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行擴散。但液固界面也以一定的速度推進，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，不在此處凝固，則會形成宏觀偏析。
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理主要分為以下幾種：
①凝固界面的固液相的擴散：生長界面前沿的擴散層向純液相進行流動并且混合。這是以平面或者幾乎以平面方式生長的材料形成宏觀偏析的重要機理。而對于那些以枝晶方式生長的材料，由于枝晶前沿的擴散層比較薄，這種機理有可能不是主要的。擴散和混合是緩慢的過程，只有在較長的凝固時間之后，鑄坯才能出現(xiàn)明顯的宏觀偏析。
?、诖顦蚶碚摚河捎诶鋮s速率的不同，鑄坯上各面的樹枝晶生長速率是不完全相同的。在某一時刻，某些樹枝晶生長的更快一些，造成了與對面的樹枝晶搭橋，阻止了液相穴上部的鋼液向中下部中空區(qū)的補償，當(dāng)橋下部的鋼液繼續(xù)凝固時，得不到上部鋼液的補充而形成疏松或是縮孔，并伴隨有嚴(yán)重的中心偏析。
?、垡合嗔鲃樱航┠陙?，對于宏觀偏析的形成機理有了更加深刻的認(rèn)識，凝固時樹枝晶間富集溶質(zhì)的鋼液的流卻也是產(chǎn)生宏觀偏析的重要原因。
連鑄坯凝固的特點是傾向于生成柱狀晶組織，正因為這樣，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，擴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。宏觀偏析主要采取以下方法來進行控制：
?。?）低溫澆注技術(shù)
控制柱狀晶和等軸晶比例的關(guān)鍵是減少過熱度。過熱度增加柱狀晶發(fā)達(dá)，中心偏析嚴(yán)重。
?。?）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%。
（3）拉速的影響
對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，鑄坯液相穴加深，這不但推遲了等軸晶的形核和長大，擴大了柱狀晶區(qū)，而且發(fā)生鑄坯鼓肚的危險也隨之增加，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，并使鋼液易于補縮，為此需要限制拉速。
?。?）斷面尺寸的影響
研究發(fā)現(xiàn)鑄坯斷面尺寸對凝固組織有明顯的影響，所以必然對軸向偏析有重要影響。鑄坯斷面大于250×250mm時，偏析才能有實質(zhì)性的減低，偏析寬度對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，為此必須防止在凝固過程坯殼的鼓肚。
?。?）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，在凝固末端采用帶液芯的輕壓下技術(shù)。
（7）電磁攪拌技術(shù)，采用電磁攪拌，能擴大等軸晶區(qū)，健全內(nèi)部組織。
（8）凝固末端強冷技術(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)壓實鑄坯芯部，防止坯殼鼓肚，阻止液體流動，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發(fā)的，在鑄坯的最后凝固階段對鑄坯進行鍛壓，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)饣撘旱牧鲃樱苊庵行钠龅男纬?。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)的殘余液的流動兩方面入手的。通過改變凝固組織結(jié)構(gòu)入手來改變中心偏析的方法有低過熱度澆注、控制鑄坯拉速、M-EMS（結(jié)晶器電磁攪拌）、二冷強冷技術(shù)。通過抑制液相穴末端富集。
溶質(zhì)的殘余液的流動入手來改變中心偏析的方法有輕壓下技術(shù)、凝固末端強冷技術(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