包晶钢因其良好的强韧性、焊接性等，在建筑、汽车、石油等领域得到广泛应用。随着生产率与热装热送率的增加，铸坯表面裂纹成为影响包晶钢连铸顺行和质量提高的主要缺陷。表层粗大的原始奥氏体晶粒是导致包晶钢铸坯表面裂纹产生的关键。如何通过工艺条件的改进或者优化，实现连铸过程中铸坯表层奥氏体晶粒的细化，进而减少甚至消除铸坯表面裂纹，成为国内外钢厂亟需解决的关键问题。本文利用高温激光共聚焦显微镜对包晶钢初始凝固过程中奥氏体晶粒的长大行为进行了原位观察，实现了对奥氏体初始晶粒尺寸和T?温度（奥氏体开始长大温度）的测量，通过建立冷却速率和奥氏体初始晶粒尺寸、晶界迁移数M*0之间的量化关系，对现有奥氏体晶粒尺寸预测模型进行了修正。同时，将T?温度随碳当量（CP＞0.18%）的变化关系引入到修正模型中，进一步扩大了模型的适用范围。基于修正后的奥氏体晶粒尺寸预测模型，对某钢厂10B21、SCM440冷镦钢连铸小方坯表层不同位置处奥氏体晶粒尺寸进行了预测，建立了铸坯表面振痕深度、凹陷深度与奥氏体晶粒尺寸之间的关系。通过将1mm奥氏体晶粒尺寸作为铸坯表层组织的控制标准，提出了10B21、SCM440冷镦钢连铸小方坯表面凹陷和振痕深度的控制要求。结合控制要求对现行生产工艺条件进行了分析、优化并进行了生产试验。结果表明，优化后铸坯表面质量明显改善，表面裂纹显著减少，振痕和凹陷深度得到控制，铸坯表层奥氏体晶粒明显细化，尺寸基本在1mm以内。主要研究成果叙述如下：
　　①通过对包晶钢凝固过程中奥氏体晶粒生长行为的原位观察，测量得到了不同冷却速度下高温铁素体枝晶间距，实现了对奥氏体初始晶粒尺寸的表征。通过Anderson简化模型，计算得到了晶界迁移数M*0随冷却速度的变化规律，两者呈指数关系。进一步地，通过对不同成分包晶钢铸坯钢样凝固过程的原位观察，实现了对T?温度的测量，获取得到了T温度和碳当量（CP＞0.18%）之间的关系。通过上述关系对现有奥氏体晶粒尺寸预测模型进行了修正和完善。修正后模型适用范围更广，预测准确度更高。
　　②某厂10B21冷镦钢连铸小方坯表面存在凹陷以及深度深、弯曲不规则的异常振痕，且凹陷和振痕深处发现有大量网裂纹和横裂纹伴生。利用铸坯表层奥氏体晶粒尺寸预测模型对10B21冷镦钢连铸小方坯表层不同位置处奥氏体晶粒尺寸进行预测发现，奥氏体晶粒随着振痕和凹陷深度的加深而不断变大。通过将1mm奥氏体晶粒大小作为铸坯表面组织的控制标准，提出了10B21连铸小方坯表面凹陷和振痕深度的控制要求。结合控制要求对10B21冷镦钢连铸小方坯现行生产工艺参数进行了分析，结晶器振动、电磁搅拌参数设置不合理以及保护渣粘度偏低等是造成10B21冷镦钢连铸小方坯铸坯表面凹陷和异常振痕的主要原因。结合工厂实际，对结晶器振动参数和电磁搅拌参数进行了优化。优化后铸坯表面质量明显改善，表面裂纹显著减少，铸坯缺陷指数由优化前的4.38降低为0.39。表面凹陷和异常振痕得到控制，振痕平直、规整，振痕弯曲度dL平均值由0.99cm降低至0.18cm；振痕深度和凹陷深度明显变浅，中部和边部位置振痕深度分别降低99.3μm和69.6μm，凹陷平均深度由2.03mm减小为1.72mm；振痕和凹陷处奥氏体晶粒明显细化，尺寸基本在1mm以内。
　　③某厂SCM440冷镦钢连铸小方坯表面振痕弯曲、不规则且振痕深处发现有大量裂纹产生。通过铸坯表层奥氏体晶粒尺寸预测模型对铸坯表层不同位置处奥氏体晶粒尺寸进行预测，提出了SCM440冷镦钢连铸小方坯表面振痕深度的控制要求。结合控制要求对SCM440冷镦钢连铸小方坯现行生产工艺参数进行了分析，结晶器负滑脱时间过长、电磁搅拌参数设置不合理以及保护渣粘度偏低等是造成SCM440冷镦钢连铸小方坯表面振痕异常的重要原因。结合工厂实际，对结晶器振动参数和电磁搅拌参数进行了优化。工艺参数优化后铸坯表面裂纹明显减少，1.80m/min和2.25m/min拉速下铸坯表面铸坯缺陷指数分别由优化前的4.06和0.88降低为0.78和0.10；优化后铸坯表面振痕平直、规整，振痕深度得到控制，两种拉速下铸坯表面振痕平均深度分别降低62.3μm和33.7μm；振痕处奥氏体晶粒明显变小，尺寸在1mm以内。