碳鋼鑄件以什么方式進(jìn)行結(jié)晶？得到什么組織，這一方面決定于含碳量（與狀態(tài)圖有關(guān)），另一方面和冷卻速度有密切關(guān)系。結(jié)晶條件不同，結(jié)晶方式就不同。當(dāng)在很大的范圍內(nèi)同時(shí)形成結(jié)晶核心并且生長時(shí)，便形成體積結(jié)晶；當(dāng)冷卻速度不太快，過冷度也不大，在結(jié)晶潛熱放出后隨著熱量的外傳，結(jié)晶逐層向內(nèi)進(jìn)行時(shí)，便形成順序結(jié)晶。
碳鋼鑄件的斷面上一般都存在著表層的細(xì)等軸晶帶、中心的粗等軸晶帶和二者之間的柱狀晶帶等三個(gè)晶帶。形成這三個(gè)晶帶的原因如下：鋼液注到型腔中與型腔接觸時(shí),表層鋼液溫度因鑄型激冷作用能立即降到熔點(diǎn)之下，出現(xiàn)很大的過冷度。由于冷卻速度很快，所以結(jié)晶時(shí)放出的結(jié)晶潛熱能很快地傳到鑄型中，不影響結(jié)晶過程的進(jìn)行。此時(shí)在較大的范圍內(nèi)形成大量的結(jié)晶核心，同時(shí)生長，不受熱流方向的影響，以體積結(jié)晶方式進(jìn)行結(jié)晶，得到很細(xì)的等軸晶組織。在表面層中，同時(shí)形成較多的核心，發(fā)展成為細(xì)等軸晶組織。很細(xì)的等軸晶組織和細(xì)等軸晶組織稱為細(xì)等軸晶帶，結(jié)晶由鑄件表面向中心進(jìn)行，當(dāng)鋼液的冷卻速度變慢后，過冷度不大，傳熱的方向性變得明顯，結(jié)晶逐以向內(nèi)進(jìn)行（即順序結(jié)晶）。這時(shí)如果形成核數(shù)量不多，而生長速度比較快，冷卻速度和生長速度相適應(yīng)時(shí)，容易以樹枝晶的主軸單方向（逆熱流方向）向內(nèi)發(fā)展。形成柱狀晶帶。由此再往鑄件中心進(jìn)行結(jié)晶，冷卻速度慢，鑄件中心溫度分布非常均勻，結(jié)晶時(shí)放出的結(jié)晶潛熱外傳很慢，在很寬的范圍內(nèi)形成核，但因過冷度小，形成核數(shù)量少，傳熱方向性不強(qiáng)，以體積結(jié)晶方式進(jìn)行，發(fā)展成為粗大的等軸晶帶。
低碳鋼（指C＜0.25%）結(jié)晶間隔小，隨著含碳量增加，結(jié)晶間隔變寬。在相同冷卻條件下，低碳鋼和中碳鋼鑄件斷面上三種晶帶分布比例不同，低碳鋼柱狀晶帶寬，中心的粗等軸晶帶很窄。而中碳鋼柱狀晶帶較窄，中心的粗等軸晶帶較寬。
含碳量一定的碳鋼鑄件隨著冷卻速度的增加，其凝固區(qū)域變窄，常常促使柱狀晶帶發(fā)展。例如，一些砂型澆注的鑄件改為用金屬型澆注時(shí)，斷面上容易形成柱狀晶就是這個(gè)道理。柱狀晶的結(jié)晶方向性強(qiáng)，結(jié)晶逐層進(jìn)行，有利于鋼液補(bǔ)縮和使結(jié)晶致密。它的缺點(diǎn)是晶間性能較差。在粗大等軸晶的結(jié)晶過程中，隨著枝晶的生長，枝晶之間的未凝固液體被隔離開來，形成一個(gè)個(gè)與外界液體隔絕的封閉的小金屬池。這種封閉的鋼液凝固時(shí)得不到外界液體的補(bǔ)縮在枝晶之間就會(huì)形成縮松。理想的是整個(gè)鑄件斷面上全部都是細(xì)等軸晶，但這在生產(chǎn)上是很難做到的。