超純鐵素體無錫不銹鋼冶煉工藝

近幾年鐵素體無錫不銹鋼的開發(fā)與應用受到國內外的廣泛重視，其主要原因是：(1)Ni資源嚴重短缺，Ni價格波動幅度較大，導致300系列不銹鋼的生產成本大幅上升，而且原材料供應沒有保證；(2)隨著生產設備和技術進步，可以生產出性能優(yōu)異的鐵素體無錫不銹鋼，替代300系列的一些品種；(3)含Ni無錫不銹鋼對人體有一定危害，如對皮膚有過敏反應等。

超純鐵素體無錫不銹鋼冶煉工藝

極低的C、N含量是超純鐵素體無錫不銹鋼最顯著的特征，而深度脫碳和脫氮也成為超純鐵素體無錫不銹鋼冶煉的核心技術所在。

目前，國內外許多學者認為超純鐵素體無錫不銹鋼的冶煉要采用電弧爐+(AOD、K-OBM、MRP)脫碳+(VOD、SSVOD、VODPB、RHOB、RHKTB)真空精煉三步法工藝。因為兩步法(初煉爐+二次精煉)中的AOD在大氣壓下冶煉，存在著低碳范圍內的脫碳問題，不利于經(jīng)濟地生產超低碳氮無錫不銹鋼。

國內外三步法冶煉超純鐵素體無錫不銹鋼的工藝路線中，VOD及其延伸工藝如SSVOD、VODPB，給AOD加上真空功能的VCR等精煉設備，在超純鐵素體不銹鋼的冶煉過程中發(fā)揮著重要作用。不論設備上是采用真空、強攪拌、還是噴吹氧化劑，它們都是通過改善低碳區(qū)脫碳的動力學條件，在深脫碳的同時促進脫氮的進行。

SSVOD法是在吹煉的第1階段進行通常的VOD操作，在[C]≤0.01％的第2階段提高真空度，吹氬進行強攪拌促進脫碳和脫氮的方法。傳統(tǒng)VOD法的降碳、氮效果均以0.005％(甚至0.01％)為界，而SSVOD法采用多個包底透氣磚或者是Φ2～4mm無錫不銹鋼管吹氬，氬氣流量可由40～150L/min增大到1200～2700L/min。日本川崎西宮廠用50tSSVOD設備精煉17％Cr鐵素體不銹鋼時，底吹氬流量達1000L/min(常規(guī)VOD為100～300L/min)，生產出了[C+N]≤100×10-6的超高純鐵素體不銹鋼。

VODPB法是日本住友金屬公司開發(fā)的，是在真空精煉過程中利用噴槍向鋼水表面噴吹鐵礦石、錳礦石等氧化劑，可在高碳區(qū)促進脫氮反應，在低碳區(qū)促進脫碳。用此法冶煉19％Cr和29％Cr鐵素體無錫不銹鋼時，鋼中[C+N]分別達到37×10-6、60×10-6。

VCR(VacuumConverterRefiner)法是基于AOD法在大氣壓下深脫碳受到限制而發(fā)展起來的，1991年日本大同特殊鋼公司利用AODVCR工藝生產了13％Cr和20％Cr鐵素體無錫不銹鋼，鋼中氮含量可分別達到(20～40)×10-6和(70～90)×10-6的極低水平。該工藝的實質就是給AOD精煉爐加上真空設備。它充分利用AOD的強攪拌和VCR的真空技術，在低碳范圍內改善脫碳效率。在精煉過程中，當[C]≥0.10％時，通常與AOD法相同，利用稀釋氣體(Ar或N2)進行脫碳；當[C]≤0.10％時，利用真空進行脫碳，真空度在(10～50)×133Pa。實際操作表明：低碳區(qū)的表觀脫碳速度常數(shù)，VCR法是AOD法的2倍，況且用VCR法不需要高真空度，在較短的時間內(一般處理時間為10～20min)，能夠使終點碳達到較低值。

現(xiàn)代鐵素體無錫不銹鋼，尤其是超純鐵素體不銹鋼，由于具有合金含量低，耐氯化物應力腐蝕性好等優(yōu)點，是節(jié)鎳鋼種的理想選擇。我國生產的不銹鋼以奧氏體系列為主，鐵素體系列產量很低，而且品種結構單一，主要是430系列，應大力發(fā)展鐵素體系列不銹鋼。高真空、強攪拌和噴吹氧化劑是超純鐵素體不銹鋼冶煉的有效措施。