自1958年日本引進森吉米爾20輥寬帶鋼軋機開始批量生產(chǎn)不銹鋼薄板以來已過了半個世紀，其間日本國內(nèi)的不銹鋼需求隨著經(jīng)濟發(fā)展得到穩(wěn)步增長。放眼其它各國，以中國為首的亞洲各國的經(jīng)濟發(fā)展不斷擴大了對蝕刻不銹鋼的需求。在當今世界對環(huán)境問題的關(guān)心不斷高漲的形勢下，利用不銹鋼本身具有的耐熱性能、耐蝕性能等特性，將其應用于日益高溫化的汽車尾氣排氣管系統(tǒng)及高鹽腐蝕環(huán)境的海水淡化成套設備等環(huán)境相關(guān)領(lǐng)域，不銹鋼自身的適用范圍也在不斷擴大。受長期以來世界稀土金屬供需緊張的影響，積極進行不含鎳的高純鐵素體不銹鋼、低鎳但具高耐蝕性能、高強度的雙相鋼等節(jié)資源、高功能材料的研究開發(fā)，目前已占據(jù)了一定規(guī)模的市場份額。
支撐蝕刻不銹鋼需求擴大和新開發(fā)材料批量生產(chǎn)的是該期間生產(chǎn)技術(shù)的提高，反過來可以說確立了更廉價和質(zhì)量、性能優(yōu)良的不銹鋼生產(chǎn)技術(shù)及供應體制，確立了如高純鐵素體不銹鋼和雙相不銹鋼等生產(chǎn)難度大的材料的批量生產(chǎn)技術(shù)，并對不銹鋼市場的擴大發(fā)揮了巨大作用。以下就不銹鋼生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和今后的展望進行論述。
一、不銹鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀
近十年來，世界不銹鋼粗鋼產(chǎn)量以年增長率5%的速度增長，2008年受金融危機影響，產(chǎn)量有所下降，為2591萬噸(最高年份2007年達到2784萬噸)。按國家來看，日本、美國、德國和英國等發(fā)達國家的產(chǎn)量基本持平，中國、韓國、印度、比利時和芬蘭等國家的產(chǎn)量有增長。其中以經(jīng)濟急劇增長和需求旺盛的中國的增長尤為突出，特別是2000年以后的平均年增長率達到了45%，2008年產(chǎn)量為694萬噸。
中國的不銹鋼生產(chǎn)設備投資目前仍在繼續(xù)，甚至出現(xiàn)了一家公司不銹鋼板坯生產(chǎn)規(guī)模達到300萬噸／年的可與日本總生產(chǎn)能力相匹敵的超大型不銹鋼企業(yè)。另外印度也公布了大規(guī)模設備投資計劃，因此有必要對今后世界不銹鋼的供需平衡，特別是對亞洲地區(qū)的供需平衡加以關(guān)注。
在歐洲則由于不銹鋼企業(yè)的合并而擴大了生產(chǎn)規(guī)模。1976年所存在的21家不銹鋼企業(yè)，至2001年兼并統(tǒng)一為四家具有200萬—300萬噸年產(chǎn)能力的企業(yè)。
再有韓國、中國臺灣省也出現(xiàn)了超200萬噸／年不銹鋼生產(chǎn)能力的超大型企業(yè)，可以說是以世界規(guī)模進行著生產(chǎn)的集中和大規(guī)?；?。
二、蝕刻不銹鋼生產(chǎn)技術(shù)的進步
    煉鋼技術(shù)
奧氏體不銹鋼由于Ni、Mn、Mo等高價元素的含量多，因此廢鋼的再利用得到進展，目前一般采用基于不銹鋼廢鋼的電爐法。不銹鋼生產(chǎn)用的電爐容積，原來是以30—60rd爐為主流，而新建電爐則是以90—160t／爐為主的大型電爐，傳統(tǒng)電爐也在力圖擴大爐容積。以提高熔化性能為目的的助燃燒嘴設備、吹氧設備的設置也在逐步實現(xiàn)標準化，與此同時為降低電耗而安裝鋁電極臂也在實施等，力圖提高煉鋼工序的生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本。
在不銹鋼精煉中進行脫碳較為困難，特別是在低碳范圍下由于Cr的優(yōu)先氧化而使脫碳反應受到阻礙。不銹鋼精煉的歷史就是在不斷抑制鉻氧化的同時有效進行脫碳的技術(shù)開發(fā)史，其中開發(fā)出了AOD法或VOD法及其組合的AOD—VOD法、轉(zhuǎn)爐—VOD法。目前電爐—AOD法和轉(zhuǎn)爐—VOD法占據(jù)了不銹鋼精煉的主流。特別是轉(zhuǎn)爐—VOD法的成功對其后高純鐵素體不銹鋼的發(fā)展做出了巨大的貢獻。
為充分發(fā)揮AOD法和VOD法的優(yōu)點，大同特殊鋼公司于1991年開發(fā)了V—AOD法(VCR)。其特點是在AOD爐上增加真空功能，在發(fā)揮AOD法的特長(強攪拌)的同時，在減壓及不進行吹氧的情況下利用溶解氧及渣中氧化物等的低氧脫碳技術(shù)。新日鐵住金不銹鋼公司也于1996年引進了V—AOD技術(shù)，并于2001年從中碳范圍([C]≤0.6%)開始對爐內(nèi)進行減壓控制，在不借助稀釋氣體條件下實施吹氧脫碳，其結(jié)果是大大提高了脫碳效率、縮短精煉時間和減少還原中硅的使用量。
除前述的電爐—AOD、轉(zhuǎn)爐—VOD工藝外，開發(fā)并已實用的具有特點的煉鋼工藝還有直接采用鉻礦石的SR(熔融還原爐)—DC(脫碳爐)—VOD工藝。
至于今后的煉鋼工藝，需要考慮原料再利用、廢棄物再利用等問題。目前對于普通奧氏體不銹鋼已建立起了包括收集廢鋼在內(nèi)的充分再利用工藝，但是對于最近在材料開發(fā)、用途開發(fā)取得進展的鐵素體不銹鋼、雙相鋼或低鎳—高錳系不銹鋼(所謂的200系不銹鋼)來說，還不能說已建立了充分的廢鋼收集、再利用工藝。
特別是200系不銹鋼，由于它與其它不銹鋼一樣不帶磁性因而不能進行磁選，所以有可能混入普通奧氏體不銹鋼廢鋼中，因此擔心會發(fā)生使廢鋼質(zhì)量甚至使再利用工藝本身受到損害的情況。另外，從零排放的觀點出發(fā)，提高不銹鋼生產(chǎn)工藝發(fā)生的渣、氧化鐵皮、粉塵、塵泥等伴生物的再利用比率也是重要課題，為此需要進行技術(shù)開發(fā)。
熱軋生產(chǎn)技術(shù)
在蝕刻不銹鋼的熱軋鋼板生產(chǎn)中采用普通鋼兼用的熱連軋機和不銹鋼專用可逆式爐卷軋機等兩種形式。特別是最近，以中國為代表大規(guī)模地進行熱連軋機的建設，并在新建的熱連軋機上采取了用熱卷箱等改善質(zhì)量的措施。
與具有高生產(chǎn)率的熱連軋機相比，可逆式爐卷軋機雖生產(chǎn)率相對較低但初期投資少，可通過往復軋制而設定任意的軋制道次，且軋制自由度高，使其在不銹鋼薄板生產(chǎn)企業(yè)得到大量采用。近年來，通過采用動態(tài)交叉軋制功能，可使上下軋輥組相互間反方向交叉，在大幅度提高板厚精度及板型精度的同時，還開發(fā)出了可防止可逆式爐卷軋機工作輥偏磨損的在線磨輥裝置。
薄板生產(chǎn)技術(shù)
1958年日新制鋼公司(原日本鐵板公司)在日本首次引進了森吉米爾20輥冷軋寬帶鋼軋機，使不銹鋼薄板生產(chǎn)率得到快速增長。根據(jù)奧氏體不銹鋼加工硬化大的特點，當初冷軋機上采用小直徑工作輥，且采用以大壓下進行軋制的單體森吉米爾軋機，但在1990年前后，日本不銹鋼生產(chǎn)各公司紛紛建設了易于保證形狀控制性能的和設備自動化、高速化的12輥分體式冷軋機。新日鐵住金不銹鋼公司也引進了世界最高水平的軋制速度達1000m／min(1992年，鹿島廠)和1200m／min(1994年，光廠)的分體式軋機。
森吉米爾軋機也進行了改進，開發(fā)了改善原有單AS—U形狀控制功能的雙AS—U以及FSBA機構(gòu)，也開發(fā)了分體式森吉米爾軋機。目前正在建設的有最高速度達1000m／min級的森吉米爾軋機。表2中示出了主要不銹鋼冷軋設備的型式及特點。
在冷軋中軋制油也是重要的技術(shù)要素之一。為得到不銹鋼特有的美觀表面品質(zhì)，目前以純凈油為主流。為保持高光澤就要形成薄油膜，但在高速軋制時油膜在高壓下會產(chǎn)生局部被撕裂的現(xiàn)象，發(fā)生熱劃痕而使光澤降低，同時也是產(chǎn)生斑痕的原因。為此開發(fā)出即使在高溫下也保持潤滑性能的長鏈二元酸二甲基二甲酯，得到了耐高速的軋制油。但是為了進一步的高速化，進一步提高耐熱劃痕性能是必要的，需要開發(fā)有很強冷卻效果的乳化軋制油。
新日鐵住金不銹鋼公司光廠獨自開發(fā)了水溶性軋制油，通過控制乳化液油滴粒徑的大小實現(xiàn)了世界唯一的在不銹鋼高光澤產(chǎn)品軋制中應用乳化液的高速大壓下軋制。應用該軋制油的新日鐵住金不銹鋼公司光廠4CM(4號分體式軋機)的1200m／min軋制，是世界上可逆式不銹鋼專用軋機中速度最快的。在乳化液油軋制條件下，可得到與純凈油同等的表面光澤。
上世紀80年代后半期以來，由于汽車實施環(huán)境應對措施或發(fā)動機高性能化的過程，加速了在尾氣排氣系統(tǒng)中使用不銹鋼。特別是尾氣排氣管等由于要進行復雜形狀加工，對材料的加工性能的要求提高。為滿足該要求，在進行材料開發(fā)的同時，開發(fā)了以提高加工性能和降低成本等為目的的、采用了大直徑工作輥的普通不銹鋼用冷連軋機的縱向連續(xù)工藝。由于確立了該縱列連續(xù)式工藝，鐵素體不銹鋼在汽車上的應用得到推廣。
在不銹鋼退火酸洗(HAP)中，需要設置進行高溫退火的同時除去在退火中形成的氧化鐵皮的龐大除鱗設備。為此在提高熱軋板的退火酸洗線的生產(chǎn)能力時，與擴大爐能力、改善加熱效率一起，需引進高效研磨刷以提高機械除鱗能力，并增加酸洗槽長度等。在進行化學除鱗時，雖硫酸及硝酸／氫氟酸混合酸等酸液的基本構(gòu)成沒有什么變化，但通過設置高性能除鐵離子裝置使酸洗能力穩(wěn)定，通過酸洗槽內(nèi)強制對流實現(xiàn)紊流酸洗，應用噴霧酸洗等來提高除鱗能力。在對設置空間沒有限制的新建HAP，出現(xiàn)了單機年產(chǎn)能力達100萬噸的生產(chǎn)線。
終酸洗退火(FAP)線也在提高能力。隨著建設時間的靠后，其速度越高。
作為FAP的高速化技術(shù)，可以列舉加熱控制技術(shù)和除鱗技術(shù)的進步。關(guān)于加熱控制技術(shù)，開發(fā)了采用性能卓越的沖擊射流式燒嘴的直焰加熱技術(shù)，在新日鐵住金不銹鋼公司鹿島廠得到應用。
由于FAP需要在不影響鋼板表面肌體的情況下除鱗，因此需要將在加熱爐生成的氧化鐵皮改性為可溶解結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的氧化鐵皮改性是以鹽浴方式為主流，但隨著生產(chǎn)線的高速化演變?yōu)榫哂袃?yōu)良操作性能的魯斯納方式。而魯斯納方式不能對硅氧化物進行改性，因此存在高硅系材料為代表且依母材的成分系統(tǒng)的不同其除鱗性能顯著下降的問題。新日鐵住金不銹鋼公司鹿島廠通過在鹽浴后設置魯斯納設備，就可在不受到鋼板成分的制約并可以70m／min的速度進行除鱗。今后為了適應更高的速度和材料的多樣化，期待開發(fā)出更高效的除鱗工藝。
在歐美的不銹鋼大型生產(chǎn)廠和以中國、日本為代表的亞洲地區(qū)，進行了大型高效設備、冷軋材生產(chǎn)設備的連續(xù)化。連續(xù)化設備可以分為幾種類型。一是以提高冷軋效率和成材率為目的的不銹鋼用小直徑工作輥的縱列化，其代表例是日新制鋼公司周南廠于1969年引進的縱列式森吉米爾軋機。二是在FAP生產(chǎn)線上在線設置平整機、張力矯平機，日本國內(nèi)于1989年以后建設的FAP生產(chǎn)線的大半屬于此種形式。三是將冷軋、AP、平整機或TL(張力矯平機)連續(xù)化的設備，是以高生產(chǎn)率生產(chǎn)普通不銹鋼鋼材為目的而開發(fā)的。可分為將HAP冷軋實現(xiàn)連續(xù)化和將冷軋、AP、SPM(調(diào)質(zhì)軋機)、TL實現(xiàn)連續(xù)化兩類。圖1示出的是奧托昆普公司的將三機架縱列式和AP、SPM、TL實現(xiàn)連續(xù)化的設備。除此以外，最近中國也有一家公司引進了三機架縱列式與AP、SPM、TL進行連續(xù)化的設備。
如前所述，SPM進行著在高速FAP出口側(cè)的在線化。為得到不銹鋼特有的高光澤，通常采用大直徑工作輥的二輥干式軋制，但離線SPM的主流是，為提高生產(chǎn)率采用可逆式、二輥／四輥兼容式、濕式／干式可切換式等軋機。新日鐵住金不銹鋼公司光廠于1990年設置的2SPM采用了六輥—UC，單體設備能力上實現(xiàn)了世界最高速度700m／min，同時還具備卓越的平坦度控制性能。
厚板生產(chǎn)技術(shù)
在不銹鋼厚板領(lǐng)域，近年來開發(fā)了化學物質(zhì)運輸船舶用高氮316L鋼及強腐蝕環(huán)境用超級不銹鋼(NSSC270)等，重點放在了以新鋼種的開發(fā)并以此為中心的改善操作性能上。其中得到進展的具體生產(chǎn)技術(shù)要素可以列舉出鋼中化學成分值平衡管理、減少混入元素、板坯均熱處理等提高熱加工性能技術(shù)以及采用TMCP技術(shù)下高強度材料的穩(wěn)定生產(chǎn)技術(shù)等。在不銹鋼厚板領(lǐng)域，考慮到將來Cr、Ni、Mo等不銹鋼必需的合金元素的供需平衡會惡化，向可得到與以往同等性能的低成本(低原料費、高比強度)材料的方向發(fā)展。雙相鋼應用領(lǐng)域的擴大就是其代表例，且為提高雙相鋼的生產(chǎn)能力，出現(xiàn)了增強除鱗能力的動向。
在市場上，各種成套設備的大型化，運輸相關(guān)的運輸工具的大型化、應用寬幅材料下焊接作業(yè)的減少等，對于降低加工成本的需求日益增強。新日鐵住金不銹鋼八幡廠建立了采用不銹鋼專用四輥軋機，可供應最大厚度200mm、最大寬度4000mm不銹鋼厚板產(chǎn)品的生產(chǎn)體制，滿足了來自所有領(lǐng)域的需求?？梢哉J為今后不銹鋼厚板生產(chǎn)設備向大型化發(fā)展，并開發(fā)難生產(chǎn)材料(難加工、難酸洗、形狀要求嚴格、表面質(zhì)量嚴格)的生產(chǎn)技術(shù)，以滿足高強度材料的需求。
棒線生產(chǎn)技術(shù)
線材是在熱軋后由加工企業(yè)經(jīng)拉拔、鍛造、切削、熱處理等各種工序而成為最終產(chǎn)品。在熱軋中，將大鋼錠進行開坯軋制后，通常進行粗軋、中間軋制和精軋。且曾在軋制后進行離線固溶熱處理，但現(xiàn)在直接軋制和在線熱處理工藝生產(chǎn)技術(shù)得到應用。在新日鐵住金不銹鋼公司的棒線工廠，早于其它公司在粗軋中引進了能進行一道次大壓下的傾斜軋機，同時還開發(fā)和應用了在線熱處理技術(shù)，應用了直接軋制在線熱處理工藝。
軋制過程中，通過將高剛性、高功能模塊式軋機放在精軋機前或后，來提高尺寸精度；通過尺寸可調(diào)軋制、控制軋制—控制冷卻來進行材質(zhì)控制。在不銹鋼線材軋機上，大同特殊鋼公司及其它海外公司也引進了高剛性、高功能模塊式軋機，新日鐵住金不銹鋼公司也于2002年引進了三輥四機架精密軋機(RSB)。該三輥四機架精密軋機與兩輥軋機相比具有寬展小的特點，在尺寸精度上達到了橢圓度≤0.15mm。再加上四機架可各自分別驅(qū)動、分別進行壓下調(diào)整，可在不實施換輥的情況下進行自由尺寸軋制。另外，在磨損或需換規(guī)格時，也可采用預裝機架迅速進行更換，從而大大縮短軋制停機時間，生產(chǎn)率也得到了大幅度提高。
蝕刻不銹鋼生產(chǎn)技術(shù)，是在需求擴大的背景下，以更低的價格向市場提供性能更好的不銹鋼材料而發(fā)展起來的。從長遠來看，可以預見不銹鋼的需求、用途仍會擴大，可以認為今后高純度鐵素體不銹鋼、雙相不銹鋼等功能突出的鋼種、材料的生產(chǎn)會日益擴大、不斷發(fā)展。此即意味著鋼種、批量的細分會進一步進行，與此同時可以預計難生產(chǎn)鋼種的比例也會加大。從而蝕刻不銹鋼生產(chǎn)技術(shù)有必要與以往一樣追求高效生產(chǎn)普通不銹鋼的同時，推動這些高功能、小批量、難生產(chǎn)不銹鋼高效生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)。為今后繼續(xù)維持和發(fā)展不銹鋼優(yōu)良的再利用性能，對各種廢鋼、在蝕刻不銹鋼生產(chǎn)中發(fā)生的伴生物的再利用技術(shù)進行開發(fā)和體制的進一步完善仍是一項重要的課題。

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