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镇静钢钢锭(killed　steel　ingot)
由深脱氧钢浇铸的钢锭。钢水经铝、硅等脱氧剂深度脱氧，使钢中含氧量远低于与碳平衡的含氧量，通常在40×10—６以下，浇注过程中不发生[C]—[Ｏ]反应，钢水在模内平静上升而无沸腾现象，故名镇静钢。镇静钢无任何成分限制，所有的钢种都可以炼成镇静钢。现代实际使用的全部合金钢、大部分低合金钢以及许多碳素钢钢材品种，都是由镇静钢钢锭轧制而成。镇静钢钢锭成分比较均匀，组织比较致密，轧成的钢材具有良好的综合机械性能，在国民经济各部门得到最为广泛的应用。但镇静钢钢锭头部有缩孔，开坯时切头损失大，成材率低。而且炼钢耗用的脱氧剂较多，浇注时增加保温帽耐火材料的额外消耗，钢锭成本较高。
钢锭结构　典型的镇静钢钢锭结构由表面至中心分别为细小等轴晶的激冷层、柱状晶带和锭心粗大的等轴晶带等三个结晶带。钢锭各结晶带的形成主要取决于凝固前沿的冷却强度。5t以上大型碳素钢钢锭在柱状晶带与锭心等轴晶带之间，还可以区分出过渡晶带。图1为大型镇静钢钢锭结构及偏析示意图。

各结晶带的形成　激冷层由无取向的细小等轴晶组成。注入模内的钢水受到模壁的激冷，表层钢水获得较大的过冷度，在这里杂质及粗糙的模壁都可成为现成的结晶核心，几乎同时形成大量的晶核，彼此妨碍各自的长大，因而得到不同取向的细小等轴晶带。其厚度通常为几毫米到十几毫米。激冷层形成后，热阻增加，热流减小，特别是钢锭与模壁间形成气隙后，未凝钢水的散热强度显著降低。此时钢水的过热热量和结晶潜热主要通过凝固层传出，发生向模壁的定向传热。由于晶体长大所需要的过冷比形核要小得多，于是结晶表现为已有晶核的继续长大。激冷层的内缘，树枝晶的一次轴朝着不同的方向，其中一次轴与模壁垂直的晶体，通过它散热路径最短，散热最快，加之该处凝固前沿略为突出，离成分未变钢水最近，过冷降低较小，所以这些晶体向锭心的长大得到优先发展，而其余的晶体和向其他方向的长大则受到彼此的妨碍而被抑制。于是，在细小等轴晶带之后，形成迎着热流生长的有明显方向性的柱状晶带。受凝固前沿自然对流下降流股的影响，柱状晶略为上倾。柱状晶带的宽度因铸锭条件的不同，可从数十毫米到数百毫米。锭心的结晶过程至今还不十分清楚。一般认为，随着柱状晶的发展，散热强度逐渐减小，结晶速度减慢，杂质元素(S、P、0等)的偏析过程得以发展，在凝固前沿产生富集杂质元素的偏析层。结晶速度降低到某一临界值后，出现组成过冷区，阻止柱状晶的继续生长，导致在偏析层前面成分较纯、过冷度较大的钢水中产生孤立的晶核。锭心的钢水还存在一定的过热度(大型钢锭凝固情况)时，通过柱状晶的定向传热仍很明显，新的晶核仍然主要是沿大致与模壁垂直的主轴长大，直至出现新的偏析层。其后，复又产生新的孤立晶核。这样便形成等轴晶的过渡晶带(或称分枝柱状晶带)。当锭心钢水温度达到或稍低于液相线时，定向传热消失，钢水中的枝晶和非金属夹杂物质点都可成为非自发形核的晶核，在整个半凝固状态的熔体中同时向各个方向长大，形成无一定方向的等轴晶。与激冷层相比，因其过冷度小，品核数目少，故晶粒比较粗大，也即形成了锭心粗大的等轴晶带。对于大型钢锭，由于自然对流较强，沿凝固前沿下降的两相流达到钢锭底部转向时，把一些孤立的晶体和碎断的枝晶带到锭心，沉积成锭心下部的较小等轴晶的圆锥体(或称沉积锥)。
影响因素　钢水成分和浇注条件都会影响钢锭结构。高碳钢结晶温度范围较宽，形成柱状晶倾向比低碳钢小；铬镍不锈钢和硅钢等结晶温度范围窄，导热性又差，柱状晶特别发达，容易形成穿晶结构，且一般不出现过渡晶带。钢中硫、磷、氧等元素含量增加，结晶时组成过冷区将较早出现，从而抑制柱状晶的发展。如含硫易切削钢锭易于获得等轴晶结构，而氩气保护下浇注的合金钢锭比大气下浇注下的相同钢锭具有较宽的柱状晶带。用铝、钛、氮等元素脱氧或合金化的钢，生成AlN、A1２Ｏ３、TiN等非金属夹杂微粒可增加非自发形核数目，能使钢锭晶粒细化和扩大等轴晶区。
随着钢锭重量增加，浇注时间加长，钢水凝固过程中向模壁定向传热的时间增长，故柱状晶区的宽度增加，但由于凝固速度减慢，促使锭心区的等轴晶区较早的形成，因而可使柱状晶区所占比例减小。模壁温度决定着钢锭凝固初期的冷却强度。模温高时，有利于抑制柱状晶发展。注温高和注速快，相当于提高钢水过热度，增加定向传热时间，促使柱状晶发展。浇注过程中对钢水特别是对液面施加振动或搅拌，可明显地扩大等轴晶区。
控制措施　等轴晶结构致密，各个枝晶结合得比较牢固，且成分和结构比较均匀一致，因而强度、塑性706和韧性都较高，可加工性好，钢材性能没有明显的方向性。柱状晶则不同，它生长方向一致，晶界特别是柱状晶的角交面处，偏析元素浓度很高，成为高温强度及塑性的薄弱面，当钢锭冷却或热加工时极易沿此面脆断，造成钢锭裂纹缺陷及降低可加工性，并且会造成钢材的带状组织，引起各向异性。因此，除个别利用其各向异性的特殊钢种(如电工钢、汽轮机叶片用不锈钢等)要求定向的粗晶粒柱状品结构外，绝大多数钢种都希望得到细晶粒的等轴晶结构。抑制柱状晶发展、扩大等轴晶区的途径是扩大结晶两相区和增加结晶核心。主要的技术措施有：(1)降低冷却强度。适当提高模壁温度，采用锭模涂料和性能良好的保护渣等都能扩大等轴品区。(2)降低注温。降低钢水过热度，能有效地缩小柱状晶区宽度。接近液相线浇注，可得到100％等轴晶结构的钢锭。在保证顺利浇注的条件下，要尽量降低注温，采取“低温快注”。(3)施加外力搅拌，促使钢水流动。模内钢水加超声波振动或吹气搅拌是细化晶粒、改善钢锭结构的有效手段。
宏观偏析　钢锭断面上化学成分不均匀的现象。宏观偏析与各结晶带的形成密切相关，往往在特定区域呈带状分布，故又名“带状偏析”、“区域偏析”等。
基本特征　钢锭内元素分布的总趋势为由表及里、自下而上含量逐渐增高，即越是最后凝固的部分，偏析倾向大的硫、磷、碳等元素含量越高。仔细研究，还发现钢锭内存在有条带状偏析。图2为10．5t镇静钢钢锭纵剖面的硫印图，从图中很明显的看出偏析带的存在。(图1则是硫印偏析示意图)。通常在大型镇静钢钢锭中存在以下4个偏析带：(1)沉积锥负偏析带。分布在钢锭下部1／3区域内，具有较细的等轴晶结构，由先期结晶的、成分较纯的碎断枝晶沉积而成。沉积锥的负偏析带只有通过化学分析或显微镜观察才能发现。(2)V形偏析带。分布在钢锭上半部轴心部位，通常与中心疏松伴生。(3)倒V形偏析带(也称A形偏析或胡须形偏析)。分布在等轴晶带的过渡晶带，由若干偏析线(胡须)组成，呈倒V形分布，其想像顶点位于缩孔区。胡须是长几百毫米到1m、直径2～12mm的圆槽，在此带中碳、硫、磷含量可比平均含量高2～3倍；(4)位于缩孔下的最大正偏析区，这一部分在钢锭开坯时应被切除。对于小型镇静钢钢锭或合金钢钢锭一般不存在明显的偏析带。

控制措施　钢锭中的宏观偏析可使不同部位轧制出的钢材在机械性能和物理性能上产生显著差异，降低金属收得率，影响产品的使用寿命和有效利用。因此，应尽量减轻偏析。选择合适的钢锭高宽比和锭重，减少钢中偏析元素和气体的含量以及控制合适的注温、注速等是减少偏析的主要措施。
非金属夹杂物　有外来夹杂和内生夹杂两类。外来夹杂主要来自耐火材料的冲蚀物和钢水二次氧化的产物，它们分布集中，颗粒粗大，对钢材危害甚大；内生夹杂为钢水在冷凝过程中由于溶质富集而发生反应所生成的氧化物、硫化物、氮化物等，其颗粒甚小，但数量极多，故其危害也不容忽视。
分布特征　外来夹杂(通常为大于100μm的大型氧化物)多分布在钢锭表层和下部沉积锥区，其数量和分布取决于悬浮于钢水中的夹杂物数量及其被凝钢所“捕获”的几率(即上浮速度与结晶速度的相对比值)。而内生夹杂物的分布与钢锭各结晶带的结晶条件及钢水流动状态有关。在镇静钢钢锭内一般可发现5个非金属夹杂物分布的特征区：(1)钢锭激冷层内生夹杂最少的区域。该区凝固速度快，液析来不及发展，因此内生夹杂数量最少；尺寸也最小。(2)柱状晶终端内生夹杂聚集区。这一区域结晶时液相对流已大为减弱，结晶速度降低，形成明显的溶质富集层，促使内生夹杂大量生成。(3)倒V形偏析区。不论是硫化物，还是氧化物，其含量都显著增高。(4)钢锭轴心上部的缓慢凝固区。此处硫化物含量高，而且尺寸大，并在缩孔下出现硫化物夹杂数量最高区；V形偏析的通道中硫化物亦比较富集。(5)钢锭下部沉积锥区。这里氧化物夹杂明显富集。对于较小的镇静钢钢锭(锭重<1t)，大型氧化物夹杂呈偶然分布，富集区可能出现在钢锭的头部、中部或尾部。
改善措施　首先要减少各种夹杂物的来源，如选择合适的脱氧剂和脱氧方法，并强化脱氧产物的排出，选用高质量的耐火材料，采用保护浇注措施，减少钢水的二次氧化等；其次在浇注过程中促使夹杂物上浮排除，如促使模内钢水的正常流动适当提高注温和采用性能优异的合成保护渣等；再次，促成残留钢锭内的非金属夹杂物的均匀分布，如选择合理的锭型和采用模内吹氩搅拌等。
钢锭质量与缺陷　合格的镇静钢钢锭除化学成分必须保证符合技术标准要求外，还应满足：(1)达到规定浇高，头部一次缩孔呈碟形，不深入到钢锭本体；(2)成分偏析小，非金属夹杂少；(3)钢中气体含量少，钢锭无皮下气泡和内部气泡；(4)钢锭表面质量好，无表面缺陷或虽有缺陷可通过修磨或火焰清理消除。镇静钢钢锭缺陷分内部缺陷和表面缺陷两类。内部缺陷有缩孔、疏松、偏析、裂纹、非金属夹杂等，这类缺陷往往只能在开坯和轧制成材之后通过低倍检验才能判定；表面缺陷有裂纹、结疤、翻皮、重接、夹渣等，在钢锭精整时即可发现，轻者可通过清理消除。钢锭的缺陷可通过确定合理的工艺制度和严格的技术操作加以防止或减轻。
浇注工艺　将深脱氧钢浇注成钢锭的方法及技术。包括锭型及浇注方法的选择，注温、注速的控制等。
锭型及浇注方法选择镇静钢传统上采用上大下小带保温帽钢锭模浇注。20世纪70年代后，一般钢种的镇静钢普遍改为上小下大敞口模上口挂绝热板浇注，使钢锭成坯率提高约8％～10％。在中国为提高钢锭的表面质量，镇静钢普遍采取下注法。大、中型钢铁联合企业多半采用车铸方式的下注法，小型钢厂和特殊钢厂都采用坑铸方式的下注法。
注温、注速控制　合适的注温是顺利浇注的前提，又是获得良好钢锭质量的基础。注温过低会造成短锭废品和表面夹砂、重接、翻皮等钢锭缺陷；注温过高易造成熔断塞棒或烧穿滑板、底板跑钢、钢锭焊模等事故，并助长钢锭裂纹、缩孔、偏析等缺陷。合适的注温要根据钢种、盛钢桶容量及热工状况、锭型、浇注方法等综合确定。一般要求高出钢种液相线温度(即过热度)60～100K。小钢锭、下注趋高限；合适的注温应靠严格控制出钢温度来保证，并经炉外精炼或盛钢桶吹氩搅拌精确调整。注速是调节注温的辅助手段。注温高宜慢注。镇静钢下注速度一般为０．2～０．4m／mｉn。小钢锭和含易氧化元素(Re、Ｔｉ、Al等)的钢种趋高限。浇注过程中要在满足平均注速要求的前提下，按照开流、跟流、增流、充填4个阶段控制注速的变化。开浇后向模内加保护渣，浇至帽口线位置时要收流慢注，并向钢水面加发热型防缩孔剂。帽部充填时间应为钢锭本体浇注时间的０．5～1．０倍。对于纯净度要求严格的钢种，还应采取注流保护措施。小型镇静钢钢锭，通常采用上小下大敞口模浇注。浇注至预定高度时，收流减速，并立即用冷水封顶，细流充填。充填时间应不少于锭身的浇注时间。

该文章转自[成都钢铁网]：http://baike.cdgtw.com/2008/1220/1057.html