连铸坯的宏观偏析分析

因选分结晶，杂质元素和合金元素被浓集在树枝晶的近旁，但由于在钢液中元素的扩散较快，液相又是可以流动的，于是在凝固速度不是很高的情况下，原树枝晶近旁的杂质元素在液相中有可能被转移到很远的地方。随着凝固的进展，杂质元素在最后剩余的钢液中富集，结果使得各种元素在钢中发生了长距离的重新分布。理论上，我们将这种成分上、组织上长距离的不均匀现象称为宏观偏析或叫做区域偏析。钢的宏观偏析一般均可通过化学分析或酸浸、硫印的方法来显示，并用肉眼或在低于十倍的放大镜下直接观察检验，所以这种偏析又称为低倍偏析。

对镇静钢宏观偏析形成的原因，人们提出了不同的说法，但近年来普遍认为是由于凝固时树枝晶间富集的杂质和合金元素的液体在固液两相区的流动造成的。在实际生产过程中，钢的凝固范围越大，浇注温度越高，浇注速度越快，冷却速度越慢，宏观偏析越严重。

宏观偏析是长距离范围（以cm计）成分差异，宏观偏析使同一产品产生力学性能各向异性。连铸坯中的宏观偏析主要表现为中心偏析，严重时，铸坯中心C含量为原始含量2.2倍，S、P大约是5倍。当C、S、P的中心偏析严重时，铸坯轧后冷却时在产品中产生马氏体、网状碳化物和贝氏体的转变产物，对氢脆裂纹非常敏感，同时中心偏析区粗大的沉淀物，如MnS、（Mn，Fe）S、Nb（CN），加速了中心裂纹的扩展。连铸坯的宏观偏析有化学分析和硫印两种测量方法，化学分析方法是在要求的区域内钻样分析后确定。硫印方法是用肉眼观察铸坯横断面和纵断面的硫印图形来确定，宏观偏析常表现为连续的黑线和疏松。图2-1～图2-5是连铸坯C、Mn、P、S元素距离坯中心的成分偏析图，非常直观地显示出从铸坯表面到中心化学成分的不均匀性。

图2-1 距板坯中心C元素偏析曲线图

图2-2 距板坯中心Mn元素偏析曲线图

图2-3 距板坯中心S元素偏析曲线图

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图2-4 距板坯中心P元素偏析曲线图

图2-1～图2-5显示板坯中C、Mn、P、S元素距离坯中心化学成分偏析呈规律性分布：在铸坯的中心区域C、Mn、P、S含量最高，距离中心区20mm之外直到铸坯边部C、Mn、P、S波动性起伏，并低于中心区域C、Mn、P、S含量，符合结晶学规律。

影响宏观偏析的因素：钢液化学成分、过热度、拉速、冷却强度、铸机精度、铸坯凝固组织及铸坯尺寸。防止宏观偏析的对策：提高钢液纯净度、降低过热度、控制拉速、增加二次冷却强度、采用小径密排导辊、采用电磁搅拌及轻压下技术。

宏观偏析的化学分析方法是在要求的区域内钻样分析后确定。取样方法有纵剖面中心取样和横剖面中心每隔一定距离取样。分析钢中元素含量，再与这炉钢样的成分进行比较，以百分数形式表示其偏析程度，大于1为正偏析，小于1为负偏析，这种方法对所有元素的偏析情况都能做出具体的结果。钻头直径和钻孔深度对分析数据有重要影响，可能会使横剖面中心点偏析数据偏大。中心点是指几何对角线的中心点，有时取样在这点会碰到缩孔，而不得不偏移，这也对取样数据有影响。

计算偏析率C/C₀时（C₀可以是断面对角线或十字线上平均距离取点测试值相加的平均值，例如每条直线等距取10～14个点），不同的取值方法会得出不同的结果。

20世纪80年代，Moil等人就做过分析，钻头为ϕ3mm、孔深3mm、拉速1.5m/min、过热度为50℃、w（C）为0.85%、断面为160mm×160mm方坯，分析结果是在纵向上的碳最大偏析率为1.8。

而Haminton和Moore对w（C）为0.79%、过热度为63℃、拉速为2.9m/min的90mm×90mm方坯用ϕ8mm钻头，取样深度4mm，得到碳的最大偏析率为1.2。这种较低的数值，无疑是由于钻头直径较大取样时引起的平均效果。

图2-5 连铸坯P与Mn元素宏观偏析的电子探针分析结果