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)銹(xiu)(xiu)鋼初(chu)期生(sheng)產(chan),均(jun)采(cai)用(yong)坩(gan)堝法。產(chan)量(liang)有限,價格高昂(ang)。30年代,如(ru)1934年美國開始建立了(le)以電(弧(hu))爐為(wei)主要生(sheng)產(chan)手段的(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼專業小廠。40年代末(mo),在(zai)電(弧(hu))爐上已普遍(bian)采(cai)用(yong)返回吹氧法冶煉工藝生(sheng)產(chan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼。直(zhi)到60年代末(mo),它(ta)一直(zhi)是生(sheng)產(chan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)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銹(xiu)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(nian),原聯(lian)邦德國發明(ming)真空吹氧(yang)(yang)精(jing)(jing)煉(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)法(fa)(VOD即 Vacuum-Oxygen Decarburization);美國發明(ming)并建成世界上第一座氬氧(yang)(yang)脫碳(tan)精(jing)(jing)煉(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)爐(AOD即 Argon-Oxygen Decarburization)。它把(ba)電(dian)爐變成只是熔煉(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)的(de)(de)裝置,而將精(jing)(jing)煉(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)轉移(yi)到其(qi)它容器中(zhong)進行(xing),故稱爐外精(jing)(jing)煉(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)技術(shu)(shu)。這種(zhong)方(fang)法(fa)具有一系列(lie)優點,使不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼冶(ye)(ye)煉(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)工藝取(qu)得(de)(de)重大突破。冶(ye)(ye)煉(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)超低碳(tan)鋼變得(de)(de)容易,鋼的(de)(de)純凈度提高(典(dian)型碳(tan)含(han)量為(wei)0.05%C,最(zui)低值可達0.01~0.02%C)。同時成本大幅(fu)度下降。70年(nian)代以來(lai),各種(zhong)爐外精(jing)(jing)煉(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)技術(shu)(shu)獲得(de)(de)迅速發展。尤其(qi)是AOD法(fa),已成為(wei)國外精(jing)(jing)煉(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)主要方(fang)法(fa)。美國95%以上的(de)(de)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼均(jun)采用(yong)AOD爐精(jing)(jing)煉(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)。
我(wo)國(guo)于1973年在太原鋼(gang)(gang)(gang)廠(chang)開展了(le)氬氧精(jing)煉(lian)(lian)新工藝的(de)(de)(de)(de)(de)試驗研究(jiu)。1976年5月我(wo)國(guo)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年在大連鋼(gang)(gang)(gang)廠(chang)研制成(cheng)功(gong)VOD爐(lu)外(wai)(wai)精(jing)爐(lu)裝置及(ji)生產(chan)(chan)超(chao)低(di)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)工藝。此(ci)外(wai)(wai),各地先后建成(cheng)了(le)容量不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)、功(gong)能(neng)有(you)別的(de)(de)(de)(de)(de)二次精(jing)煉(lian)(lian)爐(lu)。其(qi)中(zhong)包(bao)括能(neng)進(jin)行(xing)電(dian)弧加熱、電(dian)磁攪拌、吹氬及(ji)成(cheng)分微調的(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)包(bao)爐(lu)(LF),真空吹氧精(jing)煉(lian)(lian)爐(lu)(VOD),真空電(dian)弧加熱、合(he)金(jin)加料、吹氧的(de)(de)(de)(de)(de)真空鋼(gang)(gang)(gang)包(bao)爐(lu)(VOD/VHD)等。在撫順鋼(gang)(gang)(gang)廠(chang),利(li)用(yong)1979年從西德引進(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)30/60噸(dun)VOD/VHD爐(lu),于1982年生產(chan)(chan)了(le)超(chao)低(di)碳(tan)氮(C+N≤0.030%)鐵(tie)素體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)等。目前我(wo)國(guo)已(yi)有(you)VOD、AOD等爐(lu)外(wai)(wai)精(jing)煉(lian)(lian)爐(lu)25座以上(容量15~150t)。其(qi)中(zhong)以冶煉(lian)(lian)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)為主的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)15座。不(bu)(bu)(bu)僅特(te)殊鋼(gang)(gang)(gang)廠(chang),有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)機械廠(chang)也已(yi)采用(yong)這(zhe)種(zhong)裝備。其(qi)它(ta)中(zhong)、小(xiao)型爐(lu)還有(you)許多座。我(wo)國(guo)生產(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)(de)低(di)碳(tan)超(chao)低(di)碳(tan)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)內在質量已(yi)不(bu)(bu)(bu)低(di)于國(guo)外(wai)(wai)同(tong)(tong)類(lei)鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)水平(ping)。
3. 特種冶煉(lian)
對于要(yao)求更高(gao)(gao)質(zhi)量(liang)和(he)(he)特(te)(te)殊(shu)性能(neng)的(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)和(he)(he)耐蝕合(he)金等,則采(cai)用(yong)特(te)(te)種(zhong)(zhong)(zhong)真空熔(rong)煉和(he)(he)重(zhong)熔(rong)工藝(yi)(yi)來生產(chan)(chan)。其中包括真空感(gan)應爐、真空電(dian)(dian)弧爐及(ji)電(dian)(dian)渣(zha)重(zhong)熔(rong)、電(dian)(dian)子(zi)束(shu)(shu)和(he)(he)等離子(zi)爐等。西方工業發達國(guo)(guo)(guo)(guo)家(jia)為生產(chan)(chan)特(te)(te)別重(zhong)要(yao)用(yong)途的(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)和(he)(he)合(he)金,增(zeng)加(jia)了感(gan)應爐等特(te)(te)種(zhong)(zhong)(zhong)熔(rong)煉設(she)備(bei)。而(er)且日益更多地采(cai)用(yong)電(dian)(dian)渣(zha)重(zhong)熔(rong)工藝(yi)(yi),以提(ti)高(gao)(gao)質(zhi)量(liang)和(he)(he)成(cheng)材率。我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)自1958年(nian)(nian)在(zai)(zai)東北等地開始建立特(te)(te)種(zhong)(zhong)(zhong)熔(rong)煉車間以來,至1980年(nian)(nian)在(zai)(zai)上(shang)海(hai)建成(cheng)世界最大(da)的(de)250t電(dian)(dian)渣(zha)爐,曾為我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)尖端工業和(he)(he)特(te)(te)種(zhong)(zhong)(zhong)材料的(de)發展作出了重(zhong)大(da)貢獻。隨著國(guo)(guo)(guo)(guo)民經濟各部(bu)門對關鍵材料和(he)(he)高(gao)(gao)質(zhi)量(liang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)需(xu)求日益增(zeng)加(jia),這(zhe)些方法仍是(shi)必不(bu)可少的(de)重(zhong)要(yao)生產(chan)(chan)手段。美國(guo)(guo)(guo)(guo)于1969年(nian)(nian)采(cai)用(yong)真空感(gan)應爐與(yu)電(dian)(dian)子(zi)束(shu)(shu)爐聯合(he)精煉法,生產(chan)(chan)出EB26-1高(gao)(gao)純(chun)鐵素體不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(實(shi)際達到(dao)含(han)C:0.002%;含(han)N:0.008%)。我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)首次試制(zhi)生產(chan)(chan)該(gai)鋼(gang)是(shi)在(zai)(zai)1975年(nian)(nian),在(zai)(zai)長城鋼(gang)廠,采(cai)用(yong)真空感(gan)應爐與(yu)電(dian)(dian)子(zi)束(shu)(shu)爐雙聯工藝(yi)(yi),也達到(dao)了C+N≤100ppm的(de)相同水平。我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)首次試制(zhi)生產(chan)(chan)高(gao)(gao)純(chun)奧氏體不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)是(shi)在(zai)(zai)1981年(nian)(nian),在(zai)(zai)撫順鋼(gang)廠,采(cai)用(yong)真空感(gan)應爐冶煉(其C、Si、P等含(han)量(liang)均(jun)達到(dao)高(gao)(gao)純(chun)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)內控指標)。這(zhe)些實(shi)例(li)說明,對于用(yong)量(liang)不(bu)很大(da)的(de)特(te)(te)殊(shu)要(yao)求的(de)關鍵材料或新型(xing)材料,我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)特(te)(te)種(zhong)(zhong)(zhong)熔(rong)煉設(she)備(bei)和(he)(he)技(ji)術已(yi)具有一定的(de)生產(chan)(chan)實(shi)力(li)。我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)已(yi)是(shi)世界上(shang)工業電(dian)(dian)渣(zha)爐年(nian)(nian)產(chan)(chan)能(neng)力(li)較(jiao)大(da)的(de)國(guo)(guo)(guo)(guo)家(jia)之(zhi)一。