论文摘要
马氏体不锈钢具有强度高和耐蚀性好等特点。其中1Cr13马氏体不锈钢主要用作于制作具有较高韧性及受冲击负荷的零部件,如刃具、叶片、水压机阀、结构架、螺栓、螺帽等。但其在连铸生产中铸坯易出现中心疏松、裂纹和元素偏析等质量缺陷,严重地影响了产品质量。本文针对国内某冶金企业160mm×160mm的1Cr13马氏体不锈钢小方坯连铸坯生产易产生中心偏析、中心疏松和裂纹等质量问题,在实验室开展了电磁搅拌下1Cr13马氏体不锈钢模拟浇铸实验研究。测试分析了不同电磁搅拌参数下,实验铸型内的磁场分布。开展了不同电磁搅拌起始时机、不同冷却条件、不同搅拌强度和组合电磁搅拌等条件下1Cr13马氏体不锈钢浇铸实验,制备了80×80×200 mm铸坯,通过低倍枝晶腐蚀显示、金相检验和SEM等分析,研究了电磁搅拌对1Cr13马氏体不锈钢铸坯的宏观和微观凝固组织的影响规律,探讨了电磁搅拌促进铸坯凝固补缩,打碎晶间“搭桥”,改善1Cr13马氏体不锈钢的中心偏析、疏松和裂纹的机理,获得出以下结论：（1）在频率相同的条件下,实验铸型内的磁场强度随电流强度增大而增大；在铸型中心纵向截面和边缘纵向截面上,磁感应强度在中心点处最大,并且从中心向两侧方向递减；在铸型中心横截面上,中心点处的磁感应强度最小。（2）通过在不同起始时机（30s、90s、150s）施加强电磁搅拌,在铸坯内获得白亮带,推算坯壳凝固厚度,可获得1Cr13马氏体不锈钢的凝固坯壳生长规律,其凝固系数为K= 11.02926 mm/min1/2。而且,在缓冷条件下,电磁搅拌起始时机为30s、90s和150s时的液相区比例分别为68%、42%和25%,可分别模拟连铸的结晶器、二冷段和末端电磁搅拌阶段。在强冷条件下,电磁搅拌起始时机为30s时,液相区比例为20%,相当于末端电磁搅拌阶段；（3）在缓冷条件下,钢液凝固速度较低,容易造成偏析和中心疏松；在强冷条件下,铸坯凝固速度较快,温度梯度较大,有利于柱状晶生长,铸坯中心易形成搭桥,造成中心偏析、中心疏松和晶界裂纹等缺陷；（4）在12Hz频率下,随电磁搅拌电流强度的增加,铸坯等轴晶率提高；但是进一步增加电流强度,等轴晶比率提高并不明显。合理的电磁搅拌参数为12Hz,250A。采用M-EMS和F-EMS组合电磁搅拌不仅可以显著提高1Crl3钢的等轴晶比率,还能消除因过度搅拌带来的白亮带,显著改善铸坯中心区的质量。施加电磁搅拌也使1Cr13钢晶粒细小均匀,并使C、Cr元素分布更加均匀,减轻偏析；（5）实验中发现,在强冷或局部强冷条件下,铸坯中心局部区域易形成晶间“搭桥”,致使其下方得不到上部钢液的补缩,以小钢锭模式凝固,形成了中心缩孔、疏松,并伴随有严重的偏析和裂纹。由此证明,连铸过程中铸坯的晶间“搭桥”是造成1Cr13马氏体不锈钢铸坯中心疏松,偏析和裂纹形成的主要原因之一。实验结果与分析表明,施加电磁搅拌能够有效打碎晶间“搭桥”,促进凝固补缩,电磁搅拌是消除和减轻1Cr13马氏体不锈钢铸坯中心缩孔、疏松和裂纹的重要手段之一。