簡介
在不同位置施加電磁攪拌，白亮帶表現不同，採用結晶器電磁攪拌(M—EMS)一般看不出白亮帶，二冷區電磁攪拌(s—EMS)白亮帶明顯，凝固末端電磁攪拌(F—EMS)白亮帶不明顯。它的亮度隨攪拌強度的增加和澆注溫度的提高而增大，在熱加工後仍然存在，有時會帶來對機械性能的不良影響，因此成為生產廠與使用單位間的一個問題。中國連鑄坯質量檢驗標準對白亮帶還沒有確切的規定。
目前,在連鑄過程中廣泛採用電磁攪拌來改善連鑄鋼坯的中心疏鬆和中心偏析等缺陷,並取得了良好的效果。但電磁攪拌後經常在連鑄鋼坯上產生白亮帶。該白亮帶位於連鑄鋼坯的橫斷面上,經酸浸後呈現出一個顏色較淺的亮框。在白亮帶區域,平衡分配係數小於1的溶質(碳、硫等)含量較低,即發生了這些溶質的負偏析。由於碳含量低,使白亮帶區域比較耐腐蝕,因此酸浸後它的顏色較淺,從而呈現為白色亮帶。負偏析的程度隨電磁攪拌強度的提高而增大。白亮帶的外邊界對應於鋼坯進入攪拌區時的凝固前沿; 而它的內邊界不一定對應於鋼坯離開攪拌區時的凝固前沿。在白亮帶的內邊界(白亮帶結束處)處,平衡分配係數小於1的溶質含量較高,即發生這些溶質的正偏析,其偏析程度較負偏析弱。鋼坯經熱加工後白亮帶仍不能被消除,因此用戶常認為它可能對性能不利。
要消除或減弱連鑄鋼坯的白亮帶,首先應弄清它的形成原因,於是白亮帶的形成原因已成為許多學者的研究內容。最早的解釋是“沖洗溶質”機制，即電磁攪拌引起鋼水流動使枝晶間富集溶質(其平衡分配係數小於1)的未凝固鋼水的溶質含量下降(趨於與溶質含量較低的母液相一致) , 此後該處凝固形成的固體的溶質含量也降低,從而形成白亮帶。但該機制無法解釋白亮帶沿凝固方向發生負偏析後緊接著又在白亮帶結束處發生正偏析的現象。於是Ko r認為連鑄鋼坯白亮帶的形成原因是:鋼坯進入和離開電磁攪拌區時鋼坯凝固速度的突然變慢和變快使凝固前沿鋼水中的溶質分布曲線形狀發生改變,從而形成了先發生負偏析,然後發生正偏析的白亮帶。但該機制將鋼坯凝固前沿近似視為一個平面,這似乎有些牽強,因為連鑄鋼坯在進入電磁攪拌線圈時是以柱狀晶形態凝固的 。
原因分析
關於白亮帶的形成，多數人認為是由於攪拌引起紊流將凝固前沿生長樹枝晶間富集溶質的液體趕出所致。也有人提出，白亮帶是在攪拌開始和結束時鑄坯結晶生長速度變化的結果。鑄坯進入攪拌區時其液芯部熱量釋放加快，凝固前沿溫度上升而使凝固速率突減，通過攪拌區後鋼液流動速度減小，熱量傳遞迴復正常，前後凝固速率變化造成結晶溶質偏差而形成白亮帶。為了減弱白亮帶可以採用減弱攪拌強度及延長攪拌時間的措施，但實際上由於澆注工藝是既定的，攪拌器的尺寸也是固定的，無法延長攪拌時間。只能增加攪拌器數量，而這將增加生產成本。
正在凝固的連鑄鋼坯進入電磁攪拌線圈後,鋼坯心部未凝固的鋼水因攪拌而產生流動,使原來富集溶質的枝晶間鋼水的溶質含量降低,這樣一來,枝晶間的鋼水凝固後所得到的固體的溶質濃度也降低,從而形成了巨觀的負偏析,即白亮帶。因此白亮帶的起始位置(外邊界)位於進入攪拌線圈時鋼坯的凝固前沿。由於枝晶盤根錯節,枝晶間鋼水的溶質濃度雖然下降了,但仍高於鋼液母體的溶質濃度。因電磁攪拌造成鋼水流動,經過一段時間的攪拌後凝固方向上的溫度梯度變小,即枝晶間未凝固鋼水的溫度與凝固前沿處鋼水溫度接近。此時,凝固前沿處鋼水的溶質濃度與鋼液母體的溶質濃度一致,即凝固前沿處鋼水的溶質濃度低於枝晶間鋼水的溶質濃度。這使凝固前沿處的鋼水比枝晶間鋼水具有更大的過冷度,因此凝固前沿處的鋼水先結晶,枝晶間的鋼水後結晶。具體過程是: 凝固前沿處的鋼水在一次枝晶的頂部凝固,並沿著凝固前沿形成一個薄殼,同時向枝晶間的鋼水和鋼坯心部排出熱量和溶質。隨後,枝晶間的鋼水凝固。由於薄殼的存在,枝晶間的鋼水凝固時既不能排出溶質,也不能從別處得到鋼水來補縮,從而在白亮帶結束處(白亮帶的內邊界上)形成正偏析和疏鬆。也就是在上述過程中形成了先發生負偏析緊接著發生正偏析的白亮帶。
同樣是枝晶間的鋼水,在薄殼形成之前的結晶發生巨觀負偏析,而在薄殼形成之後的結晶卻發生巨觀正偏析。這是因為在薄殼形成之前,枝晶間的鋼水可以排出溶質結晶; 凝固時產生的體積收縮還可從凝固前沿吸入溶質含量較少的鋼水,所以凝固後溶質含量低; 薄殼形成之後,枝晶間的鋼水既不能排出溶質結晶,也無法從凝固前沿吸入溶質含量低的鋼水,加上薄殼形成時還向枝晶間的鋼水排出一些溶質,所以凝固後溶質含量高,造成正偏析 。
白亮帶疏鬆現象
本機制解釋了連鑄鋼坯白亮帶的各種特徵,同時產生了一個推論: 先有負偏析,緊隨其後發生正偏析的白亮帶,在白亮帶結束處應該有疏鬆現象。
連鑄鋼坯的白亮帶上確有疏鬆現象。連鑄鋼坯取自大冶鋼廠,其連鑄時電磁攪拌制度為: 正轉→停→反轉。顯示由多條白亮細帶組成的方框形白亮區,區內的黑點即為疏鬆 。
總結
在電磁攪拌區中,正在凝固的連鑄鋼坯,在凝固前沿形成一個薄殼,結果形成先有負偏析,緊隨其後發生正偏析的白亮帶,並在白亮帶結束處產生疏鬆 。
