鋼中的大多數(shù)合金元素固液相之間的分配系數(shù)均小于1。在金屬凝固的時(shí)候，比較純的金屬先凝固，而雜質(zhì)元素（主要為C、S、P）以一定的速度向液相進(jìn)行擴(kuò)散。但液固界面也以一定的速度推進(jìn)，由于中心部位冷卻速率較小，因此凝固速率隨著凝固厚度的增加而減小。所以偏析只被限制在固液界面處的液相金屬薄層內(nèi)。如果富含的溶質(zhì)在此處凝固，就形成微觀偏析。反之，如果這些富集的溶質(zhì)由于某些原因發(fā)生流動(dòng)，不在此處凝固，則會(huì)形成宏觀偏析。
連鑄坯的宏觀偏析主要表現(xiàn)為溶質(zhì)元素在鑄坯中心部位分布的不均勻性，即中心偏析。它的形成與連鑄機(jī)設(shè)備的工作狀況及工藝操作條件緊密相關(guān)。連鑄坯的中心偏析的形成機(jī)理主要分為以下幾種：
?、倌探缑娴墓桃合嗟臄U(kuò)散：生長(zhǎng)界面前沿的擴(kuò)散層向純液相進(jìn)行流動(dòng)并且混合。這是以平面或者幾乎以平面方式生長(zhǎng)的材料形成宏觀偏析的重要機(jī)理。而對(duì)于那些以枝晶方式生長(zhǎng)的材料，由于枝晶前沿的擴(kuò)散層比較薄，這種機(jī)理有可能不是主要的。擴(kuò)散和混合是緩慢的過(guò)程，只有在較長(zhǎng)的凝固時(shí)間之后，鑄坯才能出現(xiàn)明顯的宏觀偏析。
②搭橋理論：由于冷卻速率的不同，鑄坯上各面的樹(shù)枝晶生長(zhǎng)速率是不完全相同的。在某一時(shí)刻，某些樹(shù)枝晶生長(zhǎng)的更快一些，造成了與對(duì)面的樹(shù)枝晶搭橋，阻止了液相穴上部的鋼液向中下部中空區(qū)的補(bǔ)償，當(dāng)橋下部的鋼液繼續(xù)凝固時(shí)，得不到上部鋼液的補(bǔ)充而形成疏松或是縮孔，并伴隨有嚴(yán)重的中心偏析。
③液相流動(dòng)：近些年來(lái)，對(duì)于宏觀偏析的形成機(jī)理有了更加深刻的認(rèn)識(shí)，凝固時(shí)樹(shù)枝晶間富集溶質(zhì)的鋼液的流卻也是產(chǎn)生宏觀偏析的重要原因。
連鑄坯凝固的特點(diǎn)是傾向于生成柱狀晶組織，正因?yàn)檫@樣，易產(chǎn)生柱狀晶的“搭橋”現(xiàn)象。從而導(dǎo)致中心疏松和中心偏析的生成。高碳鋼中由于C偏析形成馬氏體組織而影響鋼絲的延展性。為了減少鑄坯中心疏松、縮孔和偏析，一是抑制柱狀晶生長(zhǎng)，擴(kuò)大鑄坯中心等軸晶區(qū)；二是抑制液相穴末端富集溶質(zhì)的殘余液的流動(dòng)。宏觀偏析主要采取以下方法來(lái)進(jìn)行控制：
?。?）低溫澆注技術(shù)
控制柱狀晶和等軸晶比例的關(guān)鍵是減少過(guò)熱度。過(guò)熱度增加柱狀晶發(fā)達(dá)，中心偏析嚴(yán)重。
（2）減少易偏析元素含量，如采取鐵水預(yù)處理和鋼包脫硫等措施把鋼[S]含量降到小于0.01%。
?。?）拉速的影響
對(duì)一定斷面的鑄坯和鋼的化學(xué)成分，隨著拉速的提高，鑄坯在結(jié)晶內(nèi)停留時(shí)間變短，從而使鋼液凝固速度降低，其結(jié)果是鑄坯液心延長(zhǎng)，鑄坯液相穴加深，這不但推遲了等軸晶的形核和長(zhǎng)大，擴(kuò)大了柱狀晶區(qū)，而且發(fā)生鑄坯鼓肚的危險(xiǎn)也隨之增加，而且易形成搭橋和形成小鋼錠結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致鑄坯中心組織變壞并帶有大縮孔和軸向偏析。所以希望得到足夠淺的液相穴，并使鋼液易于補(bǔ)縮，為此需要限制拉速。
（4）斷面尺寸的影響
研究發(fā)現(xiàn)鑄坯斷面尺寸對(duì)凝固組織有明顯的影響，所以必然對(duì)軸向偏析有重要影響。鑄坯斷面大于250×250mm時(shí)，偏析才能有實(shí)質(zhì)性的減低，偏析寬度對(duì)坯厚的比率是隨著鑄坯斷面更寬更扁而降低。
?。?）阻止富集溶質(zhì)殘余鋼水的流動(dòng)，為此必須防止在凝固過(guò)程坯殼的鼓肚。
?。?）輕壓下技術(shù)
為防止凝固收縮而產(chǎn)生負(fù)壓引起液體流動(dòng)，在凝固末端采用帶液芯的輕壓下技術(shù)。
?。?）電磁攪拌技術(shù)，采用電磁攪拌，能擴(kuò)大等軸晶區(qū)，健全內(nèi)部組織。
?。?）凝固末端強(qiáng)冷技術(shù)
鑄坯中心偏析是與凝固末端液相穴末端糊狀區(qū)的體積有關(guān)，在凝固末端設(shè)置噴水冷卻區(qū)壓實(shí)鑄坯芯部，防止坯殼鼓肚，阻止液體流動(dòng)，減輕中心偏析，其效果不亞于輕壓下技術(shù)。
?。?）連續(xù)鍛壓技術(shù)
該技術(shù)是日本川崎鋼鐵公司開(kāi)發(fā)的，在鑄坯的最后凝固階段對(duì)鑄坯進(jìn)行鍛壓，當(dāng)鑄坯受到鍛壓后尺寸急劇變小，在液相穴末端形成致密的固相，從而防止?jié)饣撘旱牧鲃?dòng)，避免中心偏析的形成。該工藝不僅較好的消除中心偏析，中心疏松和中心裂紋，并可將V型偏析消失。
以上各種中心偏析的控制方法是從改變凝固組織結(jié)構(gòu)和抑制液相穴末端富集溶質(zhì)的殘余液的流動(dòng)兩方面入手的。通過(guò)改變凝固組織結(jié)構(gòu)入手來(lái)改變中心偏析的方法有低過(guò)熱度澆注、控制鑄坯拉速、M-EMS（結(jié)晶器電磁攪拌）、二冷強(qiáng)冷技術(shù)。通過(guò)抑制液相穴末端富集。
溶質(zhì)的殘余液的流動(dòng)入手來(lái)改變中心偏析的方法有輕壓下技術(shù)、凝固末端強(qiáng)冷技術(shù)、F-EMS（末端電磁攪拌）、連續(xù)鍛壓技術(shù)。
——本文摘自文獻(xiàn)綜述
冀公網(wǎng)安備13050002001422號(hào)