發布時間:2009-05-15 08:19:51
連鑄小方坯的凝固組織
連鑄坯的內部質量在很大程度上取決於它的凝固組織，其組織結構與普通鋼錠相似，也由三個晶區組成，即激冷層區（邊緣等軸晶區）、柱狀晶區和中心等軸晶區。
（1）激冷層區
鋼液進入結晶器後，受器壁急劇冷卻形成大量晶核，並迅速凝固成具有細小等軸晶的激冷層區，其化學成分相當於液相成分。激冷層的厚度主要取決於鋼液的過冷度，形成激冷層的冷卻速度約為100℃/s。
（2）柱狀晶區
隨著激冷層的形成，傳熱速度減慢，凝固前沿的過冷度減小，同時又有空間熱流時，柱狀晶便開始生長，其方向平行於散熱方向。當用較高倍顯微鏡觀察其結晶組織結構時，可以發現這種柱狀晶是大體沿同一方向伸展的網狀樹枝晶的集合組織。即從邊緣向中心，柱狀晶由只有二次枝晶發展成為高次枝晶，斷面也由簡單變複雜。
柱狀晶發達時可直抵鑄坯中心，形成穿晶結構，只有形成中心等軸晶區才能阻止柱狀晶生長。
（3）等軸晶區
隨著柱狀晶的生長，凝固前沿富集了越來越多的氣體夾雜及低熔點元素，因而降低了熔點和過冷度。另外，由於坯殼厚度不斷擴大，傳熱速度下降，柱狀晶發展緩慢，並隨著中心部位與柱狀晶前沿鋼液的溫度差別逐漸減小，柱狀晶停止向內生長，此時中心未凝固的鋼液結晶接近停滯狀態，直到鋼液溫度降低至熔點以下時，在殘餘鋼液中普遍形核，向各方向長大成等軸晶。因此，澆注溫度越低，溫度梯度越小，組成的過冷範圍越寬，就越容易生成等軸晶。
連鑄坯巨集觀組織的好壞，可以用等軸晶所佔比例多少來衡量。等軸晶組織對改善鑄坯質量有顯著影響，因此可以通過對連鑄坯凝固條件的調整促進等軸晶的生長。
小方坯內部主要缺陷
內部缺陷直接影響了連鑄坯的中心致密度，從而最終影響其內部質量。對於高碳鋼小方坯，內部缺陷主要指中心偏析、中心疏鬆和縮孔以及鑄坯內部的巨集觀非金屬夾雜物。
中心偏析
偏析是指鋼液凝固時各部位發生凝固不同時性和溫度不均勻性而出現的濃度之差，這是由於物理作用所引起的。中心偏析是指位於鑄坯中心部位的碳、磷、硫、錳等元素聚集變化而使含量突然公升高（成分出格）的偏析現象。它基本上是一種巨集觀偏析或半巨集觀偏析，與鋼錠中存在的只是由冶金原因造成的中心偏析不同，連鑄坯中心偏析在很大程度上是由連鑄機本身機械上的原因引起的。
輕微的偏析是不可避免的，而隨著中心偏析程度的加重，對鋼的質量和效能產生越來越大的影響。
由於引起連鑄坯中心偏析機械上的因素很多，加上原來的冶金因素，使產生原因更為複雜，這樣就形成了各種複雜的形態。
（1）鑄坯橫截面觀察
在鑄坯橫截面中心出現點狀、不規則暗斑或塊狀偏析區。暗斑有大有小，塊狀有人稱之為黑心或白心（還有小白塊中有黑核）。黑心一般為正偏析，白心一般為負偏析，它們分別**於鑄坯的頭部和尾部。
不同浸蝕的黑白程度因鋼種不同（主要是含碳量的差別）而不同。
（2）鑄坯縱截面觀察
中心偏析在縱截面上表現得更為充分。不同澆注條件，具有不同的偏析形態：高溫澆注形成的線狀或點狀偏析；低溫澆注形成的「v」型偏析或倒「v」型偏析；過熱度高，但對中好形成的斷續中心偏析；過熱度低、對中不好、由鼓肚造成的斷續偏析線兼有「v」型偏析區；過熱度高、液相矯直或鼓肚形成的中心裂紋和中心偏析；與澆注溫度無關的粗帶狀中心偏析或者伴有明顯負偏析的中心偏析；在鑄坯凝固末期，由於中心區液體凝固潛熱的突然釋放，使中心區液體溫降速率大於周圍液體，導致中心糊狀區枝晶之間形成拉應力引起裂紋，而周圍的偏析液體滲入其中形成了「v」型偏析；點線狀偏析成串排列，嚴重時有連續的偏析條帶，從微觀上觀察，出現較多的硫化物；鑄坯中心部分出現黑線（正偏析）或白線（負偏析），有時在同一鑄坯中會同時出現黑線和白線，從金相觀察，是一種錳偏析的帶狀組織。
中心疏鬆和縮孔
中心疏鬆和縮孔是鑄坯的一種內部缺陷[9]，將鑄坯沿中心軸縱向剖開並拋光後，在軸心附近有細小空間，稱之為中心疏鬆，中心較大的空洞稱為縮孔。
中心疏鬆和縮孔的產生可以看成是鑄坯兩面的柱狀晶向中心生長，碰到一起造成了「搭橋」阻止了橋上面的鋼液對橋下面鋼液凝固收縮的補充，當橋下面鋼液全部凝固後，就留下了許多小孔隙。而由於小方坯的凝固速度快、柱狀晶發達，因此往往出現穿晶結構，極易產生「搭橋」，生成「小鋼錠」結構，從而產生週期性的、斷續的縮孔。
另外，中心疏鬆和縮孔的產生在很大程度上與鋼的成分有關，特別是碳含量。隨著碳含量增加和澆注速度的提高，中心縮孔和疏鬆的程度也加重。產生中心疏鬆和縮孔的乙個原因就是凝固前沿枝晶之間彼此搭接而產生「搭橋」，從而阻止或妨礙了鋼液進入收縮孔穴中。
相對而言，小方坯成材過程中變形量小，但在正常情況下，普遍認為小方坯在軋制過程中，中心疏鬆是能壓合的，如果中心疏鬆嚴重甚至出現縮孔，加之若中心非金屬夾雜物富集也嚴重，中心疏鬆或縮孔是難於壓合的。在盤條中體現的是顯微裂紋，這必將影響盤條的力學效能以及其隨後的冷加工效能，即在受力過程中，裂紋將擴充套件，造成盤條或鋼絲斷裂。因此，要求優質高碳小方坯不能出現中心縮孔，而中心疏鬆≤0.5級。
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