鎮靜鋼鋼錠檢視原始碼討論檢視歷史
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鎮靜鋼鋼錠(killed steel ingot)是由深脫氧鋼澆鑄的鋼錠。鋼水經鋁、硅等脫氧劑深度脫氧，使鋼中含氧量遠低於與碳平衡的含氧量，鋼水在模內平靜上升而無沸騰現象，故名鎮靜鋼。 鎮靜鋼無任何成分限制，所有的鋼種都可以煉成鎮靜鋼。現代實際使用的全部合金鋼、大部分低合金鋼以及許多碳素鋼鋼材品種，都是由鎮靜鋼鋼錠軋制而成。鎮靜鋼鋼錠成分比較均勻，組織比較緻密，軋成的鋼材具有良好的綜合機械性能，在國民經濟各部門得到最為廣泛的應用。但鎮靜鋼鋼錠頭部有縮孔，開坯時切頭損失大，成材率低。而且煉鋼耗用的脫氧劑較多，澆注時增加保溫帽耐火材料的額外消耗，鋼錠成本較高。[1]
簡介
典型的鎮靜鋼鋼錠結構由表面至中心分別為細小等軸晶的激冷層、柱狀晶帶和錠心粗大的等軸晶帶等三個結晶帶。鋼錠各結晶帶的形成主要取決於凝固前沿的冷卻強度。5t以上大型碳素鋼鋼錠在柱狀晶帶與錠心等軸晶帶之間，還可以區分出過渡晶帶。圖1為大型鎮靜鋼鋼錠結構及偏析示意圖。
激冷層由無取向的細小等軸晶組成。注入模內的鋼水受到模壁的激冷，表層鋼水獲得較大的過冷度，在這裡雜質及粗糙的模壁都可成為現成的結晶核心，幾乎同時形成大量的晶核，彼此妨礙各自的長大，因而得到不同取向的細小等軸晶帶。其厚度通常為幾毫米到十幾毫米。激冷層形成後，熱阻增加，熱流減小，特別是鋼錠與模壁間形成氣隙後，未凝鋼水的散熱強度顯著降低。此時鋼水的過熱熱量和結晶潛熱主要通過凝固層傳出，發生向模壁的定向傳熱。 由於晶體長大所需要的過冷比形核要小得多，於是結晶表現為已有晶核的繼續長大。激冷層的內緣，樹枝晶的一次軸朝着不同的方向，其中一次軸與模壁垂直的晶體，通過它散熱路徑最短，散熱最快，加之該處凝固前沿略為突出，離成分未變鋼水最近，過冷降低較小，所以這些晶體向錠心的長大得到優先發展，而其餘的晶體和向其他方向的長大則受到彼此的妨礙而被抑制。於是，在細小等軸晶帶之後，形成迎着熱流生長的有明顯方向性的柱狀晶帶。受凝固前沿自然對流下降流股的影響，柱狀晶略為上傾。柱狀晶帶的寬度因鑄錠條件的不同，可從數十毫米到數百毫米。錠心的結晶過程至今還不十分清楚。一般認為，隨着柱狀晶的發展，散熱強度逐漸減小，結晶速度減慢，雜質元素（S、P、O等）的偏析過程得以發展，在凝固前沿產生富集雜質元素的偏析層。 結晶速度降低到某一臨界值後，出現組成過冷區，阻止柱狀晶的繼續生長，導致在偏析層前面成分較純、過冷度較大的鋼水中產生孤立的晶核。錠心的鋼水還存在一定的過熱度（大型鋼錠凝固情況）時，通過柱狀晶的定向傳熱仍很明顯，新的晶核仍然主要是沿大致與模壁垂直的主軸長大，直至出現新的偏析層。其後，復又產生新的孤立晶核。這樣便形成等軸晶的過渡晶帶（或稱分枝柱狀晶帶）。當錠心鋼水溫度達到或稍低於液相線時，定向傳熱消失，鋼水中的枝晶和非金屬夾雜物質點都可成為非自發形核的晶核，在整個半凝固狀態的熔體中同時向各個方向長大，形成無一定方向的等軸晶。與激冷層相比，因其過冷度小，晶核數目少，故晶粒比較粗大，也即形成了錠心粗大的等軸晶帶。對於大型鋼錠，由於自然對流較強，沿凝固前沿下降的兩相流達到鋼錠底部轉向時，把一些孤立的晶體和碎斷的枝晶帶到錠心，沉積成錠心下部的較小等軸晶的圓錐體（或稱沉積錐）。
評價
鋼水成分和澆注條件都會影響鋼錠結構。高碳鋼結晶溫度範圍較寬，形成柱狀晶傾向比低碳鋼小；鉻鎳不鏽鋼和硅鋼等結晶溫度範圍窄，導熱性又差，柱狀晶特別發達，容易形成穿晶結構，且一般不出現過渡晶帶。鋼中硫、磷、氧等元素含量增加，結晶時組成過冷區將較早出現，從而抑制柱狀晶的發展。如含硫易切削鋼錠易於獲得等軸晶結構，而氬氣保護下澆注的合金鋼錠比大氣下澆注下的相同鋼錠具有較寬的柱狀晶帶。用鋁、鈦、氮等元素脫氧或合金化的鋼，生成A1N、Al2O3、TiN等非金屬夾雜微粒可增加非自發形核數目，能使鋼錠晶粒細化和擴大等軸晶區。 隨着鋼錠重量增加，澆注時間加長，鋼水凝固過程中向模壁定向傳熱的時間增長，故柱狀晶區的寬度增加，但由於凝固速度減慢，促使錠心區的等軸晶區較早的形成，因而可使柱狀晶區所占比例減小。模壁溫度決定着鋼錠凝固初期的冷卻強度。模溫高時，有利於抑制柱狀晶發展。注溫高和注速快，相當於提高鋼水過熱度，增加定向傳熱時間，促使柱狀晶發展。澆注過程中對鋼水特別是對液面施加振動或攪拌，可明顯地擴大等軸晶區。 合格的鎮靜鋼鋼錠除化學成分必須保證符合技術標準要求外，還應滿足：（1）達到規定澆高，頭部一次縮孔呈碟形，不深入到鋼錠本體；（2）成分偏析小，非金屬夾雜少；（3）鋼中氣體含量少，鋼錠無皮下氣泡和內部氣泡；（4）鋼錠表面質量好，無表面缺陷或雖有缺陷可通過修磨或火焰清理消除。 鎮靜鋼鋼錠缺陷分內部缺陷和表面缺陷兩類。內部缺陷有縮孔、疏鬆、偏析、裂紋、非金屬夾雜等，這類缺陷往往只能在開坯和軋製成材之後通過低倍檢驗才能判定；表面缺陷有裂紋、結疤、翻皮、重接、夾渣等，在鋼錠精整時即可發現，輕者可通過清理消除。鋼錠的缺陷可通過確定合理的工藝制度和嚴格的技術操作加以防止或減輕。
視頻
字詞小課堂:鋼錠