电磁连铸对Incoloy800H合金铸坯

Incoloy800H合金是一种固溶强化奥氏体Ni-Cr-Fe基耐蚀合金，在高温条件下能够保持良好的结构稳定性、持久性能以及出色的抗氧化性和抗腐蚀能力，因此被广泛地应用于核电工业、石油化工和航空航天等领域。通常镍基合金采用模铸方式生产，为了提高产品的成材率和质量，降低生产成本，国内外学者开展了Ni-Cr-Fe基耐蚀合金连铸技术的研究。然而，由于合金属性以及连铸冷却强度大等原因，使得Incoloy800H合金连铸坯易产生表面裂纹和内部裂纹，而且Incoloy800H连铸坯内部柱状晶发达，中心区域普遍存在裂纹、缩孔和疏松等质量缺陷。另一方面，从Incoloy800H合金的成分组成来看，可以通过添加Al、Ti等合金化元素使之具有更高的使用温度和更低的晶间腐蚀敏感性。然而，Ti是一种强氮化物形成元素，在凝固过程中极易形成TiN，其作为铸坯中的夹杂物严重影响合金的力学性能和抗腐蚀性能。然而，目前还没有关于TiN影响连铸坯内部裂纹形成的研究报道。 电磁搅拌作为一种控制铸坯凝固过程和提高内部质量的有效手段，广泛地应用于各种合金的连铸生产。本工作开发了Incoloy800H耐腐蚀合金立式电磁连铸制备方法，成功制备出截面积为100mm×100mm的Incoloy800H连铸坯，研究了电磁连铸对铸坯凝固组织、TiN的数量及分布、内部裂纹的影响及其作用机理。 采用Ar气保护中频感应加热重熔母合金，立式连铸结晶器的尺寸为100mm×100mm×400mm，浇注温度1425℃，连铸一冷和二冷的冷却水流量分别为6.4和3.0m3/h，拉坯速率为600mm/min。采用旋转型电磁搅拌器位于二冷区，电流强度为350A，频率为5Hz。采用立式连铸制备出1200mm长的Incoloy800H合金连铸方坯。由于钢中6mm的TiN夹杂物对疲劳性能的危害等同于25mm的氧化物夹杂，而2mm的TiN颗粒就会严重损害合金中的力学性能和腐蚀性能，因此本实验仅统计了尺寸大于2mm的TiN的数量。 结果表明，常规立式连铸Incoloy800H铸坯的内部组织粗大、存在严重的内部裂纹和大量TiN夹杂物；采用立式电磁连铸后，制备的Incoloy800H合金连铸坯的中心等轴晶率从2.45%增加至41.45%，且中心等轴晶的平均晶粒尺寸由10.83mm减小至1.28mm，并有效地消除了内部裂纹。TiN数量与分布的研究结果表明，立式电磁连铸条件下，铸坯中心的大尺寸TiN（大于2μm）数量由3.71×10-4μm-2降至1.59×10-4μm-2，使易于诱发内裂纹的TiN数量显著减少，并抑制了TiN团簇的形成，有助于枝晶间的液态合金的补缩；另一方面，电磁连铸促使Incoloy800H合金连铸坯形成细小的等轴晶，减轻了合金元素偏析并减少了大尺寸TiN的数量，从而减少了萌发裂纹的机率，有效地抑制了内部裂纹的形成。