不銹鋼棒線材產(chǎn)品的開發(fā)

王哨兵 楊連金 朱曉潔 章建芬 賀夢(mèng)夢(mèng)

(瑞浦科技集團(tuán)特殊鋼研究院，浙江323900)

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

2013年在不銹鋼市場(chǎng)快速的發(fā)展下，公司進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)調(diào)整，成立了特殊鋼研究院，主要從事不銹鋼新產(chǎn)品的開發(fā)和新工藝的探索，拓展了不銹鋼的生產(chǎn)制造能力，與實(shí)際生產(chǎn)相互結(jié)合，通過訂單、研發(fā)、制造和售后等服務(wù)體系[1-9]。目前已經(jīng)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(jí)奧氏體904L等。與此同時(shí)，相關(guān)不銹鋼產(chǎn)品及其生產(chǎn)技術(shù)方面的發(fā)明專利數(shù)也快速增長(zhǎng)。

1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

在當(dāng)前不銹鋼市場(chǎng)變化多端的情況下，為了適應(yīng)客戶的需求，瑞浦特鋼研究院在不銹鋼品種方面進(jìn)行了細(xì)致的規(guī)劃。開發(fā)出拉絲和制作標(biāo)準(zhǔn)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(hào)。具體的品種類別見表1。

目前在所涉及的不銹鋼產(chǎn)品品種中，200系不銹鋼產(chǎn)品是我公司固有的產(chǎn)品，所占的比例達(dá)20%左右；300系是主要的產(chǎn)品類別，所占的比例達(dá)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(chǎn)品的比例在10%左右，目前也是企業(yè)逐步轉(zhuǎn)型的階段，逐步的擴(kuò)大特殊系不銹鋼的比例。

對(duì)于雙相不銹鋼而言，其產(chǎn)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(shí)兩相變形不協(xié)調(diào)，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(duì)于氣閥鋼，因?yàn)槠鋺?yīng)用到汽車的閥門上，因此對(duì)其要求嚴(yán)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(dá)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(chǎn)品。

2 成分設(shè)計(jì)

成分設(shè)計(jì)是不銹鋼產(chǎn)品中最核心的環(huán)節(jié)，就像人體的“心臟”，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)大部分都是借用舍弗勒—德龍圖來進(jìn)行成分設(shè)計(jì)，利用工業(yè)爐進(jìn)行小實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)，現(xiàn)在利用先進(jìn)的Thermo-calc軟件，從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的角度進(jìn)行相組織和工藝設(shè)計(jì)，對(duì)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(jìn)行數(shù)值模擬，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過程中的工序，縮短了研發(fā)周期，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

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

如對(duì)我們所開發(fā)的ER309焊接鋼新產(chǎn)品，利用Thermo-calc軟件進(jìn)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(zhì)圖Figure 1 Property of ER309 high ferrite welded steel

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

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(jìn)行，電爐初始鋼水成分對(duì)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(shí)鋼水的溫度也有著很重要的影響。熱力學(xué)研究結(jié)果表明，低溫有利于脫磷，但應(yīng)注意，溫度過低，有可能導(dǎo)致爐渣粘度的明顯升高，造成Cr的燒損升高。

脫P(yáng)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?cái)嚢鑿?qiáng)度的影響。在實(shí)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(yīng)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(jìn)行停電吹氧操作。根據(jù)以上的思路及實(shí)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(nèi)，避免后續(xù)軋制過程P含量過高易造成“熱脆”現(xiàn)象。

3.2 渣系的控制

對(duì)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(xué)和動(dòng)力學(xué)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(qiáng)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(shí)終渣成分、爐渣性能指標(biāo)與鋼中硫含量見表2，LF精煉結(jié)束后鋼中的平均硫含量為0.001 5%，脫硫率可達(dá)到85.96%。

最終AOD還原渣系成分設(shè)計(jì)在CaO(50%～60%)，SiO2(35%～40%)，MgO(10%～15%)范圍內(nèi)，LF爐中精煉渣系成分設(shè)計(jì)在CaO(50%～60%)，SiO2(6%)，Al2O3(25%～30%)范圍內(nèi)，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(shù)Table 2 LF refined parameters of stainless steel

圖2 446A掃描電鏡金相圖片F(xiàn)igure 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(gè)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(xiàn)出單相組織。但是雙相不銹鋼的熱加工工藝制度目前是國(guó)內(nèi)不銹鋼行業(yè)的一個(gè)難題，兩相的變形不均勻是造成這種現(xiàn)象的重要因素，也是現(xiàn)在我公司專攻的技術(shù)難點(diǎn)。借用熱力學(xué)軟件確定加熱工藝制度，是一項(xiàng)比較先進(jìn)的手段。如446A超級(jí)鐵素體不銹鋼，其鋼種中的Cr含量達(dá)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(xué)計(jì)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(jié)

討論了青山不銹鋼棒線材的新產(chǎn)品開發(fā)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)步的重要進(jìn)展，詳細(xì)論述了青山集團(tuán)在不銹鋼的產(chǎn)品種類、成分設(shè)計(jì)、冶煉工藝和軋制工藝上所取得的進(jìn)步，在傳統(tǒng)的工藝基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)代化的技術(shù)，更為便利地進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)。與此同時(shí)，新產(chǎn)品開發(fā)、關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)化和發(fā)明專利數(shù)方面有了明顯提升。目前不銹鋼粗鋼產(chǎn)量穩(wěn)居國(guó)內(nèi)前列，所開發(fā)和優(yōu)化的不銹鋼關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)水平同國(guó)外先進(jìn)水平差距也在迅速縮小。