铝及铝合金产品有着优越的性能,已广泛地应用在各个领域当中。铝及铝合金应用的扩展带动了铝生产工业的飞速发展,中国的铝产量接近世界铝产量的一半。与此同时,中国铝工业也是我国工业耗电大户。研究表明,铝工业生产中的能量利用率不足50%,节能空间十分巨大。阴极钢棒作为铝电解阴极组装的重要部分,是能耗散失的重要环节。研究具有优良电导率的钢棒成为科研人员研究的热点。本文选用YT01纯铁、Q195钢和Q235钢作为研究对象,通过热处理和添加元素改变阴极钢棒试样的微观组织结构,改善阴极钢棒试样的导电性能及其综合使用性能。采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)等测试分析手段系统研究了热处理和添加元素后阴极钢棒试样的微观组织结构特征,通过测试高温条件下阴极钢棒试样电导率和硬度,分析了热处理和添加元素对阴极钢棒试样电导率的影响,讨论了高温条件下微观组织对阴极钢棒的导电机理。研究结果表明:(1)热处理可以通过改善金属内部的空位与位错等缺陷和金属内部晶粒的大小来影响金属的电导率。随着晶粒的增大,3种材料的电导率呈上升的趋势。YT01纯铁、Q195钢与Q235钢在850℃下保温2h的晶粒大于在750℃下保温2h的晶粒,分别增大了0.2、0.6与0.2m/Ω·mm2。(2)在相同热处理条件下,YT01纯铁的电导率优于Q195钢的电导率,Q195钢的电导率优于Q235钢的电导率。三种材料在850℃下保温2h,YT01纯铁、Q195钢与Q235钢在930℃下的电导率分别为0.94、0.86、0.80m/Ω·mm2。(3)在保温时间相同的条件下,YT01纯铁、Q195钢与Q235钢的硬度都呈减小的趋势。以YT01纯铁为例,在未处理、750℃下保温2h与850℃下保温2h三种热处理状态下的硬度分别为91HV、85HV与84HV。(4)向YT01纯铁中添加多种合金元素后,金属晶粒变小。这是由于在晶粒长大的过程中,加入的合金元素阻止晶粒的进一步长大。合金元素在金属基体中形成的固溶体可对载流子造成散射作用,影响金属的电导率。(5)向YT01纯铁中添加合金元素Ti后,Ti元素细化晶粒的作用十分明显。Ti元素在合金中与Fe元素形成Fe2Ti相,该化合物可以稳定合金在高温下的硬度,使合金在高温下的硬度不会降的太低。向YT01纯铁中添加Al元素后,Al元素可与Fe形成B2型体心立方结构的FeAl有序相,该有序相的形成可以恢复金属晶体内部的周期性,增大电子的平均自由程,这对金属电导率的提高十分有益。向YT01纯铁中添加Ti与Al元素后,Ti会固溶在Fe元素与Al元素形成的有序相FeAl中,会增大FeAl有序相的晶格常数,使有序相进一步增大大,进而使金属电导率得到提升。Ti元素与Al元素的添加量存在一个对合金电导率最有益的配比,该配比有待进一步研究。