利用电磁场技术控制钢铸坯在凝固阶段出现的成分偏析和缩孔疏松等组织缺陷一直是钢铸造和凝固的前沿研究领域。随着超导技术的发展,10 T量级的强静磁场已经相对容易地获得,因此,静磁场下的材料制备研究随之蓬勃发展。大量研究证实,静磁场不存在“集肤效应”,并且与合金固/液界面处的内生热电流交互作用而产生的热电磁效应能够有效地控制凝固组织。而利用热电效应控制钢凝固组织缺陷的研究则鲜有报道。本文围绕热电磁效应对钢柱状枝晶向等轴枝晶转变（CET）及流动补缩的影响展开了系统研究,为利用静磁场解决钢铸坯凝固过程中出现的冶金缺陷问题提供了理论依据和实践指导。主要的研究结果有:（1）结合数值模拟和理论分析阐明热电磁效应促进CET形成的新机理,为后续相关实验奠定了理论基础。一方面,直接作用在碳钢二次枝晶上的热电磁力会形成集中于根部的应力,其随着磁场强度增大而增加,并在典型尺寸的二次枝晶上达到10-1 MPa数量级,结合应力重熔机制可得,此量级的应力会使枝晶根部在10-1 s内熔断,从而成为枝晶碎片形成的主要因素;另一方面,碳钢一次枝晶间热电磁对流的流速可达到103μm/s数量级,能够驱动枝晶碎片或游离晶核向试样边部和柱晶前沿迁移。因此,热电磁效应有利于碳钢发生CET。（2）为了探究热电磁效应诱发钢中CET的普适性,选取两种不同商用钢（20钢和GCr15钢）进行了纵向静磁场下的定向凝固实验。随着磁场强度和温度梯度的增加,20钢和GCr15钢柱状枝晶生长的紊乱程度都逐渐地增大,等轴枝晶增多,而且试样边部成为其先发区;在较低抽拉速率（5μm/s）下,两种钢均发生了完全CET;当温度梯度约为100 K/cm时,4 T磁场的作用能使两种钢均在低于20μm/s的生长速度下发生CET,其冷却速率（0.2 K/s）处于钢实际连铸的冷却速率范围（10-1100 K/s）内。两种钢能够发生CET是由热电磁效应促进枝晶断裂和枝晶间熔体流动所致。（3）为了探索热电磁效应作用下钢发生CET实际应用的可行性,进一步研究了其工艺参数变化规律和工艺窗口,选取易在凝固阶段产生偏析的GCr18Mo钢进行了静磁场下的定向凝固实验。提高磁场强度和温度梯度有利于促进GCr18Mo钢的CET和晶粒细化,而抽拉速率的增加则会抑制其CET和晶粒细化的形成。当磁场强度和温度梯度分别为5 T和104 K/cm时,GCr18Mo钢发生CET的工艺窗口可扩大到0.3 K/s（冷却速率）。（4）研究了热电磁效应作用下钢中微观偏析的变化规律。分析了有无磁场作用下GCr15钢和GCr18Mo钢的Cr元素分布规律,结果显示,随着热电磁效应对CET作用效果的增强,Cr元素分布趋于均匀,这说明热电磁效应促进钢发生CET会有利于其凝固组织的均质化。（5）为了探究静磁场下热电磁效应对钢凝固末端缩孔疏松的补缩效果,实施静磁场下GCr18Mo钢末端凝固实验,利用X射线断层扫描技术对凝固缩孔进行了定量地统计分析。结果表明,随着磁场强度的增加,凝固缩孔的数量密度和体积分数均呈现先减小后增大的变化趋势,最佳磁场强度为1 T;凝固缩孔表面形貌从无磁场作用时的类枝晶形貌转变为3 T磁场作用下的椭球状。结合数值模拟结果可得,引起这一变化的主要原因是热电磁对流对凝固缩孔的强补缩作用。