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3Cr13马氏体不锈钢有较高的强度、硬度和耐磨性,在社会生产的各个领域中的应用越来越广泛,常用于力学性能要求较高的一些零件上,如弹簧、汽轮机叶片、作刃具、喷嘴、阀座、阀门、水压机阀等。但在实际连铸生产中,铸坯中心常有中心孔洞、疏松和偏析,严重地影响了产品质量的提高。 本论文针对国内某冶金企业3Cr13马氏体不锈钢小方坯连铸坯生产易产生中心缩孔、疏松和中心偏析等质量问题,在实验室开展了电磁搅拌下3Cr13马氏体不锈钢模拟浇铸实验研究。测试并分析了在不同电磁搅拌参数下,实验所处铸型内的磁场分布情况。在实验室条件下,对3Cr13马氏体不锈钢在不同时机、不同冷却条件、不同搅拌强度及不同组合方式施加电磁搅拌,浇铸截面为80mm×80mm×200mm小方坯,通过枝晶低倍腐蚀显示、金相、SEM等方法,分析了电磁搅拌对3Cr13马氏体不锈钢铸坯的宏观和微观凝固组织的影响及作用机理。获得以下结论: (1)在频率相同的条件下,铸型内磁场强度随电流强度增大而增大;磁感应强度在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;在搅拌器中心横截面上,中心点处的磁感应强度最小。 (2)在350A/12Hz情况下,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,再由白亮带位置确定凝固壳厚度,获得3Cr13铸锭的坯壳生长规律,其凝固系数为K=14.0024mm/min1/2。在缓冷条件下,实验室模拟3Cr13连铸末端电磁搅拌阶段的起始时机为120s,此时铸锭的液相区比例为23.8%。 (3)通过采用适当的电磁搅拌参数,产生适宜的电磁搅拌力,可以消除白亮带;而且减少铸锭凝固后期的搅拌时间,也有助于白亮带的消除。 (4)强冷却使铸锭内温度梯度较大,柱状晶沿着传热反方向快速生长产生穿晶现象,在铸坯中心形成搭桥,造成中心偏析和晶界微裂纹等缺陷。合理的电流强度产生的搅拌力能够促进铸坯的凝固补缩,打碎晶间“搭桥”消除和减轻铸坯中心疏松和缩孔,改善铸坯内部质量。 (5)电磁搅拌可大幅度减小3Cr13钢晶粒度平均尺寸,使得晶粒趋于细小均匀;并使C、Cr两种元素分布更加均匀,有效减轻偏析和碳化物析出。 (6)本实验结果表明,在250A/12Hz情况下采取在浇铸过程中施加电磁搅拌,与浇铸结束后120s再次施加30s电磁搅拌的组合方式,即相当于M-EMS与F-EMS的组合电磁搅拌方式,可显著改善铸坯中心的质量。