奥氏体不锈钢中非金属夹杂物控制关键技术

随着我国国民经济的不断发展，对不锈钢表面质量提出了更高的要求。超洁

净不锈钢被广泛地应用于高端电子产品 Logo、高端装饰行业、以及核电行业等

对表面质量严格要求的领域。高等级光亮表面不锈钢板对成品表面质量几乎是零

表面缺陷要求，此类钢产品时炼钢冶炼难度极高，主要是由于其钢中非金属夹杂

物控制存在以下三个难题： （1）高熔点的夹杂物造成了冷轧板产品线鳞缺陷； （2）

冷轧板表面抛光后不变形夹杂物引起的麻点类缺陷；（3）氮化钛夹杂物引起的冷

轧板达到米级别的长条纹缺陷。此前，我国超洁净不锈钢产品完全依赖于国外进

口。因此，开发超洁净不锈钢冶炼关键技术为打破此领域国外产品及技术垄断、

实现国内自主生产做出了卓越贡献。

（1）不锈钢冶炼脱氧及原辅料成分设计技术。对于不锈钢冶炼原材料的控

制方面，国内企业生产时更倾向于买价格低廉的铁合金等原材料，从而降低生产

成本，但是对于铁合金及铁合金对不锈钢冶炼的影响研究几乎为空白。国外学者

对于铁合金做过一些研究，但主要是集中于铁合金洁净度对碳钢的影响，关于铁

合金对奥氏体不锈钢夹杂物的研究很少。同时，国外学者研究铁合金的种类主要

集中在铝含量上，然而对铁合金中钙含量对不锈钢的影响却未见报道。本项目首

先提出了使用低铝无钙铁合金，降低钢中的酸溶铝含量，同时降低钢中 Al2O3

含量，从而提升夹杂物变形能力，但此类铁合金成本较高。在此基础上又提出了

使用高铝高钙铁合金，此类铁合金只是在冶炼传统高铝无钙铁合金添加小部分的

钙，成本增加极低，但是由于钙的添加，可以在最初夹杂物生成之时就显著提升夹杂物中的 CaO 含量，从而显著提升夹杂物变形能力。（2）超洁净不锈钢精炼渣成分设计技术. 传统的铝脱氧不锈钢都是通过高碱度

精炼渣提升钢材的洁净度，减少钢中夹杂物数量。但是本项目发现即使把钢中总

氧降低到 10 ppm 以下也不能解决其高 Al 2 O 3 含量的夹杂物造成的线鳞缺陷。因此

通过对硅脱氧不锈钢中精炼渣碱度由原来的 2.3 降低到了现在的 1.6，虽然夹杂

物的总数量没有降低，但是成功的把钢中的夹杂物控制在低熔点区，显著地提升

了夹杂物的变性能力，有效地改善了高表面质量奥氏体不锈钢产品的线鳞缺陷和

表面抛光缺陷。此外，本项目对调整精炼渣成分的研究非常全面，国内学者研究

的炉渣碱度对钢中夹杂物的影响，其中只研究碱度为 1.0 和 1.5 的个别情况，这

样很难确定出最优精炼渣成分；本项目研究应用 FactSage 热力学计算软件建立

了渣-钢-夹杂物平衡反应热力学模型，通过模型研究了不同精炼渣成分对钢液成

分、脱硫、夹杂物成分、夹杂物熔点、耐火材料侵蚀等的影响。通过对 400 种不

同精炼渣系进行设计优化，确定精炼渣成分；同时，在实验研究方面，本项目从

碱度 1.0-2.3，连续考虑了 9 中不同的碱度对不锈钢中夹杂物的影响，此外还研

究了4种不同渣中MgO含量和4种不同渣中Al 2 O 3 含量对不锈钢中夹杂物的影响，

从而更系统准确地确定了有利于超洁净不锈钢夹杂物控制的最优精炼渣成分（3）不锈钢精准钙处理改性夹杂物模型。通过可用改性处理的方法将钢中的夹

杂物改性为低熔点的液态夹杂物，增强其轧制过程的变形能力以减小其对钢材质

量的危害，也可避免水口堵塞现象。然而，钙处理喂钙线量的多少对钢中夹杂物

的变性效果影响很大。但是大多数钢铁企业只是知道需要钙处理，对于钙处理时

最优喂钙线量并没有太多理论研究，因此，在实际生产过程中经常出现钙处理效

果不好、甚至钙处理后产品质量更差的现象。本项目通过对超洁净不锈钢不同钢

液成分条件下钙处理进行的计算，确定了超洁净不锈钢的不同成分条件下最优的

喂钙线量，可实现在线对不锈钢中夹杂物的精确钙处理改性控制，与国外同类型

模型相比，实现了了不锈钢生产过程在线应用，考虑的反应物和产物更全面，计

算结果更直观。