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锻造外露夹杂的影响因素

钢锭表面的激冷层因初始钢液有较大的过冷度而迅速凝固，故无偏析，激冷层几乎在锻造高温加热中烧损掉。激冷层形成后，晶粒开始沿着模壁垂直方向发展形成柱状晶，该部分因为在较大的温度梯度下选择结晶凝固，且凝固前沿固相率很低，凝固前沿的溶质富化浓度低，同时也容易被环流冲走，故夹杂物和偏析缺陷较小，可以认为柱状晶是相对纯净的。柱状晶的厚度取决于浇注温度和钢锭尺寸，一般约为50mm～120mm。柱状晶往里是分枝树枝晶，其结晶方向偏离柱状晶方向倾斜生长，A型偏析在这一区域形成。分枝树枝晶长到一定阶段后，中心区域的钢液达到同一过冷度而同时凝固，最终形成粗大等轴晶。钢锭底部富集非金属夹杂物的沉积锥，应当产生锻件芯部缺陷，而非浅表层缺陷。从以上分析看出，支承辊夹杂外露是因为钢锭分枝树枝晶区内质量不好的A型偏析暴露在锻件表面，这也与外露的夹杂在轴向都呈条带状零散分布相吻合。同时结合McDonald和Hunt提出的A型偏析理论，固液相区内由于温度和浓度梯度造成的密度变化，使未凝固的钢液趋于不稳定并驱动钢液环流。环流的钢液流经钢锭中心将逐步加热，环流的熔液可以使局部枝晶重熔，重熔又使液相分数增大，流动阻力减小，使流速进一步增大，加速重熔。这种不稳定现象从而在固液相区内形成一系列细小的管流，当然管流在固相中形成的沟槽越大，流速就越大，熔化速度也越大。一部分沟槽不断扩展，同时得到枝晶间浓度很高的液相的流动补充。环流不可避免地携带大量钢液中的非金属夹杂物，随着温度的下降，钢液粒稠流动不畅，非金属夹杂物堵塞、滞留在分枝树枝晶管流中并进一步集聚而难以在该区域排除，堵塞的管流进行合并而形成A型偏析。从上面分析不难看出，在同一浇注条件下，钢水越纯净，越难产生A型偏析。根据以上分析，提高钢水纯净度和让分枝树枝晶区尽量向锭心分布能减少夹杂外露。

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