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表面纵裂纹是包晶钢连铸坯的一种质量缺陷，纵裂纹的发生与钢水初始凝固时的包晶转变收缩程度有关。针对钢的初始凝固收缩，目前以研究成分变化的影响为主，但从实际的浇铸过程看，钢水凝固是在非平衡条件下进行的，冷却速率同样会对钢的包晶转变收缩及裂纹形成产生影响。因此，有必要针对非平衡条件下钢的包晶转变收缩及裂纹敏感性变化进行研究，为控制包晶钢连铸坯表面纵裂纹的发生提供理论和技术指导。
本文从钢的包晶转变收缩表征方法入手，通过对相变收缩褶皱、表面粗糙度及收缩应变指数的分析，提出了表征包晶转变收缩的新方法。根据初始凝固、包晶转变及表面粗糙度的变化，研究了凝固过程中包晶转变收缩的变化规律。基于表面粗糙度对包晶转变收缩程度的反映，分析了连铸坯裂纹敏感性。另外，依靠表面粗糙度实验，对现有连铸钢碳当量公式进行了评估分类，为分析不同冷却条件下连铸钢碳当量提供参考。
包晶钢凝固过程中包晶转变（δ→γ）引起了初始凝固表面粗糙度变化。钢样经过两段式冷却凝固后，通过对比表面凸起晶粒上的表面粗糙度和包晶转变收缩指数变化，发现表面粗糙度变化能够反映包晶转变收缩的改变。钢种成分和冷却速率变化对表面粗糙度大小有影响。表面粗糙度实验具有结果可重现、误差小及可在大冷却速率下进行等特点。基于上述研究结果，本论文首次提出使用表面粗糙度表征钢的包晶转变收缩程度。
结合包晶钢凝固过程和表面粗糙度变化，分析了冷却速率对0.10%C钢初始凝固和包晶转变收缩的影响。结果表明，冷却速率由5℃/s增加到20℃/s时，冷却速率的提高引起局部凝固前沿碳溶质堆积，降低了凝固速率，并导致液相凝固滞后。与此同时，大量过冷的δ相在裂纹脆性温度区间发生快速相变，增大了初始凝固收缩程度。快速相变发生时，δ相中存在高的碳浓度梯度、高的温度梯度和大的过冷度。冷却速率在2.5℃/s~80℃/s之间变化时，包晶转变收缩（表面粗糙度）随冷却速率的增加呈先增大后减小的趋势，这一收缩规律为减少包晶钢连铸坯表面纵裂纹提供了两种思路：一种是目前传统连铸包晶钢时采用的缓冷策略，通过低冷却速率来减小包晶转变收缩；另一种是采用强冷模式，通过大幅提高凝固初期的冷却速率来降低包晶转变收缩和钢的裂纹敏感性。
通过碳当量、冷却速率和表面粗糙度之间的数学模型，对不同凝固条件下钢的表面粗糙度进行预测，并根据表面粗糙度与包晶转变收缩之间的关系分析了碳钢的裂纹敏感性。依据表面粗糙度（Ra）的大小将钢的裂纹敏感性分为三类：当Ra小于22μm时，钢的裂纹敏感性较弱；当Ra在22μm~28μm之间时，钢的裂纹敏感性一般；当Ra大于28μm时，钢的裂纹敏感性强。基于表面粗糙度的预测分析与铸坯裂纹统计结果相吻合，分析过程同时考虑了合金成分和冷却速率的影响，与其它方法相比，该方法能适应不同的连铸工艺条件（冷却速率），为钢种设计、连铸机参数调整和连铸保护渣的选择提供参考依据。
借助表面粗糙度实验对现有连铸钢碳当量公式进行评估，并根据不同冷却条件推荐了相应的碳当量计算公式。平衡状态下分析碳当量时，推荐使用Howe1993、BSSTC和Yasumoto公式。传统连铸生产时确定碳当量，建议采用Presoly公式，该式可分析硅、锰和铝含量较高的钢。薄板坯连铸生产时计算碳当量，可使用新拟合的碳当量公式：CE=[%C]?0.044[%Si]+0.039[%Mn]+0.023[%Ni]?0.004[%Mo]?0.01[%S]+0.04[%P]，裂纹敏感区间的碳当量为0.10%~0.17%。
本文从钢的包晶转变收缩表征方法入手，通过对相变收缩褶皱、表面粗糙度及收缩应变指数的分析，提出了表征包晶转变收缩的新方法。根据初始凝固、包晶转变及表面粗糙度的变化，研究了凝固过程中包晶转变收缩的变化规律。基于表面粗糙度对包晶转变收缩程度的反映，分析了连铸坯裂纹敏感性。另外，依靠表面粗糙度实验，对现有连铸钢碳当量公式进行了评估分类，为分析不同冷却条件下连铸钢碳当量提供参考。
包晶钢凝固过程中包晶转变（δ→γ）引起了初始凝固表面粗糙度变化。钢样经过两段式冷却凝固后，通过对比表面凸起晶粒上的表面粗糙度和包晶转变收缩指数变化，发现表面粗糙度变化能够反映包晶转变收缩的改变。钢种成分和冷却速率变化对表面粗糙度大小有影响。表面粗糙度实验具有结果可重现、误差小及可在大冷却速率下进行等特点。基于上述研究结果，本论文首次提出使用表面粗糙度表征钢的包晶转变收缩程度。
结合包晶钢凝固过程和表面粗糙度变化，分析了冷却速率对0.10%C钢初始凝固和包晶转变收缩的影响。结果表明，冷却速率由5℃/s增加到20℃/s时，冷却速率的提高引起局部凝固前沿碳溶质堆积，降低了凝固速率，并导致液相凝固滞后。与此同时，大量过冷的δ相在裂纹脆性温度区间发生快速相变，增大了初始凝固收缩程度。快速相变发生时，δ相中存在高的碳浓度梯度、高的温度梯度和大的过冷度。冷却速率在2.5℃/s~80℃/s之间变化时，包晶转变收缩（表面粗糙度）随冷却速率的增加呈先增大后减小的趋势，这一收缩规律为减少包晶钢连铸坯表面纵裂纹提供了两种思路：一种是目前传统连铸包晶钢时采用的缓冷策略，通过低冷却速率来减小包晶转变收缩；另一种是采用强冷模式，通过大幅提高凝固初期的冷却速率来降低包晶转变收缩和钢的裂纹敏感性。
通过碳当量、冷却速率和表面粗糙度之间的数学模型，对不同凝固条件下钢的表面粗糙度进行预测，并根据表面粗糙度与包晶转变收缩之间的关系分析了碳钢的裂纹敏感性。依据表面粗糙度（Ra）的大小将钢的裂纹敏感性分为三类：当Ra小于22μm时，钢的裂纹敏感性较弱；当Ra在22μm~28μm之间时，钢的裂纹敏感性一般；当Ra大于28μm时，钢的裂纹敏感性强。基于表面粗糙度的预测分析与铸坯裂纹统计结果相吻合，分析过程同时考虑了合金成分和冷却速率的影响，与其它方法相比，该方法能适应不同的连铸工艺条件（冷却速率），为钢种设计、连铸机参数调整和连铸保护渣的选择提供参考依据。
借助表面粗糙度实验对现有连铸钢碳当量公式进行评估，并根据不同冷却条件推荐了相应的碳当量计算公式。平衡状态下分析碳当量时，推荐使用Howe1993、BSSTC和Yasumoto公式。传统连铸生产时确定碳当量，建议采用Presoly公式，该式可分析硅、锰和铝含量较高的钢。薄板坯连铸生产时计算碳当量，可使用新拟合的碳当量公式：CE=[%C]?0.044[%Si]+0.039[%Mn]+0.023[%Ni]?0.004[%Mo]?0.01[%S]+0.04[%P]，裂纹敏感区间的碳当量为0.10%~0.17%。