连铸坯中心缺陷铸坯低倍结构形成

连铸坯低倍结构对产品质量有重要影响。钢是树枝晶凝固。铸坯的低倍结构呈树枝形状。如果从铸坯上切取试样，用硫印或酸浸方法在铸坯横断面或纵断面上就可显示内部组织结构，铸坯低倍结构由三带组成：

1.激冷层

钢水浇入水冷结晶器，在弯月面区有高的温度梯度和快的冷却速度（>100℃/S），提供极大的过冷度，形成细小等轴晶。其厚度2-5mm。

2.柱状晶区

从纵断面看，柱状晶并不是完全垂直于铸坯表面而是向上倾一定角度（约10度）这说明液相穴有向上的液体流动。从横断面看，树枝晶呈竹林状分布，由于冷却的不均匀性柱状晶的发展是不规则，有时形成穿晶结构。

形成柱状晶结构的原因

（1）结晶学上择优生长方向：铁晶体生长的优先方向是<100>，当<100>方向垂直于等温面时，就给<100>方向晶体生长优先权而吞并其他方向晶体发展为柱状晶。

（2）单方向传热：结晶器水平方向散热最快。铸坯出结晶器，在二冷区接受喷水冷却，在表面与中心形成大的温度梯度散热最快。主轴垂直于铸坯表面的晶体以最大凝固速度生长形成了单方向柱状晶。

3.中心等轴晶区

在液相穴固液界面，由于钢液对流运动把树枝晶打断，一部分熔化加速了过热度消除，另一部分枝晶下沉到液相穴底部作为等轴晶核心，此时由逐渐结晶过渡到体积结晶，生长的柱状晶与沉积在液相穴底部等轴晶相连接柱状晶停止生长而形成等轴晶区。铸坯中心区等轴晶较粗大且呈不规则排列。有的甚至于无等轴晶而呈柱状晶穿晶结构（如不锈钢）。铸坯中心有不同程度的缩孔疏松和偏析。

连铸坯中心缺陷铸坯低倍结构模型

由于二冷区冷却的不均匀性导致柱状晶不均匀生长，在铸坯中心常出现每隔5-10cm有规则的“凝固桥”形成，并伴随有疏松缩孔和中心宏观偏析的宏观结构，叫“mini-ingot”结构。它形成如下：

1.“小钢锭”(Mini-ingot)凝固模型

2.柱状晶均匀生长

3.某些柱状晶优先生长

4.柱状晶搭接成“桥”

5.桥下钢液凝固产生缩孔

6.形成低倍结构

7.铸坯凝固中心流动模型

在铸坯纵断面中心等轴晶区附近，在硫印图上还可以观察到V偏析区（尤其是高碳钢），有时把这种偏析现象叫半宏观偏析。

连铸坯中心缺陷凝固结构与产品性能

工业用钢约75%都要经过热加工后使用的。而铸态的等轴晶和柱状晶既影响钢的热加工性能也影响钢力学性能，然而它的影响程度是不一样的。等轴晶的特点：

1.结构致密，各个等轴晶彼此相互嵌入结合牢固；

2.热加工性能好；

3.材力学性呈各向同性。

因此，除了某些特殊用途产品如电工钢，汽轮叶片外等，为改善磁性，耐磨、耐腐蚀性能而要柱状晶发达外，一般的钢都希望得到等轴晶结构的连铸坯 。