一、研究的背景与问题

中国是不锈钢生产和消费大国，2024年产量和消费量分别达3944.11万吨和3249.19万吨。但是部分钢种生产难度大、不能通过板坯连铸的方式低成本生产，特别是高于0.6wt%碳含量的高碳马氏体不锈钢。高碳马氏体不锈钢具有较高的强度和硬度以及良好的耐磨性和耐蚀性，被用于制造剃须刀、手术刀等高附加值产品，但其大量依赖进口，导致精密成品售价高达12万元/吨。

国内外生产马氏体不锈钢冷轧板的冶炼工艺主要有：（1）中频炉-电渣重熔（模铸）；（2）转炉（电炉）-AOD-LF-连铸。对于0.6wt%碳含量以上的高碳马氏体不锈钢，采用中频炉配合电渣重熔生产，产量低、洁净度不高、产品质量不稳定；通过大型模铸配合电渣重熔生产，产品质量高，但效率低且成本高；采用薄坯铸轧生产，难度大，国外已停产；国外使用连铸窄坯生产，效率低、成本高，价格是国产的数倍且供货周期较长。宽幅板坯连铸生产马氏体不锈钢具有产量高、效率高、成本低等优势。目前，利用该工艺仅能稳定生产3Cr13、4Cr13和5Cr15MoV等中低碳钢。0.6wt%碳含量以上高碳马氏体不锈钢凝固过程元素偏析严重和裂纹敏感性高，宽幅板坏连铸生产该类钢种时易出现裂纹缺陷和漏钢事故：由于塑性和韧性差，易发生轧制边裂、酸洗生产线焊接困难以及冷轧断带事故。突破高碳马氏体不锈钢的板坯连铸生产技术，对低成本、高质量高端马氏体不锈钢的国产化具有重要意义。

二、解决问题的思路与技术方案

 图1 高碳马氏体不锈钢全流程精益制造工艺流程图

为给下游用户提供质量优异和价格较低的高碳马氏体不锈钢冷轧薄板，酒钢和北京科技大学、吉森金属、武汉科技大学等合作，开发了无缺陷、高洁净度、碳化物细小均匀分布的高品质高碳马氏体不锈钢冷轧板卷全流程精益制造技术，其生产工艺流程图如图1所示。

本项目的研究内容包括高碳马氏体不锈钢生产缺陷控制和质量优化两部分，提出并应用了基于LD-AOD-LF联合调控的高洁净钢冶炼技术、高品质连铸宽幅高碳马氏体不锈钢板坯制备技术、促进连铸板坯中大尺寸一次碳化物细化的热加工技术、促进二次碳化物细小均匀分布的等温球化退火技术和高品质高碳马氏体不锈钢冷轧板卷的关键制备技术。

三、主要创新性成果

1.开发了转炉顶枪喷吹石灰粉脱磷技术,实现了转炉出钢碳含量大于3.0wt%的条件下，磷含量达0.005wt%~0.006wt%、连铸板坯磷含量低于0.01wt%；研发了AOD双渣脱硫和SiCaBa线深脱氧结合中间包气幕挡墙的低氧含量控制技术，实现了硫含量低于0.0015w%、T.O低于0.0020wt%。

 图2 AOD冶炼过程中钢液硫含量(a)和钢中T.O变化(b)

2.率先突破立弯式连铸机生产高碳马氏体不锈钢技术瓶颈，实现了碳含量大于0.7wt%的连铸宽幅(>1250mm)高碳马氏体不锈钢板坯的规模化生产。通过协同控制钢水过热度、保护渣、冷却制度、拉速、轻压下等技术，解决了高碳马氏体不锈钢连铸宽幅板坯的裂纹、缩孔缺陷和漏钢等技术难题，板坯合格率达99.10%。

 图3 动态轻压下制度对凝固组织的影响(左)；7Cr13钢铸坯不同厚度二次枝晶间距(右)

3.发明了低温C元素扩散及防止高温加热时液相产生的两步法加热技术，细化了高碳马氏体不锈钢连铸坯中大尺寸一次碳化物，热轧黑卷中尺寸大于5um 的残留一次碳化物数量降低85%。

 图4 连铸板坯典型碳化物的相鉴定和取向(左)与粗轧板中残留一次碳化物形貌(右)

4.开发了钢中二次碳化物细小均匀化控制的等温球化退火工艺，实现了最终冷轧产品二次碳化物尺寸小于2μm、平均尺寸在0.53μm，且在100μm²单位面积数量密度大于85个，保证了产品的强韧性和耐磨性。

 图5 酒钢产品与国外同类产品微观组织对比

5.通过热轧立辊压下精准控制和粗、精轧控温轧制，采用无加强筋板激光焊接+在线回火工艺、冷轧温轧技术，实现了碳含量大于0.7wt%高碳马氏体不锈钢热轧-冷轧生产技术突破。

 图6 热轧边裂和分层缺陷及控制

本项目已获授权发明专利8件，参编国家标准1部，主编团体标准和企业标准各1部，发表论文14篇（其中4篇SCI）。2024年12月，中国金属学会组织科技鉴定，评价委员会认为项目成果工艺技术达到国际领先水平。

四、应用情况与效果

本项目开发的技术已成功在酒钢实现工业化应用，生产的65Cr13(6Cr13)和70Cr13Mo(7Cr13)冷轧板被数十家用户用于制造医疗外科手术刀、剃须刀等，产品碳化物弥散均匀分布，切割力为11.05N，淬火硬度为677HV，远超行业标准QB/T4107-2010《手动剃须刀》的要求（切割力≤20N，淬火硬度≥560HV）及韩国浦项产品水平。冷轧板销售价大幅降低，交货周期由6个月以上缩短到2个月以内，为下游用户提供了性能优异、质量稳定、价格更低的高碳马氏体不锈钢材料。截止目前在剃须刀和手术刀行业大部分已经替代进口材料，市场占有率85%左右。

信息来源：酒泉钢铁（集团）有限责任公司