连铸钢板等轴晶带对组织性能的影响

中心等轴晶带由细小无规则排列的等轴晶组成，图1-13为中心等轴晶形貌。等轴晶所占比例的大小，是衡量连铸坯宏观质量的标准之一。本段只阐述连铸坯内打碎了的树枝晶片形成等轴晶的问题。就弧形连铸机而言，即使是在内、外弧侧冷却速度相同的情况下，被打碎了的树枝晶片也会在铸坯的圆弧外侧沉积。由于沉积下来的树枝晶片没有被溶解的高温条件，加之温度梯度越来越小，所以这些沉积下来的树枝晶片，就有可能成长为等轴或分叉的柱状晶。浇注温度越低，温度梯度越小，成分过冷范围越宽，越容易生成等轴晶。由于连铸坯是周围强制冷却的单方向凝固，所以，在结晶将要结束的中心部位，必然聚集着富集了溶质的钢液。如果这些钢液被凝固桥隔开，桥下残余钢液凝固时产生的收缩，就会由于得不到钢液的补充，形成中心缩孔和疏松，在缩孔和疏松的周围出现严重的偏析。

图1-13 中心等轴晶形貌（横向断面×1）

对弧形连铸机的大方坯和厚板坯来说，正常情况下是外弧等轴晶带较内弧侧厚些，有时也有内、外弧等轴晶厚度差不多的情况。

不难看出：由于结晶器的冷却能力比模铸强，铸坯的激冷层比钢锭的激冷层厚，晶粒更细，而且还可以得到没有侧枝的细柱状晶。由于铸坯始终处于强制冷却的过程，所以柱状晶比较发达，容易形成凝固桥，在凝固桥下部有中心缩孔和疏松形成。连铸坯液相内钢液的流动，形成了有明显倾角的柱状晶。连铸坯组织比钢锭致密，低碳钢连铸坯的密度一般为7.6g/cm³，然而同钢种钢锭的密度仅为7.4g/cm³。

图1-14 粗大等轴晶团形貌（横向断面×2.5）(www.xing528.com)

对大方坯和厚板坯，连铸凝固组织的好坏，可以用等轴晶带（中心等轴晶带）所占比例的多少来衡量。这是因为连铸坯的等轴晶组织对改善钢材各向同性性能有显著影响。弄清楚等轴晶生成机理，通过控制凝固条件来扩大等轴晶带的面积具有重要实际意义。图1-14中黑线所圈定各区域为典型的粗大中心等轴晶团形貌。图1-15是板坯中间粗大等轴晶团形貌。

图1-15 板坯中间粗大等轴晶团形貌

在一个等轴晶团区域内，有多条交叉取向的，短粗的树枝晶条分布于其中。当生长的枝晶末梢相互碰撞时，枝晶团的生长就受到制约而停止。在中心等轴晶集中处其等轴枝晶更加细小。

随着柱状晶的生长，钢液凝固前沿富集了越来越多的低熔点元素，因而降低了钢液的熔点及温度梯度。由于凝壳厚度不断增加，传热速度下降，温度梯度趋于减小，柱状晶发展变慢，并随着中心部位与柱状晶前沿钢液的温度差的逐渐减小，柱状晶停止向内生长，中心未凝固的钢液结晶接近停滞状。由于液相穴钢液存在钢流流动，把部分自由晶核和熔断的树枝晶带到未熔钢液中，促使钢液温度进一步下降，并成为钢液中的结晶核心，结晶核心不断长大而形成中心等轴晶带。由于中心等轴晶带几乎是同时凝固的，每个晶粒在各个方向的长大速度接近一致，有充分长大条件，因此，中心等轴晶晶粒比连铸坯表面的细小等轴晶粒粗大得多。

中心偏析元素均匀分布在等轴晶晶粒之间，使中心偏析缺陷减轻。对连铸坯来说，促使A类和B类中心偏析向C类中心偏析转变。因此，对大方坯和厚板坯来说，等轴晶是标志连铸坯质量的重要参数。