镍基耐蚀合金以其优异的耐高温和耐腐蚀性能广泛地应用于航空航天、石油化工和核能等领域。但是,采用传统的模铸生产工艺制备镍基耐蚀合金存在高能耗、低成材率和铸坯缺陷等缺点。日本企业率先实现了 Incoloy800H和Incoloy825镍基耐蚀合金的连铸生产,显著提高了合金成材率,大幅度降低了生产成本,已成为当今国际制备镍基耐蚀合金的前沿技术。目前,我国仅有个别企业建有Incoloy800H合金连铸机,而且制备的Incoloy800H合金连铸坯存在表面凹陷、深振痕、内部晶粒粗大、元素偏析严重和裂纹等缺陷。而且目前还不能够实现Incoloy825合金连铸生产。本论文针对我国镍基耐蚀合金连铸生产技术的现状和存在的问题,开展了镍基耐蚀合金电磁连铸技术的研究。本文首先以Incoloy825镍基耐蚀合金为研究对象,采用自行设计制作的单侧水冷电磁搅拌凝固装置模拟连铸凝固过程,研究了线性电磁搅拌下Incoloy825合金的凝固行为。实验结果表明,电磁搅拌可以有效改善Incoloy825合金铸坯凝固组织,提高等轴晶比率并细化晶粒。当电流增加至300 A时,等轴晶比率由无电磁搅拌的16.7%增加至77.5%,晶粒尺寸由5.8 mm减小至0.21 mm。采用枝晶腐蚀方法分析了镍基耐蚀合金凝固时的枝晶演变过程,研究了电磁搅拌促进柱状晶转变为等轴晶和细化晶粒的机理,并基于Campanella的枝晶游离的理论,建立了线性电磁搅拌作用下Incoloy825合金的枝晶破碎-游离准则。实验结果还表明,施加电磁搅拌可以减轻Incoloy825合金元素的枝晶偏析,减少大尺寸夹杂物TiN的数量,并提高了铸态Incoloy825合金的力学性能。本文在实验室采用立式电磁连铸工艺成功制备出截面为225X 100 mm的Incoloy800H镍基耐蚀合金连铸矩形坯,研究了电磁搅拌对Incoloy800H合金矩形坯内部质量的影响。结果表明,施加电磁搅拌消除了 Incoloy800H合金矩形坯内的穿晶组织,扩大了等轴晶区,使等轴晶比率由常规连铸条件下的2%增加至34.61%,晶粒尺寸由8.8 mm细化至1.64 mm。但是,由于Incoloy800H合金具有较差的高温塑性和较宽的脆性温度区间,在连铸过程中的强冷条件下,矩形坯表面存在较深的表面振痕、凹陷和表面裂纹等缺陷,严重影响铸坯的表面质量。本文针对连铸工艺制备的镍基耐蚀合金铸坯存在的表面缺陷和内部缺陷等问题,首次提出镍基耐蚀合金复合电磁连铸制备方法,即在切缝式结晶器施加高频电磁场,同时在二冷区施加低频电磁搅拌,利用高频电磁场抑制铸坯表面振痕的形成并消除表面凹陷、表面裂纹等缺陷,同时通过电磁搅拌改善铸坯内部质量。并在实验室成功制备出截面为100× 100 mm的内外质量优异的Incoloy800H镍基耐蚀合金连铸方坯。本文基于镍基耐蚀合金复合电磁连铸实验结果,研究了复合电磁连铸改善Incoloy800H合金方坯表面质量和内部质量的影响机理。结果表明,施加高频电磁场产生指向结晶器中心的电磁压力,使铸坯弯月面曲率半径增大,拓宽保护渣通道,促进了结晶器壁与铸坯间的润滑,同时抵消部分合金液静压力,减小了摩擦阻力和保护渣通道内的正负压力,从而抑制了铸坯表面振痕的形成。另一方面,高频电磁场产生的焦耳热使合金液表面温度上升,促使初始凝固坯壳缓慢均匀地冷却,导致合金液初始凝固点下移,提高了铸坯初始凝固过程的稳定性,从而抑制了铸坯表面振痕的形成。在高频电磁场的力效应和热效应共同作用下,不仅显著减轻铸坯表面振痕,同时还消除了铸坯凹陷和表面裂纹。当高频电磁场电源功率为66 kW,磁场频率为20 kHz时,得到表面光洁无缺陷的连铸坯,且表面振痕由常规连铸条件下的0.75 mm减小至0.18 mm;当电源功率增加至100 kW时,过高的电源功率使结晶器切缝处和相邻分瓣体处所受电磁压力不同,导致两个相邻分瓣体之间的初始凝固点呈波浪状分布,从而形成了较深的波浪状振痕,使表面振痕深度由0.18 mm增加至0.32 mm。在Incoloy800H合金方坯复合电磁连铸过程中,施加电磁搅拌不仅提高了铸坯内等轴晶比率,使其增加至41.45%,并使晶粒组织由10.83 mm细化至1.28 mm,还减轻了元素的枝晶偏析,消除了中心疏松、缩孔和内部裂纹。同时,施加电磁搅拌对Incoloy800H合金凝固组织中的TiN分布产生显著影响,使铸坯内大尺寸TiN的数量由常规连铸坯中心处的3.71×10-4个/μm2减少至1.59×10-4个/μm2,且减少了 TiN在枝晶间的析出。在常规Incoloy800H合金连铸坯中的内部裂纹断口与主裂纹面上存在大量的大尺寸块状TiN、TiN团簇和条带状TiN夹杂物。分析表明三种TiN夹杂物在与基体交界面处产生应力集中而促进了裂纹的萌生和扩展,同时也会在应力作用下自身开裂而形成裂纹源。而且部分TiN团簇聚集于枝晶间,阻塞了液态金属的补缩通道,导致TiN团簇区域形成缩孔或裂纹。施加电磁搅拌以后,使铸坯内大尺寸TiN数量、枝晶间的TiN和TiN团簇明显减少,降低了裂纹萌生的机率。与此同时,施加电磁搅拌使得合金液内温度分布趋于均匀,细化了晶粒组织,并促进了凝固组织和合金元素的均质化,减小了铸坯内的热应力,有助于消除Incoloy800H合金连铸坯中的内部裂纹。