马氏体铬不锈钢的浇注工艺优化

马氏体铬不锈钢模铸时，浇注过程的主要操作环节如下：注流保护、锭模内液面保护、浇注温度、浇注速度和冒口补缩等。这些环节的操作水平高低，直接影响到钢锭的内在质量和表面质量。

1.钢液的注流保护

含铬钢液以钢包进行浇注时，注流的二次氧化会降低钢液的纯净度。为此，应对注流进行保护，减少与大气的接触。钢液浇注时，常用的注流保护方法有以下两种：

（1）圆筒隔离大气保护注流 在钢包底部出钢液口和中注管漏斗之间，用一段活动的钢制圆筒将注流与大气隔开。圆筒上端悬挂在钢包底部，圆筒中心与水口对中。圆筒上缘与钢包底部的空隙尽量小，下缘套在中注管漏斗砖的外侧，圆筒内径比漏斗砖外径大5～10mm。为了在浇注时观察注流，可在圆筒侧面开一长方形孔，用耐热透明云母片封住。使用时，先将圆筒套在漏斗砖上，随后调节钢包浇注高度、对准漏斗，并将圆筒挂在钢包底上，即可开浇。

开浇后，圆筒内空气受热而膨胀，筒内气压高于筒外，从而减少了冷空气进入筒内，使空气对流受到阻碍，减少了对注流的二次氧化。这种保护注流方法效果好、简单易行。

（2）氩气或氮气气流保护注流利用氩气或氮气保护注流的装置如图3-3所示。氩（氮）气从钢瓶经软管与氩气入口钢管连接，进入环形喷气管。当从气源供给一定压力和流量的氩（氮）气时，保护气体从环形喷气管喷出，在注流的周围形成管状气幕，将注流与大气隔离，减轻了钢液的二次氧化。

SAE 4340钢采用氩气保护注流浇注后，钢中气体含量显著降低。表3-7列出SAE 4340钢注流氩气保护效果。这种方法用于浇注含钛不锈钢，对改善钢锭表面质量具有明显效果。

图3-3 注流的氩气保护装置

1—氩气入口 2—盛钢桶底 3—喷嘴底板 4—套筒耳轴 5—固定装置 6—环形喷气管 7—水口 8—充气套筒

表3-7 SAE4340钢注流氩气保护效果

2.保护锭模内液面减少二次氧化

（1）减少锭模内液面氧化的意义 模铸含铬不锈钢时，钢锭的表面质量成为最难解决的技术课题。对于马氏体铬不锈钢而言，钢锭表面质量尤其重要。因为，马氏体铬钢钢锭修磨难度很大，很容易产生裂纹。减少模内液面氧化是提高钢锭表面质量、减轻钢锭修磨量的重要措施。

（2）保护模内钢液减少二次氧化的方法 保护模内钢液减少氧化的方法包括液渣保护法和固渣保护法两种。液渣保护法由于操作繁杂、工作效率低，在生产中难以实现。近期不锈钢模铸（锭重200kg以上）时，均采用固渣保护法。

（3）固渣保护法浇注含铬不锈钢 浇注前，将预先配制的经烘干的渣粉或压片，放置于钢锭模内。开浇后，钢液进入锭模与渣料接触，并浮在钢液面上。借助钢液热量，在液面上升过程中熔化成渣。在钢液面上形成保护渣层，将空气与钢液隔离，减少了二次氧化。

不锈钢用保护渣应满足下列条件：成渣速度快、渣的流动性好、不影响钢液成分、能溶解钢中夹杂物、渣组元简单、使用安全及成本低等。

目前固体保护渣尚无统一标准，均为生产厂家自制配方。模铸常用不锈钢固体渣配方如下（质量分数）：CaO=25%～30%、CaF₂=15%～18%、SiO₂=35%～40%、Na₂O=8%～10%，Al₂O₃=6%～10%。固体保护渣熔点为1100～1150℃。

3.钢液的浇注操作

马氏体铬不锈钢铸锭方式为下注法。上注法钢锭表面质量差，马氏体铬不锈钢钢锭修磨难度大，故不能采用上注法。(www.xing528.com)

（1）确定浇注温度 浇注温度对钢锭的表面和内在质量具有较大的影响。浇注温度过高，钢锭容易产生横裂和角裂，钢锭内部柱状晶区增大，同时还加剧锭模和底盘的损坏。浇注温度过低，钢液粘度增大，流动性变差，使钢锭表面缺陷增多，降低了钢锭的表面质量，严重时会造成短锭和废品。因此，浇注温度是顺利完成浇注任务的基础。

合适的浇注温度取决于钢液的过热度，即钢液凝固温度与开浇温度之差值。过热度的选择很重要，其值主要受钢液粘度、钢锭组织和冶金质量等因素的影响。

图3-4示出钢液的过热度对凝固速度的影响。钢液的凝固速度随过热度的增加而降低。钢液的过热度过大，凝固速度减缓，钢锭内部柱状晶区扩大，碳化物的偏析严重，钢锭的冶金质量下降。过热度太小，钢液流动性变差，钢锭表面质量恶化。过热度合适，可以保证浇注过程顺利进行，钢液的流动性良好，钢锭的表面质量和内在质量良好。

图3-4 钢液过热度对凝固速度的影响

马氏体铬不锈钢钢液中，铬的质量分数为12%～19%，使钢液的粘度明显增高。图3-5示出合金元素（Cr、Mo、Ni）对铁液粘度的影响。在Cr的质量分数为10%～20%的区间，正处于粘度最高值。根据这一特点，为了得到比较满意的铸锭表面质量和内在冶金质量，选择过热度要比其他不锈钢高。通常浇注马氏体铬不锈钢的过热度为60～70℃。

根据马氏体铬不锈钢的浇注过热度和熔点，可以确定钢的浇注温度和出钢温度。表3-8列出马氏体铬不锈钢的熔点与浇注温度。

（2）浇注速度的调控 下注法模铸时，浇注速度是根据钢种、锭重、浇注温度等因素确定的。马氏体铬不锈钢钢液具有粘度大、流动性差、铬氧化物多等特点。对钢锭表面质量要求较高的条件下，采取高温较快速浇注比较有利。

图3-5 合金元素对铁液粘度的影响

表3-8 马氏体铬不锈钢的熔点与浇注温度（单位：℃）

注：熔点除外，其余温度波动范围为±10℃。

高温快速浇注时，保持锭模内渣液面或钢液面匀速平稳上升。要求钢液流量保持稳定，水口启闭操作平稳。注速过快，渣液表面发生翻腾，产生裹渣现象，使钢锭表面质量恶化。注速过快还容易产生钢锭表面横裂和角裂。注速过慢，液面温度下降，渣层结壳钢锭表面出现渣沟，会导致钢锭废品。因此，选择合适的浇注速度，对提高钢锭的冶金质量具有重要意义。

（3）冒口的补缩与保温 冒口是钢锭的重要组成部分。冒口的作用是补充锭身收缩所需要的钢液，使钢锭的缩孔形成在冒口区内，达到提高成材率之目的。

为了保证冒口区内的钢液最后凝固，就必须采取相应的措施，包括浇注过程补缩操作、使用绝热冒口和发热剂等。

马氏体铬不锈钢从液态到固态的体积收缩率为4.5%～5.0%。钢锭冒口区的体积应占钢锭体积的10%，否则起不到应有的作用。

补缩是在锭身注满钢液之后连续进行的操作。补缩时短促增减钢液的流量。向冒口内输送钢液，反复进行多次补缩。

浇注不锈钢使用的保温冒口，是用绝热材料预制的，对钢液具有良好的保温作用。为了补充冒口内钢液散的热量，当液面进入冒口之后，加入发热剂。这两种材料均由专业厂商供应。