不锈钢棒线材产品的开发

王哨兵 杨连金 朱晓洁 章建芬 贺梦梦

(瑞浦科技集团特殊钢研究院，浙江323900)

瑞浦科技集团是青山钢铁董事局下专门从事不锈钢棒线材生产的基地，目前作为世界上最大的不锈钢棒线材生产商，主要生产的不锈钢棒线材涉及到200系、300系、400系、双相不锈钢和超级奥氏体，所生产的不锈钢产品类别达到上百种。

2013年在不锈钢市场快速的发展下，公司进行了产业调整，成立了特殊钢研究院，主要从事不锈钢新产品的开发和新工艺的探索，拓展了不锈钢的生产制造能力，与实际生产相互结合，通过订单、研发、制造和售后等服务体系[1-9]。目前已经形成了各类别的不锈钢棒线材品种，主要包括Cr-Ni-Mn系中的高锰不锈钢和高氮不锈钢；Cr-Ni系中的冷镦不锈钢、焊接用不锈钢、易切削不锈钢、弹簧用不锈钢、耐热不锈钢、含钛不锈钢和常规奥氏体不锈钢；Cr-Ni-Mo系中的耐热钢；Cr系中的铁素体不锈钢和马氏体不锈钢；以及双相不锈钢和超级奥氏体904L等。与此同时，相关不锈钢产品及其生产技术方面的发明专利数也快速增长。

1 产品设计

在当前不锈钢市场变化多端的情况下，为了适应客户的需求，瑞浦特钢研究院在不锈钢品种方面进行了细致的规划。开发出拉丝和制作标准件的304HC系列冷镦不锈钢，刀具用303Cu易切削用不锈钢，焊接用ER308系焊接钢，锅炉用316系耐热不锈钢，石油化工用双相不锈钢，汽车排气系统、家电和抗菌用铁素体不锈钢，刀餐具和水电工程用马氏体不锈钢等多系列多牌号。具体的品种类别见表1。

目前在所涉及的不锈钢产品品种中，200系不锈钢产品是我公司固有的产品，所占的比例达20%左右；300系是主要的产品类别，所占的比例达到50%；400系是近些年来新开发出的钢种，占整体比例的20%；特殊产品的比例在10%左右，目前也是企业逐步转型的阶段，逐步的扩大特殊系不锈钢的比例。

对于双相不锈钢而言，其产品的开发具有极大的挑战性，在冶炼过程中要控制钢种的O含量和S含量，特别是双相钢的组织为铁素体和奥氏体，铁素体和奥氏体的硬度不一，轧制变形时两相变形不协调，容易造成轧制开裂问题，另外，由于双相钢的合金含量高，在轧制过程中，容易析出σ相、Cr2N和τ相等有害的相。

对于气阀钢，因为其应用到汽车的阀门上，因此对其要求严格，夹杂物、晶粒度、硬度、成分均匀性、脱碳层深度和耐磨性等等都必须达到规定的要求。另外，我公司目前正在开发镍基合金和电渣钢等高端的特殊钢产品。

2 成分设计

成分设计是不锈钢产品中最核心的环节，就像人体的“心脏”，传统的产品设计大部分都是借用舍弗勒—德龙图来进行成分设计，利用工业炉进行小实验生产，现在利用先进的Thermo-calc软件，从热力学和动力学的角度进行相组织和工艺设计，对后续加工过程中各段所要温度、析出相和热处理工序都可以进行数值模拟，简化了生产过程中的工序，缩短了研发周期，节约了生产成本。

表1 瑞浦特钢研究院产品开发的类别Table 1 Variety of newly-developed products by Ruipu Special Steel Research Institute

如对我们所开发的ER309焊接钢新产品，利用Thermo-calc软件进行模拟，得到该钢种的凝固模式和各析出相，从而制定该钢种热加工所需要的工艺温度。

图1 ER309高铁素焊接钢的性质图Figure 1 Property of ER309 high ferrite welded steel

通过利用Thermo-calc热力学计算软件，分析ER309焊接钢的凝固过程性质图(见图1)，可以看出在1420℃时开始析出铁素体，伴随着凝固过程的进行，铁素体中会慢慢地析出奥氏体，特别是在1150～1200℃之间时，铁素体的含量有着明显的变化，因此在该温度内进行热加工生产。

3 冶炼工艺

3.1 电炉脱磷

含高铬镍不锈钢的脱磷一般在电炉中进行，电炉初始钢水成分对脱磷有着很重要的影响，主要包括：Si含量、C含量和Cr含量。另外，电炉脱磷时钢水的温度也有着很重要的影响。热力学研究结果表明，低温有利于脱磷，但应注意，温度过低，有可能导致炉渣粘度的明显升高，造成Cr的烧损升高。

脱P率的高低主要受钢液温度、熔池中P含量、熔渣碱度和FeO浓度、以及熔池搅拌强度的影响。在实际冶炼过程中要控制石灰的加入量、吹入氧气的含量以及炉渣的碱度，炉渣的碱度应该控制在2.5左右。脱磷硫渣阶段温度控制在1560℃左右，溶清后若温度较高可进行停电吹氧操作。根据以上的思路及实践操作：最终可将钢液成分中的P含量控制在≤0.025%的范围内，避免后续轧制过程P含量过高易造成“热脆”现象。

3.2 渣系的控制

对于控制炼钢中的超低硫来说，增大硫在渣钢中的分配比，可以提高脱硫量。钢液脱硫的最佳热力学和动力学条件为：提高钢液温度和炉渣碱度，降低炉渣氧化性和钢水氧化性，提高熔池的搅拌强度。

目前我公司冶炼特种不锈钢超低硫钢采用LF炉深脱硫工艺，LF炉深脱硫时终渣成分、炉渣性能指标与钢中硫含量见表2，LF精炼结束后钢中的平均硫含量为0.001 5%，脱硫率可达到85.96%。

最终AOD还原渣系成分设计在CaO(50%～60%)，SiO2(35%～40%)，MgO(10%～15%)范围内，LF炉中精炼渣系成分设计在CaO(50%～60%)，SiO2(6%)，Al2O3(25%～30%)范围内，使得最终的成品S含量控制在0.0010%左右。

表2 不锈钢LF精炼参数Table 2 LF refined parameters of stainless steel

图2 446A扫描电镜金相图片Figure 2 Metallographic picture of 446A SEM

表3 各成分图谱分析Table 3 Atlas analysis of various compositions

4 轧制工艺

不锈钢的热加工问题一直是一个难题，奥氏体不锈钢的热加工温度在1150～1250℃，具有极其广泛的热加工温度区间，在热加工过程中使组织中呈现出单相组织。但是双相不锈钢的热加工工艺制度目前是国内不锈钢行业的一个难题，两相的变形不均匀是造成这种现象的重要因素，也是现在我公司专攻的技术难点。借用热力学软件确定加热工艺制度，是一项比较先进的手段。如446A超级铁素体不锈钢，其钢种中的Cr含量达到了27%，利用扫描电镜，我们可以看出该钢种晶界处存在大量的Cr和N化合物，利用Thermo-calc热力学计算软件可以得到各相的析出温度，为了避免有害相的析出，可以制定合适的热加工工艺。具体见图2。各成分图谱分析见表3。

5 总结

讨论了青山不锈钢棒线材的新产品开发和关键技术进步的重要进展，详细论述了青山集团在不锈钢的产品种类、成分设计、冶炼工艺和轧制工艺上所取得的进步，在传统的工艺基础上结合现代化的技术，更为便利地进行新产品开发。与此同时，新产品开发、关键生产技术优化和发明专利数方面有了明显提升。目前不锈钢粗钢产量稳居国内前列，所开发和优化的不锈钢关键生产技术水平同国外先进水平差距也在迅速缩小。