Корковая мелкозернистая зона у НЛЗ. Доля зоны равноосных кристаллов. Влияние температуры разливаемой стали на кристаллическую структуру слитка, страница 3

Более интенсивное охлаждение непрерывного слитка, а следовательно, и большая скорость роста твердой фазы, приводит к уменьшению зоны концентрационного переохлаждения, что тормозит развитие зоны двухфазного состояния. Этим объясняется большее соотношение протяженностей зон столбчатых и равноосных кристаллов в непрерывном слитке, чем в слитке, отлитом в изложницу.

Кроме того, мощные циркуляционные потоки в зоне кристаллизатора препятствуют образованию жидко-твердой составляющей двухфазной зоны перед фронтом затвердевания на более ранней стадии процесса формирования слитка, что улучшает условия роста столбчатых кристаллов.

Изучение темплетов показывает, что вторичная структура непрерывного слитка, по сравнению с отлитым в изложницу слитком, характеризуется меньшими размерами зерен и более тонкими границами между ними. Размер зерен плавно увеличивается от периферии к центру слитка.

Это объясняется большей интенсивностью охлаждения непрерывного слитка и связанным с ней незначительным развитием зоны двухфазного состояния.

4.3.3 Химическая неоднородность слитка

Почти все элементы в той или иной степени растворимы в жидком железе. В твердом железе растворимость многих элементов ограничена. Различная растворимость  элементов в жидкой и твердой фазах обусловливает химическую неоднородность слитка.

В процессе роста твердой фазы на фронте кристаллизации происходит накопление ликвирующих примесей. Это связано с тем, что скорость диффузионного перемещения примесей, выделившихся в результате ограниченной растворимости в твердой фазе, на два-три порядка меньше скорости продвижения фронта кристаллизации.

При отсутствии в расплаве конвекции устанавливается такое его состояние, при котором количество примеси, выделяющееся из твердой фазы в единицу времени, равно ее количеству, диффундирующему за то же время от фронта кристаллизации. Такое положение названо стационарным распределением примеси и для плоского фронта кристаллизации теоретически найдено Тиллером  [20]

                                      (4.2)

где  D – коэффициент диффузии примеси в расплаве;

        Vкр – скорость продвижения фронта кристаллизации;

        X – расстояние от фронта кристаллизации;

        К – коэффициент распределения (отношение растворимостей элемента в жидкой и твердой фазах);

        Сл – распределение примеси в расплаве;

        Со – исходная концентрация примеси

Под действием мощных конвективных потоков жидкой стали внутри слитка часть атомов из обогащенного примесями слоя на фронте кристаллизации уносится в расплав, повышая концентрацию примесей в жидкой части слитка.

Уравнение (4.2) характеризует зависимость распределения примеси от скорости кристаллизации расплава. Чем выше скорость кристаллизации, тем ниже концентрация примесей на фронте затвердевания. Вместе с тем при конвективном перемещении потоков металла изменяются толщина ликвационного слоя и характер распределения примесей. Чем больше скорость конвективных потоков жидкой стали и ниже ее вязкость, тем меньше толщина ликвационного слоя.

Таким образом, различная растворимость примесей в жидкой и твердой фазах приводит к тому, что в промышленных условиях стальной слиток всегда имеет неоднородность по химическому составу.

Различают два типа химической неоднородности (ликвации) стального слитка – зональную и дендритную (внутрикристаллическую). Зональная неоднородность – это скопление примесей в определенных локализованных участках или зонах. К этому типу можно отнести химическую неоднородность по сечению и высоте слитка, ликвационные квадраты, полосы, пятнистую ликвацию. Дендритная ликвация или микронеоднородность – это химическая неоднородность металла в объеме кристалла. Она представляет собой закономерное явление, сопровождающее процесс кристаллизации металла.

4.3.4 Зональная ликвация

Ранее была установлена идентичность условий кристаллизации по длине непрерывного слитка, что обусловливает одинаковые скорости кристаллизации на любом его горизонте и высокую химическую однородность металла.