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(jī)理，對(duì)于微觀偏析可以簡(jiǎn)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(huì)被排擠到凝固前沿形成溶質(zhì)的再分布，同時(shí)由于較短的凝固時(shí)間和固相極小的擴(kuò)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(kuò)散能力有關(guān)。
對(duì)于中心偏析其產(chǎn)生機(jī)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(shí)樹枝晶間的液相由于富集雜質(zhì)而熔點(diǎn)降低保持為流動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)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(dòng)，最終這種富集溶質(zhì)將會(huì)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(dòng)的驅(qū)動(dòng)力不同，鑄坯中心偏析的產(chǎn)生機(jī)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(jī)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(zhǎng)過程中的凝固塔橋，橋下空穴得不到上部的補(bǔ)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(zhǎng)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(bǔ)縮，因此會(huì)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(gè)階段：
(1)柱狀晶穩(wěn)定生長(zhǎng)；
(2)由于二冷不均等工藝因素的影響，使得柱狀晶的生長(zhǎng)快慢不均，即某些柱狀晶生長(zhǎng)快，而另一些柱狀晶生長(zhǎng)慢；
(3)同一橫斷面上生長(zhǎng)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(duì)下部鋼水的凝固收縮進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)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(huì)形成中心偏析疏松，還會(huì)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(huì)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(huì)出現(xiàn)對(duì)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(gè)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(duì)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)?huì)被壓碎，碎斷的枝晶將作為中心液相的形核核心，促進(jìn)中心等軸晶的生長(zhǎng)，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(shí)，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(dòng)造成的。而事實(shí)上引起這一流動(dòng)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(duì)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(duì)枝晶間殘余液相的抽吸作用引起的強(qiáng)制流動(dòng)；還有其他機(jī)械因素等導(dǎo)致的鑄坯變形而引起的內(nèi)部強(qiáng)制對(duì)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(shí)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(shí)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
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