【知識】稀土在鋼中的應用

我國是世界稀土資源和產量第一的稀土大國，又是鋼產量第一的鋼鐵大國，但不是鋼鐵強國，品種品質與國外先進水準相比還有相當大的差距，仍有不少鋼材需要進口。用稀土這個高技術材料來強化和提升鋼鐵傳統產業，在低合金鋼、合金鋼中加入微量稀土，提高鋼質增強國際競爭力，把稀土的資源優勢轉化為鋼材的品種優勢和經濟優勢，具有十分重大的意義。

一、稀土在鋼中應用有三大作用

1.淨化鋼液。稀土具有去氧、脫硫作用，減少並細化鋼中夾雜物。2.變質夾雜。稀土加入鋼中生成球狀稀土硫化物或硫氧化物，取代長條狀硫化錳夾雜，使硫化物形態得到完全控制，提高鋼的韌塑性特別是橫向衝擊韌性，改善鋼材的各向異性。稀土使高硬度的氧化鋁夾雜轉變成球狀硫氧化物及鋁酸稀土，顯著地提高鋼的抗疲勞性能。3.微合金化。稀土在鋼中有一定的固溶量，它在晶界的偏聚能抑制磷硫及低熔點雜質鉛、錫、砷、銻、鉍在晶界的偏析或與這些雜質形成熔點較高的化合物，消除低熔點雜質的有害作用；稀土淨化和強化晶界，阻礙晶間裂紋的形成和擴展，有利於改善塑性尤其是高溫塑性；稀土能抑制動態再結晶、細化晶粒和沉澱相尺寸並促進鐵素體中Nb（C、N），（Nb、Ti）（C、N）和V（C、N）的析出；溶解的稀土可改變滲碳體的組成和結構並使碳化物球化、細化和均勻分佈。

稀土既是優良的變質劑，也是一種強效微合金元素。稀土具有捕氫性，能使鋼的氫致延遲斷裂性能得以改善；稀土可提高耐候鋼、不銹鋼的抗腐蝕性能，耐熱鋼的抗氧化性能和高溫強度，彈簧鋼、齒輪鋼和軸承鋼的抗疲勞性能，難變形高合金鋼的熱塑性，鋼軌及耐磨材料的耐磨性等。鋼中加入稀土後，一般能使鋼板、無縫鋼管的橫向衝擊韌性提高50%以上，耐腐蝕性能提高60%，同時提高其他性能。每噸鋼加稀土300克左右，但作用十分顯著，真可謂四兩撥千斤。

對鋼進行稀土處理，具有投資少、無污染、見效快、經濟效益高的特點。北京鋼鐵研究總院與武漢鋼鐵公司共同做的幾種鋼的鹽霧腐蝕對比試驗結果表明，稀土耐候鋼的耐腐蝕性能是普通鋼（Q235）的近2倍，超過了國際名牌耐候鋼美國的Corten鋼的水準。

中科院瀋陽金屬研究所研製了一種水電站水輪機、水泵用加稀土的不銹鋼，抗磨損性能比目前國內外使用最多的0Cr13Ni4Mo鋼提高近1倍。該所做了大量對比試驗，這種不銹鋼加適量稀土（0.3%）比不加稀土的性能大幅度提高，稀土對合金抗腐蝕、抗磨損和抗磨蝕性能分別比不加稀土的合金提高57%、55%、83%。

稀土處理鋼也有缺點：

（1）稀土夾雜物比重大，一般在5.5～6.5之間，不易上浮，特別是當稀土加入量過量時，會增加鋼中的夾雜，甚至產生脆性的稀土與鐵的金屬間化合物惡化鋼的性能。通過電腦仿真計算，確定最佳稀土加入量和稀土喂絲機的自動化，可以實現稀土加入量的準確控制，達到提高鋼質的目的。

（2）稀土處理鋼澆注時水口易結瘤，用強去氧劑如A1、Zr去氧時，也常出現水口結瘤問題。目前是採用在連鑄結晶器喂稀土絲，繞開水口的方法來解決這個問題。杜挺、韓其勇、王常珍教授指出，用熔融石英水口和鋯質水口，對防止含稀土鋼水口的結瘤具有較好效果。

（3）稀土金屬的價格較貴。稀土金屬絲和棒的價格是9～9.8萬元/噸，比矽鈣合金貴，這影響了稀土鋼的擴大推廣。


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