钢的结晶与铸胚凝固结构精选PPT.ppt

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1、钢的结晶与铸胚凝固结构2022/9/171第1页，此课件共44页哦內容大綱鋼的結晶過程(p.3)結晶的熱力學條件、結晶的動力學條件鋼液結晶的特點(p.10)結晶溫度範圍、偏析、成份過冷、化學成份偏析 、顯微偏析&宏觀偏析、凝固夾雜物&凝固氣泡、凝固收縮連鑄胚凝固特徵(p.25)彎月面&氣隙的形成連鑄胚的凝固結構(p.29)細小等軸晶帶、柱狀晶帶、中心等軸晶帶、小鋼錠結構凝固結構的控制(p.32)連鑄胚冷卻過程中受到的應力(p.34)2022/9/172第2页，此课件共44页哦鋼的結晶鋼的凝固結晶需要兩個條件：1.熱力學條件一定的過冷度 2.動力學條件必要的晶核2022/9/173第3页，此课件

2、共44页哦結晶的熱力學條件根據熱力學，自由焓G的定義為GHTS，H為焓，S為熵，T為絕對溫度。若今系統在等溫過程下反應，上式可改寫成GHTS。晶核的形成會引起系統自由焓的變化，根據熱力學最小自由焓定理，系統的相變與能量轉換會自動往降低自由焓的方向移動，因此結晶的熱力學條件為固相自由焓GS需低於液相自由焓GL，也就是：GSGLG0。在相變溫度T0時，系統處於平衡狀態，也就是G0，即：GHT0S0 (A式)今系統在任一溫度T1為不平衡狀態，也就是G0，所以GHT1S，與A式合併，消去S，整理可得：GH(T0T1)/T0。今相變欲自發性反應，需G0，即H(T0T1)/T00。2022/9/174第4

3、页，此课件共44页哦結晶的熱力學條件今系統如果要自發性反應，要G0，即H(T0T1)/T00。如果系統自發性反應為蒸發、熔融，過程屬吸熱反應，即H0，也就是要T0T1，也就是反應發生的溫度T1要大於相變溫度T0，也就是說該反應條件要求過熱。如果系統自發性反應為結晶、凝固，過程屬放熱反應，即H0，也就是要T0T1，也就是反應發生的溫度T1要小於相變溫度T0，也就是說該反應條件要求過冷。過熱度或過冷度是反應進行的驅動力。2022/9/175第5页，此课件共44页哦結晶的動力學條件結晶要在過冷條件下進行，結晶過程分為形成穩定晶核的形核過程形核過程與晶核成長為晶粒的晶核成長過程晶核成長過程。形核：液體

4、的結晶需要有成長的核心，而成長核可分為均質形核均質形核與非均質非均質形核形核。均質形核：在足夠的過冷度條件下，晶核能從液相中的原子團(晶胚)直接形成。2022/9/176第6页，此课件共44页哦結晶的動力學條件(均質形核)當溫度下降到液相溫度以下，原子為形成晶態而逐漸規則排列，即凝固過程中，原子由在液相中的聚集狀態變成固相的排列狀態，由於固、液兩相的自由能不同，液相往固相轉變會使系統的體積自由能降低，且因新界面的形成也會使系統的表面自由能增加，因此系統的總自由能變化G為：G體積自由能的變化表面形成的自由能VGVA 符號說明：V為晶胚的體積，A為晶胚的表面積，GV為固、液兩相的單位體積自由能差，

5、為表面自由能。假設均質形核的晶胚外形為球形，半徑為r，整理上式後如下所示：G(4r3/3)GV4r2 (B式)2022/9/177第7页，此课件共44页哦結晶的動力學條件(均質形核)今假設GV與皆為確定的常數，則(B式)就是G與r的關係式，而 G隨r的變化曲線如下圖所示：將(B式)對r微分，可得到極值得位置rk。0r(rGV2)rk-2/GV當rrk時，晶核的形成會使系統的自由能上升，晶胚不能形成晶核，晶 胚會不穩定而消失。當rrk時，可能熔化消失或可以形成晶核，而形成臨界晶核需要一定的 能量，將rk代回(B式)，其大小約為臨界晶核表面自由能的 1/3，稱為形核功。當rrk時，晶核長大可以使系

6、統自由能降低，凝固反應自動進行。Gk2022/9/178第8页，此课件共44页哦結晶的動力學條件(均質形核)rk-2/GV=-2/H(T)/T液=(-2T液)/(HT)過冷度T越大，形成晶核的臨界半徑rk也越小，而形成晶核所需要最小的能量也越小，也就是晶核形成要求較小的形核功。2022/9/179第9页，此课件共44页哦結晶的動力學條件(非均質形核)非均質形核：液相中存在著高熔點微小固體夾雜物或是在表面不光滑的器壁，晶胚可依附在其界面而形成晶核。非均質成核要求比均質成核較小的過冷度。純金屬的結晶只能靠均質成核，鋼液含有不同熔點的夾雜物，因此鋼液的結晶以非均質成核較容易。2022/9/1710第

7、10页，此课件共44页哦晶核成長過程晶核穩定形成後隨即迅速長大，由於傳熱方向的不穩定，晶粒會沿傳熱最快的方向成長，形成樹枝晶。右圖為晶核長大速度與過冷度的關係圖 ，當過冷度增大時，晶核數量形成很快 ，也就是形核率增長很快，但晶核成長 的速度卻增加較慢，因此可得知在過冷 度較大時，可以得到均勻的細晶粒結晶 組織，過冷度是影響晶粒成長的因素。另外添加異質晶核，即形核劑，也可以 增加晶核數量，得到細晶粒組織。2022/9/1711第11页，此课件共44页哦鋼液結晶特點(結晶溫度區間)結晶溫度範圍：鋼液不是純金屬，含有各種合金元素(C、Si、Mn等)，所以鋼液的結晶溫度不是在一個固定的溫度點上，而是在

8、一個溫度範圍內完成結晶。當鋼液溫度下降至液相線溫度T液時，結晶開始，溫度持續下降至 固相線溫度T固時，結晶完成。T液與T固的溫度差即為結晶溫度區間。結晶溫度範圍重要性：T液是決定出鋼溫度與澆鑄溫度的依據。結晶溫度範圍的大小對結晶組織的形成 有重要的影響。T液T固溫度T時間t2022/9/1712第12页，此课件共44页哦鋼液結晶特點(結晶溫度區間)碳元素對鋼液的結晶溫度範圍有較大的影響，當鋼液中碳成份的含量最多且其他合金元素較少時，可以直接查Fe-C平衡圖裡的液相線溫度與固相線溫度，得知結晶溫度範圍。鋼液在凝固過程中，靠近結晶器壁的固相(細小等軸晶帶或激冷層)，與鑄胚液心之間存在著一固、液兩相

9、共存的過渡區。所以鑄胚內存在著固相區、兩相共存區與液相區，如右圖所示，x即為兩相區寬度。2022/9/1713第13页，此课件共44页哦鋼液結晶特點(結晶溫度區間)兩相區的寬度與結晶溫度範圍的大小、溫降梯度有關。當冷卻速度慢或弱冷時，兩相區的寬度會較大，柱狀晶沿熱傳遞的方向成長會特別發達，所以適當的冷卻方式可以抑制柱狀晶的成長，讓凝固條件有利於等軸晶的形成，也讓結晶組織較緻密。2022/9/1714第14页，此课件共44页哦鋼液結晶特點(偏析)偏析：結晶過程中，先前已凝固的合金濃度與最後凝固的合金濃度不同，此種合金濃度含量上的差異即為偏析現象。通常合金在固相中的溶解度小於在液相中的溶解度，所以

10、在結晶過程中，晶緣前方會有溶質的析出，析出的溶質積聚著，且隨著凝固的進行，兩相區漸往鑄胚中心移動，也就形成鑄胚中心富集溶質元素的現象。2022/9/1715第15页，此课件共44页哦鋼液結晶特點(成份過冷)由於合金元素在固相與液相中的溶解度不同，鋼液在凝固中會出現偏析的現象，也就是合金元素在凝固前緣的析出，且合金元素對固體的擴散較慢，因此聚集於液相中，特別是在固液相的交界面，該處合金濃度最高。成份過冷：在偏析層內的液相溫度會較原鋼液的液相溫度低，原因是偏析層內合金元素的濃度大於原鋼液中合金元素的濃度，造成熔點降低，也就是液相溫度的降低。2022/9/1716第16页，此课件共44页哦鋼液結晶特

11、點(成份過冷)鋼液在結晶時，溶質成份會在凝固前緣析出，所以鋼液的結晶除了受到強制冷卻形成溫度過冷的影響外，還會受到由溶質元素引起的成份過冷的影響。過冷度會影響到晶粒成長的型態，如過冷度小，(粗)晶粒規則成長，等軸晶增加，反之，過冷度大，會形成樹枝狀晶。(看結晶位置在哪)2022/9/1717第17页，此课件共44页哦化學成份偏析在鋼液中最先凝固的部份，合金元素與其它溶質的含量較低，溶質富集於液心，而隨著凝固過程的進行，液心裡的溶質濃度漸增，使得在最後凝固的部份裡，所含有的溶質濃度很高。由以上知鋼液在凝固過程中，溶質濃度會分佈不均勻，這種不均勻的成份分佈，即為偏析現象。偏析依觀察的尺度不同，可分

12、成宏觀的鑄胚偏析與微觀的顯微晶粒偏析兩種。2022/9/1718第18页，此课件共44页哦顯微偏析鋼液是在快速冷卻的條件下結晶，最先結晶的中心成份最純，後結晶的部份含有較多的其它合金元素，因此在最後結晶的部份溶質濃度會最高，也就是在結晶的外圍或前緣。所以在柱狀晶內部與晶粒之間化學成份分佈不均的現象，即為顯微偏析。2022/9/1719第19页，此课件共44页哦影響顯微偏析的因素冷卻速度冷卻速度：加大冷卻速度，縮短凝固時間，會使溶質元素沒有足夠時間析出，可以減少溶質元素的偏析。溶質元素的偏析傾向溶質元素的偏析傾向：若元素在液相中的濃度大於該元素在固相中的濃度，也就是該元素偏析的傾向大，偏析傾向甚

13、至還跟第三元素的影響有關，例如碳的存在會加大某些元素偏析情形。溶質元素在固體金屬中的擴散速度溶質元素在固體金屬中的擴散速度：在不同溫度下，溶質元素在固體合金中的擴散速度不同，例如碳雖是強偏析元素(S、P也是偏析傾向強的元素)，但在冷卻過程中，碳在鐵中的擴散速度高於其它溶質元素，因此在冷卻過程中，碳可以均勻的分佈，其它元素擴散速度慢就會不均勻分佈。2022/9/1720第20页，此课件共44页哦宏觀偏析鋼液在凝固過程中，樹枝狀晶間的鋼液裡含有較高濃度的溶質元素，而凝固時鋼液的流動會將溶質元素帶往未凝固的液心聚集，使得連鑄胚斷面中心的溶質元素濃度高於其它部位，導致整體鑄胚內溶質分佈不均，即為宏觀偏

14、析，也稱為低倍偏析。2022/9/1721第21页，此课件共44页哦偏析的控制偏析對鑄胚品質有不良影響，在生產中可採取以下方式改善偏析情形：增加鋼液的冷凝速度加快冷卻速度，使結晶內溶質元素來不及析出合適的鑄胚斷面小斷面鑄胚所需的冷卻時間較短，減輕偏析情形。控制鋼液的流動使鋼液成份均勻，例如使用EMS、使用適當的SEN。電磁攪拌打斷樹枝狀晶，細化晶粒，減少偏析。工藝因素降低澆鑄溫度或過熱度，可以減輕偏析情形；防止鑄胚鼓凸變形，減少富集溶質元素的鋼液流往中心間隙，降低中心偏析的情形。降低鋼液中S、P的含量S、P是鋼中偏析傾向最大的元素，對鋼的品質危害最大，因此在精煉時，要盡量減少鋼液中S、P的含量

15、。2022/9/1722第22页，此课件共44页哦凝固夾雜物鋼液中夾雜物的來源很多，在凝固過程中也會出現一些夾雜物，即凝固夾雜物。形成的過程如下 1.由於偏析的關係，使得溶質元素在凝固端前緣富集。2.富集的溶質元素產生反應形成化合物。3.生成的化合物聚集在一起形成夾雜物。4.夾雜物上浮，部份夾雜物滯留於鋼液中，也就形成了凝固夾雜物。控制夾雜物的方法 1.使夾雜物盡量上浮。2.控制夾雜物的形態：般認為夾雜物粒度小，呈球狀且在鑄胚內分佈均勻，對鑄胚的品質危害較小。2022/9/1723第23页，此课件共44页哦控制夾雜物的形態可採取措施如下a.添加Ca或稀土元素，使夾雜物結構呈球狀。b.改變夾雜物

16、的化學性質，降低對鑄胚的影響。如添加Mn可生成MnS取代FeS，減小熱脆性。c.改善夾雜物的數量分佈，鋼中加入適當的Al，利用Al2O3作為夾雜物的成長核，既增加了夾雜物數量，也減小了粒度。d.加速凝固，減少凝固時間，也減少了偏析作用的時間。e.適當的鋼液流動，使夾雜物分佈均勻，也增加夾雜物上浮的機會。2022/9/1724第24页，此课件共44页哦凝固氣泡凝固中主要形成的氣體：CO、H2、N2。CO形成的原因是鋼液脫氧不良，而物料潮濕所含水分熔入鋼液，會增加鋼中的氫、氧含量。存在於鋼液中的氣泡如果沒有上浮，會殘存於鋼中形成內部凝固氣泡。離鑄胚表面很近的凝固氣泡，即皮下氣泡皮下氣泡。“白點”即

17、是氫氫在鋼液完全凝固後的氣泡析出。2022/9/1725第25页，此课件共44页哦白 點白點不好判斷，需配合酸浸試驗、宏觀斷口檢驗、金相觀察等檢驗方式。酸浸後，白點多分佈在斷面近中心處裂紋，呈放射狀同心圓或不規則形狀。在斷口的裂紋上進行低倍檢驗，呈圓形或橢圓形銀白色斑點有的呈鴨嘴形，尺寸變化大，多分佈在偏析區內。形成原因：由於鋼中氫含量過多，與內應力共同作用造成。剛從奧氏體面心立方體心立方的轉變過程中，體心立方溶解更少的氫，(實驗顯示從1650到409，氫在鋼中的含量下降至1/80，也因此形成很大的壓力)。分佈區域：隨溫度降低，氫在鋼中的溶解度減小，如果快速冷卻，在柱狀晶內的氫會來不及擴散出，

18、而積聚在微小氣孔中結合成分子態，會讓氫擴散更困難，氣孔內形成了巨大的局部壓力，甚至超過鋼的斷裂強度。所以白點多分佈在柱狀晶區以內。溫度：白點的形成溫度在250 100，氫在650 300 間的擴散係數最大，所以在300 以下氫會來不及擴散出。2022/9/1726第26页，此课件共44页哦白 點有些鋼種對白點敏感，易出現白點，像是Cr鋼、Cr-Mo鋼、Mn鋼、Mn-Mo鋼、Cr-Mn鋼、Cr-Mn-Mo鋼、Cr-Ni-Mo鋼等，因此以上鋼種在冶煉時應注意氫含量。鋼中的氫會降低力學性能，失去塑性，變脆，稱為鋼的氫脆。白點的預防：使用爐外精煉或真空處理要儘量脫氫。添加的原物料必須保持乾燥。熱加工後

19、的鋼材進行緩冷。2022/9/1727第27页，此课件共44页哦凝固收縮鋼液在凝固過程中的凝固行為稱為凝固收縮。通常1t重的鋼液冷卻到常溫固態鋼，體積收縮近12(0.145m30.128m3)，且收縮量會隨成份不同與溫降差異而改變。鋼液的冷卻凝固收縮隨溫度下降與相變化可分為三個階段：1.液態收縮：鋼液溫度由澆鑄溫度下降至液相溫度，也就是過熱度的降低發生的體積收縮，收縮量約1。由液態溫度變化而引起的體積收縮，可被連續澆入的鋼液所填補，對已凝固鑄胚的尺寸外形影響極小。2.凝固收縮：鋼液結晶溫度範圍越大，溫降越大，引起的體積收縮越大，收縮量約4。由於被連續澆入的鋼液所填補，對已凝固鑄胚的尺寸外形影響

20、也較小。3.固態收縮：溫度由固相線下降至室溫，此過程為固態收縮，收縮量約7。固態收縮量最大，對鑄胚品質的影響也最大。2022/9/1728第28页，此课件共44页哦凝固收縮碳鋼的凝固收縮隨含碳量而變化，含碳量漸增至0.5%，收縮量隨著增加，含碳量持續增加收縮量會下降。2022/9/1729第29页，此课件共44页哦連鑄胚的凝固特徵鑄胚的冷卻過程為強制冷卻，鑄胚的熱量絕大部分由水冷銅壁傳導出，幾乎可看成單向傳導的熱交換模式。凝固過程為分階段進行：結晶器二次冷卻區凝固末期凝固過程同時伴有體積收縮與溶質元素偏析。連鑄胚在凝固過程有很長的液心長度。2022/9/1730第30页，此课件共44页哦胚殼的

21、形成過程彎月面的形成 由於鋼液的表面張力作用，在鋼液面與結晶器銅壁接觸處形成了一個小半徑的彎月面。在彎月面的根部，也就是與結晶器壁接觸的部份，會因水冷而形成初生胚殼，所以穩定的彎月面，對形成良好的胚殼品質有一定的幫助。但如果上浮的夾雜物沒被澆鑄粉所吸附，會降低彎月面處的表面張力，使彎月面破裂，夾雜物在破裂處隨鋼液而凝固，形成了表面夾渣缺陷。夾渣處導熱弱，胚殼較薄，易有漏鋼發生。2022/9/1731第31页，此课件共44页哦氣隙的形成過程氣隙的形成 由胚殼凝固引起的收縮，使胚殼面離開了結晶器壁，形成間隙，由於鑄胚導熱受到影響，且鑄胚面受高溫液心的影響而有回溫情形，使得部份胚殼又貼回結晶器壁，被

22、包圍的間隙即為氣隙。如此反覆的發生會使鑄胚表面產生皺紋或凹陷等不良品質。2022/9/1732第32页，此课件共44页哦結晶器角落為什麼做圓角？胚殼因凝固收縮，使得胚殼面離開了結晶器壁，中間形成氣隙，使得導熱性能變差，因液心高溫的影響使鑄胚表面回溫，讓胚殼在鋼液靜壓力的作用下又貼回結晶器壁，如此反覆進行直到出結晶器。而在結晶器的角落部份，鋼液在這裡受到二維的導熱，會較快形成胚殼，因為收縮力大，形成的氣隙也較大，但鋼液靜壓力無法完全將角部胚殼貼回結晶器壁，使得在角落部份形成了永久性的氣隙。因為在角落會形成永久性的氣隙，使得該部位導熱性較差，在角部的胚殼也會最薄弱，因此在結晶器的角部都會做成圓角。

23、2022/9/1733第33页，此课件共44页哦連鑄胚的凝固結構好的鋼液凝固過程應達到：1.正確的凝固結構等軸晶的形成 2.偏析小，合金元素分佈均勻減少中心偏析，提高鑄胚的機械性能 3.最大氣泡&夾雜物上浮程度減少鑄胚夾雜物與孔洞 4.表面&內部品質良好保持有利彎月面穩定的條件 5.合金收得率高減少損失，降低成本2022/9/1734第34页，此课件共44页哦連鑄胚的凝固結構一般情形下，連鑄胚晶粒組織從表面下到鑄胚中心由細小等軸晶帶、柱狀晶帶與中心等軸晶帶組成。細小等軸晶帶細小等軸晶帶：在彎月面處的冷卻速度最快，會形成細小軸晶帶(激冷層)，過熱度越小，等軸晶帶的寬度就越大。柱狀晶帶柱狀晶帶：由

24、於氣隙的出現影響了鑄胚的導熱，而高溫液心仍繼續對胚殼傳熱，使得激冷層溫度回升，等軸晶不再形成，而在鑄胚對水冷銅壁單向導熱下，柱狀晶開始成形。而柱狀晶約有向上10的傾角，表示在凝固時期鋼液是向上流動。柱狀晶的”搭橋”現象，會使得下方鋼液得不到上方鋼液的補充，體積漸凝固收縮而形成中心疏鬆缺陷。中心等軸晶帶中心等軸晶帶：當液心溫度下降至液相線後開始結晶，由於結晶發生於鑄胚內部深處，單向的導熱特性已不明顯，晶粒可沿各方向傳熱，因形成等軸晶，但傳熱速度慢，使得該處等軸晶成長較緩慢，粒度也較激冷層的等軸晶粗大。2022/9/1735第35页，此课件共44页哦小鋼錠結構在二冷區如果鑄胚的導熱不均勻，傳熱較快

25、的局部區域，柱狀晶會成長較快，當來自兩邊的柱狀晶相連接時，或等軸晶被下沉鋼液往下帶，落在柱狀晶上，會出現柱狀晶的”搭橋”現象。搭橋現象會讓上方鋼液無法往下流動，也就是鋼液要經過此”結晶橋”會被阻礙，會造成被阻隔在下方的鋼液，在凝固時產生的體積收縮無法得到上方鋼液的補充，會形成中心疏鬆和縮孔。從鑄胚的縱斷面來看，這種搭橋現象約每隔50100mm就會出現一次。很像小鋼錠(小方胚)的凝固組織，因此稱之。小鋼錠結構會使中心偏析情形加重，鑄胚在加工過程易產生脆斷性，所以在二冷區的均勻冷卻很重要。2022/9/1736第36页，此课件共44页哦凝固結構的控制等軸晶的凝固組織較柱狀晶緻密，強度、韌性也都較好

26、，但柱狀晶的出現是一定的，發達的柱狀晶會影響鋼胚的機械性能，所以要控制其發展，柱狀晶特點如下：柱狀晶主枝幹成分較純，樹枝晶間偏析程度較大。S、P的夾雜物會在柱狀晶交界面沉積，形成了薄弱面，是裂紋易 發生之處，對鑄胚的機械加工性也有不良影響。柱狀晶會形成搭橋現象，導致中心疏鬆。2022/9/1737第37页，此课件共44页哦凝固結構的控制控制柱狀晶成長的方式1.電磁攪拌技術可折斷柱狀晶，樹枝晶碎片可作為等軸晶的成長核，鋼液的流動也可將晶核帶往液心深處，擴大等軸晶成長範圍。2.加速凝固工藝添加冷卻劑，加速鋼液凝固，同時也降低了鋼液的過熱度。3.加入固體形核劑增加成長晶核，可以擴大等軸晶帶，通常是使

27、用稀土族元素來當形核劑。而形核計必須具有以下條件：在鋼液溫度下仍為固態，不能在鋼液中分解，而影響到鋼液成份。能穩定的存在凝固前緣。形核劑盡量能均勻散佈於鋼液中。2022/9/1738第38页，此课件共44页哦凝固結構的控制2022/9/1739第39页，此课件共44页哦鑄胚在冷卻過程中所受到的應力1.熱應力熱應力鑄胚表面與內部溫度不均，收縮不一致時而生的應力。在二冷區之前或在二冷區，鑄胚表面溫度低，液心溫度高，所以表面對液心產生壓應力，相對而言，液心對表面施予拉應力，因此表面裂紋表面裂紋是在凝固初期時產生的。出二冷區之後，鑄胚在空氣中冷卻，鑄胚表面會因高溫液心而溫度回升，最後表面溫度與中心溫度

28、會趨於一致，在此過程中，中心溫降速度會較表面快，而此時的中心的收縮要大於表面的收縮，中心會受到拉應力，相對而言，液心對表面施予壓應力，因此內部裂紋內部裂紋是在完全凝固後產生的。2.組織應力組織應力由於相變，體積發生變化而產生的應力。影響組織應力最大的因素是溫度，冷卻速度快，造成鑄胚內外溫差過大，體積變化所受到的阻力也越大，組織所受到的應力也因此越大。組織應力也與鋼種成份有關，不同鋼種成份產生的組織應力有很大的差別。2022/9/1740第40页，此课件共44页哦鑄胚在冷卻過程中所受到的應力3.機械應力機械應力鑄胚在移動、彎曲與矯直過程中受到的應力。立彎式連鑄機的鑄胚在經過扇形段時會受到彎曲應力

29、，而鑄胚進入矯直區會受到矯直應力時，矯直時內弧面會受到拉應力，外弧面會受到壓應力。當鑄胚斷面大、連鑄機半徑小(扇型段半徑小)、矯直點少，則鑄胚會受到較大的彎曲應力與矯直應力。另外像是在扇形段的segment對位不準、扇形段半徑小、二冷區輥缝不適當、鑄胚鼓凸與較厚的胚殼厚度都會使鑄胚受到較大的機械應力。機械應力通常對鑄胚強度較弱的區域影響較大，也就是在未完全凝固的兩相區，該區尚含有少量的低熔點液體，柱狀晶的結合力小，因此裂紋常發生在凝固前沿。2022/9/1741第41页，此课件共44页哦應力的消除不管在何種型式的連鑄機型，熱應力與組織應力都是影響裂紋出現的主要原因，而機械應力則是加大裂紋出現的

30、可能性。表面裂紋的出現會使得後續表面處理的工作量增加，且會影響鑄胚的軋製，最嚴重就是出現廢品。因此需減少因應力影響而出現的裂紋，採取的方法有：1.配合適當的冷卻方式，鑄胚表面要冷卻均勻，表面回溫要避開鋼種的脆性敏感區。2.對於裂紋敏感性鋼種，可使用乾式冷卻或少量噴水，此種方式可以使胚殼與液心溫度趨於一致，減少熱應力的產生。3.精煉時期要控制鋼液成份，並降低鋼中有害元素的含量，也可以減少裂紋出現的可能性。4.鑄胚經切割完後，可用不同的方式緩冷，如空冷或坑冷。2022/9/1742第42页，此课件共44页哦結 論鋼的凝固要求有足夠的過冷度(熱力學條件)，以及必要的成長晶核(動力學條件)。鋼液的結晶

31、溫度範圍小，與溫降梯度大可以得到細晶粒組織。鋼液凝固過程中會伴隨著偏析，也就是凝固前後，雜質濃度含量不均。成份過冷也是合金凝固時會發生的現象，它會使熔點溫度下降導致過冷度減小，而過冷度會影響晶粒成長的型態。鋼液的凝固會有夾雜物的形成、凝固氣泡的產生，以及凝固時產生的收縮。夾雜物一般都是使其盡量上浮，或是控制其型態，要避免氣泡的出現，要脫氧完全，避免物料潮濕。凝固收縮以固態時的收縮量最大，在溫降過程會產生熱應力，熱應力是鑄胚裂紋產生的來源，所以固態收縮對鑄胚品質影響較大。彎月面的形成對胚殼的表面品質有影響，保持鋼液的純淨度，減少夾雜物，使用適當的澆鑄粉都可以使彎月面保持較好的穩定狀態。2022/

32、9/1743第43页，此课件共44页哦結 論鑄胚由表面向內部的結晶組織為細小等軸晶帶、柱狀晶帶以及中心等軸晶帶。小鋼錠結構的出現會使鑄胚產生中心疏鬆並有伴有偏析現象。鑄胚在冷卻過程中會受到熱應力、組織應力與機械應力。熱應力的來源是較低溫胚殼與高溫液心在冷凝過程中溫度分布不均、收縮程度不一致而產生的應力。組織應力是由於相變、體積產生變化而產生的應力。機械應力是鑄胚受到彎曲應力、矯直應力的影響。裂紋的出現是由於鑄胚承受過大的拉應力，表面裂紋缺陷會增加後續表面精整的工作量，因此應對措施為要降低鋼中的有害元素，並注意鋼種的裂紋敏感性，搭以適當的冷卻方式。2022/9/1744第44页，此课件共44页哦