连铸坯中心偏析形成机理
  发布时间:2015年08月24日 点击数:

  连铸过程实质上是一个多元体系合金凝固的过程。钢液在凝固过程中,由于溶质元素(如,C,S和P等溶质元素)在固液相中的溶解度不同,铸坯内部会同时发生微观和宏观尺度上溶质偏析。其中,微观偏析是由枝晶间富含溶质的钢液的凝固引起,其为短程上的溶质含量差异,长度范围约几个微米。宏观偏析(即中心偏析)是由凝固过程中树枝晶间富集溶质残余母液的流动造成的。其常在铸坯纵剖面上沿中心轴线以点线状偏析、V形偏析等形式存在,且其中心溶质元素明显高于其他部位。与铸坯内微观偏析相比,宏观偏析会引起铸坯内部化学成分不均匀,且难以通过后续的轧制和退火等热处理工艺中被完全消除,并有可能导致铸坯内部裂纹的产生,进而降低了最终产品的加工和机械性能。
  针对上述铸坯内部宏观缺陷,国内外冶金工作者做出了大量细致深入的研究工作,并指出了几种不同形成机制及相应的改善措施。然而,由于实际浇铸过程的复杂性,每一种理论只能解释某些铸坯中心偏析特征,均不能完全说明问题。现将其主要的形成机理归结如下:
  1、溶质元素析出和富集理论,钢液在凝固过程中,由于溶质元素(如C,S,P等)在固液相中进行再分配,凝固枝晶的生长将析出的溶质元素不断地排向未凝固的钢液中,随着凝固的进行,这些易偏析元素被富集在铸坯中心或凝固末端区域,进而形成中心偏析;
  2、“凝固晶桥”理论,铸坯内部柱状晶生长过于发达,当铸坯局部传热不稳定时,易引起柱状晶生长不均匀,进而导致铸坯中心在凝固后期形成“搭桥”,阻止了上部钢液对晶桥下钢液凝固收缩的补充,形成了中心疏松和缩孔,并引起中心偏析;
  3、空穴抽吸理论,在凝固末期,由于铸坯鼓肚或末端液相穴的凝固收缩,在铸坯中心产生具有负压抽吸作用的空穴,造成了树枝晶间富集溶质元素的钢液向铸坯中心流动,形成中心偏析。
  对上述形成机理进行综合分析可知,影响铸坯内宏观偏析程度大小的因素可包括:钢液的浇注温度;固液两相区温差;凝固时间长;固液密度差异大;钢种成分及其内易偏析的有害溶质元素含量,树枝晶间距;凝固坯壳的变形。由此可知,铸坯中心偏析的形成涉及到连铸的设备、工艺、技术、钢种以及操作等因素影响。将改善或消除铸坯内中心偏析和疏松的技术手段可分为四大类:1、为液相穴提供等轴晶产生的条件;2、减少钢液中易偏析的有害溶质元素;3、补偿铸坯凝固末端的收缩;4、防止铸坯鼓肚等方式以抑制凝固末端吸收富集偏析溶质的钢液。
 

                         ——本文摘自论文文献综述