不銹鋼的冶煉及其純度同耐腐蝕等性能有極大關系。早在不銹鋼發展初期,因碳含量高造成的晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)問題幾乎阻礙了其發展。不銹鋼冶煉工藝的變革與進步,所起的一個重要作用是降低鋼中碳含量,它既使煉鋼工藝變得容易控制,又使產品成本下降。
1. 電爐冶煉
不銹(xiu)鋼(gang)初(chu)期(qi)生產,均采用(yong)坩堝法。產量有限(xian),價格高昂。30年(nian)代(dai),如1934年(nian)美國開始(shi)建立了以電(dian)(弧(hu))爐為主要生產手(shou)段的不銹(xiu)鋼(gang)專業小廠(chang)。40年(nian)代(dai)末(mo),在電(dian)(弧(hu))爐上已(yi)普(pu)遍采用(yong)返回吹氧法冶煉工藝(yi)生產不銹(xiu)鋼(gang)。直(zhi)到60年(nian)代(dai)末(mo),它(ta)一(yi)直(zhi)是生產不銹(xiu)鋼(gang)的主要方法。
我國于1951年開始在重慶特殊鋼廠用電弧爐冶煉不(bu)銹鋼(gang)。1956年在撫順鋼廠開發了返回料吹氧冶煉不銹鋼。這種方法可以利用廢不銹鋼,有利于生產低碳(≤0.08%C)不銹鋼。但是,生產超低碳(≤0.03%C)不銹鋼難度較大,鉻的回收率低,需要使用大量的低碳鉻鐵或金屬鉻,電耗高,效率低。1964年3月,在重慶特殊鋼廠用三聯熱裝法和冷裝氧化法煉出我國第一批超低碳不銹鋼。過去由于冶煉超低碳不銹鋼困難較大,成本高,只能或更多地是冶煉添加鈦、鈮的穩定化不銹鋼(如1Cr18Ni9Ti等),以改善晶間腐蝕性能。
2. 爐外精煉
1968年(nian),原聯邦德國(guo)(guo)發(fa)明(ming)真空(kong)吹氧精(jing)煉(lian)法(fa)(fa)(VOD即 Vacuum-Oxygen Decarburization);美國(guo)(guo)發(fa)明(ming)并建成(cheng)(cheng)世界上第一(yi)座氬氧脫(tuo)碳精(jing)煉(lian)爐(lu)(AOD即 Argon-Oxygen Decarburization)。它(ta)把電爐(lu)變成(cheng)(cheng)只是(shi)熔煉(lian)的(de)裝置,而將精(jing)煉(lian)轉移到其它(ta)容器中(zhong)進(jin)行,故(gu)稱爐(lu)外(wai)(wai)精(jing)煉(lian)技術(shu)。這種(zhong)方(fang)法(fa)(fa)具有一(yi)系列優點,使不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)冶(ye)煉(lian)工藝取得重大突(tu)破。冶(ye)煉(lian)超(chao)低碳鋼(gang)變得容易,鋼(gang)的(de)純凈(jing)度提高(典型碳含量為0.05%C,最低值可(ke)達0.01~0.02%C)。同時成(cheng)(cheng)本大幅度下降。70年(nian)代以來,各種(zhong)爐(lu)外(wai)(wai)精(jing)煉(lian)技術(shu)獲(huo)得迅速發(fa)展。尤其是(shi)AOD法(fa)(fa),已成(cheng)(cheng)為國(guo)(guo)外(wai)(wai)精(jing)煉(lian)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)主(zhu)要方(fang)法(fa)(fa)。美國(guo)(guo)95%以上的(de)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)均采用AOD爐(lu)精(jing)煉(lian)。
我(wo)(wo)國(guo)于(yu)1973年(nian)(nian)(nian)在太原(yuan)鋼(gang)廠開展(zhan)了氬氧(yang)精(jing)(jing)煉(lian)新(xin)工藝(yi)的(de)試驗研(yan)究。1976年(nian)(nian)(nian)5月(yue)我(wo)(wo)國(guo)第(di)一(yi)座(zuo)(zuo)(6噸)AOD爐(lu)(lu)投產。1983年(nian)(nian)(nian)9月(yue)又投產一(yi)座(zuo)(zuo)18噸AOD爐(lu)(lu)。1977年(nian)(nian)(nian)在大連鋼(gang)廠研(yan)制成(cheng)功VOD爐(lu)(lu)外(wai)(wai)精(jing)(jing)爐(lu)(lu)裝置(zhi)及生(sheng)(sheng)產超(chao)(chao)低(di)碳鋼(gang)種(zhong)的(de)工藝(yi)。此外(wai)(wai),各地先后建成(cheng)了容量不同(tong)、功能(neng)有(you)別的(de)二(er)次精(jing)(jing)煉(lian)爐(lu)(lu)。其(qi)中(zhong)包括能(neng)進行電(dian)弧加熱(re)、電(dian)磁(ci)攪拌、吹氬及成(cheng)分微調(diao)的(de)鋼(gang)包爐(lu)(lu)(LF),真(zhen)(zhen)空吹氧(yang)精(jing)(jing)煉(lian)爐(lu)(lu)(VOD),真(zhen)(zhen)空電(dian)弧加熱(re)、合金加料、吹氧(yang)的(de)真(zhen)(zhen)空鋼(gang)包爐(lu)(lu)(VOD/VHD)等(deng)(deng)。在撫順(shun)鋼(gang)廠,利(li)用1979年(nian)(nian)(nian)從西德引(yin)進的(de)30/60噸VOD/VHD爐(lu)(lu),于(yu)1982年(nian)(nian)(nian)生(sheng)(sheng)產了超(chao)(chao)低(di)碳氮(C+N≤0.030%)鐵(tie)素體不銹(xiu)鋼(gang)等(deng)(deng)。目前我(wo)(wo)國(guo)已有(you)VOD、AOD等(deng)(deng)爐(lu)(lu)外(wai)(wai)精(jing)(jing)煉(lian)爐(lu)(lu)25座(zuo)(zuo)以(yi)上(容量15~150t)。其(qi)中(zhong)以(yi)冶(ye)煉(lian)不銹(xiu)鋼(gang)為主(zhu)的(de)有(you)15座(zuo)(zuo)。不僅特殊鋼(gang)廠,有(you)的(de)機械(xie)廠也已采(cai)用這種(zhong)裝備。其(qi)它中(zhong)、小型爐(lu)(lu)還有(you)許多座(zuo)(zuo)。我(wo)(wo)國(guo)生(sheng)(sheng)產的(de)低(di)碳超(chao)(chao)低(di)碳不銹(xiu)鋼(gang)內在質量已不低(di)于(yu)國(guo)外(wai)(wai)同(tong)類鋼(gang)種(zhong)水平。
3. 特種冶煉
對于(yu)要求(qiu)(qiu)更(geng)高質量和(he)(he)(he)特殊(shu)(shu)性能(neng)的(de)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)和(he)(he)(he)耐蝕合金等(deng),則采(cai)用(yong)特種(zhong)真(zhen)(zhen)(zhen)空熔(rong)(rong)(rong)(rong)煉(lian)(lian)和(he)(he)(he)重(zhong)(zhong)熔(rong)(rong)(rong)(rong)工(gong)(gong)藝(yi)來生(sheng)(sheng)產(chan)。其中包括真(zhen)(zhen)(zhen)空感應爐(lu)(lu)(lu)(lu)、真(zhen)(zhen)(zhen)空電(dian)(dian)弧爐(lu)(lu)(lu)(lu)及電(dian)(dian)渣(zha)重(zhong)(zhong)熔(rong)(rong)(rong)(rong)、電(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)和(he)(he)(he)等(deng)離子(zi)(zi)爐(lu)(lu)(lu)(lu)等(deng)。西方工(gong)(gong)業發(fa)達(da)國(guo)(guo)家為生(sheng)(sheng)產(chan)特別重(zhong)(zhong)要用(yong)途的(de)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)和(he)(he)(he)合金,增加(jia)了(le)(le)感應爐(lu)(lu)(lu)(lu)等(deng)特種(zhong)熔(rong)(rong)(rong)(rong)煉(lian)(lian)設備。而(er)且日益更(geng)多地(di)采(cai)用(yong)電(dian)(dian)渣(zha)重(zhong)(zhong)熔(rong)(rong)(rong)(rong)工(gong)(gong)藝(yi),以提高質量和(he)(he)(he)成材率(lv)。我國(guo)(guo)自1958年(nian)(nian)在(zai)(zai)東北等(deng)地(di)開始建立特種(zhong)熔(rong)(rong)(rong)(rong)煉(lian)(lian)車間以來,至1980年(nian)(nian)在(zai)(zai)上海建成世界(jie)最大(da)(da)的(de)250t電(dian)(dian)渣(zha)爐(lu)(lu)(lu)(lu),曾(ceng)為我國(guo)(guo)尖端工(gong)(gong)業和(he)(he)(he)特種(zhong)材料(liao)的(de)發(fa)展作出了(le)(le)重(zhong)(zhong)大(da)(da)貢(gong)獻。隨著(zhu)國(guo)(guo)民經濟各部門(men)對關(guan)(guan)鍵材料(liao)和(he)(he)(he)高質量不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)需求(qiu)(qiu)日益增加(jia),這些(xie)方法(fa)仍是(shi)(shi)必(bi)不(bu)(bu)可少的(de)重(zhong)(zhong)要生(sheng)(sheng)產(chan)手段(duan)。美國(guo)(guo)于(yu)1969年(nian)(nian)采(cai)用(yong)真(zhen)(zhen)(zhen)空感應爐(lu)(lu)(lu)(lu)與(yu)電(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)爐(lu)(lu)(lu)(lu)聯合精煉(lian)(lian)法(fa),生(sheng)(sheng)產(chan)出EB26-1高純(chun)鐵素體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(實際達(da)到(dao)含C:0.002%;含N:0.008%)。我國(guo)(guo)首次試制(zhi)(zhi)生(sheng)(sheng)產(chan)該(gai)鋼(gang)(gang)是(shi)(shi)在(zai)(zai)1975年(nian)(nian),在(zai)(zai)長城鋼(gang)(gang)廠(chang),采(cai)用(yong)真(zhen)(zhen)(zhen)空感應爐(lu)(lu)(lu)(lu)與(yu)電(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)爐(lu)(lu)(lu)(lu)雙聯工(gong)(gong)藝(yi),也達(da)到(dao)了(le)(le)C+N≤100ppm的(de)相同水平。我國(guo)(guo)首次試制(zhi)(zhi)生(sheng)(sheng)產(chan)高純(chun)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)是(shi)(shi)在(zai)(zai)1981年(nian)(nian),在(zai)(zai)撫順鋼(gang)(gang)廠(chang),采(cai)用(yong)真(zhen)(zhen)(zhen)空感應爐(lu)(lu)(lu)(lu)冶(ye)煉(lian)(lian)(其C、Si、P等(deng)含量均達(da)到(dao)高純(chun)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)內控指標)。這些(xie)實例說(shuo)明,對于(yu)用(yong)量不(bu)(bu)很大(da)(da)的(de)特殊(shu)(shu)要求(qiu)(qiu)的(de)關(guan)(guan)鍵材料(liao)或新型材料(liao),我國(guo)(guo)特種(zhong)熔(rong)(rong)(rong)(rong)煉(lian)(lian)設備和(he)(he)(he)技術已(yi)具(ju)有一定的(de)生(sheng)(sheng)產(chan)實力(li)。我國(guo)(guo)已(yi)是(shi)(shi)世界(jie)上工(gong)(gong)業電(dian)(dian)渣(zha)爐(lu)(lu)(lu)(lu)年(nian)(nian)產(chan)能(neng)力(li)較大(da)(da)的(de)國(guo)(guo)家之(zhi)一。

