1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢是目前应用最广泛的不锈钢之一,在连铸坯中存在着柱状晶异常长大、易产生凝固热裂纹等问题。这些问题的产生与其凝固过程密不可分。随着近终形连铸的发展,冷却速率不断提高,其凝固组织变得更加复杂,这不仅受化学成分和冷却条件的影响,而且与后续的固态相变密切相关。因此系统研究奥氏体不锈钢的凝固过程显得尤为必要。本研究首先采用体收缩测量装置及Gleeble 3800热模拟系统研究了1Cr18Ni9Ti钢的凝固体收缩及高温力学性能。发现提高冷却速率,增大了分散收缩产生的倾向,但对集中收缩影响不大。提高冷却速率可以提高1Cr18Ni9Ti钢1302～1305℃以上时的抗拉强度及热塑性,降低1302～1305℃以下的抗拉强度强度及热塑性。采用定向凝固技术研究了不同生长速率下1Cr18Ni9Ti钢的凝固行为。所有生长速度下,定向凝固开始时,均先进入FA凝固模式区域,即先析出铁素体然后析出奥氏体。低于50μm/s时初始过渡区存在着从FA到AF凝固模式的转变。当生长速率大于50μm/s时,不存在凝固模式的转变,一直维持FA凝固模式。以首个FA凝固模式区域的宽度定义初始过渡区的宽度,随着生长速率的增加初始过渡区变窄。计算显示随着生长速率的增大,固-液界面前沿溶质浓度达到一定程度所需要的距离越小,进而导致初始过渡区越窄。稳定生长时,先析出相及固-液界面形貌均随生长速率的提高而变化。平界面及胞晶界面时的先析出相为奥氏体相,树枝晶界面时先析出相为铁素体相。随着生长速率的增大,胞晶界面转变为树枝晶界面时产生了岛带状组织。这种岛带状组织的产生源自于铁素体在先析出奥氏体中的形核,并非固-液界面处的两相交替形核。100μm/s速率生长时出现了全等轴晶组织。生长速率继续增大,进入了超细树枝晶生长阶段。此时,奥氏体相在竞争生长中逐渐靠近先析出铁素体树枝晶生长的固-液界面,最终在1000μm/s时达到了两相共生生长的状态。采用数值计算的方法求得了非平衡凝固条件下1Cr18Ni9Ti钢各相以单相生长时的界面响应函数,并根据最高温度法则判断了不同生长速率下的相析出过程。结果显示,低生长速率条件下先析出奥氏体,高生长速率条件下先析出铁素体。计算了生长速率和温度梯度对固-液界面前沿的成分过冷度的影响,从理论上揭示了生长速率为100μm/s时出现全等轴晶组织的原因。认为本文试验条件下,固-液界面前沿相同的成分富集情况下,铁素体的过冷度一直大于奥氏体。铁素体的最大形核过冷度在50μm/s左右开始增大为正值,而在100μm/s时过冷度满足了铁素体的形核条件,铁素体开始形核。随着生长速率的继续增大,虽然铁素体的形核过冷度继续变大,但最大过冷度产生位置愈发靠近固-液界面,此时表现为生长过冷度。随着温度梯度的升高,最大成分过冷度稍有下降,同时成分过冷区宽度减小,因此提高温度梯度不利于固-液界面前沿形核。采用函数控速控温定向凝固晶体生长控制实验设备,对板坯连铸1Cr18Ni9Ti钢凝固过程进行了热物理模拟,研究了不同工艺参数对凝固组织的影响。研究表明,降低铸坯中心温度有利于得到较为细密的凝固组织。提高拉坯速度和凝固系数,均有利于细化凝固组织,减小一次枝晶臂间距,同时有利于促进FA和AF两种凝固模式的转变,这种转变减小了一次枝晶的长度。