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間(jian)腐蝕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
不銹鋼(gang)(gang)初期生產(chan)(chan),均采用(yong)坩堝法(fa)。產(chan)(chan)量有限,價格高昂。30年(nian)代,如1934年(nian)美國(guo)開始建(jian)立了以電(dian)(dian)(弧)爐(lu)為(wei)主(zhu)要生產(chan)(chan)手段的不銹鋼(gang)(gang)專(zhuan)業小(xiao)廠。40年(nian)代末(mo),在電(dian)(dian)(弧)爐(lu)上(shang)已普遍采用(yong)返回吹氧法(fa)冶煉工藝生產(chan)(chan)不銹鋼(gang)(gang)。直到60年(nian)代末(mo),它一直是(shi)生產(chan)(chan)不銹鋼(gang)(gang)的主(zhu)要方法(fa)。
我國于1951年開始在重慶特殊鋼廠用電弧爐冶煉不銹鋼(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(lian)
1968年,原(yuan)聯(lian)邦德國(guo)發(fa)(fa)明真(zhen)空吹(chui)氧(yang)精(jing)煉(lian)(lian)法(fa)(fa)(fa)(VOD即(ji) Vacuum-Oxygen Decarburization);美(mei)國(guo)發(fa)(fa)明并(bing)建(jian)成世界上第一座氬氧(yang)脫(tuo)碳(tan)精(jing)煉(lian)(lian)爐(lu)(lu)(lu)(AOD即(ji) Argon-Oxygen Decarburization)。它(ta)(ta)把電爐(lu)(lu)(lu)變(bian)(bian)成只是(shi)(shi)熔煉(lian)(lian)的(de)裝置(zhi),而將(jiang)精(jing)煉(lian)(lian)轉(zhuan)移到其(qi)(qi)它(ta)(ta)容(rong)器(qi)中(zhong)進行,故(gu)稱(cheng)爐(lu)(lu)(lu)外精(jing)煉(lian)(lian)技(ji)術(shu)。這種方(fang)法(fa)(fa)(fa)具有一系列優(you)點,使不(bu)銹鋼(gang)(gang)冶(ye)煉(lian)(lian)工藝取得重大突破。冶(ye)煉(lian)(lian)超(chao)低碳(tan)鋼(gang)(gang)變(bian)(bian)得容(rong)易,鋼(gang)(gang)的(de)純凈度(du)提高(典型(xing)碳(tan)含(han)量為0.05%C,最(zui)低值(zhi)可達0.01~0.02%C)。同時成本(ben)大幅度(du)下降。70年代以(yi)來,各種爐(lu)(lu)(lu)外精(jing)煉(lian)(lian)技(ji)術(shu)獲(huo)得迅(xun)速發(fa)(fa)展。尤其(qi)(qi)是(shi)(shi)AOD法(fa)(fa)(fa),已(yi)成為國(guo)外精(jing)煉(lian)(lian)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)主要方(fang)法(fa)(fa)(fa)。美(mei)國(guo)95%以(yi)上的(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang)均采用AOD爐(lu)(lu)(lu)精(jing)煉(lian)(lian)。
我國于1973年在(zai)太原鋼(gang)(gang)廠(chang)(chang)(chang)(chang)開展了(le)氬(ya)氧精(jing)煉(lian)新(xin)工(gong)(gong)藝的(de)試驗(yan)研究。1976年5月我國第一座(6噸(dun))AOD爐(lu)投產(chan)(chan)。1983年9月又投產(chan)(chan)一座18噸(dun)AOD爐(lu)。1977年在(zai)大連鋼(gang)(gang)廠(chang)(chang)(chang)(chang)研制成功VOD爐(lu)外(wai)精(jing)爐(lu)裝置及(ji)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)超低(di)碳鋼(gang)(gang)種(zhong)的(de)工(gong)(gong)藝。此外(wai),各地先(xian)后(hou)建成了(le)容量(liang)(liang)不(bu)(bu)(bu)同(tong)、功能(neng)有(you)(you)別的(de)二次精(jing)煉(lian)爐(lu)。其中(zhong)包(bao)括能(neng)進行電弧(hu)加熱(re)、電磁(ci)攪拌(ban)、吹氬(ya)及(ji)成分微(wei)調的(de)鋼(gang)(gang)包(bao)爐(lu)(LF),真(zhen)空(kong)吹氧精(jing)煉(lian)爐(lu)(VOD),真(zhen)空(kong)電弧(hu)加熱(re)、合金加料、吹氧的(de)真(zhen)空(kong)鋼(gang)(gang)包(bao)爐(lu)(VOD/VHD)等。在(zai)撫(fu)順(shun)鋼(gang)(gang)廠(chang)(chang)(chang)(chang),利用(yong)1979年從西德引(yin)進的(de)30/60噸(dun)VOD/VHD爐(lu),于1982年生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)了(le)超低(di)碳氮(C+N≤0.030%)鐵(tie)素(su)體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)等。目前我國已有(you)(you)VOD、AOD等爐(lu)外(wai)精(jing)煉(lian)爐(lu)25座以(yi)(yi)上(容量(liang)(liang)15~150t)。其中(zhong)以(yi)(yi)冶煉(lian)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)為主的(de)有(you)(you)15座。不(bu)(bu)(bu)僅特殊鋼(gang)(gang)廠(chang)(chang)(chang)(chang),有(you)(you)的(de)機械廠(chang)(chang)(chang)(chang)也已采用(yong)這種(zhong)裝備。其它中(zhong)、小型爐(lu)還有(you)(you)許多(duo)座。我國生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)的(de)低(di)碳超低(di)碳不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)內在(zai)質量(liang)(liang)已不(bu)(bu)(bu)低(di)于國外(wai)同(tong)類鋼(gang)(gang)種(zhong)水平。
3. 特(te)種冶(ye)煉
對(dui)于(yu)要求更高質量和(he)(he)特(te)(te)殊性能(neng)的(de)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)和(he)(he)耐(nai)蝕合金(jin)等(deng),則采用(yong)特(te)(te)種真空(kong)(kong)熔(rong)(rong)煉和(he)(he)重(zhong)熔(rong)(rong)工藝來(lai)生(sheng)產(chan)。其中包括真空(kong)(kong)感(gan)(gan)(gan)應爐(lu)(lu)(lu)、真空(kong)(kong)電(dian)弧爐(lu)(lu)(lu)及電(dian)渣(zha)(zha)(zha)重(zhong)熔(rong)(rong)、電(dian)子(zi)束和(he)(he)等(deng)離(li)子(zi)爐(lu)(lu)(lu)等(deng)。西方工業(ye)發達國(guo)(guo)家為生(sheng)產(chan)特(te)(te)別重(zhong)要用(yong)途的(de)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)和(he)(he)合金(jin),增(zeng)加了(le)感(gan)(gan)(gan)應爐(lu)(lu)(lu)等(deng)特(te)(te)種熔(rong)(rong)煉設備。而且日(ri)益更多(duo)地采用(yong)電(dian)渣(zha)(zha)(zha)重(zhong)熔(rong)(rong)工藝,以提(ti)高質量和(he)(he)成材(cai)(cai)率。我國(guo)(guo)自(zi)1958年(nian)(nian)在(zai)東北等(deng)地開始建立(li)特(te)(te)種熔(rong)(rong)煉車間以來(lai),至(zhi)1980年(nian)(nian)在(zai)上海(hai)建成世界最(zui)大的(de)250t電(dian)渣(zha)(zha)(zha)爐(lu)(lu)(lu),曾(ceng)為我國(guo)(guo)尖(jian)端工業(ye)和(he)(he)特(te)(te)種材(cai)(cai)料(liao)的(de)發展作出了(le)重(zhong)大貢獻。隨著國(guo)(guo)民經濟各(ge)部(bu)門對(dui)關(guan)鍵(jian)材(cai)(cai)料(liao)和(he)(he)高質量不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)需求日(ri)益增(zeng)加,這(zhe)些方法仍是必不(bu)(bu)(bu)可少的(de)重(zhong)要生(sheng)產(chan)手段。美國(guo)(guo)于(yu)1969年(nian)(nian)采用(yong)真空(kong)(kong)感(gan)(gan)(gan)應爐(lu)(lu)(lu)與(yu)電(dian)子(zi)束爐(lu)(lu)(lu)聯(lian)合精煉法,生(sheng)產(chan)出EB26-1高純鐵素體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(實(shi)(shi)際達到含C:0.002%;含N:0.008%)。我國(guo)(guo)首(shou)(shou)次試(shi)制生(sheng)產(chan)該鋼(gang)是在(zai)1975年(nian)(nian),在(zai)長城(cheng)鋼(gang)廠,采用(yong)真空(kong)(kong)感(gan)(gan)(gan)應爐(lu)(lu)(lu)與(yu)電(dian)子(zi)束爐(lu)(lu)(lu)雙聯(lian)工藝,也達到了(le)C+N≤100ppm的(de)相同(tong)水平。我國(guo)(guo)首(shou)(shou)次試(shi)制生(sheng)產(chan)高純奧氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)是在(zai)1981年(nian)(nian),在(zai)撫順鋼(gang)廠,采用(yong)真空(kong)(kong)感(gan)(gan)(gan)應爐(lu)(lu)(lu)冶煉(其C、Si、P等(deng)含量均達到高純不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)內控(kong)指標)。這(zhe)些實(shi)(shi)例說明,對(dui)于(yu)用(yong)量不(bu)(bu)(bu)很大的(de)特(te)(te)殊要求的(de)關(guan)鍵(jian)材(cai)(cai)料(liao)或新(xin)型材(cai)(cai)料(liao),我國(guo)(guo)特(te)(te)種熔(rong)(rong)煉設備和(he)(he)技術已(yi)具有一定的(de)生(sheng)產(chan)實(shi)(shi)力(li)(li)。我國(guo)(guo)已(yi)是世界上工業(ye)電(dian)渣(zha)(zha)(zha)爐(lu)(lu)(lu)年(nian)(nian)產(chan)能(neng)力(li)(li)較大的(de)國(guo)(guo)家之一。

