耐蚀不锈钢机械配件类、泵阀类、管道联接类、支承类铸件，主要材质为铬镍不锈钢。根据化学成分的不同，大致分为Cr-Ni系，Cr-Ni-Mo、Cr-Ni-Cu、Cr-Ni-Mo-Cu系，Cr -Mn-N系，Cr-Ni -Mn -N系四个组别,其金相组织视其Cr 、Ni含量而定,可以是奥氏体-铁素体复相钢、双相钢或是单相奥氏体钢。
　　对奥氏体-铁素体不锈钢的定义为：
　　当金相组织中铁素体体积含量≤5%时,定义为单相奥氏体不锈钢。
　　当金相组织中铁素体体积含量为5%～35%时,定义为奥氏体-铁素体复相不锈钢（在奥氏体基体中存在铁素体）。
　　当金相组织中铁素体体积含量为35%～55%时，定义为奥氏体-铁素体双相不锈钢（奥氏体、铁素体约各占一半）。
　　在特定工况下，使用的铬镍不锈钢对铁素体含量有规定要求。由于测定铁素体含量的多种方法误差较大,很难准确测得铁素体体积含量。主要还是在熔炼时，怎样合理配制炉料，既要保证化学成分、力学性能，又要实现铁素体含量达到理想值，同时要兼顾制造成本，这为熔炼奥氏体-铁素体不锈钢铸造工艺提出了创新课题。
　　一、化学成分对奥氏体、铁素体的影响
　　（1）碳 是促进奥氏体形成的元素，1份碳相当于30份镍的作用，但在钢中极易形成碳化物，随着C、Cr含量的提高，其金相组织铁素体易转变成铁素体和碳化物、马氏体或莱氏体。对奥氏体耐腐蚀性能危害极大，一般是在保证强度的前提下，尽量降低含碳量。
　　（2）铬 是有利于形成铁素体的元素，是使不锈钢具有耐腐蚀性能的基本元素。在耐蚀铬镍不锈钢中一般wCr＞18%，在钢中主要作用是具有抗氧化性介质腐蚀的能力。
　　（3）镍 是促进奥氏体形成的元素，在钢中主要作用是对酸、碱非氧化性介质有抗腐蚀能力，一般与其他元素配合使用，使钢获得优良的综合性能。
　　（4）钼 是促进铁素体形成的元素，1份钼相当于1～1.2份铬的作用。在钢中主要作用是提高在高温工况下抗氧化性腐蚀的能力。
　　（5）铌 是促进铁素体形成的元素，1份铌相当于0.5份铬的作用。在钢中主要作用是固化碳，加入量一般是碳的8倍以上。
　　（6）钛 对奥氏体、铁素体的形成没有作用，在钢中主要作用是固化碳，加入量一般是碳的5倍。
　　（7）氮 是强烈形成奥氏体的元素, 1份氮相当于26份镍的作用，在Cr -Mn -N系不锈钢中,当wN＝0.015%时，钢的金相组织为铁素体，当wN＝0.13%～0.33%时，钢的金相组织为铁素体和奥氏体，当wN＝0.58%时，钢的金相组织可获得单一的奥氏体。通常氮的加入量是钢中含铬量的(1/75)～(1/100)，不能超过0.3%，含氮过高往往使铸件产生气孔、疏松等缺陷。
　　（8）硅 是促进铁素体形成的元素，1份硅相当于1.5份铬的作用，在钢中主要作用改善钢液流动性，增强脱氧功能。
　　（9）锰 是促进奥氏体形成的元素，1份锰相当于0.5份镍的作用，在钢中主要作用提高钢液流动性，增强脱硫功能。
　　（10）其他残余元素 由于含量很低,可以忽略其他元素影响。
　　铬镍不锈钢化学成分中铬含量常规高于镍含量，奥氏体-铁素体体积含量主要取决于Cr、Ni两个主要元素的质量分数。对于材料标准中有氮含量要求的铬镍不锈钢,氮含量有较大的影响，实际上其他元素含量少，影响不大。调整铬当量与镍当量，主要通过控制投入炉中的Cr、Ni元素合金的质量分数,稳定其他次要影响元素的质量分数，就可以实现铬镍不锈钢中铁素体含量在规定理想范围内这个目标。
　　二、试验条件
　　（1）熔炼设备 中频感应电炉＋AOD氩氧脱碳炉，形成精练系统。
　　（2) 热处理设备 罩式全纤维电阻炉,炉温均衡性达标。
　　（3)试验设备 WE—300型拉力试验机，JB—300B 冲击试验机。
　　（4) 检测仪器 SPECTRD型光谱仪，金相显微镜，DIVERSE MF300F﹢型铁素体含量检测仪。
　　三、 验证炉料配方
　　1. Cr-Ni系列不锈钢
　　针对Cr-Ni系列不锈钢可选用Hull等效因子计算得到材料铁素体含量的方法,适用于熔炼通用奥氏体-铁素体复相不锈钢。
　　（1）主要技术要求 ①选用材料为： ASME SA351M 2010 CF3。②标准规定化学成分：wC≤0.03%、wSi≤2.00%、wMn≤1.50%、wS≤0.04%、wP≤0.04%、wCr＝17-21%、wNi＝8%～12%、wMo≤0.5%，其他为残余元素。③标准规定力学性能：抗拉强度σb≥485MPa,屈服强度σs≥205MPa,伸长率δ ≥35%。④用户采购技术规范要求铁素体含量为5%～20%。
　　（2）熔炼方式 ①炉料化学成分内控标准为：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中频感应电炉粗炼钢液转入AOD氩氧脱碳炉精练。用SPECTRD型光谱仪检测控制钢液化学成分,主要控制Cr、Ni的含量符合内控标准。
　　（3）热处理方式 采用固溶热处理,（1080±10）℃保温入水,水温≤40℃，快冷,冷却时间≥0.5h。
　　（4）产成品理化检测结果 化学成分为：wC＝0.028%、wSi＝1.10%、wMn＝1.31%、wS＝0.030%、wP＝0.030%、wCr＝18.65%、wNi＝8.55%、wMo＝0.07%。
　　选用Hull等效因子计算方法, 根据成品铸件化学成分，按照下列公式进行计算得到材料的铁素体含量。
　　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
　　经计算，铁素体含量是12%，正好在铁素体含量要求5%～20%之间。用DIVERSE MF300F﹢型铁素体含量检测仪对该配方铸件试样进行检测，铁素体含量是13.5%,两者相差不大，均符合要求。
　　力学性能为：抗拉强度σb＝ 591MPa,屈服强度σs＝328MPa,伸长率δ＝47%。
　　试样金相组织中奥氏体与铁素体的分布如见图1所示。
　　采用上述内控标准炉料配方, 进行熔炼,热处理后的成品铸件,经理化性能检测验证均符合标准ASME SA351M 2010 CF3标准及客户采购技术规范要求。
　　2. Cr-Ni-Mo-N系列不锈钢
　　针对Cr-Ni-Mo-N系列不锈钢可选用ASTM A800/800M 2006奥氏体合金铸钢件中铁素体含量的估算曲线, 适用于奥氏体-铁素体复相不锈钢，特别是含氮奥氏体-铁素体双相不锈钢熔炼时铁素体含量的控制方法。
　　（1）主要技术要求 ①选用材料为：ASME SA-351M 2010 CD3MWCuN。②化学成分： 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% ，其他为残余元素。③力学性能：抗拉强度σb≥700MPa,屈服强度σs≥450MPa,伸长率δ ≥25%。④用户技术规范要求铁素体含量为35%～55%
　　（2）熔炼方式 ①炉料化学成分内控标准为：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中频感应电炉粗炼钢液转入AOD氩氧脱碳炉精练。用SPECTRD型光谱仪；检测控制钢液化学成分,主要控制Cr、Ni、N的含量符合内控标准。
　　（3）热处理方式 采用固溶热处理,（1100±10）℃保温入水,水温≤40℃，快冷,冷却时间≥15min。
　　（4）产成品理化检测结果 化学成分为：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% 。
　　铁素体含量：用ASTM 2007 A800/A800M 奥氏体合金铸钢件中铁素体含量的估算曲线,根据成品铸件化学成分,按照下列公式进行计算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
　　经计算，CrE/ NiE的值为1.67，在ASTM 2007 A800/A800M 奥氏体合金铸钢件中铁素体含量的估算曲线图上找出对应的铁素体含量约为44.5%。符合双相不锈钢的要求。
　　用DIVERSE MF300F﹢型铁素体含量检测仪对该配方铸件试样进行检测，铁素体含量是46.4%,两者均符合要求。
　　力学性能为：抗拉强度σb＝735 MPa,屈服强度σs＝469MPa,伸长率δ＝32%。
　　试样金相组织奥氏体与铁素体的分布如图2所示。
　　通过采用上述内控标准炉料化学成分配方进行熔炼,热处理后的成品铸件,经理化性能检测验证均符合ASTM A351/A351M—2010标准中CD3MWCuN及客户采购技术规范各项要求，说明该炉料配方制造成本低,具有一定的科学性。
　　3. Cr-Ni-Mo-Cu系不锈钢
　　针对Cr-Ni-Mo-Cu系不锈钢可选用RCC-M MC1290铁素体含量测定中的Schaeffler方法得到材料的铁素体含量, 适用于核级奥氏体-铁素体复相不锈钢熔炼时的控制方法。
　　（1）主要技术要求 ①选用材料为RCC-M M3402 2010，牌号为Z3CND19-10M。②标准规定化学成分：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标准规定铁素体含量为12%～25%（理想含量为15%～20%）。④标准规定力学性能：抗拉强度Rm≥480MPa,屈服强度Rp0.2≥210MPa, 伸长率A(5d) ≥35%，冲击吸收能量AKV≥80J。
　　（2）熔炼方式 ①炉料化学成分内控标准为：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中频感应电炉粗炼钢液转入AOD氩氧脱碳炉精练。用SPECTRD型光谱仪；检测控制钢液化学成分,主要控制Cr、Ni含量符合内控标准。
　　（3）热处理方式 采用固溶热处理,（1080±10）℃保温入水,水温≤40℃，快冷,冷却时间≥0.5h。
　　（4）产成品理化检测结果 化学成分为：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%。
　　根据成品铸件化学成分，使用Schaeffler方法确定铬、镍当量,计算得到铁素体含量公式为：
　　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,使用下列两个方程式,计算出SCHAEFFLER的铁素体含量：
　　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%
　　铁素体含量为17.3%，正好介于理想含量为15%～20%之间,因此确定的该炉料配方是可行的。
　　需注意的是，此计算法只对于铁素体含量在10%～25%范围内有效。
　　用DIVERSE MF300F﹢型铁素体含量检测仪对该配方铸件试样进行检测，铁素体含量是17.7%,两者均符合要求。
　　力学性能为：抗拉强度Rm＝548MPa,屈服强度Rp0.2＝344MPa,伸长率A(5d)＝48%，冲击吸收能量AKV＝163J。
　　试样金相组织奥氏体与铁素体的分布比例详见图3照片。
　　采用上述内控标准炉料化学成分配方, 进行熔炼、热处理后制造的核岛机械设备1级、2级、3级奥氏体-铁素体不锈钢铸件,经理化性能检测验证均符合RCC-M M3402 2010标准 中牌号为Z3CND19-10M的要求。能有效地控制铁素体含量达到理想的范围,充分说明该炉料配方能保证核级铸钢件“安全第一、质量第一”的要求。
　　四、验证效果
　　（1）通过计算方法得到的奥氏体-铁素体不锈钢铸件中的铁素体含量值，与经先进的铁素体含量检测仪测定的铁素体含量值虽然有误差，但比较接近，证明相应的计算方法是有效可行的。
　　（2）通过计算方法得到的奥氏体-铁素体不锈钢铸件中的奥氏体、铁素体体积含量比例，与金相组织中奥氏体与铁素体的分布比例是基本吻合的。
　　（3）按奥氏体-铁素体不锈钢铸件铁素体含量规定值，根据相应的计算方法，采用合理的炉料配方，是完全可以实现控制奥氏体-铁素体不锈钢铸件中的铁素体含量，达到理想值范围。
　　（4）在 遵循“质量第一”宗旨的同时，保证化学成分、力学性能的前提下，贵重金属元素Cr、Ni、Mo的加入量接近相应标准的下限,实现铁素体含量在规定值的中间范围，以降低生产成本,可取得较好的效果。