中国是不锈钢第一生产大国。在碳达峰碳中和背景下，未来如何能够生产出低碳不锈钢产品对于提升我国不锈钢企业的竞争力意义重大。为此，本报推出不锈钢低碳发展专题，从原料、工艺和物流等多角度精选了不锈钢降碳的相关文章，以为国内不锈钢生产企业提供借鉴。

为了缓解由于社会活动所引起的能源资源的枯竭，以及以地球升温为代表的全球环境问题，构建循环型社会是不可或缺的。以含有10.5%以上Cr为条件的不锈钢，通过变化添加的合金元素种类和量，可以获得耐腐蚀性、耐热性和优良的机械性能等各种特性。为了提高不锈钢的冷加工性添加了Ni。不锈钢可以分为以SUS304和SUS316为代表的Ni系不锈钢和以不含Ni的SUS410和SUS430为代表的Cr系不锈钢两大类。

添加合金元素的原料镍铁、铬铁的精炼中需要大量的能量。但是，Cr系不锈钢具有磁性，所以现在Cr系不锈钢的一部分被混在普通钢材回收，很难保证添加元素Ni和Cr被有效利用。根据这些，认为可以促进不锈钢废钢回收为不锈钢的闭环回收，减少环境负荷。为了导出促进循环利用带来的减少环境负荷效果，需要掌握有关循环利用的全部物流。

前人以促进钢材的循环利用为目的，提出了分析作为对象材料的动态物流的模型。如前面所述，在不锈钢中Cr系不锈钢废钢的一部分因没有与普通钢材区分，特别是废弃、回收利用工序的详细物流不明确。在物流分析中，一般来说，以分析元素物流为协助。目前元素物流的分析是为掌握Pb和Hg等有毒性物质和重金属扩散而进行。但在不锈钢的物流分析中，认为分析添加元素Ni和Cr元素的元素物流是有用的。

本文从用途的不同、添加元素的不同和回收工序的不同，将不锈钢分为Ni系不锈钢和Cr系不锈钢，以明确日本不锈钢物流为目的。在此基础上，目的是分析促进不锈钢的循环利用所产生的环境负荷削减效果的潜力。

2.1  动态物流的构建

掌握材料的回收利用现状，在研究促进环境负荷削减效果的潜力中，需要掌握作为对象材料的物流。作为不分类系别的不锈钢整体的物流可以从统计和文献中来掌握。但是，对消费后不锈钢钢材回收量，因不能实际测量，在统计值和既往论文中没有数据，需要推测。因此，在本文中，适用人口平衡模型（PBM：PopulationBalanceModel）进行了动态分析，推测了消费后不锈钢钢材回收量。此外，本文中在统计和既往文献中也不能掌握必要的Ni系、Cr系分别的不锈钢物流，因此通过考虑到物质收支的分析，进行了推算。本文中推测的值以及推算方法示于表1。以下说明推算方法、假定和数据。

2.2  Fe、Ni、Cr的物质收支分析

如表1所示，一部分物流不能从统计和既往研究中获得，所以着眼于不锈钢主要的化学成分Fe、Ni和Cr的含量，通过分析其物质收支来推算。在该分析中，将不锈钢生产工艺中投入的原料分为10类，即生铁、镍铁、铬铁、Ni系和Cr系分别发生的废钢、Ni系和Cr系的各加工废料、Ni系和Cr系分别的废钢和普通废钢。产品分为5类，即13Cr不锈钢、18Cr系不锈钢、Ni-Cr系不锈钢、Ni-Cr-Mo系不锈钢和耐热钢，这样分类是因为各个Fe、Ni和Cr含量不同。在物质收支分析中，首先，从不锈钢生产阶段的10种原料的投入量以及它们的化学成分求出Fe、Ni和Cr纯度的供给量。然后，从5种产品的生产量以及化学成分求出Fe、Ni和Cr纯度的需要量。最后，由于Fe、Ni和Cr的必要量和供给量的物质收支一致，所以求出了镍铁、铬铁的原料投入量。此外，生产阶段的原料投入量从既往论文和统计资料中获得，Ni系和Cr系分别的投入量从多个统计值推算，产品的生产量由统计值获得。产品的化学成分从既往论文和标准值获得，废钢的化学成分作为平均值推算，原料的一部分化学成分由听证会获得。收集的数据作为2002年的生产量和投入量，作为2002年的标准值。此外，关于从多个统计值推算的数据和假定的数据，以下对各数据进行详细说明。

铬铁的Fe含量、Cr含量由听证会调查获得。自产的废钢投入量根据从统计值获得的不锈钢钢材生产量的Ni系和Cr系的构成比例，分为Ni系和Cr系。加工废料投入量是根据日本需求量Ni系和Cr系的构成比例，分为Ni系和Cr系。关于Ni系和Cr系分别的日本需求量的导出方法，下节详细叙述。废钢的Ni系、Cr系的投入量，由废钢业者的听证会调查获得的废钢和加工废料的投入量比率（Ni系70：30、Cr系95：5）计算。在此计算的Ni系、Cr系分别投入的合计与从文献中获得的数据基本相等。因此，可以确认听证会值的有效性。Cr系废钢的组成是根据年生产量加权平均13Cr系不锈钢、18Cr系不锈钢组成的值。Ni系废钢的组成是根据年生产量加权平均Ni-Cr系不锈钢、Ni-Cr-Mo系不锈钢组成的值，各种不锈钢的Ni、Cr含量在后面叙述。

普通钢的通用钢材一般结构用轧制钢材的消费后钢材，根据文献普通钢废钢中的铁分为97.5%，铁分以外有2.5%。进口废钢和出口废钢根据流通的实际情况全部为Ni系。不锈钢的Ni、Cr含量，由JISG4304热轧不锈钢板及钢带标准的化学成分决定。Cr不锈钢钢材中的含量为标准记录值的中间值。13Cr系不锈钢的Cr含量为12.5%，18Cr系为17%，Ni-Cr系为19%，Ni-Cr-Mo系为17%。此外，不锈钢钢材中Ni含量，由于Ni价格昂贵，取标准规定范围的下限值。Ni-Cr系不锈钢的Ni含量为8%，Ni-Cr-Mo系为10%。在不锈钢中，除Ni成分、Cr成分以外，全部是Fe成分。耐热钢根据听证会调查知道Cr的比例大，但占耐热钢生产整体的比例非常小，因此假定了总量Cr系。耐热钢Cr含量是JIS记载的全钢种的平均值为13.75%。

3.1 不锈钢的物流

结合统计数据，从Ni和Cr的物质收支分析获得的Ni系和Cr系的废钢量以及由PBM获得的Ni系和Cr系的消费后不锈钢钢材回收量，制作了不锈钢的物流示意图，见图1。

知道了Ni系不锈钢作为不锈钢废钢的回收率为95%左右，Cr系不锈钢作为不锈钢废钢的回收率为2%左右。定量示出了Ni系不锈钢作为Ni系不锈钢废钢的废钢回收路线，Cr系不锈钢还没有确立作为Cr系不锈钢废钢的废钢回收路线。Ni系不锈钢不具有磁性，因此，采用磁力选别就可以与普通钢分离回收。但大部分具有磁性的Cr系不锈钢被作为普通钢废钢回收。此外，镍铁和Ni系不锈钢废钢有242日元的差价。对此，铬铁和Cr系不锈钢废钢的Cr单价差是67日元，不符合集中、挑选和配送的成本，因此没有确立Cr系消费后不锈钢作为Cr系不锈钢废钢的回收路线。

3.2 日本未来消费后不锈钢钢材回收量和Cr系消费后不锈钢钢材的闭环回收利用的减排CO₂潜力

图2（a）和图2（b）是Ni系、Cr系分别求出日本从2002年到2030年消费后不锈钢钢材回收量的结果。从图中可知，Ni系消费后不锈钢钢材回收量的总量大幅度增加，Cr系消费后不锈钢钢材回收量，其中汽车用的回收量为35%-40%，占非常大的比例。

从PBM的结果看，2005年的消费后不锈钢钢材回收量Cr系不锈钢是27.2万吨。如果Cr系不锈钢废钢的回收率提高一个点，从2%提到3%，Cr系不锈钢废钢投入量增加2700吨。这相当于作为来自Cr系废钢的投入原料，Cr纯度增加420吨，Fe纯度增加2300吨，因此相当于避免铬铁770吨，生铁2000吨的纯原料投入。但是，如分离回收Cr系废钢，作为普通钢原料的普通钢废钢同量减少。该普通钢废钢减少部分全部用生铁替代的话，得到Cr系废钢的回收率增加一个点的减排CO₂效果是2100吨。

占Cr系消费后不锈钢钢材回收量整体的汽车用的回收量大约是40%，如果汽车用的Cr系消费后不锈钢钢材全量回收，2005年有7.5万吨的CO₂减排效果。在同样假定下，2005年到2030年CO₂减排量的经年变化示于图3。随时间减排效果增加是因为消费后不锈钢钢材回收量中汽车的回收量占的比例增加。

从物质收支的分析和PBM制作了不锈钢Ni系、Cr系的物流图。据此，导出Ni系废钢的回收率是95%，Cr系废钢的不锈钢废钢的回收率是2%，确立了Ni系不锈钢的循环利用路线。而另一方，Cr系废钢混在普通钢中，因此基本不能作为不锈钢废钢回收。

从日本2002年到2030年消费后不锈钢钢材回收量的结果可知，Cr系消费后不锈钢钢材回收量，其中汽车用的回收量为35%-40%，占比大。Cr系不锈钢作为不锈钢废钢的回收率上升到约40%时，有7.5万吨的减排CO₂效果。