耐蝕不銹鋼機械配件類、泵閥類、管道聯接類、支承類鑄件，主要材質為鉻鎳不銹鋼。根據化學成分的不同，大致分為Cr-Ni系，Cr-Ni-Mo、Cr-Ni-Cu、Cr-Ni-Mo-Cu系，Cr -Mn-N系，Cr-Ni -Mn -N系四個組別,其金相組織視其Cr 、Ni含量而定,可以是奧氏體-鐵素體復相鋼、雙相鋼或是單相奧氏體鋼。
　　對奧氏體-鐵素體不銹鋼的定義為：
　　當金相組織中鐵素體體積含量≤5%時,定義為單相奧氏體不銹鋼。
　　當金相組織中鐵素體體積含量為5%～35%時,定義為奧氏體-鐵素體復相不銹鋼（在奧氏體基體中存在鐵素體）。
　　當金相組織中鐵素體體積含量為35%～55%時，定義為奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼（奧氏體、鐵素體約各占一半）。
　　在特定工況下，使用的鉻鎳不銹鋼對鐵素體含量有規定要求。由于測定鐵素體含量的多種方法誤差較大,很難準確測得鐵素體體積含量。主要還是在熔煉時，怎樣合理配制爐料，既要保證化學成分、力學性能，又要實現鐵素體含量達到理想值，同時要兼顧制造成本，這為熔煉奧氏體-鐵素體不銹鋼鑄造工藝提出了創新課題。
　　一、化學成分對奧氏體、鐵素體的影響
　?。?）碳 是促進奧氏體形成的元素，1份碳相當于30份鎳的作用，但在鋼中極易形成碳化物，隨著C、Cr含量的提高，其金相組織鐵素體易轉變成鐵素體和碳化物、馬氏體或萊氏體。對奧氏體耐腐蝕性能危害極大，一般是在保證強度的前提下，盡量降低含碳量。
　?。?）鉻 是有利于形成鐵素體的元素，是使不銹鋼具有耐腐蝕性能的基本元素。在耐蝕鉻鎳不銹鋼中一般wCr＞18%，在鋼中主要作用是具有抗氧化性介質腐蝕的能力。
　?。?）鎳 是促進奧氏體形成的元素，在鋼中主要作用是對酸、堿非氧化性介質有抗腐蝕能力，一般與其他元素配合使用，使鋼獲得優良的綜合性能。
　?。?）鉬 是促進鐵素體形成的元素，1份鉬相當于1～1.2份鉻的作用。在鋼中主要作用是提高在高溫工況下抗氧化性腐蝕的能力。
　?。?）鈮 是促進鐵素體形成的元素，1份鈮相當于0.5份鉻的作用。在鋼中主要作用是固化碳，加入量一般是碳的8倍以上。
　?。?）鈦 對奧氏體、鐵素體的形成沒有作用，在鋼中主要作用是固化碳，加入量一般是碳的5倍。
　?。?）氮 是強烈形成奧氏體的元素, 1份氮相當于26份鎳的作用，在Cr -Mn -N系不銹鋼中,當wN＝0.015%時，鋼的金相組織為鐵素體，當wN＝0.13%～0.33%時，鋼的金相組織為鐵素體和奧氏體，當wN＝0.58%時，鋼的金相組織可獲得單一的奧氏體。通常氮的加入量是鋼中含鉻量的(1/75)～(1/100)，不能超過0.3%，含氮過高往往使鑄件產生氣孔、疏松等缺陷。
　?。?）硅 是促進鐵素體形成的元素，1份硅相當于1.5份鉻的作用，在鋼中主要作用改善鋼液流動性，增強脫氧功能。
　?。?）錳 是促進奧氏體形成的元素，1份錳相當于0.5份鎳的作用，在鋼中主要作用提高鋼液流動性，增強脫硫功能。
　?。?0）其他殘余元素 由于含量很低,可以忽略其他元素影響。
　　鉻鎳不銹鋼化學成分中鉻含量常規高于鎳含量，奧氏體-鐵素體體積含量主要取決于Cr、Ni兩個主要元素的質量分數。對于材料標準中有氮含量要求的鉻鎳不銹鋼,氮含量有較大的影響，實際上其他元素含量少，影響不大。調整鉻當量與鎳當量，主要通過控制投入爐中的Cr、Ni元素合金的質量分數,穩定其他次要影響元素的質量分數，就可以實現鉻鎳不銹鋼中鐵素體含量在規定理想范圍內這個目標。
　　二、試驗條件
　?。?）熔煉設備 中頻感應電爐＋AOD氬氧脫碳爐，形成精練系統。
　?。?) 熱處理設備 罩式全纖維電阻爐,爐溫均衡性達標。
　?。?)試驗設備 WE—300型拉力試驗機，JB—300B 沖擊試驗機。
　?。?) 檢測儀器 SPECTRD型光譜儀，金相顯微鏡，DIVERSE MF300F﹢型鐵素體含量檢測儀。
　　三、 驗證爐料配方
　　1. Cr-Ni系列不銹鋼
　　針對Cr-Ni系列不銹鋼可選用Hull等效因子計算得到材料鐵素體含量的方法,適用于熔煉通用奧氏體-鐵素體復相不銹鋼。
　?。?）主要技術要求 ①選用材料為： ASME SA351M 2010 CF3。②標準規定化學成分：wC≤0.03%、wSi≤2.00%、wMn≤1.50%、wS≤0.04%、wP≤0.04%、wCr＝17-21%、wNi＝8%～12%、wMo≤0.5%，其他為殘余元素。③標準規定力學性能：抗拉強度σb≥485MPa,屈服強度σs≥205MPa,伸長率δ ≥35%。④用戶采購技術規范要求鐵素體含量為5%～20%。
　?。?）熔煉方式 ①爐料化學成分內控標準為：wC≤0.028%、wSi≤1.20%、wMn≤1.40%、wS≤0.030%、wP≤0.030%、wCr＝18.5%～19%、wNi＝8.5%～9%、wMo≤0.1%。②中頻感應電爐粗煉鋼液轉入AOD氬氧脫碳爐精練。用SPECTRD型光譜儀檢測控制鋼液化學成分,主要控制Cr、Ni的含量符合內控標準。
　?。?）熱處理方式 采用固溶熱處理,（1080±10）℃保溫入水,水溫≤40℃，快冷,冷卻時間≥0.5h。
　?。?）產成品理化檢測結果 化學成分為：wC＝0.028%、wSi＝1.10%、wMn＝1.31%、wS＝0.030%、wP＝0.030%、wCr＝18.65%、wNi＝8.55%、wMo＝0.07%。
　　選用Hull等效因子計算方法, 根據成品鑄件化學成分，按照下列公式進行計算得到材料的鐵素體含量。
　　CrE＝Cr＋1.21Mo＋0.48Si－4.99
　　NiE＝Ni＋0.11Mn－0.0086 Mn2＋18.4N＋24.5C＋2.77
　　F＝100.3(CrE/ NiE)2 －170.72 (CrE/ NiE)＋74.22
　　經計算，鐵素體含量是12%，正好在鐵素體含量要求5%～20%之間。用DIVERSE MF300F﹢型鐵素體含量檢測儀對該配方鑄件試樣進行檢測，鐵素體含量是13.5%,兩者相差不大，均符合要求。
　　力學性能為：抗拉強度σb＝ 591MPa,屈服強度σs＝328MPa,伸長率δ＝47%。
　　試樣金相組織中奧氏體與鐵素體的分布如見圖1所示。
　　采用上述內控標準爐料配方, 進行熔煉,熱處理后的成品鑄件,經理化性能檢測驗證均符合標準ASME SA351M 2010 CF3標準及客戶采購技術規范要求。
　　2. Cr-Ni-Mo-N系列不銹鋼
　　針對Cr-Ni-Mo-N系列不銹鋼可選用ASTM A800/800M 2006奧氏體合金鑄鋼件中鐵素體含量的估算曲線, 適用于奧氏體-鐵素體復相不銹鋼，特別是含氮奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼熔煉時鐵素體含量的控制方法。
　?。?）主要技術要求 ①選用材料為：ASME SA-351M 2010 CD3MWCuN。②化學成分： wC≤0.03%、 wSi≤1.00%、 wMn≤1.10%、 wS≤0.025%、 wP≤0.03%、wCr＝24%～26%、wNi＝6.5%～8.5%、wMo＝3%～4%、wN＝0.2%～0.3%、wCu＝ 0.5%～1%、wW＝ 0.5%～1% ，其他為殘余元素。③力學性能：抗拉強度σb≥700MPa,屈服強度σs≥450MPa,伸長率δ ≥25%。④用戶技術規范要求鐵素體含量為35%～55%
　?。?）熔煉方式 ①爐料化學成分內控標準為：wC≤0.28%、 wSi≤0.80%、 wMn≤0.80%、 wS≤0.020%、 wP≤0.025% wCr＝24.5%～25%、wNi＝6.5%～7%、wMo＝3.2%、wN＝0.25%～0.3%、wCu＝ 0.6%～0.8%、wW＝ 0.5%～0.6% 。②中頻感應電爐粗煉鋼液轉入AOD氬氧脫碳爐精練。用SPECTRD型光譜儀；檢測控制鋼液化學成分,主要控制Cr、Ni、N的含量符合內控標準。
　?。?）熱處理方式 采用固溶熱處理,（1100±10）℃保溫入水,水溫≤40℃，快冷,冷卻時間≥15min。
　?。?）產成品理化檢測結果 化學成分為：wC＝0.28%、 wSi＝0.80%、 wMn＝0.80%、 wS＝0.015%、wP＝0.020% wCr＝24.5%、wNi＝7%、wMo＝3.2%、wN＝0.28%、wCu＝ 0.6%、wW＝0.6% 。
　　鐵素體含量：用ASTM 2007 A800/A800M 奧氏體合金鑄鋼件中鐵素體含量的估算曲線,根據成品鑄件化學成分,按照下列公式進行計算CrE/ NiE的比值。
　　CrE＝Cr＋1.5Si＋1.4Mo＋Nb－4.99
　　NiE＝Ni＋30C＋0.5Mn＋26（N－0.02%）＋2.77
　　經計算，CrE/ NiE的值為1.67，在ASTM 2007 A800/A800M 奧氏體合金鑄鋼件中鐵素體含量的估算曲線圖上找出對應的鐵素體含量約為44.5%。符合雙相不銹鋼的要求。
　　用DIVERSE MF300F﹢型鐵素體含量檢測儀對該配方鑄件試樣進行檢測，鐵素體含量是46.4%,兩者均符合要求。
　　力學性能為：抗拉強度σb＝735 MPa,屈服強度σs＝469MPa,伸長率δ＝32%。
　　試樣金相組織奧氏體與鐵素體的分布如圖2所示。
　　通過采用上述內控標準爐料化學成分配方進行熔煉,熱處理后的成品鑄件,經理化性能檢測驗證均符合ASTM A351/A351M—2010標準中CD3MWCuN及客戶采購技術規范各項要求，說明該爐料配方制造成本低,具有一定的科學性。
　　3. Cr-Ni-Mo-Cu系不銹鋼
　　針對Cr-Ni-Mo-Cu系不銹鋼可選用RCC-M MC1290鐵素體含量測定中的Schaeffler方法得到材料的鐵素體含量, 適用于核級奧氏體-鐵素體復相不銹鋼熔煉時的控制方法。
　?。?）主要技術要求 ①選用材料為RCC-M M3402 2010，牌號為Z3CND19-10M。②標準規定化學成分：wC≤0.04%、wSi≤1.50%、wMn≤1.50%、wS≤0.015%、wP≤0.030%、wCr＝18%～21%、wNi＝9%～12%、wMo＝2.25%～-2.75%、wCu≤1%。③標準規定鐵素體含量為12%～25%（理想含量為15%～20%）。④標準規定力學性能：抗拉強度Rm≥480MPa,屈服強度Rp0.2≥210MPa, 伸長率A(5d) ≥35%，沖擊吸收能量AKV≥80J。
　?。?）熔煉方式 ①爐料化學成分內控標準為：wC≤0.03%、wSi≤1.20%、wMn≤1.40%、wS≤0.015%、wP≤0.030%、wCr＝18.5%、wNi＝9.5%、wMo≤2.5%、wCu≤0.6%。②中頻感應電爐粗煉鋼液轉入AOD氬氧脫碳爐精練。用SPECTRD型光譜儀；檢測控制鋼液化學成分,主要控制Cr、Ni含量符合內控標準。
　?。?）熱處理方式 采用固溶熱處理,（1080±10）℃保溫入水,水溫≤40℃，快冷,冷卻時間≥0.5h。
　?。?）產成品理化檢測結果 化學成分為：wC＝0.03%、wSi＝1.20%、wMn＝1.40%、wS＝0.015%、wP＝0.030%、wCr＝18.5%、wNi＝9.5%、wMo＝2.5%、wCu＝0.6%。
　　根據成品鑄件化學成分，使用Schaeffler方法確定鉻、鎳當量,計算得到鐵素體含量公式為：
　　CrE＝Cr＋Mo＋1.5Si＋0.5Nb＝18.5%＋2.5%＋1.5×1.2%＝22.8%
　　NiE＝Ni＋30C ＋0.5Mn＝9.5%＋30×0.03%＋0.5×1.4%＝11.1%
　　然后,使用下列兩個方程式,計算出SCHAEFFLER的鐵素體含量：
　　R＝(Creq －4.75)/（ Ni eq＋2.64) ＝（22.8－4.75）/(11.1＋2.64) ＝1.3137
　　F＝ (149.11R3－550.34R2＋701.94R－297.25)R
　?。?149.11×1.313－550.34×1.312＋701.94×1.31－297.25)1.31＝17.3%
　　鐵素體含量為17.3%，正好介于理想含量為15%～20%之間,因此確定的該爐料配方是可行的。
　　需注意的是，此計算法只對于鐵素體含量在10%～25%范圍內有效。
　　用DIVERSE MF300F﹢型鐵素體含量檢測儀對該配方鑄件試樣進行檢測，鐵素體含量是17.7%,兩者均符合要求。
　　力學性能為：抗拉強度Rm＝548MPa,屈服強度Rp0.2＝344MPa,伸長率A(5d)＝48%，沖擊吸收能量AKV＝163J。
　　試樣金相組織奧氏體與鐵素體的分布比例詳見圖3照片。
　　采用上述內控標準爐料化學成分配方, 進行熔煉、熱處理后制造的核島機械設備1級、2級、3級奧氏體-鐵素體不銹鋼鑄件,經理化性能檢測驗證均符合RCC-M M3402 2010標準 中牌號為Z3CND19-10M的要求。能有效地控制鐵素體含量達到理想的范圍,充分說明該爐料配方能保證核級鑄鋼件“安全第一、質量第一”的要求。
　　四、驗證效果
　?。?）通過計算方法得到的奧氏體-鐵素體不銹鋼鑄件中的鐵素體含量值，與經先進的鐵素體含量檢測儀測定的鐵素體含量值雖然有誤差，但比較接近，證明相應的計算方法是有效可行的。
　?。?）通過計算方法得到的奧氏體-鐵素體不銹鋼鑄件中的奧氏體、鐵素體體積含量比例，與金相組織中奧氏體與鐵素體的分布比例是基本吻合的。
　?。?）按奧氏體-鐵素體不銹鋼鑄件鐵素體含量規定值，根據相應的計算方法，采用合理的爐料配方，是完全可以實現控制奧氏體-鐵素體不銹鋼鑄件中的鐵素體含量，達到理想值范圍。
　?。?）在 遵循“質量第一”宗旨的同時，保證化學成分、力學性能的前提下，貴重金屬元素Cr、Ni、Mo的加入量接近相應標準的下限,實現鐵素體含量在規定值的中間范圍，以降低生產成本,可取得較好的效果。