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(fu)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(ye)煉
不銹(xiu)鋼(gang)初期(qi)生(sheng)產(chan),均采用(yong)坩堝法(fa)。產(chan)量有限,價格高昂(ang)。30年(nian)代(dai)(dai),如1934年(nian)美國開(kai)始建立了(le)以電(弧(hu))爐為(wei)主要(yao)生(sheng)產(chan)手段(duan)的(de)不銹(xiu)鋼(gang)專業小廠。40年(nian)代(dai)(dai)末(mo),在電(弧(hu))爐上已普遍采用(yong)返回(hui)吹(chui)氧法(fa)冶煉工藝生(sheng)產(chan)不銹(xiu)鋼(gang)。直(zhi)到60年(nian)代(dai)(dai)末(mo),它一直(zhi)是生(sheng)產(chan)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)主要(yao)方法(fa)。
我國于1951年開始在重慶特殊鋼廠用電弧爐冶(ye)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,原聯邦(bang)德國(guo)發明真(zhen)空吹氧精(jing)煉(lian)(lian)(lian)(lian)法(VOD即 Vacuum-Oxygen Decarburization);美國(guo)發明并(bing)建成世界上第一座氬氧脫碳(tan)精(jing)煉(lian)(lian)(lian)(lian)爐(lu)(lu)(AOD即 Argon-Oxygen Decarburization)。它(ta)把電(dian)爐(lu)(lu)變成只是熔煉(lian)(lian)(lian)(lian)的裝(zhuang)置,而將(jiang)精(jing)煉(lian)(lian)(lian)(lian)轉移到其它(ta)容器中進行,故(gu)稱(cheng)爐(lu)(lu)外精(jing)煉(lian)(lian)(lian)(lian)技(ji)術。這(zhe)種方(fang)法具有(you)一系列優點,使不(bu)(bu)銹鋼冶煉(lian)(lian)(lian)(lian)工藝取得重大(da)突破。冶煉(lian)(lian)(lian)(lian)超低碳(tan)鋼變得容易(yi),鋼的純凈度(du)提高(典(dian)型碳(tan)含量為(wei)0.05%C,最低值可(ke)達0.01~0.02%C)。同時成本大(da)幅(fu)度(du)下降(jiang)。70年代以來,各種爐(lu)(lu)外精(jing)煉(lian)(lian)(lian)(lian)技(ji)術獲得迅速發展(zhan)。尤其是AOD法,已成為(wei)國(guo)外精(jing)煉(lian)(lian)(lian)(lian)不(bu)(bu)銹鋼的主要方(fang)法。美國(guo)95%以上的不(bu)(bu)銹鋼均采用AOD爐(lu)(lu)精(jing)煉(lian)(lian)(lian)(lian)。
我(wo)(wo)國(guo)于(yu)1973年(nian)在太原鋼(gang)廠開(kai)展了氬氧(yang)精煉(lian)新(xin)工藝(yi)的(de)試驗研究。1976年(nian)5月我(wo)(wo)國(guo)第一(yi)座(zuo)(6噸(dun))AOD爐(lu)投(tou)產(chan)。1983年(nian)9月又投(tou)產(chan)一(yi)座(zuo)18噸(dun)AOD爐(lu)。1977年(nian)在大連鋼(gang)廠研制成功VOD爐(lu)外精爐(lu)裝(zhuang)(zhuang)置及生(sheng)產(chan)超低(di)(di)(di)碳(tan)鋼(gang)種的(de)工藝(yi)。此(ci)外,各(ge)地先(xian)后建成了容量不(bu)同、功能有(you)別的(de)二次精煉(lian)爐(lu)。其(qi)中包(bao)(bao)括能進行電(dian)弧加熱、電(dian)磁攪拌、吹(chui)氬及成分微調的(de)鋼(gang)包(bao)(bao)爐(lu)(LF),真空(kong)吹(chui)氧(yang)精煉(lian)爐(lu)(VOD),真空(kong)電(dian)弧加熱、合金(jin)加料、吹(chui)氧(yang)的(de)真空(kong)鋼(gang)包(bao)(bao)爐(lu)(VOD/VHD)等。在撫順鋼(gang)廠,利用1979年(nian)從西德引進的(de)30/60噸(dun)VOD/VHD爐(lu),于(yu)1982年(nian)生(sheng)產(chan)了超低(di)(di)(di)碳(tan)氮(dan)(C+N≤0.030%)鐵素體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)等。目前我(wo)(wo)國(guo)已有(you)VOD、AOD等爐(lu)外精煉(lian)爐(lu)25座(zuo)以(yi)上(容量15~150t)。其(qi)中以(yi)冶煉(lian)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)為(wei)主的(de)有(you)15座(zuo)。不(bu)僅(jin)特殊鋼(gang)廠,有(you)的(de)機械廠也已采用這種裝(zhuang)(zhuang)備。其(qi)它中、小型爐(lu)還有(you)許(xu)多(duo)座(zuo)。我(wo)(wo)國(guo)生(sheng)產(chan)的(de)低(di)(di)(di)碳(tan)超低(di)(di)(di)碳(tan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)內在質量已不(bu)低(di)(di)(di)于(yu)國(guo)外同類鋼(gang)種水平。
3. 特(te)種冶煉(lian)
對(dui)于(yu)要求(qiu)更(geng)高(gao)質(zhi)量(liang)和(he)(he)特(te)殊性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)和(he)(he)耐蝕合(he)(he)金(jin)等(deng),則采(cai)(cai)用(yong)(yong)特(te)種(zhong)真(zhen)(zhen)空熔(rong)(rong)煉和(he)(he)重(zhong)熔(rong)(rong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)來生(sheng)產(chan)(chan)。其(qi)(qi)中(zhong)包括真(zhen)(zhen)空感應(ying)(ying)(ying)爐(lu)、真(zhen)(zhen)空電(dian)弧爐(lu)及電(dian)渣(zha)(zha)重(zhong)熔(rong)(rong)、電(dian)子束和(he)(he)等(deng)離子爐(lu)等(deng)。西方工(gong)(gong)(gong)業(ye)發(fa)達(da)國(guo)(guo)家(jia)為生(sheng)產(chan)(chan)特(te)別重(zhong)要用(yong)(yong)途的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)和(he)(he)合(he)(he)金(jin),增加了感應(ying)(ying)(ying)爐(lu)等(deng)特(te)種(zhong)熔(rong)(rong)煉設備。而(er)且日(ri)益更(geng)多(duo)地采(cai)(cai)用(yong)(yong)電(dian)渣(zha)(zha)重(zhong)熔(rong)(rong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi),以提高(gao)質(zhi)量(liang)和(he)(he)成材(cai)(cai)率。我國(guo)(guo)自1958年(nian)在(zai)東(dong)北等(deng)地開(kai)始建立特(te)種(zhong)熔(rong)(rong)煉車間以來,至1980年(nian)在(zai)上海建成世(shi)界最大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)250t電(dian)渣(zha)(zha)爐(lu),曾為我國(guo)(guo)尖端工(gong)(gong)(gong)業(ye)和(he)(he)特(te)種(zhong)材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展作(zuo)出(chu)了重(zhong)大(da)貢獻。隨著國(guo)(guo)民經(jing)濟各(ge)部門對(dui)關鍵(jian)材(cai)(cai)料和(he)(he)高(gao)質(zhi)量(liang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)需求(qiu)日(ri)益增加,這(zhe)些方法仍是(shi)必不(bu)可少的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要生(sheng)產(chan)(chan)手段(duan)。美國(guo)(guo)于(yu)1969年(nian)采(cai)(cai)用(yong)(yong)真(zhen)(zhen)空感應(ying)(ying)(ying)爐(lu)與電(dian)子束爐(lu)聯合(he)(he)精煉法,生(sheng)產(chan)(chan)出(chu)EB26-1高(gao)純(chun)鐵(tie)素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(實際(ji)達(da)到含C:0.002%;含N:0.008%)。我國(guo)(guo)首次試制生(sheng)產(chan)(chan)該鋼(gang)(gang)(gang)是(shi)在(zai)1975年(nian),在(zai)長城鋼(gang)(gang)(gang)廠,采(cai)(cai)用(yong)(yong)真(zhen)(zhen)空感應(ying)(ying)(ying)爐(lu)與電(dian)子束爐(lu)雙聯工(gong)(gong)(gong)藝(yi),也達(da)到了C+N≤100ppm的(de)(de)(de)(de)(de)相同水平。我國(guo)(guo)首次試制生(sheng)產(chan)(chan)高(gao)純(chun)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)是(shi)在(zai)1981年(nian),在(zai)撫順鋼(gang)(gang)(gang)廠,采(cai)(cai)用(yong)(yong)真(zhen)(zhen)空感應(ying)(ying)(ying)爐(lu)冶煉(其(qi)(qi)C、Si、P等(deng)含量(liang)均(jun)達(da)到高(gao)純(chun)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)內控指標)。這(zhe)些實例說明(ming),對(dui)于(yu)用(yong)(yong)量(liang)不(bu)很大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)殊要求(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)關鍵(jian)材(cai)(cai)料或新型材(cai)(cai)料,我國(guo)(guo)特(te)種(zhong)熔(rong)(rong)煉設備和(he)(he)技術(shu)已(yi)具有一定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)實力(li)。我國(guo)(guo)已(yi)是(shi)世(shi)界上工(gong)(gong)(gong)業(ye)電(dian)渣(zha)(zha)爐(lu)年(nian)產(chan)(chan)能(neng)力(li)較大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)國(guo)(guo)家(jia)之(zhi)一。