連鑄工藝設(shè)備鋼液凝固的基本原理

第二章.鋼液凝固的基本原理

鋼液的凝固不僅是一個(gè)由液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w的物態(tài)變化過(guò)程，而且也是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)變化過(guò)程。在鋼液發(fā)生物態(tài)轉(zhuǎn)變的同時(shí)，還伴隨有鑄坯組織結(jié)構(gòu)的形成、成分偏析、二次脫氧產(chǎn)物的生成與排出、氣體的析出、凝固收縮以及傳熱冷卻等一系列的變化。鋼液凝固條件的改變對(duì)鑄坯的組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、力學(xué)性能將產(chǎn)生不同程度的影響?！?—1金屬的結(jié)晶條件

當(dāng)溫度降到凝固點(diǎn)以下時(shí)，金屬便由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w狀態(tài)，這一過(guò)程稱(chēng)為結(jié)晶，也叫凝固。從金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，發(fā)生了金屬原子從近程有序排列過(guò)渡到遠(yuǎn)程有序排列并固定下來(lái)的變化。一.結(jié)晶的熱力學(xué)條件過(guò)冷度（ΔT）：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度之差值。金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件：必須具有一定的過(guò)冷度。

ΔT＝T0－Tn如圖：固液兩相自由能與溫度的關(guān)系金屬的結(jié)晶過(guò)程也是一個(gè)放熱過(guò)程。結(jié)晶釋放的潛熱和逸散，是影響結(jié)晶過(guò)程的重要因素之一。當(dāng)潛熱的釋放等于或小于以一定速度冷卻而散發(fā)到周?chē)h(huán)境中去的熱量時(shí)，溫度或保持恒定或不斷下降，結(jié)晶可以繼續(xù)進(jìn)行，直至完全凝固，或達(dá)到新的平衡；當(dāng)釋放的潛熱大于散發(fā)掉的熱量時(shí)，溫度會(huì)回升，直到結(jié)晶停止進(jìn)行，甚至有時(shí)局部區(qū)域還會(huì)發(fā)生重熔現(xiàn)象。二.結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)條件1.晶核的形成①均質(zhì)形核在液相中直接產(chǎn)生晶核。即在一定的過(guò)冷度下，液態(tài)金屬中一些體積很小的近程有序排列的“原子集團(tuán)”轉(zhuǎn)變成規(guī)則排列并穩(wěn)定下來(lái)的坯胎晶核，這一過(guò)程稱(chēng)為均質(zhì)形核。形成新相晶核系統(tǒng)自由能的變化包括：A.在液相中形成晶核時(shí)引起體積自由能的降低；B.形成晶核時(shí)產(chǎn)生固、液交界面導(dǎo)致表面自由能的增加。系統(tǒng)獲得的過(guò)冷度越大，臨界半徑rk

越小，液態(tài)金屬就越容易結(jié)晶。②異質(zhì)形核依靠液體金屬中已經(jīng)存在的固、液相質(zhì)點(diǎn)形成晶核的過(guò)程。實(shí)際上金屬中或多或少都含有異相雜質(zhì)，故金屬結(jié)晶時(shí)大都為異質(zhì)形核。2.晶體體的的長(zhǎng)長(zhǎng)大大⑴晶晶體體的的生生長(zhǎng)長(zhǎng)方方式式A.平面面生生長(zhǎng)長(zhǎng)（（正正溫溫度度梯梯度度條條件件下下））固體體表表面面在在宏宏觀觀上上看看起起來(lái)來(lái)是是平平滑滑的的，，即即固固、、液液界界面面呈呈平平面面狀狀向向液液相相推推進(jìn)進(jìn)。。B.樹(shù)枝晶生生長(zhǎng)（負(fù)負(fù)溫度梯梯度條件件下）固體表面面上的偶偶然凸起起便可深深入到液液體中過(guò)過(guò)冷度較較大的地地方生長(zhǎng)長(zhǎng)，形成成一些伸伸長(zhǎng)的晶晶柱并在在側(cè)面產(chǎn)產(chǎn)生分枝枝，形成成樹(shù)枝狀狀晶體。。C.胞狀生長(zhǎng)長(zhǎng)（過(guò)冷冷度較小?。┕滔啾砻婷婺承┡寂既煌钩龀龅牟糠址挚赡軙?huì)會(huì)伸入過(guò)過(guò)冷區(qū)長(zhǎng)長(zhǎng)大，但但不能向向縱深發(fā)發(fā)展，使使生長(zhǎng)的的界面介介于平面面和樹(shù)枝枝狀之間間，形成成一種凹凹凸不平平的類(lèi)似似胞狀的的結(jié)構(gòu)。。⑵樹(shù)枝晶長(zhǎng)長(zhǎng)大一般結(jié)晶晶總是在在溶質(zhì)偏偏析最小小和散熱熱最快的的地方優(yōu)優(yōu)先生長(zhǎng)長(zhǎng)。由于于棱角比比其他方方向?qū)釤嵝院?，，且離未未被溶質(zhì)質(zhì)富集的的液體最最近，因因此棱角角方向的的長(zhǎng)大速速度比其其他方向向要快。。鐵為立立方晶格格，呈正正六面體體結(jié)構(gòu)，，從八個(gè)個(gè)角長(zhǎng)成成為菱錐錐體的尖尖端，就就構(gòu)成了了樹(shù)枝晶晶主軸（（一次軸軸），然然后在主主軸側(cè)面面長(zhǎng)出分分叉叫二二次軸，，再生出出三次軸軸，依次次發(fā)展下下去，直直到晶枝枝彼此相相遇，形形成一個(gè)個(gè)樹(shù)枝狀狀晶體。。各方向向的主軸軸都得到到較均勻勻發(fā)展的的樹(shù)枝晶晶稱(chēng)等軸軸晶；只只有某一一方向的的主軸得得到突出出發(fā)展的的樹(shù)枝晶晶稱(chēng)柱狀狀晶。在實(shí)際鋼鋼錠或鑄鑄坯中，，晶體有有兩種長(zhǎng)長(zhǎng)大情況況：A.定向生長(zhǎng)長(zhǎng)—柱狀晶B.等軸生長(zhǎng)長(zhǎng)—等軸晶樹(shù)枝晶生生長(zhǎng)示意意圖：⑶結(jié)晶后的的晶粒大大小取決于晶晶核的生生成速率率（成核核數(shù)目∕∕m3﹒s）和長(zhǎng)大大速率V（cm∕s）。成核核率N愈大，長(zhǎng)長(zhǎng)大速率率V愈小，則則晶粒愈愈細(xì)。N、V與ΔT的關(guān)系：：§2—2鋼液的結(jié)結(jié)晶鋼是以鐵鐵為基礎(chǔ)礎(chǔ)的合金金，含有有多種元元素。鋼鋼的凝固固屬于非非平衡結(jié)結(jié)晶。其其特點(diǎn)如如下：A.結(jié)晶過(guò)程程必須在在一個(gè)溫溫度范圍圍內(nèi)進(jìn)行行并完成成；B.結(jié)晶過(guò)程程為選分分結(jié)晶，，最初結(jié)結(jié)晶出的的晶體比比較純，，溶質(zhì)元元素的含含量較低低，熔點(diǎn)點(diǎn)較高，，最后生生成的晶晶體溶質(zhì)質(zhì)元素的的含量較較多，熔熔點(diǎn)也較較低，而而且無(wú)論論是晶體體或液體體的成分分，都隨隨著溫度度的下降降而不斷斷地變化化著，只只有當(dāng)結(jié)結(jié)晶完畢畢后，并并且達(dá)到到平衡時(shí)時(shí)，晶體體才有可可能達(dá)到到和原始始合金一一樣的成成分。一.鋼液結(jié)晶晶的溫度度范圍和和兩相區(qū)區(qū)構(gòu)成結(jié)晶溫度度范圍：：ΔT結(jié)晶＝T液－T固確定結(jié)晶晶溫度范范圍的意意義：T液是確定澆澆注溫度度乃至出出鋼溫度度的基礎(chǔ)礎(chǔ)；ΔT結(jié)晶的大小對(duì)對(duì)結(jié)晶組組織有至至關(guān)重要要的影響響。鋼液結(jié)晶晶的溫度度范圍及及結(jié)晶過(guò)過(guò)程中固固相和液液相的成成分變化化如圖所所示。1.結(jié)晶溫度度范圍：：由液相相線(xiàn)至固固相線(xiàn)之之間的溫溫度區(qū)間間。用ΔT結(jié)晶表示。ΔT結(jié)晶＝T液-T固2.三個(gè)結(jié)晶晶區(qū)域：：固相區(qū)區(qū)、兩相相區(qū)和液液相區(qū)。。在兩相區(qū)區(qū)內(nèi)進(jìn)行行著形核核晶核的的長(zhǎng)大過(guò)過(guò)程，鑄鑄坯的凝凝固就是是兩相區(qū)區(qū)由鑄坯坯表面逐逐漸向鑄鑄坯中心心推移的的過(guò)程。。3.兩相區(qū)的的寬度ΔX主要取決決于鋼液液的結(jié)晶晶溫度范圍（（ΔT結(jié)晶）和凝固固前沿熔熔體中的的溫度梯梯度（dT∕dX）。ΔX＝·ΔT結(jié)晶結(jié)晶溫溫度范范圍越越寬、、鋼液液過(guò)熱熱度越越低和和鑄坯坯表面面冷卻卻強(qiáng)度度越小小，則則兩相相區(qū)越越寬。當(dāng)ΔX較大時(shí)時(shí)，晶粒度度較大大，反之則則小。。晶粒粒度大大，意意味著著樹(shù)枝晶晶發(fā)達(dá)達(dá)，發(fā)達(dá)的的樹(shù)枝枝晶使使凝固組組織疏疏松，，易形形成氣氣孔，，偏析析也較較嚴(yán)重重。若要減減小ΔX，應(yīng)從從加強(qiáng)強(qiáng)冷卻卻強(qiáng)度度入手手并落落實(shí)到到具體體的工工藝措措施之之中。。二．成成分過(guò)過(guò)冷1.選分結(jié)結(jié)晶由于合金元元素在在固相相中的的溶解解度小小于在在液相相中的的溶解解度，，因此合合金元元素在在固相相鋼中中分配配的濃濃度要要小，，而在在液相相鋼（（母液液）中中分配配的濃濃度要要大。。所以以在鋼鋼水結(jié)結(jié)晶過(guò)過(guò)程中中，結(jié)結(jié)晶前前沿會(huì)會(huì)有溶溶質(zhì)大大量析析出并并積聚聚，圍圍繞凝凝固著著的晶晶體積積累了了一層層溶質(zhì)質(zhì)富集集層，，使固相相中溶溶質(zhì)濃濃度低低于原原始濃濃度。。這種種現(xiàn)象象即選選分結(jié)結(jié)晶。。2.成分過(guò)過(guò)冷鋼液的的結(jié)晶晶不僅僅與溫溫度過(guò)過(guò)冷有有關(guān)，，還與與結(jié)晶晶時(shí)液液相成成分的的變化化有關(guān)關(guān)。結(jié)結(jié)晶中中的選選分結(jié)結(jié)晶現(xiàn)現(xiàn)象使使凝固固前沿沿液相相的成成分發(fā)發(fā)生了了變化化，引引起液液相的的凝固固點(diǎn)改改變，，從而而改變變了凝凝固前前沿的的過(guò)冷冷情況況。⑴成分分過(guò)冷冷的產(chǎn)產(chǎn)生（（如圖圖）ａ—合金冷冷卻鋼鋼結(jié)晶晶出固固相時(shí)時(shí)的示示意圖圖；ｂ—合金的的結(jié)晶晶與散散熱方方向示示意圖圖；ｃ—液相熱熱量散散出的的溫度度分布布示意意圖；；ｄ—B組元成成分在在液相相中的的分布布曲線(xiàn)線(xiàn)示意意圖；；ｅ—熔點(diǎn)與與相界界面距距離的的關(guān)系系曲線(xiàn)線(xiàn)示意意圖實(shí)際上上鋼液液的結(jié)結(jié)晶過(guò)過(guò)程不不可能能達(dá)到到平衡衡，相相界面面上有有過(guò)冷冷度存存在，，但此此過(guò)冷冷度會(huì)會(huì)因雜雜質(zhì)含含量高高，液液相熔熔點(diǎn)下下降而而降低低。此此外，，結(jié)晶晶過(guò)程程中放放出的的潛熱熱消散散在界界面兩兩側(cè)的的固體體和液液體中中，這這使界界面液液相實(shí)實(shí)際溫溫度稍稍有升升高，，從而而進(jìn)一一步降降低了了界面面上的的過(guò)冷冷度，，但過(guò)過(guò)冷度度決不不會(huì)達(dá)達(dá)到零零，這這種相相界面面上過(guò)過(guò)冷度度下降降的現(xiàn)現(xiàn)象稱(chēng)稱(chēng)為““過(guò)冷冷”的的降低低。⑵影響成成分過(guò)過(guò)冷的的因素素若增加加凝固固速度度，減減小溶溶質(zhì)在在液相相中的的擴(kuò)散散系數(shù)數(shù)，減減少液液相中中的溫溫度梯梯度以以及增增加溶溶質(zhì)濃濃度，，將增增加成成分過(guò)過(guò)冷。。⑶成分過(guò)過(guò)冷和和溫度度過(guò)冷冷的區(qū)區(qū)別A.溫度過(guò)冷結(jié)晶中熱量量的散失使使液體的實(shí)實(shí)際溫度下下降到凝固固點(diǎn)以下獲獲得的過(guò)冷冷。這種過(guò)冷完完全受散熱熱條件控制制。B.成分過(guò)冷結(jié)晶中純粹粹由溶質(zhì)成成分偏析引引起的過(guò)冷冷度變化。。溶質(zhì)偏析越越大，引起起的成分過(guò)過(guò)冷變化也也越大。⑷成分過(guò)冷對(duì)對(duì)結(jié)晶的影影響鋼液結(jié)晶時(shí)時(shí)，成分過(guò)過(guò)冷對(duì)晶體體的生長(zhǎng)方方式有直接接的影響。。如果溶質(zhì)濃濃度的分布布一定，即即液相的熔熔點(diǎn)曲線(xiàn)一一定時(shí)，成成分過(guò)冷將將隨溫度梯梯度而變化化：溫度梯梯度越小，，實(shí)際溫度度曲線(xiàn)越平平緩，則成成分過(guò)冷度度越大，過(guò)過(guò)冷區(qū)也越越寬；反之之，溫度梯梯度越大，，即實(shí)際溫溫度曲線(xiàn)越越陡，則成成分過(guò)冷度度便越小，，過(guò)冷區(qū)也也越窄。對(duì)鋼液來(lái)說(shuō)說(shuō)，在正溫溫度梯度的的條件下的的晶體生長(zhǎng)長(zhǎng)方式：A.若凝固前沿沿沒(méi)有成分分過(guò)冷，晶晶體的生長(zhǎng)長(zhǎng)方式為平平面生長(zhǎng)；；B.若有較小的的成分過(guò)冷冷，則為胞胞狀生長(zhǎng)；；C.若凝固前沿沿的成分過(guò)過(guò)冷很大，，則以樹(shù)枝枝狀的方式式生長(zhǎng)。三.化學(xué)成分不不均勻現(xiàn)象象1.偏析概念⑴偏析：鑄坯中化學(xué)學(xué)成分（溶溶質(zhì)成分））不均勻的的現(xiàn)象。⑵分類(lèi)：A.顯微偏析：：發(fā)生在一一個(gè)或幾個(gè)個(gè)晶粒范圍圍內(nèi)的偏析析。μmB.宏觀偏析：：在鑄坯內(nèi)內(nèi)大范圍的的偏析。cm2.偏析產(chǎn)生的的原因⑴顯微偏析析的產(chǎn)生與結(jié)晶的不不平衡性（（非平衡結(jié)結(jié)晶）有關(guān)關(guān)。如圖所所示：實(shí)際生產(chǎn)中中，鋼液的的結(jié)晶是一一種非平衡衡結(jié)晶，必必須在液相相線(xiàn)溫度以以下才能開(kāi)開(kāi)始，并在在固相線(xiàn)溫溫度以下才才能結(jié)束。。由于冷卻卻速度較大大，鋼液在在冷卻到各各個(gè)溫度時(shí)時(shí)，沒(méi)有足足夠的時(shí)間間來(lái)完成結(jié)結(jié)晶過(guò)程和和擴(kuò)散的均均勻化，就就繼續(xù)往下下冷卻，致致使在各溫溫度下的結(jié)結(jié)晶過(guò)程和和擴(kuò)散過(guò)程程都不能進(jìn)進(jìn)行到底。。這樣就使使固相和液液相的平均均成分線(xiàn)都都偏離了平平衡時(shí)的固固相線(xiàn)和液液相線(xiàn)，所所得固體先先、后結(jié)晶晶的各部分分具有不同同的溶質(zhì)元元素濃度：：結(jié)晶初期形形成的樹(shù)枝枝晶較純，，而后結(jié)晶晶的部分則則含有較多多的溶質(zhì)元元素，造成成了固體晶晶粒內(nèi)部溶溶質(zhì)濃度的的不均勻性性。顯微偏析程程度可用顯顯微偏析度度來(lái)衡量：：A＝C間∕C軸當(dāng)A﹥1時(shí)，正偏析析；當(dāng)A﹤1時(shí),負(fù)偏析；當(dāng)A＝0時(shí)，無(wú)偏析析。影響顯微偏偏析的因素素：A.冷卻速度加大冷卻速速度，縮短短凝固時(shí)間間，溶質(zhì)元元素沒(méi)有足足夠時(shí)間析析出，則樹(shù)樹(shù)枝晶的間間距小，枝枝杈多，可可大大減輕輕合金的樹(shù)樹(shù)枝偏析。。B.溶質(zhì)元素的的偏析傾向向所有元素在在鐵中都能能形成偏析析，其中，，C、P、S是強(qiáng)偏析元元素。C.溶質(zhì)元素素原子在在固體金金屬中的的擴(kuò)散速速度。D.固態(tài)相變變E.鋼液流動(dòng)動(dòng)引起鋼液液流動(dòng)的的因素：：注流的注注入，鋼鋼水的溫溫度差、、密度差差，鑄坯坯鼓肚變變形，氣氣體、夾夾雜的上上浮等。。樹(shù)枝偏析析的形成成：⑵宏觀偏析析的產(chǎn)生生由于凝固固過(guò)程中中選分結(jié)晶的的作用，，使兩相相區(qū)樹(shù)枝枝晶間的的液體富富集了溶溶質(zhì)元素素。同時(shí)鋼液液凝固時(shí)時(shí)液體的的溫度差差。密度度差、體體積收縮縮以及氣氣體的排排出等引起了液液體的對(duì)對(duì)流運(yùn)動(dòng)動(dòng)，將富富集溶質(zhì)質(zhì)的液體體帶到未未凝固的的區(qū)域，，從而導(dǎo)致致了整個(gè)個(gè)鑄坯內(nèi)內(nèi)溶質(zhì)元元素的不不均勻分分布。宏觀偏析析程度可可用宏觀觀偏析量量表示：：B＝（C－Co）∕Co×100％3．偏析的的控制⑴增加鋼鋼液的冷冷凝速度度。通過(guò)過(guò)抑制選選分結(jié)晶晶中溶質(zhì)質(zhì)向母液液深處的的擴(kuò)散來(lái)來(lái)減小偏偏析。⑵合適的的鑄坯斷斷面。小小斷面可可使凝固固時(shí)間短短，從而而減輕偏偏析。⑶采用各各種方法法控制鋼鋼液的流流動(dòng)。如如適宜的的浸入式式水口。。⑷電磁攪攪拌。攪攪拌可打打碎樹(shù)枝枝晶、細(xì)細(xì)化晶粒粒、減小小偏析。。⑸工藝因因素。適適當(dāng)降低低注溫和和拉速、、防止鑄鑄坯鼓肚肚等。⑹降低鋼鋼液中P、S含量。四.夾雜物、、氣體的的形成和和排出1.凝固夾雜雜⑴凝固夾夾雜的形形成過(guò)程程A．由于選選分結(jié)晶晶，溶質(zhì)質(zhì)在凝固固前沿不不斷富集集。B．在凝固固前沿濃濃度很高高的元素素之間發(fā)發(fā)生反應(yīng)應(yīng)形成化化合物。?！睲e〕＋〔X〕〕=(MeX)C.凝固前沿沿生成的的化合物物增多并并聚集成成為夾雜雜物。n(MeX)＝(MeX)nD.夾雜物部部分上浮浮，未上上浮部分分滯留在在鋼中成成為凝固固夾雜物物。⑵減少夾雜雜物的措措施A.減少鋼中中含氧量量。防止冶煉煉過(guò)程的的過(guò)氧化化，脫氧氧要完全全，并可采用用爐外精精煉技術(shù)術(shù)對(duì)鋼液液進(jìn)行處處理。B.減少鋼中中硫含量量。采用鋼包包處理或或爐外精精煉新技技術(shù)，也也可加入入其它合金元素素來(lái)控制制硫化物物的形態(tài)態(tài)和分布布，以減減少它的危害。。C.采取各種種措施防防止夾雜雜物進(jìn)入入鋼液出鋼擋渣渣、防止止鋼包下下渣、保保護(hù)澆注注、防止止二次氧氧化、使使用性能能合適的的保護(hù)渣渣、采用用高質(zhì)量量的耐火火材料、、保證澆澆注系統(tǒng)統(tǒng)的清潔潔。D.創(chuàng)造條件件促使夾夾雜物上上浮采用大容容量深熔熔池的中中間包、、采用形形狀適宜宜的浸入入式水口口、結(jié)晶晶器內(nèi)使使用“電電磁攪拌拌”技術(shù)術(shù)。E.控制夾雜雜物的粒粒度、形形態(tài)和分分布加鈣或稀稀土RE等元素，，對(duì)夾雜雜物進(jìn)行行變性處處理；加Mn，可提高高[Mn]∕[Si]比值，以以生成MnS夾雜物取取代FeS夾雜物，，減小熱熱脆性。。加入適量量的鋁利利用AI2O3作為夾雜物的的核心，增加加夾雜物數(shù)量量的同時(shí)減小小其粒度。F.加速凝固縮小結(jié)晶時(shí)間間，降低母液液高濃度溶質(zhì)質(zhì)聚集及其形形成的夾雜物物。G.抑制鋼液的流流動(dòng)2.凝固氣泡產(chǎn)生原因：鋼液在澆注過(guò)過(guò)程中，由于于氣體在鋼液液中的溶解度度隨鋼液溫度度的降低而下下降，并且在在由液體凝固固成固體時(shí)，，溶解度會(huì)陡陡降，所以氫氫、氮、氧都都會(huì)在這個(gè)過(guò)過(guò)程中富集和和析出。CO氣泡：由于鋼鋼液脫氧不良良而產(chǎn)生。H2、N2氣泡：由于物物料潮濕、鋼鋼液吸氣而產(chǎn)產(chǎn)生。危害：皮下氣氣泡、白點(diǎn)、、甚至漏鋼。。五.凝固收縮鋼液在凝固和和冷卻過(guò)程中中所發(fā)生的體體積和線(xiàn)尺寸寸減小的現(xiàn)象象。1.液態(tài)收縮：鋼鋼液從過(guò)熱度度冷卻到液相相線(xiàn)溫度時(shí)的的收縮。1％取決于鋼液成成分和過(guò)熱度度。2.凝固收縮：鋼鋼液從液相線(xiàn)線(xiàn)溫度冷卻到到固相線(xiàn)溫度度時(shí)的收縮。。4％取決于鋼的成成分和凝固溫溫度范圍。凝凝固溫度范圍圍越大，收縮縮量就越大。?？偟膩?lái)看，，中、高碳鋼鋼的凝固收縮縮比低碳鋼大大，其縮孔、、疏松也比低低碳鋼嚴(yán)重。。3.固態(tài)收縮：由由固相線(xiàn)溫度度冷卻到常溫溫時(shí)產(chǎn)生的收收縮。7～8％取決于固相線(xiàn)線(xiàn)到室溫這一一段的溫度變變化以及相組組織的變化（（例如包晶反反應(yīng)引起體積積收縮，奧氏氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹橹楣怏w時(shí)發(fā)生生體積膨脹））。鋼的總收縮e總＝e液＋e凝＋e固影響：縮孔、、疏松、內(nèi)裂裂?！?—3鑄坯凝固、冷冷卻過(guò)程應(yīng)力力一.熱應(yīng)力（收縮縮應(yīng)力）鑄坯在凝固和和冷卻過(guò)程中中發(fā)生的凝固固收縮和固態(tài)態(tài)收縮受到阻阻礙時(shí)（通常常表現(xiàn)為線(xiàn)收收縮受阻時(shí)）），將產(chǎn)生收收縮應(yīng)力。由由于線(xiàn)收縮量量主要與溫度有有關(guān)，故這種應(yīng)力力又稱(chēng)為熱應(yīng)應(yīng)力。1.產(chǎn)生原因：鑄坯表面與內(nèi)內(nèi)部的溫度差差使線(xiàn)收縮量量不等，產(chǎn)生生相互的牽制制而造成的。。鑄坯冷凝初期期，表面溫度度遠(yuǎn)低于中心心溫度，造成成表面比中心心收縮大，因因此表面承受受拉應(yīng)力，中中心承受壓應(yīng)應(yīng)力。隨著冷冷卻的繼續(xù)進(jìn)進(jìn)行，中心部部分溫度的降降低，使中心心收縮比表面面大，因此表表面由承受拉拉應(yīng)力轉(zhuǎn)為承承受壓應(yīng)力，，而中心部分分則由開(kāi)始的的承受壓應(yīng)力力轉(zhuǎn)為承受拉拉應(yīng)力。熱應(yīng)力變化示示意圖：2.影響因素：⑴鑄坯表面與與內(nèi)部的溫度度差溫度差越大，，線(xiàn)收縮量的的差別愈大，，鑄坯截面上上各層間收縮縮的相互阻礙礙也愈嚴(yán)重，，產(chǎn)生的熱應(yīng)應(yīng)力也就愈大大。⑵鋼中含碳量量。高碳鋼的固、、液兩相區(qū)寬寬，體積收縮縮量大，線(xiàn)收收縮量小，故故熱應(yīng)力相對(duì)對(duì)較??；低碳碳鋼的兩相區(qū)區(qū)窄，體積收收縮量小而線(xiàn)線(xiàn)收縮量大，，故熱應(yīng)力相相對(duì)較大。⑶鋼中合金元元素的含量。?？偟内呄蚴?，，凡使鋼液凝凝固區(qū)間（固固、液兩相區(qū)區(qū)）增大的合合金元素（如如鎳、硅、磷磷）的含量增增加，線(xiàn)收縮縮減少，從而而使熱應(yīng)力減減小；而使鋼鋼液凝固區(qū)間間縮小的合金金元素含量增增加時(shí)，則線(xiàn)線(xiàn)收縮增加，，熱應(yīng)力也增增加。二.組織應(yīng)力固態(tài)鋼在冷卻卻過(guò)程中因發(fā)生相變而而引起的體積積膨脹受阻時(shí)時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)應(yīng)力稱(chēng)為組織織應(yīng)力。1.產(chǎn)生原因：鑄坯冷卻時(shí)的的散熱是由內(nèi)內(nèi)向外進(jìn)行的的，表面溫度度低而中心溫溫度高，因而而鑄坯表面與與內(nèi)部組織轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變的時(shí)間不不同，發(fā)生體體積膨脹的時(shí)時(shí)間也不同，，這樣就使鑄鑄坯截面上各各層間的體積積膨脹受到了了相互的制約約，從而產(chǎn)生生了組織應(yīng)力力。組織應(yīng)力的分分布：當(dāng)鑄坯先凝固固的表面發(fā)生生奧氏體向珠珠光體（或馬馬氏體）轉(zhuǎn)變變時(shí)，引起表表面層體積增增加，而心部部的奧氏體未未變，將阻礙礙表面體積的的增大，使表表面產(chǎn)生壓應(yīng)應(yīng)力，心部產(chǎn)產(chǎn)生拉應(yīng)力。。鑄坯繼續(xù)冷冷卻，當(dāng)心部部奧氏體向珠珠光體（或馬馬氏體）轉(zhuǎn)變變時(shí)，表面層層已經(jīng)完成了了轉(zhuǎn)變，內(nèi)部部體積的增大大使表面受拉拉應(yīng)力，而心心部受壓應(yīng)力力。2.影響因素：