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)同時形成結(jié)晶核心并且生長時，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，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晶帶。形成這三個晶帶的原因如下：鋼液注到型腔中與型腔接觸時,表層鋼液溫度因鑄型激冷作用能立即降到熔點之下，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。此時在較大的范圍內(nèi)形成大量的結(jié)晶核心，同時生長，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，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，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，斷面上容易形成柱狀晶就是這個道理。柱狀晶的結(jié)晶方向性強，結(jié)晶逐層進(jìn)行，有利于鋼液補縮和使結(jié)晶致密。它的缺點是晶間性能較差。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，形成一個個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得不到外界液體的補縮在枝晶之間就會形成縮松。理想的是整個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。