不銹鋼的冶煉及其純度同耐腐蝕等性能有極大關(guān)系。早在不銹鋼發(fā)展初期,因碳含量高造成的晶間腐蝕問題幾乎阻礙了其發(fā)展。不銹鋼冶煉工藝的變革與進步,所起的一個重要作用是降低鋼中碳含量,它既使煉鋼工藝變得容易控制,又使產(chǎn)品成本下降。
1. 電爐冶煉
不銹鋼初期生產(chǎn),均采用坩堝法。產(chǎn)量有限,價格高昂。30年代,如1934年美國開始建立了以電(弧)爐為主要生產(chǎn)手段的不銹鋼專業(yè)小廠。40年代末,在電(?。t上已普遍采用返回吹氧法冶煉工藝生產(chǎn)不銹鋼。直到60年代末,它一直是生產(chǎn)不銹鋼的主要方法。
我國于1951年開始在重慶特殊鋼廠用電弧爐冶煉不銹鋼。1956年在撫順鋼廠開發(fā)了返回料吹氧冶煉不銹鋼。這種方法可以利用廢不銹鋼,有利于生產(chǎn)低碳(≤0.08%C)不銹鋼。但是,生產(chǎn)超低碳(≤0.03%C)不銹鋼難度較大,鉻的回收率低,需要使用大量的低碳鉻鐵或金屬鉻,電耗高,效率低。1964年3月,在重慶特殊鋼廠用三聯(lián)熱裝法和冷裝氧化法煉出我國第一批超低碳不銹鋼。過去由于冶煉超低碳不銹鋼困難較大,成本高,只能或更多地是冶煉添加鈦、鈮的穩(wěn)定化不銹鋼(如1Cr18Ni9Ti等),以改善晶間腐蝕性能。
2. 爐外精煉
1968年,原聯(lián)邦德國發(fā)明真空吹氧精煉法(VOD即 Vacuum-Oxygen Decarburization);美國發(fā)明并建成世界上第一座氬氧脫碳精煉爐(AOD即 Argon-Oxygen Decarburization)。它把電爐變成只是熔煉的裝置,而將精煉轉(zhuǎn)移到其它容器中進行,故稱爐外精煉技術(shù)。這種方法具有一系列優(yōu)點,使不銹鋼冶煉工藝取得重大突破。冶煉超低碳鋼變得容易,鋼的純凈度提高(典型碳含量為0.05%C,最低值可達0.01~0.02%C)。同時成本大幅度下降。70年代以來,各種爐外精煉技術(shù)獲得迅速發(fā)展。尤其是AOD法,已成為國外精煉不銹鋼的主要方法。美國95%以上的不銹鋼均采用AOD爐精煉。
我國于1973年在太原鋼廠開展了氬氧精煉新工藝的試驗研究。1976年5月我國第一座(6噸)AOD爐投產(chǎn)。1983年9月又投產(chǎn)一座18噸AOD爐。1977年在大連鋼廠研制成功VOD爐外精爐裝置及生產(chǎn)超低碳鋼種的工藝。此外,各地先后建成了容量不同、功能有別的二次精煉爐。其中包括能進行電弧加熱、電磁攪拌、吹氬及成分微調(diào)的鋼包爐(LF),真空吹氧精煉爐(VOD),真空電弧加熱、合金加料、吹氧的真空鋼包爐(VOD/VHD)等。在撫順鋼廠,利用1979年從西德引進的30/60噸VOD/VHD爐,于1982年生產(chǎn)了超低碳氮(C+N≤0.030%)鐵素體不銹鋼等。目前我國已有VOD、AOD等爐外精煉爐25座以上(容量15~150t)。其中以冶煉不銹鋼為主的有15座。不僅特殊鋼廠,有的機械廠也已采用這種裝備。其它中、小型爐還有許多座。我國生產(chǎn)的低碳超低碳不銹鋼內(nèi)在質(zhì)量已不低于國外同類鋼種水平。
3. 特種冶煉
對于要求更高質(zhì)量和特殊性能的不銹鋼和耐蝕合金等,則采用特種真空熔煉和重熔工藝來生產(chǎn)。其中包括真空感應(yīng)爐、真空電弧爐及電渣重熔、電子束和等離子爐等。西方工業(yè)發(fā)達國家為生產(chǎn)特別重要用途的不銹鋼和合金,增加了感應(yīng)爐等特種熔煉設(shè)備。而且日益更多地采用電渣重熔工藝,以提高質(zhì)量和成材率。我國自1958年在東北等地開始建立特種熔煉車間以來,至1980年在上海建成世界最大的250t電渣爐,曾為我國尖端工業(yè)和特種材料的發(fā)展作出了重大貢獻。隨著國民經(jīng)濟各部門對關(guān)鍵材料和高質(zhì)量不銹鋼的需求日益增加,這些方法仍是必不可少的重要生產(chǎn)手段。美國于1969年采用真空感應(yīng)爐與電子束爐聯(lián)合精煉法,生產(chǎn)出EB26-1高純鐵素體不銹鋼(實際達到含C:0.002%;含N:0.008%)。我國首次試制生產(chǎn)該鋼是在1975年,在長城鋼廠,采用真空感應(yīng)爐與電子束爐雙聯(lián)工藝,也達到了C+N≤100ppm的相同水平。我國首次試制生產(chǎn)高純奧氏體不銹鋼是在1981年,在撫順鋼廠,采用真空感應(yīng)爐冶煉(其C、Si、P等含量均達到高純不銹鋼內(nèi)控指標)。這些實例說明,對于用量不很大的特殊要求的關(guān)鍵材料或新型材料,我國特種熔煉設(shè)備和技術(shù)已具有一定的生產(chǎn)實力。我國已是世界上工業(yè)電渣爐年產(chǎn)能力較大的國家之一。