因溶質(zhì)元素在固、液相中的溶解度差異以及選分結(jié)晶現(xiàn)象的存在，導(dǎo)致鋼液凝固過程中溶質(zhì)元素分布不均現(xiàn)象我們稱之為偏析。究其形成機理，對于微觀偏析可以簡單概括為由于溶質(zhì)元素在固、液相中具有不同的溶解度，因此在鑄坯凝固過程中富含C、S、Mn、P等偏析元素的溶質(zhì)會被排擠到凝固前沿形成溶質(zhì)的再分布，同時由于較短的凝固時間和固相極小的擴散系數(shù)，使得富集溶質(zhì)不可能做到充分?jǐn)U散，以致于鑄坯凝固后在枝晶干和枝晶間存在溶質(zhì)溶度不同。微觀偏析程度與鋼錠中溶質(zhì)元素本身的固溶度以及其在固相中的擴散能力有關(guān)。
對于中心偏析其產(chǎn)生機理亦可歸納為因凝固過程中溶質(zhì)元素在固液相中的溶解度差異導(dǎo)致樹枝晶間溶質(zhì)富集，同時樹枝晶間的液相由于富集雜質(zhì)而熔點降低保持為流動狀態(tài)，此時若富集溶質(zhì)的液相因凝固收縮或者是密度差異導(dǎo)致的遠(yuǎn)大于枝晶臂間距范圍內(nèi)的液相流動，最終這種富集溶質(zhì)將會滯留在凝固末端導(dǎo)致鑄坯凝固結(jié)構(gòu)中區(qū)域性溶質(zhì)元素分布不均。與微觀偏析發(fā)生在枝晶臂間距范圍內(nèi)不同的是宏觀偏析發(fā)生在幾厘米甚至幾十厘米的距離上。根據(jù)導(dǎo)致富集溶質(zhì)的液相流動的驅(qū)動力不同，鑄坯中心偏析的產(chǎn)生機理可以概括為以下3種：
(1)凝固后期因液相密度差異導(dǎo)致富含溶質(zhì)的液相流至凝固末端形成偏析。液相密度的變化可以是由于溫度的變化或者是液相濃度的變化引起的。
(2)因鑄坯熱、機械鼓肚，凝固收縮等原因抽吸枝晶間富集溶質(zhì)形成中心偏析。
(3)枝晶生長過程中的凝固塔橋，橋下空穴得不到上部的補縮，抽吸枝晶間富集溶質(zhì)形成偏析、疏松。
凝固搭橋理論認(rèn)為，因過熱度較高或局部二冷不均導(dǎo)致鑄坯凝固過程中局部柱狀晶生長過于發(fā)達(dá)，在鑄坯斷面中心形成“凝固橋”，稱之為“小鋼錠凝固結(jié)構(gòu)”。橋下鑄坯液相凝固后因得不到上部鋼液的補縮，因此會形成疏松和縮孔并抽吸枝晶間富集溶質(zhì)，形成中心偏析。“小鋼錠凝固結(jié)構(gòu)”導(dǎo)致鑄坯中心偏析的形成，大致可分為以下四個階段：
(1)柱狀晶穩(wěn)定生長；
(2)由于二冷不均等工藝因素的影響，使得柱狀晶的生長快慢不均，即某些柱狀晶生長快，而另一些柱狀晶生長慢；
(3)同一橫斷面上生長較快的柱狀晶在鑄坯中心相遇，形成了所謂的晶橋；
(4)晶橋形成后上部鋼水受阻不能對下部鋼水的凝固收縮進(jìn)行及時補充，因而在晶橋下邊，鋼水按一般鋼錠凝固的模式凝固。
“小鋼錠”凝固的結(jié)果不但會形成中心偏析疏松，還會形成V、A型偏析等。孫齊松等人的研究表明：連鑄坯凝固過程中沿軸向組織和成分分布是不均勻的。由于凝固搭橋現(xiàn)象，沿軸向會交替出現(xiàn)較寬的晶粒細(xì)小的等軸晶區(qū)和較窄的晶粒粗大的等軸晶區(qū)，因而會出現(xiàn)對應(yīng)著溶質(zhì)元素的負(fù)偏析區(qū)和正偏析區(qū)。另外，由于晶橋的形成是在連鑄坯凝固過程中斷續(xù)出現(xiàn)的，所以“小鋼錠”的凝固也是斷續(xù)出現(xiàn)的。因此連鑄坯的整個凝固過程，可以看作是無數(shù)“小鋼錠”斷續(xù)凝固的結(jié)果。對于有輕壓下設(shè)備的連鑄板坯，在鑄坯凝固過程中輕壓下的作用下，晶橋?qū)粔核椋閿嗟闹⒆鳛橹行囊合嗟男魏撕诵?，促進(jìn)中心等軸晶的生長，使中心凝固結(jié)構(gòu)更致密，減少富集溶質(zhì)在中心聚集的幾率，減小中心偏析。
雖然目前人們已經(jīng)達(dá)成共識，連鑄坯宏觀中心偏析是由于枝晶間殘余濃化鋼液的宏觀流動造成的。而事實上引起這一流動的因素很多，如溫度梯度的存在、液相濃度的不同、重力作用等引起自然對流；又如鑄坯在鋼液靜壓力作用下形成的鼓肚和凝固收縮在中心形成的空穴對枝晶間殘余液相的抽吸作用引起的強制流動；還有其他機械因素等導(dǎo)致的鑄坯變形而引起的內(nèi)部強制對流等。以上宏觀偏析的形成理論在某些方面都能給出合理的解釋，但是由于實際澆鑄過程的復(fù)雜性及其諸多的影響因素，因此每種理論都具有局限性，實際過程中究竟是那種原因占據(jù)主導(dǎo)地位，須具體情況具體分析。
——本文摘自論文文獻(xiàn)綜述
冀公網(wǎng)安備13050002001422號