8月5日，2024年中国钢铁工业协会、中国金属学会冶金科学技术奖名单公布，涉及不锈钢材料的获奖项目一等奖1项、二等奖1项、三等奖4项，其中由青拓集团主持完成的“铬镍系不锈钢 RKEF-AOD双联法冶炼新工艺与含氮高强化产品开发及应用”项目荣获一等奖。本文对该项目进行了介绍，以期为行业同仁提供借鉴。
研究背景
不锈钢是国民经济的重要材料，2023年我国产量3600多万吨，全球占比62%左右，其中以304为代表的铬镍不锈钢占比超过50%，金属镍消耗量每年150万吨以上。但我国镍资源严重匮乏，依赖进口。
铬镍不锈钢通常以镍铁为原料，经电弧炉熔化后AOD精炼。其中镍铁价格波动大，而且长期维持在高价位运行。本项目之前，镍铁和不锈钢生产的两大工艺流程是独立、分开的（图1），从红土镍矿经矿热炉冶炼的镍铁不得不先浇注再在电弧炉二次熔化，导致冶炼工序能耗高、成本高。
铬镍不锈钢耐蚀性好，但屈服强度低于355MPa，如用于承载结构件需要增厚，成本和碳排放均较高。美标201和国内201不锈钢的屈服强度较高，但其耐蚀性差，会严重降低使用寿命。本项目之前，成本低、强度高、耐蚀性好的不锈钢产品属于空白。
主要创新性成果
本项目历时十多年，由青拓集团联合哈尔滨焊接研究所和重庆大学等单位，针对铬镍不锈钢开展了冶炼工艺流程和品种两方面的创新。主要创新点如下：
1）开发了RKEF-AOD双联法冶炼新工艺，突破了不同品味红土镍矿冶炼时镍含量精准控制和动态精准挂渣等技术难点，实现了镍铁水100%热送AOD精炼铬镍不锈钢以及矿热炉10年以上超长寿命，建成了国际上第一条工业产线。本工艺避免了镍铁的二次熔化，可节电580kWh/t，成本降低330元/t以上，综合炼钢成本降低30%以上。
2）在保持铬镍不锈钢耐蚀性基础上，采用了最低的合金总量（Cr+Mn+Ni+Cu+Mo）及常压冶炼连铸工艺获得0.20%以上的氮合金化，开发了新型含氮高强化不锈钢及制造技术。攻克了铸坯气孔和表面凹陷、热轧带钢边裂和表面脱皮以及难冷酸等技术难题，形成了4个耐点蚀能力分别达到304、304L、316L和317L等铬镍系级别的含氮高强化奥氏体不锈钢系列产品QN1803、QN1804、QN1906和QN2109，以及1个耐点蚀能力达到304级别的经济型双相不锈钢QD2001。其中QD2001突破了双相不锈钢热连轧宽幅带钢2.0mm厚规格极限，并首发冷酸2B表面产品。相比铬镍不锈钢，新品种屈服强度提升30%以上；贵金属镍含量下降26%-81%，钼含量下降50%以上，综合合金成本降低20%以上。
3）开发了含氮高强化不锈钢配套焊接工艺和焊接材料，形成了焊接数据库。采用92%Ar+8%N2气体保护并控制热输入，突破了焊缝氮元素损失、焊缝氮气孔、焊缝耐蚀性下降等焊接技术瓶颈，焊后耐蚀性达到铬镍不锈钢水平。建立了适用于含氮高强化奥氏体不锈钢板材成形指数与合金成分的新型当量关系，通过调控合金成分和组织晶粒度的生产工艺，攻克了其成形开裂的技术难题。通过组织调控工艺，使得双相不锈钢QD2001获得了更接近50%两相比例、更充分再结晶的组织，解决了冷镦开裂的技术难题。
本项目授权11项发明专利；发表SCI、EI论文14篇；发布产品标准25项，含国标2项、行标7项、团标16项，其中主编6项，另有1项国标和2项主编行标2024年下半年发布。2022年，金属学会组织评价委员会认为该项成果达到国际领先水平。
应用情况与效果
相比电弧炉-AOD冶炼工艺，RKEF-AOD双联法新工艺冶炼工序吨钢成本降低330元，1%镍合金成本降低240元，冶炼含8%Ni的304不锈钢水吨钢综合成本降低了2250元，降幅达17.7%。新工艺自2012年开始推广至广青金属科技、北部湾新材料、德龙镍业等众多不锈钢公司，2016年开始推广至“一带一路”国家印尼，共形成了1040万吨年产能。2021至2023三年来累计销售26万多吨含氮高强化不锈钢产品，其中出口3万多吨。实现了在轨道交通、装配式建筑和能源化工等多个承载结构市场领域的全球首次应用。
