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(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼初期生(sheng)產(chan),均采用坩堝法。產(chan)量有限,價格高昂。30年代,如1934年美國開始建立(li)了以電(dian)(弧)爐為主要生(sheng)產(chan)手(shou)段的不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼專(zhuan)業小廠(chang)。40年代末(mo)(mo),在電(dian)(弧)爐上已普遍采用返回(hui)吹氧法冶(ye)煉(lian)工(gong)藝生(sheng)產(chan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼。直到60年代末(mo)(mo),它一直是(shi)生(sheng)產(chan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的主要方法。
我國于1951年開始在重慶特殊鋼廠用電弧爐冶煉不(bu)銹鋼。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,原(yuan)聯(lian)邦(bang)德(de)國發(fa)明真(zhen)空吹(chui)氧精煉(lian)法(fa)(VOD即 Vacuum-Oxygen Decarburization);美國發(fa)明并建成世界上第一座氬氧脫碳精煉(lian)爐(lu)(lu)(AOD即 Argon-Oxygen Decarburization)。它把(ba)電爐(lu)(lu)變(bian)成只(zhi)是(shi)熔煉(lian)的裝(zhuang)置,而將精煉(lian)轉移(yi)到其它容器中進行,故稱爐(lu)(lu)外(wai)精煉(lian)技術(shu)。這種方法(fa)具有一系(xi)列優點,使不(bu)銹(xiu)鋼冶煉(lian)工藝取得重大(da)突(tu)破(po)。冶煉(lian)超低碳鋼變(bian)得容易,鋼的純凈度提高(gao)(典型碳含量為0.05%C,最低值可達(da)0.01~0.02%C)。同時成本大(da)幅度下降。70年代以來,各種爐(lu)(lu)外(wai)精煉(lian)技術(shu)獲得迅(xun)速發(fa)展。尤其是(shi)AOD法(fa),已成為國外(wai)精煉(lian)不(bu)銹(xiu)鋼的主(zhu)要方法(fa)。美國95%以上的不(bu)銹(xiu)鋼均采(cai)用AOD爐(lu)(lu)精煉(lian)。
我(wo)國于1973年(nian)在(zai)太原鋼(gang)(gang)廠(chang)(chang)開展(zhan)了(le)(le)氬氧(yang)精(jing)煉(lian)(lian)(lian)新工藝的(de)(de)(de)(de)試(shi)驗研究。1976年(nian)5月(yue)我(wo)國第一座(zuo)(6噸(dun))AOD爐(lu)(lu)投產(chan)。1983年(nian)9月(yue)又投產(chan)一座(zuo)18噸(dun)AOD爐(lu)(lu)。1977年(nian)在(zai)大連(lian)鋼(gang)(gang)廠(chang)(chang)研制成(cheng)功(gong)VOD爐(lu)(lu)外(wai)(wai)精(jing)爐(lu)(lu)裝置及生(sheng)產(chan)超低(di)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)種(zhong)的(de)(de)(de)(de)工藝。此外(wai)(wai),各地先后建成(cheng)了(le)(le)容量不(bu)同、功(gong)能(neng)有(you)別的(de)(de)(de)(de)二(er)次精(jing)煉(lian)(lian)(lian)爐(lu)(lu)。其中(zhong)包(bao)括能(neng)進(jin)(jin)行電弧加(jia)熱(re)、電磁攪(jiao)拌、吹(chui)氬及成(cheng)分微調的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)包(bao)爐(lu)(lu)(LF),真(zhen)空(kong)吹(chui)氧(yang)精(jing)煉(lian)(lian)(lian)爐(lu)(lu)(VOD),真(zhen)空(kong)電弧加(jia)熱(re)、合金加(jia)料、吹(chui)氧(yang)的(de)(de)(de)(de)真(zhen)空(kong)鋼(gang)(gang)包(bao)爐(lu)(lu)(VOD/VHD)等。在(zai)撫順(shun)鋼(gang)(gang)廠(chang)(chang),利用1979年(nian)從西德(de)引進(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)30/60噸(dun)VOD/VHD爐(lu)(lu),于1982年(nian)生(sheng)產(chan)了(le)(le)超低(di)碳(tan)(tan)氮(dan)(C+N≤0.030%)鐵素體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)等。目前我(wo)國已有(you)VOD、AOD等爐(lu)(lu)外(wai)(wai)精(jing)煉(lian)(lian)(lian)爐(lu)(lu)25座(zuo)以上(shang)(容量15~150t)。其中(zhong)以冶煉(lian)(lian)(lian)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)為(wei)主的(de)(de)(de)(de)有(you)15座(zuo)。不(bu)僅(jin)特殊鋼(gang)(gang)廠(chang)(chang),有(you)的(de)(de)(de)(de)機械廠(chang)(chang)也已采用這種(zhong)裝備。其它中(zhong)、小型爐(lu)(lu)還有(you)許多(duo)座(zuo)。我(wo)國生(sheng)產(chan)的(de)(de)(de)(de)低(di)碳(tan)(tan)超低(di)碳(tan)(tan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)內在(zai)質(zhi)量已不(bu)低(di)于國外(wai)(wai)同類鋼(gang)(gang)種(zhong)水平。
3. 特(te)種冶煉(lian)
對(dui)于要求更高(gao)質量(liang)和(he)特(te)殊性能的(de)(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)和(he)耐蝕合金(jin)等,則(ze)采用(yong)特(te)種(zhong)真空熔(rong)(rong)(rong)煉(lian)(lian)(lian)和(he)重(zhong)(zhong)熔(rong)(rong)(rong)工(gong)(gong)藝來生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)。其(qi)中(zhong)包括真空感(gan)(gan)應(ying)爐(lu)(lu)(lu)、真空電(dian)(dian)弧(hu)爐(lu)(lu)(lu)及電(dian)(dian)渣重(zhong)(zhong)熔(rong)(rong)(rong)、電(dian)(dian)子(zi)束和(he)等離子(zi)爐(lu)(lu)(lu)等。西方工(gong)(gong)業(ye)發(fa)達國(guo)(guo)家為(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)特(te)別(bie)重(zhong)(zhong)要用(yong)途的(de)(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)和(he)合金(jin),增加了感(gan)(gan)應(ying)爐(lu)(lu)(lu)等特(te)種(zhong)熔(rong)(rong)(rong)煉(lian)(lian)(lian)設備(bei)。而且日(ri)益更多地(di)采用(yong)電(dian)(dian)渣重(zhong)(zhong)熔(rong)(rong)(rong)工(gong)(gong)藝,以提高(gao)質量(liang)和(he)成(cheng)(cheng)材(cai)率。我(wo)國(guo)(guo)自(zi)1958年(nian)在(zai)東北(bei)等地(di)開始建(jian)立特(te)種(zhong)熔(rong)(rong)(rong)煉(lian)(lian)(lian)車(che)間(jian)以來,至1980年(nian)在(zai)上(shang)海建(jian)成(cheng)(cheng)世界最(zui)大(da)(da)(da)(da)的(de)(de)250t電(dian)(dian)渣爐(lu)(lu)(lu),曾(ceng)為(wei)我(wo)國(guo)(guo)尖端工(gong)(gong)業(ye)和(he)特(te)種(zhong)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)發(fa)展作(zuo)出了重(zhong)(zhong)大(da)(da)(da)(da)貢(gong)獻。隨著國(guo)(guo)民經濟各部(bu)門對(dui)關(guan)鍵材(cai)料(liao)(liao)和(he)高(gao)質量(liang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)需求日(ri)益增加,這些方法仍是(shi)必不(bu)可少的(de)(de)重(zhong)(zhong)要生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)手段。美國(guo)(guo)于1969年(nian)采用(yong)真空感(gan)(gan)應(ying)爐(lu)(lu)(lu)與電(dian)(dian)子(zi)束爐(lu)(lu)(lu)聯合精煉(lian)(lian)(lian)法,生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)出EB26-1高(gao)純鐵素體不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(實(shi)際達到含C:0.002%;含N:0.008%)。我(wo)國(guo)(guo)首(shou)次試制(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)該鋼(gang)(gang)是(shi)在(zai)1975年(nian),在(zai)長(chang)城(cheng)鋼(gang)(gang)廠(chang),采用(yong)真空感(gan)(gan)應(ying)爐(lu)(lu)(lu)與電(dian)(dian)子(zi)束爐(lu)(lu)(lu)雙聯工(gong)(gong)藝,也達到了C+N≤100ppm的(de)(de)相同水平。我(wo)國(guo)(guo)首(shou)次試制(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)高(gao)純奧氏體不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)是(shi)在(zai)1981年(nian),在(zai)撫順鋼(gang)(gang)廠(chang),采用(yong)真空感(gan)(gan)應(ying)爐(lu)(lu)(lu)冶煉(lian)(lian)(lian)(其(qi)C、Si、P等含量(liang)均達到高(gao)純不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)內控指(zhi)標)。這些實(shi)例說明,對(dui)于用(yong)量(liang)不(bu)很大(da)(da)(da)(da)的(de)(de)特(te)殊要求的(de)(de)關(guan)鍵材(cai)料(liao)(liao)或新型材(cai)料(liao)(liao),我(wo)國(guo)(guo)特(te)種(zhong)熔(rong)(rong)(rong)煉(lian)(lian)(lian)設備(bei)和(he)技術已(yi)具(ju)有一定的(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)實(shi)力。我(wo)國(guo)(guo)已(yi)是(shi)世界上(shang)工(gong)(gong)業(ye)電(dian)(dian)渣爐(lu)(lu)(lu)年(nian)產(chan)能力較(jiao)大(da)(da)(da)(da)的(de)(de)國(guo)(guo)家之一。