连铸小方坯的凝固组织和内部主要缺陷总结

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连铸小方坯的凝固组织
连铸坯的内部质量在很大程度上取决于它的凝固组织，其组织结构与普通钢锭相似，也由三个晶区组成，即激冷层区（边缘等轴晶区）、柱状晶区和中心等轴晶区。
（1）激冷层区
钢液进入结晶器后，受器壁急剧冷却形成大量晶核，并迅速凝固成具有细小等轴晶的激冷层区，其化学成分相当于液相成分。激冷层的厚度主要取决于钢液的过冷度，形成激冷层的冷却速度约为100℃/S。
（2）柱状晶区
随着激冷层的形成，传热速度减慢，凝固前沿的过冷度减小，同时又有空间热流时，柱状晶便开始生长，其方向平行于散热方向。当用较高倍显微镜观察其结晶组织结构时，可以发现这种柱状晶是大体沿同一方向伸展的网状树枝晶的集合组织。即从边缘向中心，柱状晶由只有二次枝晶发展成为高次枝晶，断面也由简单变复杂。柱状晶发达时可直抵铸坯中心，形成穿晶结构，只有形成中心等轴晶区才能阻止柱状晶生长。
（3）等轴晶区
随着柱状晶的生长，凝固前沿富集了越来越多的气体夹杂及低熔点元素，因而降低了熔点和过冷度。另外，由于坯壳厚度不断扩大，传热速度下降，柱状晶发展缓慢，并随着中心部位与柱状晶前沿钢液的温度差别逐渐减小，柱状晶停止向内生长，此时中心未凝固的钢液结晶接近停滞状态，直到钢液温度降低至熔点以下时，在残余钢液中普遍形核，向各方向长大成等轴晶。因此，浇注温度越低，温度梯度越小，组成的过冷范围越宽，就越容易生成等轴晶。
连铸坯宏观组织的好坏，可以用等轴晶所占比例多少来衡量。等轴晶组织对改善铸坯质量有显著影响，因此可以通过对连铸坯凝固条件的调整促进等轴晶的生长。
小方坯内部主要缺陷
内部缺陷直接影响了连铸坯的中心致密度，从而最终影响其内部质量。对于高碳钢小方坯，内部缺陷主要指中心偏析、中心疏松和缩孔以及铸坯内部的宏观非金属夹杂物。
中心偏析
偏析是指钢液凝固时各部位发生凝固不同时性和温度不均匀性而出现的浓度之差，这是由于物理作用所引起的。中心偏析是指位于铸坯中心部位的碳、磷、硫、锰等元素聚集变化而使含量突然升高（成分出格）的偏析现象。它基本上是一种宏观偏析或半宏观偏析，与钢锭中存在的只是由冶金原因造成的中心偏析不同，连铸坯中心偏析在很大程度上是由连铸机本身机械上的原因引起的。轻微的偏析是不可避免的，而随着中心偏析程度的加重，对钢的质量和性能产生越来越大的影响。
由于引起连铸坯中心偏析机械上的因素很多，加上原来的冶金因素，使产生原因更为复杂，这样就形成了各种复杂的形态。
（1）铸坯横截面观察
在铸坯横截面中心出现点状、不规则暗斑或块状偏析区。暗斑有大有小，块状有人称之为黑心或白心（还有小白块中有黑核）。黑心一般为正偏析，白心一般为负偏析，它们分别来源于铸坯的头部和尾部。不同浸蚀的黑白程度因钢种不同（主要是含碳量的差别）而不同。
（2）铸坯纵截面观察
中心偏析在纵截面上表现得更为充分。不同浇注条件，具有不同的偏析形态：高温浇注形成的线状或点状偏析；低温浇注形成的“V”型偏析或倒“V”型偏析；过热度高，但对中好形成的断续中心偏析；过热度低、对中不好、由鼓肚造成的断续偏析线兼有“V”型偏析区；过热度高、液相矫直或鼓肚形成的中心裂纹和中心偏析；与浇注温度无关的粗带状中心偏析或者伴有明显负偏析的中心偏析；在铸坯凝固末期，由于中心区液体凝固潜热的突然释放，使中心区液体温降速率大于周围液体，导致中心糊状区枝晶之间形成拉应力引起裂纹，而周围的偏析液体渗入其中形成了“V”型偏析；点线状偏析成串排列，严重时有连续的偏析条带，从微观上观察，出现较多的硫化物；铸坯中心部分出现黑线（正偏析）或白线（负偏析），有时在同一铸坯中会同时出现黑线和白线，从金相观察，是一种锰偏析的带状组织。
中心疏松和缩孔
中心疏松和缩孔是铸坯的一种内部缺陷[9]，将铸坯沿中心轴纵向剖开并抛光后，在轴心附近有细小空间，称之为中心疏松，中心较大的空洞称为缩孔。
中心疏松和缩孔的产生可以看成是铸坯两面的柱状晶向中心生长，碰到一起造成了“搭桥”阻止了桥上面的钢液对桥下面钢液凝固收缩的补充，当桥下面钢液全部凝固后，就留下了许多小孔隙。而由于小方坯的凝固速度快、柱状晶发达，因此往往出现穿晶结构，极易产生“搭桥”，生成“小钢锭”结构，从而产生周期性的、断续的缩孔。
另外，中心疏松和缩孔的产生在很大程度上与钢的成分有关，特别是碳含量。随着碳含量增加和浇注速度的提高，中心缩孔和疏松的程度也加重。产生中心疏松和缩孔的一个原因就是凝固前沿枝晶之间彼此搭接而产生“搭桥”，从而阻止或妨碍了钢液进入收缩孔穴中。
相对而言，小方坯成材过程中变形量小，但在正常情况下，普遍认为小方坯在轧制过程中，中心疏松是能压合的，如果中心疏松严重甚至出现缩孔，加之若中心非金属夹杂物富集也严重，中心疏松或缩孔是难于压合的。在盘条中体现的是显微裂纹，这必将影响盘条的力学性能以及其随后的冷加工性能，即在受力过程中，裂纹将扩展，造成盘条或钢丝断裂。因此，要求优质高碳小方坯不能出现中心缩孔，而中心疏松≤0.5级。