电磁搅拌对1Cr13马氏体不锈钢铸坯质量的影响

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。本文对国内某冶金企业160mm×160mm的1Cr13马氏体不锈钢连铸坯质量进行了检验与分析，分析了不同的末端搅拌位置与搅拌强度对铸坯的质量影响，并在实验室开展了电磁搅拌下1Cr13马氏体不锈钢连铸实验研究。对电磁搅拌作用下马氏体不锈钢的凝固行为进行了系统性研究，分析了1Cr13马氏体不锈钢中心裂纹的形成机理，并对镍元素对1Cr13马氏体不锈钢的组织细化进行了实验研究，得出了如下结论: (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)在未施加电磁搅拌的情况下，铸坯横纵截面的柱状晶都很发达，中心区等轴晶比率仅有10％左右，且晶粒尺寸达121.5μm;施加电磁搅拌后，铸坯横纵截面的粗大柱状晶大幅度减少，中心区等轴晶比率增加到38％左右，且晶粒尺寸也较无搅拌情况的明显变小。在250A/12Hz的搅拌参数下，晶粒尺寸为65.8μm，铸坯中心质量最好。 (3)铸坯的晶界处有夹杂物的聚集，MnS的析出导致晶界强度的弱化，在包晶转变及凝固收缩应力的作用下，脆弱的晶界产生断裂，从而产生了中心星状裂纹。施加电磁搅拌后，元素分布更加均匀，减少了晶界处夹杂物的聚集，铸坯中心裂纹空隙更小，裂纹间发达的柱状晶基本消失，主要以卵形一次晶轴为主。 (4)施加250A、12Hz的电搅搅拌且添加质量分数为1.5％的镍元素后，1Cr13马氏体不锈钢的凝固组织得到了显著改善，晶粒平均尺寸由65.8μm减小到35.6μm，晶粒得到明显细化，一定程度上减轻了中心裂纹的产生，使铸坯质量得到显著改善。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1引言

1．2连铸技术的发展及现状

1．3电磁搅拌技术

1．3．1电磁搅拌的基本原理

1．3．2电磁搅拌的分类及其冶金效果

1．3．3电磁搅拌对合金凝固组织的影响

1．4马氏体不锈钢概述

1．4．1马氏体不锈钢

1．4．2合金元素对马氏体不锈钢组织性能影响

1．5马氏体不锈钢连铸坯内部质量问题

1．5．1中心偏析与中心缩松

1．5．2中心裂纹

1．6本文研究的目的与主要内容

第2章实验方法

2．1磁场的测试与分析

2．1．1测试原理

2．1．2测试方法

2．1．3测试结果与分析

2．2浇注实验方法及设备

2．2．1实验设备

2．2．2实验方法

2．3连铸坯的检测及分析方法

2．3．1枝晶腐蚀低倍检验

2．3．2金相组织观察

2．3．3 SEM及EDS分析

2．3．4宏观偏析分析

第3章连铸生产马氏体不锈钢铸坯质量的分析

3．1连铸钢种及工艺参数

3．2马氏体不锈钢连铸坯宏观凝固组织的分析

3．2．1搅拌强度对宏观凝固组织的影响

3．2．2末端搅拌位置对宏观凝固组织的影响

3．3马氏体不锈钢连铸坯微观组织和中心裂纹的分析

3．3．1电磁搅拌对微观组织的影响

3．3．2电磁搅拌对马氏体不锈钢中心裂纹的影响

3．4马氏体不锈钢连铸坯内部质量影响因素的分析

3．5本章小节

第4章电磁搅拌对马氏体不锈钢连铸坯凝固组织的实验研究

4．1电磁搅拌对铸坯宏观凝固组织的影响

4．1．1电磁搅拌强度对铸坯等轴晶比率的影响

4．1．2电磁搅拌对元素宏观偏析的影响

4．2电磁搅拌对铸坯微观凝固组织的影响

4．2．1电磁搅拌强度对铸坯金相组织的影响

4．2．2电磁搅拌对铸坯中心裂纹的影响

4．3镍含量对马氏体不锈钢铸坯晶粒细化的影响

4．4本章小结

第5章结论

参考文献

致谢