电磁搅拌和二冷区冷却强度对Incoloy

Incoloy800H高温耐腐蚀合金的传统生产工艺为模铸，存在高能耗，低成材率等缺点。为了满足Incoloy800H高温耐腐蚀合金需求量和尺寸上的要求，国内外的研究学者已经针对该合金开展了连铸技术的研究。然而该合金脆性区间比较大，在连铸过程中存在着凝固组织粗大，偏析严重，易形成裂纹等严重影响铸坯质量的缺陷。电磁搅拌技术具有增加等轴晶率，细化晶粒，减轻元素偏析等作用，已经成功地应用在多种合金的连铸生产过程中，并取得了良好的效果。
科研人员采用在二冷区施加旋转型电磁搅拌，并通过对Incoloy800H高温合金进行不同的搅拌方式和改变二冷区冷却强度的连铸试验，研究了电磁搅拌和二冷区冷却强度对其连铸坯组织和内部裂纹的影响，为在连铸生产实践中提高Incoloy800H合金连铸坯的内部质量提供参考。
试验材料为Incoloy800H棒料。采用中频感应炉进行熔炼，熔炼过程中通入保护气体氩气防止氧化，精炼一段时间后，脱氧除渣，待温度达到1425℃时，将合金液浇入结晶器尺寸为100mm×100mm×400mm的连铸机内进行连铸。本试验采用旋转型电磁搅拌器，并置于二冷区位置，在浇铸开始前便开启电磁搅拌器，当连铸结束时，将铸坯尾部继续停留在电磁搅拌处，让铸坯尾部得到充分搅拌，当铸坯完全凝固后再将铸坯拉出并停止电磁搅拌和冷却水。本试验根据不同的电磁搅拌方式和二冷区冷却强度来考察电磁搅拌的作用效果，并在铸坯尾部和中间部分分别进行切割和取样分析。连铸坯内部的裂纹形貌采用扫描电镜进行观察和分析。研究结果表明：
（1）未施加电磁搅拌的Incoloy800H高温合金连铸坯内部组织主要为粗大的柱状晶，施加电磁搅拌后，由于电磁搅拌引发的强制对流打碎或熔断枝晶，增加了异质形核率，减小了温度梯度，使铸坯内部等轴晶比例增加，晶粒细化。
（2）单向连续电磁搅拌增加等轴晶比例和细化晶粒的作用效果优于正反交替电磁搅拌。当二冷区的冷却水流量由3.0m3/h增加到7.1m3/h时，由于凝固速率过快，减少了糊状区面积和电磁搅拌的作用时间，导致等轴晶比例减小，晶粒粗化。
（3）电磁搅拌可以破碎枝晶防止枝晶搭桥现象，增强合金熔体补缩能力，降低铸坯内部应力应变，同时能够强化晶界，对Incoloy800H高温合金连铸坯的内部裂纹有抑制作用。正反交替电磁搅拌可以改善铸坯内部裂纹缺陷，但无法完全消除铸坯内部的裂纹，其作用效果没有单向连续电磁搅拌的作用效果好。当二冷区冷却强度增加时，由于增加了温度梯度导致增加了热应力，同时由于凝固速率过快，导致电磁搅拌作用时间的减少，从而促使裂纹变得更加严重。