Page 77 - 国外钢铁技术信息参考-2023年1月

ᇏݓࣁඋ࿐߶

（五）凝固过程中宏观偏析的发展

安田秀幸 ᇏݓࣁඋ࿐߶

京都大学大学院工学研究科
ᇏݓࣁඋ࿐߶

1 前言

偏析通常分为两种:一种是指由于枝晶臂间浓度不均匀所导致的微观偏析，

另一种是空间尺度内浓度不均匀所导致的宏观偏析。如果必须明确两种偏析的界 ᇏݓࣁඋ࿐߶

限，则要从导致偏析的固相和液相移动角度（而非空间尺度角度）定义。根据质
ᇏݓࣁඋ࿐߶
量守恒定律，将一次枝晶臂和二次枝晶臂之间区域内由于凝固界面溶质再分配所

导致的偏析定义为微观偏析，其空间尺度最多为 mm 级，并且微观偏析区域的平

均化学成分与合金化学成分相同。在宏观偏析方面，由于偏析区域与周边存在传

质，因此，区域内的平均化学成分由合金化学成分转移而来，也就是说在对宏观

偏析进行定义时除凝固界面溶质再分配外，还必须考虑固相和液相的移动。由于

固相粒子上浮、沉降以及液相的流动过程中会越过枝晶臂进行传质，因此，宏观
泡的上升而增强，重力作用下浮力成为自然对流的驱动力。 ᇏݓࣁඋ࿐߶
ᇏݓࣁඋ࿐߶
偏析的空间尺度会达到 m 级。

产生传质的主要原因如下。

• 输出流：铸锭情况下，是钢水从浇道向铸模浇入产生的流动。连铸情况下，

是浸入式水口处产生的连续输出流。

• 凝固收缩流：钢铁材料的凝固收缩率为 3～4%，需通过固相和液相的移动

补偿体积收缩量。
ᇏݓࣁඋ࿐߶
• 自然对流（重力影响）：液相密度取决于温度和化学成分，铸造过程（凝

固过程）中温度和浓度分布不均匀会导致重力作用下产生浮力，另外，由固相和

液相密度差所形成的等轴晶会将其周围的液相卷入沉降，与此同时形成沉降补偿

流。此外，在气体生成或者注入气体等的作用下浮力进一步增大，上浮流随着气

• 强制对流：电磁搅拌和电磁制动等外力作用下会产生强制对流。另外，连

ᇏݓࣁඋ࿐߶
铸结晶器振动和辊间凸度也会间接导致强制对流。

74