠有效地降低工序能耗。⑤生產時，生產線配置更為合理，保證了資源的高效利用，結構更為緊湊，便于生成人員進行操作與管理。

但與此同時，材料鑄軋成型技術也存在著一些問題和缺陷，集中表現在：生產組織不均勻、生產結構失衡、深加工性能較差等。因此，企業必須積極開發新技術，以改進生產工藝，提高生產效率。

2 電脈沖鑄軋

隨著我國現代加工工藝水平的不斷提升，凝固技術取得了重大進展和突破，一些新興的凝固組織控制工藝也隨之出現，極大地推動了我國金屬鑄軋行業的發展。其中，電脈沖鑄軋技術對金屬凝固組織的影響最明顯，引起了研究人員的廣泛關注。電脈沖鑄軋技術是在電磁鑄造的基礎上發展起來的，它能夠感應出復合磁場中的電磁波，并對其進行處理與加工，能夠顯著地提高鑄軋帶坯的組織和性能，符合現代工藝加工需求。電脈沖鑄軋技術的優勢主要體現在以下幾方面：①施加電磁場能夠進一步細化合金晶粒，并保證其平滑度，使其晶粒度達到一級加工水平。②實現了帶坯晶粒的軸化，提高了帶軸晶的比例，加工品質更高。③消除了加工工程中產生的一系列馬蹄形裂紋，提高制品質量。

電脈沖鑄軋技術的核心內容是將以行波磁場為主的組合磁場引入駐扎區，進一步優化結晶凝固環境，以保證結晶凝固質量。在整個動態形核結晶過程中，加工人員必須嚴格控制結晶過程，做好相關記錄，并對一些顆粒較大的柱狀結晶進行等軸晶轉化處理，以改變其晶粒取向，完善鑄軋板性能。電脈沖鑄軋技術不僅減少了傳統鑄生產中的污染，還具有節能環保、投資成本低、生產周期短等優勢。

2.1 液相區電脈沖處理機理 液態金屬中存在著一類性質相對穩定的近程有序分子集團或原子基團。在結晶凝固時，處于一定范圍的原子集團或分子集團會在電磁波的作用形成晶體形核的晶坯。北京科技大學的王建中和唐勇認為電脈沖作用下，一些瞬態電場和高電場會使這些原子集團或分子集團發生畸變。一旦這些畸變適應了反應環境，達到松弛飽和狀態，則這些團簇外電場就會捕捉到一定數量的單個液態電子，并組合成一個更大的團簇。

2.2 固液兩相區電脈沖處理機理 還有一些學者認為應該在晶體凝固過程中施加一定量的電脈沖，以加速形核反應，提高形核率，并抑制晶粒成長。Barnak等通過對近共晶Sn60Pb40和Sn63Pb37合金施加脈沖電流實驗，發現了結晶反應環境下合金凝固的反應規律。高密度的電脈沖一方面使得Sn-Pb合金的共晶團體積減小，另一方面還使合金在凝固時產生過冷情況，提高了反應速率。

2.3 固相區電脈沖處理機理 蘇聯學者對電致塑性的早期解釋：金屬受電子流照射時，一次加速電子以及等離子體振蕩引起的更大量的二次電子，以激發的形式將能量和力傳遞給位錯。在金屬軋制反應過程中，如果電子的漂移速度高于運動位錯彈性波的相速度，則電子會對運動位錯和相互作用中的位錯起加速作用。同時，電子照射還將增加位錯源的功，降低晶格中位錯運動及相互作用下的勢壘，最終提高金屬塑性。

3 電脈沖鑄軋的研究前景

電脈沖鑄軋技術的應用將極大地改善金屬軋制的加工條件，提高加工效率和質量。研究脈沖電流對金屬的影響可以進一步明確金屬的塑性變形作用機理，以更有效地控制和監督加工過程。但目前，有關其作用機理的研究仍處于起步階段，有待進一步深入驗證。

電脈沖鑄軋技術是一種綠色環保的材料制備方法，能夠節約資源減少污染，未來將成為21世紀先進材料和先進材料制備工藝研究的熱點，有望突破傳統材料的研究。

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