摘  要  本文先后介紹了不銹鋼的發展過程以及我國不銹鋼的發展情況。然后介紹了不銹鋼的分類和特點，按照組織將不銹鋼分為奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀感化不銹鋼，按照成分將不銹鋼分為400系、300系和200系不銹鋼。說明了不銹鋼中鋁、錳、鈦、鈣、硅、錳、鈦和鉻合金元素的來源和作用。分別介紹了渣改性和鈣處理改性夾雜物的方法，同時總結了鋁脫氧和硅錳脫氧不銹鋼夾雜物控制的關鍵技術。

關鍵詞  不銹鋼；夾雜物

1  不銹鋼的簡介

不銹鋼是指在大氣、水、酸、堿和鹽等溶液或其他腐蝕介質中具有一定化學穩定性的鋼。通常為含有10%至30%鉻的FeCr合金鋼，有時還配合加入鎳、鉬、鋁、鈦、銅、硫、硒、磷和氮等元素。在氧化性環境中，不銹鋼表面會形成一層氧化鉻膜，這層氧化薄膜具有不溶解、能自行恢復和無氣孔的特點，從而使不銹鋼具備了良好的抗腐蝕性能。

二十世紀初，首先發現了鐵鉻合金具有優良的耐腐蝕性。根據合金的鈍化現象，提出了鈍化理論，從而引起了人們的廣泛重視。[1]最早開發出來的是相當于現在AISI420不銹鋼的13Cr不銹鋼。[2]隨后開發了相當于現在SUS430不銹鋼[3]和18Cr-8Ni型不銹鋼[4]，并且實現了工業化生產。在研究開發和工業化初期，由于不銹鋼的生成成本較高，主要用于軍事工業。二十世紀六十年代隨著VOD和AOD[5]的技術發明和工業化應用，不銹鋼生產在提高質量和降低成本等方面都有了飛速發展，世界不銹鋼產量從1950年的1萬噸達到了2015年的4155萬噸；同時不銹鋼品種從最初的13%Cr不銹鋼發展到現在的不同種類和不同級別的不銹鋼鋼種；不銹鋼目前已經被廣泛應用于在石油、化工、化肥、食品、醫療、國防、餐具等各個領域。

我國的不銹鋼生產已經有了四十年的發展歷史，并在我國鋼鐵行業迅猛發展的大背景下取得了長足的進步。我國不銹鋼粗鋼產量已從2000年70萬噸迅速地發展到了2015年的2494萬噸，達到了世界不銹鋼粗鋼總產量的一半以上，如圖1所示。同時，鋼鐵生產的各種精煉和連鑄等技術已經被廣泛和成熟地應用到了不銹鋼生產中，但還存在產能過剩、質量較差、技術研發能力不足等問題。[6]

2  不銹鋼的分類

通常可以根據不銹鋼的組織不同，可以將不銹鋼分為奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀感化不銹鋼，每種不銹鋼的性能不同，生產工藝不同，用途也就隨之不同，具體如表2[7]所示。

按照不銹鋼的成分分類可以分為[8]：（1）400系列不銹鋼（Cr系）：具有正常的磁特性，具有很強的抗高溫氧化能力，其物理特性和機械特性優于碳鋼相比。主要包括409、410、420和430等鋼種。（2）300系列不銹鋼（Cr-Ni系）：不具有磁性，鍛特性能優于400系列不銹鋼，因此具有很強的抗腐蝕性能，其材料特性受熱處理影響較小。主要包括301、302、303、304、309和430等鋼種。（3）200系列不銹鋼（Cr-Ni系）：奧氏體不銹鋼是在鉻鎳系奧氏體不銹鋼基礎上，往鋼中加入錳和（或）氮代替貴重金屬鎳元素而發展起來的，它的奧氏體元素，除錳之外還有氮，一般還有適量的鎳（4%~6%）。鋼中錳起穩定奧氏體的作用。由于氮強烈的形成并穩定奧氏體且起很好的固溶強化作用，提高了奧氏體不銹鋼強度，適宜在承受較重負荷而耐蝕性要求不太高的設備和部件上使用。主要包括201和202等鋼種。

3  不銹鋼中合金元素的來源和作用

（1）鋁：鋁是目前鋼鐵生產過程中最常用的脫氧劑之一。由于鋁是極強的脫氧元素，所以它常被用為終脫氧劑。[9]鋁脫氧鋼中很容易生成Al2O3和AlN。[10]小尺寸的Al2O3和AlN有時可以起到促進形核和細化組織的作用，然而大尺寸的簇狀Al2O3會導致堵塞水口，影響鋼鐵生成的順行。因此，加入適量的脫氧劑既可以節約成本，又可以提高鋼質量。

（2）鎂：鎂也是一種強脫氧劑，其熔點沸點低。鋼中鎂的來源主要主要有三種可能：合金中的鎂，渣中的MgO被還原進入鋼液，以及耐火爐襯中的MgO被還原進入鋼液。鎂、鋁與氧很容易形成高熔點高硬度的鎂鋁尖晶石夾雜物，嚴重影響產品質量。[11]

（3）鈦：鈦是一些高級別鋼種中重要的合金元素。在不銹鋼中，鈦是鐵素體形成元素，在Fe-Cr 相圖中可使α+γ/α相界向低鉻方向移動。[12]含鈦鐵素體不銹鋼一般均具有單一的純鐵素體組織；向鋼中加入Ti 可使鋼中鉻的碳、氮化物轉而形成Ti 的碳、氮化物并細化鐵素體不銹鋼的晶粒。鈦的氧化物可以誘導晶內鐵素體形核，有細化組織、提高鋼材強度和韌性的效果[13]。同時，鈦對鎂鋁尖晶石夾雜物也有一定的改性為低熔夾雜物的作用。[14, 15]

（4）鈣：鈣的脫氧能力也很強，其熔沸點稍高于鎂元素，在煉鋼溫度下同樣很容易氣化。然而，由于Al2O3會導致堵塞水口，以及高硬度的MgAl2O4夾雜物對鋼材的危害，為了將Al2O3和MgAl2O4改性成低熔點的鈣鋁酸鹽（12CaO?7Al2O3和3CaO?Al2O3）夾雜物，通常會以喂入鈣線的形式向鋼中加入鈣，從而減小夾雜物的危害，保證生產順行。[16, 17]

（5）硅：硅是一種脫氧能力較強的元素，是鎮靜鋼必不可少的脫氧劑。單獨用硅脫氧時，很容易生成固態SiO2，不利于脫氧產物的上浮去除。當Si含量達到1%左右時，氧含量可以降低到幾十個ppm，可見硅的脫氧能力不如Al和Ti。[18]

（6）錳：錳的脫氧能力較弱，但其為最常用的脫氧元素之一。因為錳可以增強硅和鋁的脫氧能力，經常與硅和鋁一起使用進行復合脫氧；冶煉沸騰鋼時，錳是無可替代的脫氧元素，因為其不會抑制碳氧反應。用錳脫氧最低可使氧含量降到100ppm左右。[19]

（7）鉻：鉻是不銹鋼獲得不銹性和耐蝕性的最主要元素，不銹鋼在氧化性介質中，鉻能使不銹鋼表面上迅速生成氧化鉻（例如Cr2O3）的鈍化膜，這層膜是非常致密和穩定的，即使被破壞也能迅速修復。[20]一般說來，隨鋼中鉻量增加，鐵素體不銹鋼的耐點蝕、耐縫隙腐蝕性能提高。然而，隨鐵素體不銹鋼中鉻量增加，鋼的耐應力腐蝕性能下降。

4  不銹鋼中夾雜物的控制

對于鋼中夾雜物的改性，主要有兩種方法。第一種為通過精煉過程渣鋼反應對鋼中夾雜物進行改性處理，如圖2（a）。Suito[21]認為當存在足夠充分的動力學條件，即鋼液、精煉渣和夾雜物完全達到平衡時，鋼中的夾雜物的成分應該與頂渣成分接近，說明精煉渣對夾雜物的改性不可忽視。但是由于現場實際生產過程中，不能保證足夠長時間的精煉時間和足夠充分的渣鋼傳質反應動力學條件，很難保證將鋼中的大多數夾雜物改性。因此，還可以采用第二種鈣處理的方法，直接鈣線加入到鋼液當中，由于鈣很活潑、氣化點低，可以迅速與鋼中的夾雜物直接反應，達到改性的目的，如圖2（b）。

如表2所示，對于不銹鋼的控制主要存在兩種不同的觀點[24]，第一種就是用鋁脫氧，通過鋁的極強的脫氧能力，很容易將不銹鋼的總氧降低到一個很低的水平，這是為了盡可能的減少鋼中夾雜物的總量，然后再用鈣處理的方法，將剩余在鋼中沒有上浮的夾雜物鈣處理為液態鈣鋁酸鹽夾雜物，從而減小其對不銹鋼材的危害。[25]不銹鋼中夾雜物控制的第二種觀點就是用硅基脫氧，即通過向鋼中加入硅鐵、硅錳合金對鋼液進行脫氧。由于硅的脫氧能力較弱，很難將鋼中的總氧降低到很低的水平，通常配合加入錳合金進行復合脫氧。相對于鋁脫氧不銹鋼，經過上浮長大去除后鋼中夾雜物仍然存在較多的夾雜物，但是由于硅脫氧后產生的夾雜物具有一定變形能力，對鋼材性能的影響較小。[26]

5  結語

我國的不銹鋼生產取得了長足的進步，目前我國不銹鋼粗鋼總產量達到了世界不銹鋼粗鋼總產量的一半以上，鋼鐵生產的各種精煉和連鑄等技術已經被廣泛和成熟地應用到了不銹鋼生產中。不銹鋼冶煉過程中夾雜物的控制的兩種思路：第一種為用鋁脫氧將不銹鋼的總氧降低到一個很低的水平，然后再用鈣處理的方法，將剩余在鋼中沒有上浮的夾雜物鈣處理為液態鈣鋁酸鹽夾雜物，從而減小其對不銹鋼材的危害。第二種為用硅基脫氧，向鋼中加入硅鐵、硅錳合金對鋼液進行脫氧，雖然鋼中夾雜物仍然存在較多的夾雜物，但是由于硅脫氧后產生的夾雜物具有一定變形能力，對鋼材性能的影響較小。目前，我國不銹鋼存在產能過剩、質量較差、技術研發能力不足等問題，需要廣大冶金工作者們不斷研究和探索。

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