镇静钢钢锭查看源代码讨论查看历史
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镇静钢钢锭(killed steel ingot)是由深脱氧钢浇铸的钢锭。钢水经铝、硅等脱氧剂深度脱氧，使钢中含氧量远低于与碳平衡的含氧量，钢水在模内平静上升而无沸腾现象，故名镇静钢。 镇静钢无任何成分限制，所有的钢种都可以炼成镇静钢。现代实际使用的全部合金钢、大部分低合金钢以及许多碳素钢钢材品种，都是由镇静钢钢锭轧制而成。镇静钢钢锭成分比较均匀，组织比较致密，轧成的钢材具有良好的综合机械性能，在国民经济各部门得到最为广泛的应用。但镇静钢钢锭头部有缩孔，开坯时切头损失大，成材率低。而且炼钢耗用的脱氧剂较多，浇注时增加保温帽耐火材料的额外消耗，钢锭成本较高。[1]
简介
典型的镇静钢钢锭结构由表面至中心分别为细小等轴晶的激冷层、柱状晶带和锭心粗大的等轴晶带等三个结晶带。钢锭各结晶带的形成主要取决于凝固前沿的冷却强度。5t以上大型碳素钢钢锭在柱状晶带与锭心等轴晶带之间，还可以区分出过渡晶带。图1为大型镇静钢钢锭结构及偏析示意图。
激冷层由无取向的细小等轴晶组成。注入模内的钢水受到模壁的激冷，表层钢水获得较大的过冷度，在这里杂质及粗糙的模壁都可成为现成的结晶核心，几乎同时形成大量的晶核，彼此妨碍各自的长大，因而得到不同取向的细小等轴晶带。其厚度通常为几毫米到十几毫米。激冷层形成后，热阻增加，热流减小，特别是钢锭与模壁间形成气隙后，未凝钢水的散热强度显著降低。此时钢水的过热热量和结晶潜热主要通过凝固层传出，发生向模壁的定向传热。 由于晶体长大所需要的过冷比形核要小得多，于是结晶表现为已有晶核的继续长大。激冷层的内缘，树枝晶的一次轴朝着不同的方向，其中一次轴与模壁垂直的晶体，通过它散热路径最短，散热最快，加之该处凝固前沿略为突出，离成分未变钢水最近，过冷降低较小，所以这些晶体向锭心的长大得到优先发展，而其余的晶体和向其他方向的长大则受到彼此的妨碍而被抑制。于是，在细小等轴晶带之后，形成迎着热流生长的有明显方向性的柱状晶带。受凝固前沿自然对流下降流股的影响，柱状晶略为上倾。柱状晶带的宽度因铸锭条件的不同，可从数十毫米到数百毫米。锭心的结晶过程至今还不十分清楚。一般认为，随着柱状晶的发展，散热强度逐渐减小，结晶速度减慢，杂质元素（S、P、O等）的偏析过程得以发展，在凝固前沿产生富集杂质元素的偏析层。 结晶速度降低到某一临界值后，出现组成过冷区，阻止柱状晶的继续生长，导致在偏析层前面成分较纯、过冷度较大的钢水中产生孤立的晶核。锭心的钢水还存在一定的过热度（大型钢锭凝固情况）时，通过柱状晶的定向传热仍很明显，新的晶核仍然主要是沿大致与模壁垂直的主轴长大，直至出现新的偏析层。其后，复又产生新的孤立晶核。这样便形成等轴晶的过渡晶带（或称分枝柱状晶带）。当锭心钢水温度达到或稍低于液相线时，定向传热消失，钢水中的枝晶和非金属夹杂物质点都可成为非自发形核的晶核，在整个半凝固状态的熔体中同时向各个方向长大，形成无一定方向的等轴晶。与激冷层相比，因其过冷度小，晶核数目少，故晶粒比较粗大，也即形成了锭心粗大的等轴晶带。对于大型钢锭，由于自然对流较强，沿凝固前沿下降的两相流达到钢锭底部转向时，把一些孤立的晶体和碎断的枝晶带到锭心，沉积成锭心下部的较小等轴晶的圆锥体（或称沉积锥）。
评价
钢水成分和浇注条件都会影响钢锭结构。高碳钢结晶温度范围较宽，形成柱状晶倾向比低碳钢小；铬镍不锈钢和硅钢等结晶温度范围窄，导热性又差，柱状晶特别发达，容易形成穿晶结构，且一般不出现过渡晶带。钢中硫、磷、氧等元素含量增加，结晶时组成过冷区将较早出现，从而抑制柱状晶的发展。如含硫易切削钢锭易于获得等轴晶结构，而氩气保护下浇注的合金钢锭比大气下浇注下的相同钢锭具有较宽的柱状晶带。用铝、钛、氮等元素脱氧或合金化的钢，生成A1N、Al2O3、TiN等非金属夹杂微粒可增加非自发形核数目，能使钢锭晶粒细化和扩大等轴晶区。 随着钢锭重量增加，浇注时间加长，钢水凝固过程中向模壁定向传热的时间增长，故柱状晶区的宽度增加，但由于凝固速度减慢，促使锭心区的等轴晶区较早的形成，因而可使柱状晶区所占比例减小。模壁温度决定着钢锭凝固初期的冷却强度。模温高时，有利于抑制柱状晶发展。注温高和注速快，相当于提高钢水过热度，增加定向传热时间，促使柱状晶发展。浇注过程中对钢水特别是对液面施加振动或搅拌，可明显地扩大等轴晶区。 合格的镇静钢钢锭除化学成分必须保证符合技术标准要求外，还应满足：（1）达到规定浇高，头部一次缩孔呈碟形，不深入到钢锭本体；（2）成分偏析小，非金属夹杂少；（3）钢中气体含量少，钢锭无皮下气泡和内部气泡；（4）钢锭表面质量好，无表面缺陷或虽有缺陷可通过修磨或火焰清理消除。 镇静钢钢锭缺陷分内部缺陷和表面缺陷两类。内部缺陷有缩孔、疏松、偏析、裂纹、非金属夹杂等，这类缺陷往往只能在开坯和轧制成材之后通过低倍检验才能判定；表面缺陷有裂纹、结疤、翻皮、重接、夹渣等，在钢锭精整时即可发现，轻者可通过清理消除。钢锭的缺陷可通过确定合理的工艺制度和严格的技术操作加以防止或减轻。
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字词小课堂:钢锭