王哨兵 楊連金 朱曉潔 章建芬 賀夢夢

(瑞浦科技集團特殊鋼研究院，浙江323900)

瑞浦科技集團是青山鋼鐵董事局下專門從事不銹鋼棒線材生產的基地，目前作為世界上最大的不銹鋼棒線材生產商，主要生產的不銹鋼棒線材涉及到200系、300系、400系、雙相不銹鋼和超級奧氏體，所生產的不銹鋼產品類別達到上百種。

2013年在不銹鋼市場快速的發(fā)展下，公司進行了產業(yè)調整，成立了特殊鋼研究院，主要從事不銹鋼新產品的開發(fā)和新工藝的探索，拓展了不銹鋼的生產制造能力，與實際生產相互結合，通過訂單、研發(fā)、制造和售后等服務體系[1-9]。目前已經形成了各類別的不銹鋼棒線材品種，主要包括Cr-Ni-Mn系中的高錳不銹鋼和高氮不銹鋼；Cr-Ni系中的冷鐓不銹鋼、焊接用不銹鋼、易切削不銹鋼、彈簧用不銹鋼、耐熱不銹鋼、含鈦不銹鋼和常規(guī)奧氏體不銹鋼；Cr-Ni-Mo系中的耐熱鋼；Cr系中的鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼；以及雙相不銹鋼和超級奧氏體904L等。與此同時，相關不銹鋼產品及其生產技術方面的發(fā)明專利數也快速增長。

1 產品設計

在當前不銹鋼市場變化多端的情況下，為了適應客戶的需求，瑞浦特鋼研究院在不銹鋼品種方面進行了細致的規(guī)劃。開發(fā)出拉絲和制作標準件的304HC系列冷鐓不銹鋼，刀具用303Cu易切削用不銹鋼，焊接用ER308系焊接鋼，鍋爐用316系耐熱不銹鋼，石油化工用雙相不銹鋼，汽車排氣系統(tǒng)、家電和抗菌用鐵素體不銹鋼，刀餐具和水電工程用馬氏體不銹鋼等多系列多牌號。具體的品種類別見表1。

目前在所涉及的不銹鋼產品品種中，200系不銹鋼產品是我公司固有的產品，所占的比例達20%左右；300系是主要的產品類別，所占的比例達到50%；400系是近些年來新開發(fā)出的鋼種，占整體比例的20%；特殊產品的比例在10%左右，目前也是企業(yè)逐步轉型的階段，逐步的擴大特殊系不銹鋼的比例。

對于雙相不銹鋼而言，其產品的開發(fā)具有極大的挑戰(zhàn)性，在冶煉過程中要控制鋼種的O含量和S含量，特別是雙相鋼的組織為鐵素體和奧氏體，鐵素體和奧氏體的硬度不一，軋制變形時兩相變形不協調，容易造成軋制開裂問題，另外，由于雙相鋼的合金含量高，在軋制過程中，容易析出σ相、Cr2N和τ相等有害的相。

對于氣閥鋼，因為其應用到汽車的閥門上，因此對其要求嚴格，夾雜物、晶粒度、硬度、成分均勻性、脫碳層深度和耐磨性等等都必須達到規(guī)定的要求。另外，我公司目前正在開發(fā)鎳基合金和電渣鋼等高端的特殊鋼產品。

2 成分設計

成分設計是不銹鋼產品中最核心的環(huán)節(jié)，就像人體的“心臟”，傳統(tǒng)的產品設計大部分都是借用舍弗勒—德龍圖來進行成分設計，利用工業(yè)爐進行小實驗生產，現在利用先進的Thermo-calc軟件，從熱力學和動力學的角度進行相組織和工藝設計，對后續(xù)加工過程中各段所要溫度、析出相和熱處理工序都可以進行數值模擬，簡化了生產過程中的工序，縮短了研發(fā)周期，節(jié)約了生產成本。

表1 瑞浦特鋼研究院產品開發(fā)的類別Table 1 Variety of newly-developed products by Ruipu Special Steel Research Institute

如對我們所開發(fā)的ER309焊接鋼新產品，利用Thermo-calc軟件進行模擬，得到該鋼種的凝固模式和各析出相，從而制定該鋼種熱加工所需要的工藝溫度。

圖1 ER309高鐵素焊接鋼的性質圖Figure 1 Property of ER309 high ferrite welded steel

通過利用Thermo-calc熱力學計算軟件，分析ER309焊接鋼的凝固過程性質圖(見圖1)，可以看出在1420℃時開始析出鐵素體，伴隨著凝固過程的進行，鐵素體中會慢慢地析出奧氏體，特別是在1150～1200℃之間時，鐵素體的含量有著明顯的變化，因此在該溫度內進行熱加工生產。

3 冶煉工藝

3.1 電爐脫磷

含高鉻鎳不銹鋼的脫磷一般在電爐中進行，電爐初始鋼水成分對脫磷有著很重要的影響，主要包括：Si含量、C含量和Cr含量。另外，電爐脫磷時鋼水的溫度也有著很重要的影響。熱力學研究結果表明，低溫有利于脫磷，但應注意，溫度過低，有可能導致爐渣粘度的明顯升高，造成Cr的燒損升高。

脫P率的高低主要受鋼液溫度、熔池中P含量、熔渣堿度和FeO濃度、以及熔池攪拌強度的影響。在實際冶煉過程中要控制石灰的加入量、吹入氧氣的含量以及爐渣的堿度，爐渣的堿度應該控制在2.5左右。脫磷硫渣階段溫度控制在1560℃左右，溶清后若溫度較高可進行停電吹氧操作。根據以上的思路及實踐操作：最終可將鋼液成分中的P含量控制在≤0.025%的范圍內，避免后續(xù)軋制過程P含量過高易造成“熱脆”現象。

3.2 渣系的控制

對于控制煉鋼中的超低硫來說，增大硫在渣鋼中的分配比，可以提高脫硫量。鋼液脫硫的最佳熱力學和動力學條件為：提高鋼液溫度和爐渣堿度，降低爐渣氧化性和鋼水氧化性，提高熔池的攪拌強度。

目前我公司冶煉特種不銹鋼超低硫鋼采用LF爐深脫硫工藝，LF爐深脫硫時終渣成分、爐渣性能指標與鋼中硫含量見表2，LF精煉結束后鋼中的平均硫含量為0.001 5%，脫硫率可達到85.96%。

最終AOD還原渣系成分設計在CaO(50%～60%)，SiO2(35%～40%)，MgO(10%～15%)范圍內，LF爐中精煉渣系成分設計在CaO(50%～60%)，SiO2(6%)，Al2O3(25%～30%)范圍內，使得最終的成品S含量控制在0.0010%左右。

表2 不銹鋼LF精煉參數Table 2 LF refined parameters of stainless steel

圖2 446A掃描電鏡金相圖片Figure 2 Metallographic picture of 446A SEM

表3 各成分圖譜分析Table 3 Atlas analysis of various compositions

4 軋制工藝

不銹鋼的熱加工問題一直是一個難題，奧氏體不銹鋼的熱加工溫度在1150～1250℃，具有極其廣泛的熱加工溫度區(qū)間，在熱加工過程中使組織中呈現出單相組織。但是雙相不銹鋼的熱加工工藝制度目前是國內不銹鋼行業(yè)的一個難題，兩相的變形不均勻是造成這種現象的重要因素，也是現在我公司專攻的技術難點。借用熱力學軟件確定加熱工藝制度，是一項比較先進的手段。如446A超級鐵素體不銹鋼，其鋼種中的Cr含量達到了27%，利用掃描電鏡，我們可以看出該鋼種晶界處存在大量的Cr和N化合物，利用Thermo-calc熱力學計算軟件可以得到各相的析出溫度，為了避免有害相的析出，可以制定合適的熱加工工藝。具體見圖2。各成分圖譜分析見表3。

5 總結

討論了青山不銹鋼棒線材的新產品開發(fā)和關鍵技術進步的重要進展，詳細論述了青山集團在不銹鋼的產品種類、成分設計、冶煉工藝和軋制工藝上所取得的進步，在傳統(tǒng)的工藝基礎上結合現代化的技術，更為便利地進行新產品開發(fā)。與此同時，新產品開發(fā)、關鍵生產技術優(yōu)化和發(fā)明專利數方面有了明顯提升。目前不銹鋼粗鋼產量穩(wěn)居國內前列，所開發(fā)和優(yōu)化的不銹鋼關鍵生產技術水平同國外先進水平差距也在迅速縮小。