根據(jù)相圖，多數(shù)合金元素在固相中的溶解度要低于液相，因此在凝固過(guò)程中溶質(zhì)原子不斷被排出到液相，這種固液界面兩側(cè)溶質(zhì)濃度的差異導(dǎo)致合金凝固后溶質(zhì)元素成分不均勻性，稱(chēng)作偏析。溶質(zhì)元素分布不均勻性發(fā)生在微觀結(jié)構(gòu)形成范圍內(nèi)（有10~100μm的樹(shù)狀枝晶），此時(shí)為微觀偏析。溶質(zhì)元素通過(guò)對(duì)流傳質(zhì)等質(zhì)量傳輸，將導(dǎo)致大范圍內(nèi)成分不均勻性，即形成了宏觀偏析。宏觀偏析可以認(rèn)為是由凝固過(guò)程中液體和固體相對(duì)運(yùn)動(dòng)和溶質(zhì)再分配過(guò)程共同導(dǎo)致的。此外，在凝固早期所形成的固體相或非金屬夾雜的漂浮和下沉也會(huì)造成宏觀偏析。一般認(rèn)為在合金鑄件或鑄錠內(nèi)，從幾毫米到幾厘米甚至幾米范圍內(nèi)濃度變化為宏觀偏析。因?yàn)槿苜|(zhì)在固態(tài)中的擴(kuò)散系數(shù)很低，而成分不均勻性范圍又很大，所以在凝固完成后，宏觀偏析很難通過(guò)加工處理來(lái)消除，因此抑制宏觀偏析的產(chǎn)生主要是對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，如控制合金成分、施加外力場(chǎng)（磁場(chǎng)等）、優(yōu)化鑄錠幾何形狀、適當(dāng)加大冷卻速率等。

  宏觀偏析是大范圍內(nèi)的成分不均勻現(xiàn)象，按其表現(xiàn)形式可分為正偏析、反偏析和比重偏析等。①. 正偏析：對(duì)平衡分配系數(shù)o<1的合金系鑄錠先凝固的部分，其溶質(zhì)含量低于后凝固的部分。對(duì)ko>1的合金系則正好相反，其偏析程度與凝固速率、液體對(duì)流以及溶質(zhì)擴(kuò)散等條件有關(guān)。②. 反偏析：在ko<1的合金鑄錠中，其外層溶質(zhì)元素高于內(nèi)部，和正偏析相反，故稱(chēng)為反偏析。③. 比重偏析：是由合金凝固時(shí)形成的初晶相和溶液之間的比重顯著差別引起的一種宏觀偏析，主要存在于共晶系和偏晶系合金中。如圖2-49所示，由于溶質(zhì)元素濃度相對(duì)低的等軸晶沉積導(dǎo)致在鑄錠的底部出現(xiàn)負(fù)偏析；由于浮力和在凝固的最后階段收縮所引起的晶間流動(dòng)，在頂部會(huì)出現(xiàn)很?chē)?yán)重的正偏析（頂部偏析）。A型偏析是溶質(zhì)富集的等軸晶帶，由溶質(zhì)受浮力作用流動(dòng)穿過(guò)柱狀晶區(qū)，其方向與等溫線移動(dòng)速度方向一致但速率更快所導(dǎo)致。A型偏析形狀與流動(dòng)類(lèi)型有關(guān)。V型偏析位于鑄錠中心，源于中心形成等軸晶區(qū)和容易斷裂的連接疏松的網(wǎng)狀物的形成，之后裂紋沿切應(yīng)力面展開(kāi)為V型，并且充滿(mǎn)了富集元素的液相。而沿鑄錠側(cè)壁分布的帶狀偏析則是由凝固過(guò)程初期的不穩(wěn)定傳熱和流動(dòng)導(dǎo)致的。

  對(duì)于宏觀偏析的研究主要有實(shí)驗(yàn)檢測(cè)和模擬計(jì)算兩種手段。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)包括硫印檢驗(yàn)法、原位分析法、火花放電原子發(fā)射光譜法、鉆孔取樣法以及化學(xué)分析法等。模擬計(jì)算是通過(guò)數(shù)值求解能量、動(dòng)量以及溶質(zhì)傳輸?shù)葦?shù)學(xué)模型，進(jìn)而探討元素成分不均勻性的方法；進(jìn)入20世紀(jì)后，人們對(duì)凝固過(guò)程中的宏觀偏析現(xiàn)象進(jìn)行了大量系統(tǒng)的研究。Flemings研究表明鑄錠中多種不同的宏觀偏析都可由凝固時(shí)的傳熱、流動(dòng)和傳質(zhì)過(guò)程來(lái)定量描述，從而為宏觀偏析的定量計(jì)算提供可能性，隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力迅猛提升，宏觀偏析的模擬計(jì)算得到了迅速發(fā)展，主要分為多區(qū)域法和連續(xù)介質(zhì)法等。

  對(duì)于高氮不銹鋼，改善氮偏析以及消除氣孔等凝固缺陷，優(yōu)化制備工藝制度，是高氮奧氏體不銹鋼制備技術(shù)中亟待解決的難題之一。氮作為重要合金元素之一，其偏析程度對(duì)材料強(qiáng)度、韌性、抗蠕變性、耐磨性和耐腐蝕等性能的均勻性至關(guān)重要，直接影響材料的服役壽命。與高氮不銹鋼中鉻、錳等其他元素相比，氮的分配系數(shù)較小，氮偏析嚴(yán)重，易形成氮?dú)馀荩棠┝藲埩粼阼T錠中形成氮?dú)饪椎饶倘毕荩踔翆?dǎo)致材料直接報(bào)廢，因此氮偏析的控制對(duì)高氮不銹鋼制備而言至關(guān)重要。不同壓力和不同初始氮含量下21.5Cr5Mn1.5Ni0.25N含氮雙相鋼中氮偏析導(dǎo)致氮?dú)饪椎男蚊踩鐖D2-50所示，其中D1、D3和D5分別在0.04MPa、0.1MPa和0.13MPa下完成凝固，不同氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的D2(0.25%N)、D3(0.26%N)和D4(0.29%N)均在0.1MPa下凝固。