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從鋼液中產生晶體的過程，也稱液態結晶或一次結晶。隨著熱量的導出，晶體從無到有(形核)，由小變大(晶體長大)，直至液體全部轉為固體(晶體)，完成結晶過程。鋼液的結晶過程決定著鋼錠或鑄件的結晶組織及物理、化學不均勻性，從而影響到鋼的機械、物理和化學性能。控制鋼的結晶過程是提高鋼的質量和性能的重要手段之一。溫度范圍
鋼液不是純金屬，而是以Fe為基的含有一定量C、Si、Mn及其他一些元素的多元合金。因此，它的結晶過程不是在某一固定的溫度(熔點)進行，而是在一定的溫度范圍內完成的。在平衡結晶條件下，鋼液溫度降至其液相線溫度(tL)時開始出現晶體，而達到固相線溫度(ts)時結晶方告結束。此液相線和固相線間的溫度區間，即tL-ts=Δtc。便稱為該合金的結晶溫度范圍。某一鋼種的結晶溫度范圍主要取決于所含元素的性質及其含量，并可由鐵與相應元素的二元或三元相圖來確定。各元素對結晶溫度范圍的影響可近似地看成可加和的。即某一具體鋼種的結晶溫度范圍。結晶兩相區
鋼液凝固時，在靠近模壁的固相(凝固層)與內部液相之間存在著一個過渡區—兩相區(圖1)，即在凝固著的鋼錠內，存在三個區域：固相區、兩相區、液相區。鋼液的結晶即形核和晶核長大過程只在兩相區進行。鋼錠的凝固就是兩相區由鋼錠表面向錠心的推移過程：當液相等溫線到達鋼錠內某一部位時，結晶開始；而固相等溫線達到某一部位時，該處結晶便告結束，全部轉變為固體。液相等溫線和固相等溫線到達錠內某一指定點的時間間隔，即該點從液相線溫度降至固相等溫線所經歷的時間，稱作該點的本地凝固時間，常以q表示之。本地凝固時間與該處的平均冷卻速度成反比。由于鋼錠內不同部位的傳熱條件差異很大，因此不同部位的本地凝固時間會有很大的不同，從而引起結晶組織的不同。鋼錠內液相等溫線和固相等溫線間的距離稱作兩相區寬度，以△x表示之。且有。兩相區窄有利于柱狀晶發展，而兩相區寬有利于等軸晶發展。
適用范圍
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合金凝固時，由于溶質在固相中和在液相中的溶解度不同，而產生選分結晶(也稱脫溶或液析)現象。即伴隨結晶的進行，在凝固前沿不斷有溶質析出(K<1時)，使液相同溶質濃度逐漸增加。在平衡結晶時，溶質在固、液兩相中的均勻擴散都得以充分進行，因而并不產生偏析。但在鋼液的實際凝固過程中，溶質在兩相，特別是在固相中的擴散不能充分進行。結果析出的溶質不斷在凝固前沿的母液中富集，形成濃度很高的溶質偏析層，此偏析層內熔體的液相線溫度相對于成分未變之母液的液相線溫度有所降低，因而使凝固前沿處熔體的過冷減小。這一現象對凝固組織有很大的影響。極端情況下(固相不均化、液相不混合)凝固前沿出現溶質大的富集情況。其溶質的分布可用下式來描述：式中C L(x)為距凝固前沿x處液相中溶質濃度；C0為合金熔體中溶質的初始濃度；K為溶質的平衡分配系數，K=C0/CL導；R為結晶速度；DL為溶質在液相中的擴散系數。設K為常數(液、固相線為直線)，且液相線斜率為m，則與凝固前沿溶質濃度相對應的液相線溫度分布可用t L(x) =t0-mC L(x) =t0-mC0(1+1-k/k e -R/DLx)來描述。C L(x)及t L(x)的變化如圖2所示。可見C L(x)隨距凝固前沿距離增加而減小，t L(x)隨距凝固前沿距離的增加而增高。在凝固前沿(x=O)處。熔體液相線溫度tL與熔體實際溫度之差稱過冷，即Δt =tL-te。當達到穩定態結晶時，凝固前沿處tL=te=ts此時，液相線溫度分布曲線與實際溫度分布曲線所圍成的區域(圖2陰影區)稱組成過冷區。組成過冷的出現，必將終止原有凝固界面的繼續推進，并且當其凝固前沿前方過冷較大處的過冷超過生核所需的過冷度Δt ﹡ 時，將在凝固界面前方形成新的晶核。這是鋼錠結晶組織由柱狀晶向等軸晶轉變的一種有說服力的解釋。
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