On the Solidification of Steel Ingots and Continuously Cast Steel Billets and Slabs

Abstract

The cast macrostructure in steel ingots and continuously cast steel billets is often divided into three zones, a chill zone at the surface, a columnar zone in the intermediate region, and large grained equiaxed zone in the centre. This paper discusses the formation of the three zones and attempts to theoretically describe their formation. The formation of the three crystal zones influences the macrosegregation in both ingots and continuously cast billets. The effect of the cast structure on macrosegregation is discussed. Centreline segregation in continuously cast billets and slabs is considered theoretically, and related to the macrosegregation in ingots. The different mechanisms leading to macro segregation in continuously cast billets; slabs, and static cast ingots are considered. Pipe formation in ingots is primarily dependent on solidification shrinkage. A simple theoretical model of pipe formation in ingots is used to delineate the most important parameters for minimizing pipe formation. The same model is used to determine the extent of pipe formation at the end of solidification of a continuously cast billet. In this case it is shown that shrinkage of the solidified shell as it cools is more important than solidification shrinkage. Résumé La microstructure de lingots coulés d'acier et de billettes obtenues par coulée continue est le plus souvent divisée en trois zones: une zone refroidie rapidement près de la surface, une zone à croissance colonnaire dans la région intermédiaire et une zone de gros grains équiaxes au centre. Cet article discute de la formation de ces trois zones et décrit théoriquement leur formation. La présence de ces trois zones cristallines influence la macroségrégation dans les deux procédés. Les effets de la structure coulée sur la macroségrégation sont discutés. La ségrégation centrée dans les billettes et brames de coulée continue est considérée d'un point de vue théorique et reliée à la macroségrégation des lingots. Différents mécanismes entraînant la macroségrégation dans les deux procédés sont considérés. La formation de retassures coniques dans les lingots est principalement reliée à la contraction lors de la solidification. Un modèle théorique simple décrivant la formation de ces retassures coniques est utilisé pour cerner les paramètres les plus importants afin de minimiser cet effet. Le même modele est ensuite utilisé pour déterminer l'importance de la formation de retassures coniques à la fin de la solidification dans des billettes de coulée continue. Dans ce cas, il apparaît que la contraction de la pellicule solidifée à mesure qu'elle refroidit est plus importante que la contraction due à la solidification.