受冶煉和加工技術(shù)的制約，鐵素體不銹鋼的生產(chǎn)和消費(fèi)比例一直較低。2003年全球不銹鋼粗鋼產(chǎn)量2280萬噸，400系列不銹鋼約占21%，中國(guó)2003年不銹鋼產(chǎn)量約177
8萬噸，400系列約為10%。近幾年鐵素體不銹鋼的開發(fā)與應(yīng)用受到國(guó)內(nèi)外的廣泛重視，其主要原因是：(1)Ni資源嚴(yán)重短缺，Ni價(jià)格波動(dòng)幅度較大，導(dǎo)致300系列不銹鋼的生產(chǎn)成本大幅上升，而且原材料供應(yīng)沒有保證；(2)隨著生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)進(jìn)步，可以生產(chǎn)出性能優(yōu)異的鐵素體不銹鋼，替代300系列的一些品種；(3)含Ni不銹鋼對(duì)人體有一定危害，如對(duì)皮膚有過敏反應(yīng)等。


超純鐵素體不銹鋼冶煉工藝

　　極低的C、N含量是超純鐵素體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不銹鋼冶煉的核心技術(shù)所在。

　　目前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者認(rèn)為超純鐵素體不銹鋼的冶煉要采用電弧爐+(AOD、K OBM、MRP)脫碳+(VOD、SS VOD、VOD PB、RH
OB、RHKTB)真空精煉三步法工藝。因?yàn)閮刹椒?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(nèi)的脫碳問題，不利于經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)超低碳氮不銹鋼。但是太鋼曾用兩步法(AOD)冶煉鐵素體不銹鋼，其中C、N含量的情況見表1。

表1　AOD冶煉超純鐵素體不銹鋼中的C、N含量/10-6
元素 11%～13%Cr鋼 16%～18%Cr鋼
典型 最好 典型 最好
C 70 30 70～100 50
N 80～110 60 100～130 70


　　國(guó)內(nèi)外三步法冶煉超純鐵素體不銹鋼的工藝路線中，VOD及其延伸工藝如SS VOD、VOD PB，
給AOD加上真空功能的VCR等精煉設(shè)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(shè)備上是采用真空、強(qiáng)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(dòng)力學(xué)條件，在深脫碳的同時(shí)促進(jìn)脫氮的進(jìn)行。

　　SS
VOD法是在吹煉的第1階段進(jìn)行通常的VOD操作，在[C]≤0.01%的第2階段提高真空度，吹氬進(jìn)行強(qiáng)攪拌促進(jìn)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SS
VOD法采用多個(gè)包底透氣磚或者是Φ2～4mm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50tSS
VOD設(shè)備精煉17%Cr鐵素體不銹鋼時(shí)，底吹氬流量達(dá)1000L/min(常規(guī)VOD為100～300L/min)，生產(chǎn)出了[C+N]≤100×10-6的超高純鐵素體不銹鋼。

VOD
PB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(jìn)脫氮反應(yīng)，在低碳區(qū)促進(jìn)脫碳。用此法冶煉19%Cr和29%Cr鐵素體不銹鋼時(shí)，鋼中[C+N]分別達(dá)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AOD
VCR工藝生產(chǎn)了13%Cr和20%Cr鐵素體不銹鋼，鋼中氮含量可分別達(dá)到(20～40)×10-6和(70～90)×10-6的極低水平。該工藝的實(shí)質(zhì)就是給AOD精煉爐加上真空設(shè)備。它充分利用AOD的強(qiáng)攪拌和VCR的真空技術(shù)，在低碳范圍內(nèi)改善脫碳效率。在精煉過程中，當(dāng)[C]≥0.10%時(shí)，通常與AOD法相同，利用稀釋氣體(Ar或N2)進(jìn)行脫碳；當(dāng)[C]≤0.10%時(shí)，利用真空進(jìn)行脫碳，真空度在(10～50)×133Pa。實(shí)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(shí)間內(nèi)(一般處理時(shí)間為10～20min)，能夠使終點(diǎn)碳達(dá)到較低值。

綜合比較這3種精煉法的效果見表2。在VOD冶煉結(jié)束時(shí)，[N]有相當(dāng)大的回升。所以，除了加強(qiáng)深脫碳、脫氮外，還要強(qiáng)調(diào)密封，防止吸N2。
表2　不同精煉工藝冶煉超純鐵素體不銹鋼中C、N含量和主要效果
工藝 主要效果 高純化水平(18Cr)/10-6
能力 成本 純度 [C] [N] [C+N]
VOD SS VOD ○ ≤20 ≤50 ≤70
VOD PB ○ 32 48 80
AOD VCR ○ ○ ○ 20 60～80 80～100



現(xiàn)代鐵素體不銹鋼，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(yīng)力腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，是節(jié)鎳鋼種的理想選擇。我國(guó)生產(chǎn)的不銹鋼以?shī)W氏體系列為主，鐵素體系列產(chǎn)量很低，而且品種結(jié)構(gòu)單一，主要是430系列，應(yīng)大力發(fā)展鐵素體系列不銹鋼。高真空、強(qiáng)攪拌和噴吹氧化劑是超純鐵素體不銹鋼冶煉的有效措施。