盐城40MnB钢板切割切圆40MnB钢板

从钢液中产生晶体的过程，也称液态结晶或一次结晶。随着热量的导出，晶体从无到有(形核)，由小变大(晶体长大)，直至液体全部转为固体(晶体)，完成结晶过程。钢液的结晶过程决定着钢锭或铸件的结晶组织及物理、化学不均匀性，从而影响到钢的机械、物理和化学性能。控制钢的结晶过程是提高钢的质量和性能的重要手段之一。

钢液不是纯金属，而是以Fe为基的含有一定量C、Si、Mn及其他一些元素的多元合金。因此，它的结晶过程不是在某一固定的温度(熔点)进行，而是在一定的温度范围内完成的。在平衡结晶条件下，钢液温度降至其液相线温度(tL)时开始出现晶体，而达到固相线温度(ts)时结晶方告结束。此液相线和固相线间的温度区间，即tL-ts=Δtc。便称为该合金的结晶温度范围。某一钢种的结晶温度范围主要取决于所含元素的性质及其含量，并可由铁与相应元素的二元或三元相图来确定。各元素对结晶温度范围的影响可近似地看成可加和的。即某一具体钢种的结晶温度范围。

钢液凝固时，在靠近模壁的固相(凝固层)与内部液相之间存在着一个过渡区—两相区(图1)，即在凝固着的钢锭内，存在三个区域：固相区、两相区、液相区。钢液的结晶即形核和晶核长大过程只在两相区进行。钢锭的凝固就是两相区由钢锭表面向锭心的推移过程：当液相等温线到达钢锭内某一部位时，结晶开始；而固相等温线达到某一部位时，该处结晶便告结束，全部转变为固体。液相等温线和固相等温线到达锭内某一指定点的时间间隔，即该点从液相线温度降至固相等温线所经历的时间，称作该点的本地凝固时间，常以q表示之。本地凝固时间与该处的平均冷却速度成反比。由于钢锭内不同部位的传热条件差异很大，因此不同部位的本地凝固时间会有很大的不同，从而引起结晶组织的不同。钢锭内液相等温线和固相等温线间的距离称作两相区宽度，以△x表示之。且有。两相区窄有利于柱状晶发展，而两相区宽有利于等轴晶发展。

中华人民共和国国家标准GB/T 13304－91《钢分类》描述：“以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。”其中的一般是指除铬钢外的其他钢种，部分铬钢的含碳量允许大于2%。含碳量大于2%的铁合金是铸铁。其他国际标准如ISO 4948或EN 10020中对钢的定义也与此类似。

严格地说，钢是含碳量在0.0218%-2.11 ^[1]  %之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。其它成分是为了使钢材性能有所区别。以下以字母顺序列出重要的钢材，他们包含以下成分，现将它们的功能特性一并介绍：

碳（Carbon)

存在于所有的钢材，是重要的硬化元素。有助于增加钢材的强度，我们通常希望刀具级别的钢材拥有0.6%以上的碳，也称为高碳钢。

铬（Chromium)

增加耐磨损性，硬度，重要的是耐腐蚀性，拥有13%以上的认为是不锈钢。尽管这么叫，如果保养不 当，所有钢材都会生锈。

锰（Manganese）

重要的奥氏体稳定元素，有助于生成纹理结构，增加坚固性和强度及耐磨损性。在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧，出现在大多数的刀剪用钢材中，除了A-2,L-6和CPM 420V。

钼（Molybdenum）

钢材中除主要化学成分Fe铁以外，还含有少量的碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)、氧(0)、氮(N)、钛(Ti)、钒(V)等元素，这些元素虽含量很少，但对钢材性能的影响很大。

碳是决定钢材性能的重要元素，它影响到钢材的强度、塑性、韧性等机械力学性能。当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降;但当含碳量大于1.0%时，随含碳量增加，钢的强度反而下降。一般工程用碳素钢均为低碳钢，即含碳小于0.25%，工程用低合金钢含碳小于0.52%。

钢中有益元素有锰、硅、钒、钛等，控制掺入量可冶炼成低合金钢。钢中主要的有害元素有硫、磷及氧，要特别注意控制其含量。磷是钢中很有害的元素之一，主要溶于铁素体起强化作用。磷含量增加，钢材的强度、硬度提高，塑性和韧性显著下降。特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，从而显著加大钢材的冷脆性。磷也使钢材可焊性显著降低，但磷可提高钢的耐磨性和耐蚀性。硫也是很有害的元素，呈非金属硫化物夹杂物存在于钢中，降低钢材的各种机械性能。

由于硫化物熔点低，使钢材在热加工过程中造成晶粒的分离，引起钢材断裂，形成热脆现象称为热脆性。硫使钢的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。氧是钢中有害元素，主要存在于非金属夹杂物中，少量熔于铁素体内。非金属夹杂物降低钢的机械性能，特别是韧性。氧有促进时效倾向的作用。氧化物所造成的低熔点亦使钢的可焊性变差。

晶体生长方式，即凝固前沿推进的方式取决于凝固前沿组成过冷的大小。当组成过冷从无到有、由小变大时，凝固前沿将由平滑无组织状态演变为胞状直至树枝状、内生生长。对于钢锭的实际凝固条件下，在大部分凝固期间，凝固前沿是以树枝状或内生状态生长，终得到树枝状晶的晶体结构。晶体总是以原子排列紧密的面与液相接触，以使表面能小。对面心立方晶格的γ一Fe来说，密排面为{111}面，所以开始析出的晶体呈八面体外形。随着结晶的进行，由于选分结晶在凝固前沿形成溶质富集层，这时晶体便从表面溶质浓度富集较少的部位—八面体的顶端沿[111]方向凸出生长，形成树枝晶的一次轴(主干)。接着，一次轴沿八面体的棱边——溶质浓度次低处优先长粗。当一次轴表面处组成过冷进一步增加时，又会在一次轴晶体缺陷处形成与一次轴相垂直的二次枝晶——二次轴。随后还可能形成三次枝晶、四次枝晶等，每个晶干不断长粗和长出更高次枝晶，直至彼此相遇。后充满整个树枝晶各枝干间，形成一个晶粒。

根据生长方式的不同，可得到3种不同形状的树枝晶：

(1)柱状晶。只有一个方向上的一次轴得到突出发展的树枝状晶。该一次轴称为主轴。当组成过冷小时，枝晶状长大所得到的柱状晶，二次枝晶不发达，类似于棒状晶。随着组成过冷的增加，柱状晶的高次枝晶逐步得到发展。

(2)等轴晶。各方向都得到较均匀发展的树枝状晶。只有内生生长时才形成等轴晶。

(3)粒状晶。枝晶不发达的树枝状晶，也称球雏晶。只有在散热强度极小时，如钢锭和铸件的热中心处才可见到粒状品。