負偏析

與合金內溶質的平均濃度相比，其濃度為低的偏析。負偏析帶在連鑄坯斷面的硫印和酸浸低倍試片上呈白色線條，其厚度一般在5～10mm。白亮帶出現位置與連鑄電磁攪拌開始時鑄坯的凝固前沿相對應，即與電磁攪拌器安放位置有關。

基本介紹

• 中文名：負偏析
• 外文名：negativese gregation
• 所屬領域：鑄造學
• 定義：濃度為低的偏析
• 現象：硫印和酸浸低倍試片上呈白色線條
• 厚度：5-10mm

原理

目前，在連鑄過程中廣泛採用電磁攪拌來改善連鑄鋼坯的中心疏鬆和中心偏析等缺陷，並取得了良好的效果。但電磁攪拌後經常在連鑄鋼坯上產生白亮帶，該白亮帶位於連鑄鋼坯的橫斷面上，經酸浸後呈現出一個顏色較淺的亮框。在白亮帶區域，平衡分配係數小於1的溶質(碳、硫等)含量較低，即發生了這些溶質的負偏析。由於碳含量低，使白亮帶區域比較耐腐蝕，因此酸浸後它的顏色較淺，從而呈現為白色亮帶。負偏析的程度隨電磁攪拌強度的提高而增大。白亮帶的外邊界對應於鋼坯進入攪拌區時的凝固前沿；而它的內邊界不一定對應於鋼坯離開攪拌區時的凝固前沿。在白亮帶的內邊界處(白亮帶結束處)，平衡分配係數小於1的溶質含量較高，即發生這些溶質的正偏析，其偏析程度較負偏析弱，鋼坯經熱加工後白亮帶仍不能被消除，因此用戶常認為它可能對性能不利。

原因分析

正在凝固的鑄坯進入電磁攪拌線圈後，鑄坯芯部未凝固的鋼水因攪拌而產生流動，使原來富集溶質的枝晶間鋼水的溶質含量降低，這樣，枝晶間的鋼水凝固後所得到的固體的溶質濃度也降低，從而形成了巨觀的負偏析，即白亮帶。因此白亮帶的起始位置(外邊界)位於進入攪拌線圈時鋼坯的凝固前沿。由於枝晶盤根錯節，枝晶間鋼水的溶質濃度雖然下降了，但仍高於鋼水母體的溶質濃度。因電磁攪拌造成鋼水流動，經過一段時間的攪拌後凝固方向上的溫度梯度變小，即枝晶間未凝固鋼水的溫度與凝固前沿處鋼水溫度接近。此時，凝固前沿處鋼水的溶質濃度與鋼水母體的溶質濃度一致，即凝固前沿處鋼水的溶質濃度低於枝晶間鋼水的溶質濃度，這使得凝固前沿處的鋼水比枝晶間的鋼水具有更大的過冷度。因此凝固前沿處的鋼水先結晶，枝晶間的鋼水後結晶。具體過程為：凝固前沿處的鋼水在一次枝晶的頂部凝固，並沿著凝固前沿形成一個薄殼，同時向枝晶間的鋼水和鋼坯芯部排出熱量和溶質。隨後，枝晶間的鋼水凝固。由於薄殼的存在，枝晶間的鋼水凝固時既不能排出溶質，也不能從別處得到鋼水來補縮，從而在白亮帶結束處(白亮帶的內邊界上)形成正偏析和疏鬆。也就是在上述過程中形成了先發生負偏析緊接著發生正偏析的白亮帶。同樣是枝晶間的鋼水，在薄殼形成之前的結晶發生巨觀負偏析，而在薄殼形成之後的結晶卻發生巨觀正偏析。這是因為在薄殼形成之前，枝晶間的鋼水可剴排出溶質結晶，凝固時產生的體積收縮還可從凝固前沿吸入溶質含量較少的鋼水，所以瀕：固後溶質含量低；溥殼形成之後，枝晶間的鋼水既不能排出溶質結晶，也無法從凝固前沿吸入溶質含量低的鋼水，薄殼形成時還向枝晶間的鋼水排出一些溶質，所以凝固後溶質含量高，造成正偏析。

控制原則

在連鑄生產中，電磁攪拌強度的控制原則是：最低攪拌強度，使鑄坯上產生輕微白亮帶；最高攪拌強度，白亮帶及其附近區域化學成分的偏析在鋼種要求的範圍之內。合適的攪拌強度介於最高強度和最低強度之間。

為了消除白亮帶，除了從攪拌器設計方面人手，來改善鋼液流動狀況，避免局部鋼液流速過大外，主要是通過控制攪拌功率以及攪拌方式，如非對稱線性攪拌、多段組合攪拌、靜磁場通電法等以限制其發展。現在，關於白亮帶的形成機理及減輕白亮帶的有效措施仍有待進行更深入的研究和探討。