不锈钢的生产大体上可分为冶炼(炼钢和浇铸)和加工(开坯、热轧、冷轧、制管、拔丝等)两个阶段。炼钢和浇铸是不锈钢生产流程中的关键工序,它不仅决定所生产钢种的化学成分,而且对保证产品质量、降低生产成本、提高生产效率具有重要作用。由于不锈钢的特性和对产品质量的特殊要求,使得前部工序的炼钢和浇铸工艺和热轧、冷轧、热处理等后部工序具有不同于普通钢的特点,有一套独特的工艺制度,相应地也采用了许多新的工艺和设备。不锈钢的冶炼和加工工艺与普通钢相比有了飞速发展。
不锈钢冶炼工艺的特点主要可以概括为以下几点:
1. 严格控制冶炼化学成分
为满足不锈钢防锈、耐酸等多种用途的要求,设计出的大量的不锈钢钢种各有不同的化学成分,除含有常规的碳、硅、锰、磷、硫外,还有铬、镍、钼、铌、铜、钛、铝、氮等多种元素。不锈钢冶炼要求严格控制化学成分,使之符合产品标准,这不仅直接影响产品的使用性能,而且也影响后部工序中的轧制加工性能和产品的表面质量。
2. 妥善解决“降碳”和“保铬”的矛盾
为防止在大气中产生腐蚀,一般情况下不锈钢中含铬量大约在12%以上,而进一步提高耐蚀性能,钢中还需加入更多的铬和一定量的镍、钼、钛等合金元素,以适应更加苛刻的使用环境。准确控制铬的含量和提高铬的回收是冶炼的一个重要技术指标。而碳又是对不锈钢耐蚀性能有不良影响的主要元素之一,脱碳是锈钢冶炼中必须完成的另一个重要任务。因此,既要含有大量的铬又要尽量低的碳含量以改善其耐蚀性能,但在正常冶炼温度下,要把碳降至0.03%以下,则平衡的铬只能保持在4%左右,而提高冶炼温度虽能适当提高铬的平衡含量,但耐火材料却难以承受。
为此,采用在真空下精炼或向钢液中吹氩、氮等惰性气体以稀释炉气中的一氧化碳等方法,从而达到降碳保铬的目的。20世纪60年代开发了VOD精炼不锈钢、AOD精炼不锈钢等炉外精炼新技术,开辟了不锈钢冶炼的新纪元。
3. 降低炼钢成本是不锈钢生产工艺水平的一个重要标志
不锈钢冶炼中要使用大量昂贵的合金料,加之不锈钢炼钢浇注工艺又比较复杂,炼钢成本在总的生产成本中占有相当大的比例,因而改进工艺,降低炼钢成本具有重要意义。例如,改进原料配比,选用廉价合金,采用返回法冶炼,节约合金料;采用连铸技术以降低消耗、提高收得率;提高炉龄、降低耐火材料消耗等等。
4. 保证表面质量是不锈钢生产中的一项重要任务
不锈钢产品对表面质量的要求很严格,因此,在不锈钢生产中自始至终要把保证表面质量放在重要位置,而采取许多特殊的工艺措施。例如炼钢中严格控制冶炼化学成分,浇注时采用无氧保护浇铸,对锭、坯表面缺陷的修磨等。