稀土在钢中的应用
稀土材料在金属加工技术中的应用探索与生产效率优化分析
稀土材料在金属加工技术中的应用探索与生产效率优化分析引言随着科技的不断发展，稀土材料在各个领域得到了广泛的应用，金属加工技术也不例外。
稀土材料具有独特的物理和化学性质，在金属材料的改性、合金制备、表面处理等方面展示出了出色的性能。
本文将探索稀土材料在金属加工技术中的应用，并从生产效率的角度进行分析和优化。
稀土材料在金属合金中的应用1.改善织构和晶粒尺寸：稀土元素在金属合金中可以有效改善晶粒尺寸和织构，提高材料的力学性能和抗腐蚀性能。
2.增强金属合金的硬化能力：稀土元素的添加可以显著提高金属合金的硬化能力，使其在高温和高压环境下具备更好的稳定性。
3.提高金属合金的抗氧化性能：稀土元素的添加能够有效提高金属合金的抗氧化性能，延长材料的使用寿命。
4.改善金属合金的热稳定性：稀土元素在金属合金中可以形成稀土相，提高材料的热稳定性和耐高温性能。
稀土材料在金属表面处理中的应用1.稀土氧化物薄膜的制备：稀土氧化物薄膜具有较高的热稳定性和抗腐蚀性能，可以应用于金属材料的表面涂层，提高材料的耐磨性和抗腐蚀性。
2.稀土离子注入：将稀土离子注入金属表面可以形成高硬度的表面层，提高材料的硬度和耐磨性。
3.稀土化学机械抛光：稀土化学机械抛光是一种常用的金属表面处理方法，可以获得光滑、平整的金属表面。
生产效率优化分析在稀土材料的应用中，还需要考虑如何优化生产效率，以提高工艺的经济性和可行性。
1.原材料选择：在选择稀土材料的同时，需要考虑其价格、供应稳定性和其它非稀土元素的影响。
尽量选择价格相对较低、供应稳定的稀土材料。
2.添加剂配比：在金属合金制备中，稀土材料的添加量需要根据所需性能进行优化。
过少的添加量可能达不到所需的效果，而过多的添加量则会增加生产成本。
3.生产工艺优化：通过改进工艺参数、减少生产环节和提高设备利用率等措施，可以有效提高生产效率。
例如，使用自动化设备、优化工艺流程等。
4.环境保护与废料处理：在稀土材料的应用过程中，需要注意环境保护和废料处理。
稀土在钢中应用
稀土在钢中应用在我老家的小镇上，有个小钢厂。
厂里有两位老师傅，张师傅和李师傅，他们可是厂里的顶梁柱，对钢铁那是爱得深沉，就像农民对土地的热爱一样。
我常常跑去钢厂看他们工作，那场面可真是热火朝天。
张师傅总是戴着那顶有些破旧的安全帽，脸上黑乎乎的，只露出一双炯炯有神的眼睛。
他干活的时候特别专注，手里拿着工具，就像艺术家拿着画笔一样精心雕琢着钢铁。
李师傅呢，稍微胖一点，话比较多，总是一边干活一边给旁边的小徒弟们传授经验。
有一天，我又跑去钢厂，看到张师傅和李师傅在争论着什么。
走近一听，原来是在讨论钢的性能提升的问题。
张师傅皱着眉头说：“咱们这钢啊，强度和韧性总是差那么一点儿火候，要是能找到个神奇的东西加进去就好了，就像做菜的时候加点特殊的调料。
”李师傅拍了一下大腿，大声说：“你还别说，我听说有一种东西叫稀土，就像是钢铁界的魔法粉末一样，加到钢里能让钢变得更厉害呢。
”“稀土？那是什么玩意儿？听起来就很稀奇。
”小徒弟好奇地问。
李师傅笑了笑，解释道：“稀土啊，它可不是土，就像它名字是个‘假小子’。
它是一大类元素的统称。
这些稀土元素加到钢里，就像是给一群士兵配上了超级装备。
”其实啊，稀土在钢中的应用就像是一场神奇的变身秀。
稀土元素进入钢中后，就像一个个小小的卫士。
它们会和钢中的杂质作斗争，那些杂质就像调皮捣蛋的小怪兽，影响着钢的性能。
稀土元素把这些杂质收服，让钢变得更加纯净。
这就好比是在一个队伍里，把那些捣乱的家伙清理出去，队伍自然就更加整齐有序，战斗力更强了。
而且，稀土还能改变钢的微观结构。
钢的微观结构就像一座大厦的内部框架，如果框架搭建得不好，大厦就不稳固。
稀土元素就像是一个个聪明的建筑师，它们巧妙地调整着这个框架，让钢的晶体结构更加合理。
这时候的钢啊，强度就像大力士一样得到了提升，韧性也像橡皮筋一样变得更好。
你想啊，如果我们的汽车用了添加稀土的钢来制造车身，那在发生碰撞的时候，车身就不会像纸糊的一样轻易变形，而是像坚固的堡垒一样保护着车内的人。
稀土以及稀土在钢中的应用
冶金技术新进展结课论文姓名：王旭学号： 200735826稀土以及稀土在钢中的应用1. 稀土和稀土的生产分离1.1稀土由来稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素，称为稀土元素(Rare Earth)。
简称稀土(RE或R)。
1.2 稀土分类通常把镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕称为轻稀土或铈组稀土;把钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥钇称为重稀土或钇组稀土。
也有的根据稀土元素物理化学性质的相似性和差异性，除钪之外(有的将钪划归稀散元素)，划分成三组，即轻稀土组为镧、铈、镨、钕、钷；中稀土组为钐、铕、钆、铽、镝；重稀土组为钬、铒、铥、镱、镥、钇。
1.3 稀土的生产与分离稀土市场是一个多元化的市场，它不只是一个产品，而是15个稀土元素和钇、钪及其各种化合物从纯度46%的氯化物到99.9999%的单一稀土氧化物及稀土金属，均具有多种多样的用途。
加上相关的化合物和混合物，产品不计其数。
首先从最初的矿石开采起，我们逐一介绍稀土的分离方法和冶炼过程。
1.3.1稀土选矿选矿是利用组成矿石的各种矿物之间的物理化学性质的差异，采用不同的选矿方法，借助不同的选矿工艺，不同的选矿设备，把矿石中的有用矿物富集起来，除去有害杂质，并使之与脉石矿物分离的机械加工过程。
当前我国和世界上其它国家开采出来的稀土矿石中，稀土氧化物含量只有百分之几，甚至有的更低，为了满足冶炼的生产要求，在冶炼前经选矿，将稀土矿物与脉石矿物和其它有用矿物分开，以提高稀土氧化物的含量，得到能满足稀土冶金要求的稀土精矿。
稀土矿的选矿一般采用浮选法，并常辅以重选、磁选组成多种组合的选矿工艺流程。
1.3.2稀土冶炼方法土冶炼方法有两种，即湿法冶金和火法冶金。
稀土在钢中的应用
第一章综述在钢的冶炼中应用稀土是我国推广稀土应用最早的领域之一。
通过冶金工作者40多年的努力，我国已研制出稀土耐热钢、稀土耐磨钢、稀土耐腐蚀钢和稀土高强度低合金等钢种。
1.1 稀土的分类及用途稀土是指元素周期表中第ⅢB族镧系元素以及与镧系元素在化学性质上相近的钪和钇，共计17种元素，是芬兰学者加多林(Johan Gado1in)在1794年发现的，当时在瑞典的矿石中发现了矿物组成类似“土”状物而存在的钇土，且又认为稀少，便定名为“稀有的土”(Baxe Earth)。
此后，又陆续发现了与此同类的多种元素，统称为稀土。
但后来研究发现，稀土在地壳中的含量要比人们想象的多得多。
如铈比锡多得多，钇也比铅多，即使含量最少的稀土元素也比铂族元素多，说明稀土并不稀少，也不是“土”，全部都是金属元素[1]。
稀土元素根据其性质的差异和分离工艺的要求一般分为轻稀土和重稀土两类，其中镧、铈、镨、钕、钜、钐、铕为轻稀土。
稀土元素是典型的金属元素，它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属，较其他金属元素都活泼，能与多种元素化合，且稀土金属的燃点很低，如铈165℃，钕270℃，极易与氧发生反应。
所有的稀土金属能在180℃-200℃的空气中被氧化成RE2O3型氧化物，稀土氧化物的熔点都很高，生成自由能负值很大，说明其氧化物都是很稳定的化合物。
由于稀土元素的性质特殊，决定了稀土的用途。
钢铁工业中应用的主要是稀土硅铁合金(含轻稀土混合金属20％-45％)，稀土硅铁镁合金(稀土金属6％-25％，镁7％-12％)，重稀土硅铁合金(含钇类混合稀土60％以上)。
混合稀土金属(含轻稀土95％以上)，富铈或镧的稀土硅铁合金(Ce占70％或La占50％以上)。
其中炼钢生产中最常用的有两种，一是稀土合金，块状稀土硅铁合金，以前用于大包投入，大包压入，粉状一般用于大包内喷粉、模铸中注管喷粉等方法加入钢中；二是混合稀土金属，制成丝(φmm-φmm)或棒(≥φmm)，丝用于钢包、中注管或连铸结晶器，用喂丝机喂入钢中，棒采用模内吊挂的方法熔入钢中。
稀土元素在钢中的作用
稀土元素在钢中的作用一，概述一般所说的稀土元素，是指元素周期表中原子序数为57-71的镧系元素。
由于这些元素大都在矿石中共生的，而且化学性质也很相似，所以归为一类，在钢号中均用“R”表示。
稀土元素的外层电子结构相同，所以它们的化学性能极为相似，不易用一般的化学方法分离。
但其内层的电子结构不同，以致在物理性能方面引起一定的差异，而有其各自的特性。
稀土元素是很好的钢中脱硫去气剂；可用于清除其它如砷、锑、铋等有害杂质；可以改变钢中夹杂物的形状和分布情况，从而改善钢的质量。
稀土元素加入高合金的不锈耐热钢和电热合金中，可以改善钢和合金的铸态组织，从而改善其热加工性能并提高其使用寿命。
二，稀土元素对钢的组织及热处理的影响1.对组织的影响稀土元素在钢中的作用主要有两个方面，一是净化作用；一是合金化作用。
从后一作用出发，要想稳定稀土在钢中的效果，必须稳定稀土的钢中的实际含量。
研究表明，稀土在钢中有的呈夹杂物形态存在，有的分布在碳化物和固溶体中。
显然，这些不同的存在形态将对钢的性能产生不同的影响。
根据理论与实际分析，其中起有效合金化作用的为存在于碳化物及固溶体中的稀土。
如果保证在此两相中的稀土含量使之稳定和得到控制，就可以保证稀土的合金化效果。
根据试验结果，控制钢中稀土的合金化的有效部分的主要因素有以下几个方面：（1）脱氧制度的影响：采用强扩撒脱氧剂的试验用钢，固溶体中有稀土存在，而夹杂物中的稀土则比采用弱扩散脱氧剂时为低。
（2）钢中稀土总量的影响：当钢中稀土总量较高时，固溶体中大都有稀土存在，而稀土总量较低时，发现固溶体中稀土含量极为微少。
（3）钢液温度的影响：随着稀土加入温度的升高，夹杂物中的稀土（占三相稀土总量的）百分比随之增加，而碳化物中的稀土百分比则随之降低；反之，在温度较低的情况下，碳化物中的稀土百分比则明显地增加。
稀土对钢晶粒度的影响，由于钢的化学成分和工艺的不同以及加入稀土的种类等不同而有较大的差别。
稀土在钢中应用的理论基础共19页
三、 微合金化作用
但是在稀土合金钢中, 由于稀土主要偏聚于晶界, 引起晶界的结构、化学 成分和性能的变化, 并影响其它元素的扩散和新相形核与长大, 从而导致钢的 组织与性能发生变化, 这种变化被认为是稀土的微合金化作用。
3.1 固溶度及固溶强化
稀土在钢中可有一定的固溶度，虽然固溶量甚微，但由于其原子半径 较大，仍然起到一定的固溶强化作用。
3.2 改善晶界
富集在晶界的稀土会与低熔点有害元素（S和P）产生交互作用，抑制 其在晶界的偏聚。随着稀土固溶量的增加，有害元素晶界偏聚逐渐减少， ห้องสมุดไป่ตู้而强化了晶界，阻碍了晶界裂纹的形成和扩散，有利于改散钢的高低温 塑性。
表1 钢中稀土化合物和其它 一般化合物的物性
表2 钢中稀土化合 物和其它一般化合 物的物性
图1 稀土化合物 的标准生成自由 能与温度的关系
图2 1650 ℃时稀 土和其它元素氧化 物的标准生成自由 能
图3 1650 ℃时稀土 和其它元素硫化物标 准生成自由能
1.1 稀土与氧作用
从上述数据中看出， RE2O3的 标准生成自由能很低。
RE元素是唯一具有很高沸点， 又能在钢液中保持较高浓度的元素， 因此可以说RE元素是最强、最有效 的脱氧剂。
1.2 稀土与硫作用
RE可与钢中的S生成RES、RE3S4、RE2S3 、RES2等 类型的硫化物
稀土硫化物熔点在1500~2450 ℃范围内，密度在 3.3~ 6.4g/cm范围内
1600℃时， RES (s)=[RE]+[S]和RE2S3 (S)=2[RE]+3[S]
稀土材料在冶金工业中的应用前景
稀土材料在冶金工业中的应用前景引言稀土材料是指由稀土元素组成的复合材料。
稀土元素具有特殊的化学与物理性质，使得稀土材料在许多领域具有广泛的应用。
本文将重点探讨稀土材料在冶金工业中的应用前景。
稀土材料的特性高强度和耐腐蚀性稀土材料具有较高的强度和耐腐蚀性，这使得它们在冶金工业中具有重要的应用前景。
稀土材料可以用于制造高温和腐蚀环境下的各种工具和设备，例如高温合金、耐酸耐碱设备等。
超导性一些稀土材料具有超导性，即在低温下电阻为零。
这些材料在冶金工业中可以应用于制造超导磁体，用于磁性材料的制备和处理，提高冶金工业中磁性材料的性能。
磁性和光学性质稀土材料还具有特殊的磁性和光学性质。
这些性质使得稀土材料在制备和处理磁性材料、光学材料以及传感器等方面具有潜在的应用前景。
稀土材料在冶金工业中的具体应用制备高温合金稀土材料可以用于制备高温合金，以提高合金的高温强度和耐腐蚀性。
稀土元素与其他金属元素形成复合，通过改变比例和结构，可以调节合金的机械性能和化学性能，使其适应不同的高温工作环境。
耐酸耐碱设备稀土材料的耐腐蚀性使其成为制造耐酸耐碱设备的理想选择。
稀土材料可以用于制造化工设备、石油设备以及其他需要耐腐蚀性能的设备。
稀土元素的特殊电子结构和结晶结构使得稀土材料具有优异的耐腐蚀性能。
超导磁体一些稀土材料具有超导性，可以用来制造超导磁体。
超导磁体在冶金工业中广泛应用于磁性材料的制备和处理。
稀土材料的超导性可以提高磁性材料的性能，增强其磁场稳定性和磁场强度。
光学材料稀土材料具有特殊的光学性质，使其在制备光学材料方面具有潜在的应用前景。
稀土材料可以用作激光器材料、荧光粉材料等。
稀土材料的光学性质可以调节和控制，以满足不同的光学应用需求。
传感器稀土材料的特殊的磁性和光学性质使其在制备和应用传感器方面具有潜力。
稀土材料可以用于制造磁传感器、光传感器以及其他类型的传感器，用于检测和测量不同的物理和化学量。
稀土材料应用前景的展望稀土材料在冶金工业中的应用前景广阔。
稀土在钢中的作用
稀土在钢中的作用
稀土是一种重要的合金元素，可以在钢中起到多种作用，包括：
1.可以提高钢的强度和硬度，使钢具有更高的抗拉强度和耐磨性。
2.能够改善钢的加工性能和热可塑性，使钢易于加工和成形。
3.可以改善钢的耐腐蚀性能和抗氧化性能，使钢能够在恶劣环境下长时间使用。
4.能够增加钢的热稳定性和耐温性，使钢可以在高温环境下使用。
5.还可以提高钢的韧性和抗冲击性能，使钢更具有耐久性和可靠性。
因此，在钢合金化的过程中，稀土被广泛应用于不同类型的钢中，以提高钢的性能和品质。
稀土金属在冶金工业中的应用及其作用机理综述
稀土金属在冶金工业中的应用及其作用机理综述
稀土金属是指镧系元素、钇和铈，其具有良好的电、热、光学和磁性等性质，因此在冶金工业中有广泛应用。
本文将就稀土金属在冶金工业中的应用及其作用机理进行综述。
1.催化作用。
稀土金属在石油化工、化学合成、环保等方面都具有广泛应用，其中最为突出的就是催化作用。
稀土金属具有特殊的电子结构和能级分布，可激发反应中各物质之间的相互作用，促进反应的进行，并提高反应速率和选择性。
此外，稀土金属还具有很好的稳定性和抗腐蚀性，可在高温、高压、强酸、强碱环境下使用。
2.合金添加剂。
稀土金属在合金中的应用主要是增加合金的机械力学性能、热处理性能、抗腐蚀性能等。
例如，镧、铈、钇等元素添加到钢中，能明显改善钢的韧性、强度和抗腐蚀性能；将铈添加到合金铸件中，能增加铸件的强度和耐热性，提高其机械性能和表面质量。
3.稀土氧化物。
稀土氧化物具有良好的光学性能、电学特性和热化学性质，被广泛用于太阳电池、显像管、气体放电管等电子元件和高温陶瓷、光学玻璃这些材料的增韧化改性。
4.稀土金属精炼剂。
稀土金属精炼剂可针对不同类型的金属杂质、气体杂质和硫化物等杂质，实现高效的金属精炼。
稀土金属精炼剂可在加热的过程中参与反应，
将杂质元素转化为稳定的化合物，从而实现分离和提纯。
例如，在钢坯中添加适量的海绵铈，可以使含硫钢的硫含量降至0.005%以下，从而提高钢的质量和性能。
综上所述，稀土金属在冶金工业中的应用及其作用机理主要包括催化作用、合金添加剂、稀土氧化物和稀土金属精炼剂等方面。
随着科技的发展，稀土金属在冶金工业中的应用还会不断拓展和深化。
为什么要向钢铁中加入稀土元素？
为什么要向钢铁中加入稀土元素？在元素周期表上，差不多每个元素个占一格，只有两个元素例外，“镧”系元素和“锕”元素各五十个，分别挤在一个格子里。
镧系又称稀土族，是元素中的一个大家族，共有兄弟十五人，它们的名字叫做：“镧，铈，镨，钕，镨、钷，钐，铕，钆，铽，镝，钬，铒，铥，镱，镥”。
它们的面貌和性格都很相像，而且团结得很紧，在矿物中，它们都是蹲在一起的，因此在周期表中，他们也挤在一个格子里。
另外还有两位稀土家族的亲戚，它们叫做“钪和钇”，虽然在周期表上，它们另有座位，但在矿物中，它们却常常和稀土家族在一起。
因此人们也常常把它们看成稀土族的一家。
稀土族早在1794年就被发现了，但是在150多年来，它们一直是默默无闻的，因为人们没有发现他们有多大的用途。
在第二次世界大战时期，开始把它们加入钢铁中，才显现出它们的作用，现在它们的应用范围也越来越广泛了。
如果你能把稀土族元素加入钢铁中的方法和数量掌握准确，那么，它们几乎到处都能显现出良好的作用。
改善钢铁材料的才能，所以有人把它们称之为钢铁中的“维他命”。
球墨铸铁中加入稀土族元素，耐磨性能极好，韧性又高，又能耐疲劳，可以代替钢铁制造机器。
耐酸铸铁本来最容易产生气孔，加入稀土族元素后，可以消除气孔，废品率大大的降低了，耐酸性能也能提高好几倍。
碳素钢中含磷量高了，在温度低时就容易发脆，但要是加入稀土族元素，低温脆性就消除了，磷反而提高了钢的强度和耐腐蚀性能。
稀土族元素把磷的性质改造好了。
一块合金结构钢板，纵横两个方向的冲击韧性本来就有较大的差别。
加入稀土族元素以后，横向韧性提高了，方向上的差别也变得很小了，使用的效率也好得多了。
超高的强度结构钢，本来就是不易焊接的，加点稀土族元素后，焊接性能显著地改善了。
滚珠刚和工具钢的硬度都很高，但塑料性和韧性却比较差，这是个缺点，加点稀土族元素后，两性能都有提高，使用的寿命更长了。
不锈耐热钢本就难于加工，加点稀土族元素后，不但变得容易加工了，还能再高温下的抗氧化性显著加强。
稀土在结构材料中的应用
因此，需要持续深入研究稀土在钢中的作用机理。
1、稀土镁球墨铸铁
2011 年全国的球墨铸铁产量近 1000 万吨，占世界第一位。我国
95%以上的工厂、70%以上的球墨铸铁采用以稀土－镁作为球化剂、操
作工艺简单的冲入法生产。 球墨铸铁生产中 , 作为球化剂所应用的稀土以轻稀土为主 ( 其中铈占
50% 左右) ，而在厚大断面球铁中一般使用有一定抗衰退作用的重稀土
微合金化
抑制消除低熔点杂质的 有害作用，阻碍晶间裂纹 的形成和扩展，改善塑性 尤其是高温塑性； 抑制动态再结晶、细化 晶粒和沉淀相尺寸； 改变渗碳体的组成和结 构并使碳化物球化、细化 和均匀分布。
5
脱氧、脱硫作用 减少并细化钢中夹杂 β superca 物 cage ge
稀土具有捕氢性，可以改善钢的氢致延迟断裂性能
氏体球铁(国际上统称ADI)，已广泛地应用于齿轮和各种结构件。我国 研制的水平连续铸造球墨铸铁型材主要应用于液压、空压机、汽车、通 用和纺织机械的零部件。
前悬架上、下横梁臂
前悬架上弹簧支架
中、后悬架上、下横梁
ห้องสมุดไป่ตู้
中、后悬架下弹簧支架
ADI重卡配 件
汽车底盘悬架类结构件
2、蠕墨铸铁
蠕墨铸铁具有良好的力学性能(σb＝300～500MPa)和铸造性能以及 优越的综合耐热疲劳性能。采用稀土中间合金生产大马力柴油机的蠕墨铸
国在发展过程中共同关心的问题。材料的轻量化可以有效降低能
源的消耗，对于实现节能环保有着十分重要的意义，因此，铝、 镁、钛等轻质合金作为结构材料在工业领域中的应用也越来越广 泛。稀土元素对于提升传统钢、铁材料及新型有色金属及其合金 材料的性能都起着极其重要的作用。
稀土元素在钢中加入方法的对比分析
２ Ｏ ． １ Ｂ ７ ２
２ ０ － ２ Ｂ ７ ６
ｌ ９ ． １ Ｂ ８ ６
２ １ ． ８ Ｂ８ ８
的形成倾 向就高。虽然其熔点较
高 ，能 避 免 热脆 的 产 生 ，但 Ｍｎ Ｓ
在加 工变 形 时 能 沿 着加 工方 向延
Ｂ ５ ５
利用率（ ％） ９ ０ ． １
稀 土 加 入 方 法 有 许 多 ， 目前 主要有两种 ，散料加入和 喂丝法 。 稀 土 按 一 定 速 度喂 入 钢 包 ，
由表 中数据可见 ，稀土喂 丝
处理 要远 优 良于块 状 加 入 。
４ ． 结语
众所 周知 ，传统 的稀土处理 比
１ ． 稀 土在钢 中的作用
稀 土 处 理 可 以 脱 氧 、脱 硫 、 微 合 金化 ，也 能 改 变 稀土 夹 杂 物 的 变形 能 力 。尤 其 是 在一 定程 度
Ｍ 蜘ｌ 熔 炼
稀土元素在钢中加入方法的 对比分析
一 袁 志亮 ，王 拓 ，陈立杰 ，郝松涛
稀土元素 （ Ｒ Ｅ ）包括 ｌ ７ 个元 素 ，其性 质都很类似 ，熔 点低 ， 密度大 ，与氧、硫 、氮等元素有
很 好 的 亲 和 力 。稀 土 是 非 常 有用 稀土 在 钢 中 的 作 用 主 要 有 净 化 、变 质及 合 金化 。随 着 氧 硫 含
较粗犷 ，并由于其加入到渣中后 ，
大部分 稀土在渣 中无谓的烧 损 ，参
与 了渣 的 反应 ，只有 少 数 稀 土 真
正地起 到作用 ， 所 以其利用 率非常 低 。因此取而代之 的喂丝操 作极大 地 改 善 和 促 进 了 稀土 在 钢 中的 作 用 ，能把稀土深 度送入钢液 ，使其 完 全熔入钢 中进 行反应 ，方法十分
稀土元素在铸钢件上的应用
1 前言我厂火电机组的汽轮机高中压缸体铸件曾多次出现力学性能指标达不到要求, 石油开采设备的防喷器铸钢顶盖、壳体也多次出现裂纹而报废。
我们采取了钢水稀土处理法提高了铸件的质量, 防止了铸件裂纹, 并获得了良好的效果。
从抗热裂和提高耐磨性能出发, 我们又将钢水稀土处理的方法推广应用到矿山设备的高锰钢铸件——轧臼壁、衬套上, 结果也取得了成功。
2 主要稀土产品的特点及其用途稀土硅铁合金: 含轻稀土混合金属(20～40) % 。
低品位者用于配制三元以上的复合合金, 高品位者用作炼钢的添加剂或高强度灰口铸铁的孕育剂。
稀土硅铁镁合金: 含有6%～25% 的稀土金属, 7%～12% 的金属镁, 用于球墨铸铁和蠕墨铸铁。
重稀土硅铁合金: 含钇类混合稀土60% 以上, 用于粗厚球铁铸件。
富铈或富镧稀土硅铁合金: 前者在稀土总量中铈占70% 以上, 是铸铁的优良孕育剂; 后者在稀土总量中镧占50% 以上, 是较好的蠕化剂。
混合稀土金属: 含轻稀土95% 以上, 制成块、棒、丝状, 用于钢水的稀土处理或连铸的喂丝等。
我分厂铸钢件的稀土处理, 采用的是我国包头生产的以铈、镧、钕、镨为主的混合稀土金属, 其中二氧化铈(C e O 2 ) 约占5912% , 稀土总量> 98% 。
3 稀土金属的加入方法稀土金属的加入方法, 一般可分为: 投入法、压入法、喷吹法(是将稀土金属加入到钢水包中进行钢水的稀土处理) 和吊挂法、喂丝法等, 后两种方法的稀土回收率高, 也避免了钢包加入法的缺点: 稀土回收率低、易产生水口结瘤、劳动条件差等, 但相对成本要高些。
当然, 从长远利益考虑, 还是以后两种方法为宜。
因为钢水的稀土处理在我分厂还在试生产, 受设备、投资等限制, 故暂采用较为简便易行的钢包投入法。
具体操作是: 先将稀土金属块在( 200～300) ℃预热烘烤4h 以上, 待钢水包内进入的钢水达到总量的1/4 ～1/3时, 将预热的稀土块投入钢水包中。
稀土在钢铁及有色金属中的应用充满希望
稀土在钢铁及有色金属中的应用充满希望近年来，我国经济持续稳定、健康增长，同时带来的是对资源的需求亦日益迫切，我国已成为钢铁、材料需求大国。
作为稀土资源丰富的国家，合理开发和利用稀土，进一步研究和探索稀土在钢铁及有色金属的应用，是十分必要和及时的。
稀土元素是典型的金属。
在17个稀土元素中，按金属的活泼次序排列，由钪、钇、镧递增，由镧到镥递减，镧元素最活泼。
稀土元素可以和氮、氢、碳、磷等发生反应。
可广泛地应用到钢铁和有色金属中。
一、稀土在钢铁中的应用1.稀土在钢中的应用稀土真正应用于钢是在第二次世界大战期间，因战争而大量的需求，人们发现稀土元素加入钢中，可提高钢的性能。
也就是在冶炼钢的时候，如果加入稀土元素的方法得当，比例合适，就会得到优质的碳素钢。
尤其是不锈钢在稀土族元素的帮助下，不仅制造工艺简化了，而且不锈钢的抗氧化性也能明显提高和改善。
也就是说，稀土改善钢的许多性能都是和稀土变质钢的凝固组织和夹杂物有关。
稀土元素的微合金化作用主要是由稀土原子在晶界上偏聚，与其它元素交互作用，引起晶界的结构，化学成分和能量的变化，并影响其他元素的扩散和新相的成核与长大，最终导致钢组织与性能的变化引起的。
钢中稀土金属含量因不同钢种，不同冶炼方法和不同的稀土加入方法而有很大差异。
在冶炼过程中，稀土可以与钢中磷、砷、锡、锑、铋、锆等低熔点有害元素相作用。
形成熔点较高的化合物。
也有抑制这些杂质和晶界上的偏折。
稀土加入钢液中生成球状稀土硫化物或硫氧化物，取代容易形成的长条状MnS 夹杂，使硫化物形状得到控制，提高了钢的热塑性，特别是横向冲击性，改善钢材的各向异性。
稀土使棱角状高硬度的氧化铝转化为球状硫化物及铝酸稀土，有利于提高钢的抗疲劳性能。
通过热力学分析和研究表明：在钢铁中加入稀土可提高钢铁的强度、耐磨性和抗氧化等性能。
我国稀土在钢铁中应用始于20世纪60年代初，许多单位参与这项工作，在上百种钢号中进行“稀土（合金）钢”的开发试验研究工作，最后真正在工业上正式生产的钢号不足10个，如16Mn、601、603以及部分Fe-Cr-Ac系电热合金等。
稀土在无取向硅钢中的应用研究
稀土在冶金工业中的应用稀土在钢中的应用稀土在钢中的应用有近30年的历史，经过对稀土金属在钢中作用规律和机理的研究，搞清楚了稀土在钢中的作用；通过添加工艺方法的实验研究，掌握了稀土加入的工艺条件、添加稀土金属的品种和加入量。
至八十年代末期，稀土在钢中的应用已没有技术方面的障碍。
我国稀土钢产量从1985年的11万吨增长到1997年的近60万吨，品种80多个。
仅武钢一家，“八五”期间就生产了160万吨稀土钢，创造经济效益3.2亿元，社会效益18.3亿元，节约外汇5000万美元。
稀土加入钢中，可起到脱氧、脱硫、改变夹杂物形态等净化和变质作用，在某些钢中还能有微合金化的作用，稀土能够提高钢的抗氧化能力，高温强度和塑性、疲劳寿命、耐腐蚀性及抗裂性等。
稀土加入钢中的主要作用净化作用：钢中加入稀土，可以置换钢中可能生成的硫化锰、氧化铝和硅铝酸盐夹杂物中的氧与硫，形成稀土化合物。
这些化合物中有部分从钢液中上浮进入渣中，从而使钢液中的夹杂物减少，钢液得到净化，这就是稀土对钢的净化作用。
细化组织：由于稀土在钢中同夹杂物反应生成的稀土化合物熔点较高，在钢液凝固前析出，这些细小的质点，可作为非均质形核中心，降低结晶过程的过冷度，因此，不但可以减少偏析还可细化钢的凝固组织。
对夹杂物的形态控制：钢中加入稀土后，硫化锰将被在高温塑性变形能力较小的稀土氧化物或硫化物取代，这些化合物在轧制过程中不随钢一起变形，仍保持为球状，它们对钢的机械性能影响较小，所以钢中加入稀土可以提高钢的韧性，改善钢的抗疲劳性能。
在耐大气腐蚀钢中加入稀土，使钢的内锈层致密，而且与基体的结合力变强，不易脱离，可以阻止大气中O2和H2O的扩散，从而降低了腐蚀速度，加稀土的钢的耐腐蚀性比不加稀土的钢提高0.3～2.4倍。
在Mn Nb系低合金高强度钢中加入稀土可以显著改善钢的冷弯性能、冲击性能、低温冲击性和耐磨性，大大改善了钢的加工性能并提高其使用寿命。
在铁路钢轨中加入稀土，可显著提高钢轨的耐磨性、抗剥离性，经多年使用证明钢轨寿命提高1.5倍。
稀土在结构材料中的应用
40 5200 624
20
28
35
3329
4693
5909
注：1.我国球墨铸铁件约70%左右使用稀土-镁球化剂。 2.各种铸造合金中使用的变质剂使用量已考虑铸件的成品率。 3.灰铸铁件约10%左右(薄壁小件)使用稀土硅铁作孕育剂，以减少白口倾向。 4.由于各种稀土变质剂中稀土氧化物含量(%)不同，本表中计算的含量(%)采用其平均值。
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（3）我国稀土钢发展存在的问题
稀土加入工艺及设备较落后
钢中稀土的加入工艺和设备尚满足不了从国外引进的炼钢和炉 外精炼设备高度自动化、连续化的要求。因此迫切需要提升稀土 加入工艺及装备水平，解决连铸中间包稀土加入水口结瘤问题， 开发不锈钢板连铸稀土加入工艺，开发新一代自动化的喂丝机以 及高拉速板坯连铸稀土加入工艺。
航空航天铝合金主要品种： ➢铝-锂合金(Al-Li) ➢铝-钪合金(Al-Sc) ➢铝-铍合金(Al-Be) ➢铝基复合材料
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美国航天局兰利（Langley）研发 中 心 开 发 的 牌 号 为 C557 的 钪 铝 合 金 利 用钪与锆的协同强化效应，不但提高 了强度和热稳定性，同时还使该合金 可在液氢的温度下工作，拓宽了此种 含钪和锆的铝镁合金在航空结构及航 天结构材料领域中的应用范围。
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稀土可提高弹簧钢、 齿轮钢和轴承钢的抗 疲劳性能，难变形高 合金钢的热塑性，
7
稀土可提高耐热钢的抗氧化性能和高温强度
耐热钢铸件（弧形炉底板）
稀土可提高钢轨及耐磨材料的 耐磨性。
钢 中 加 入 稀 土 后 ， 一 般能使钢板、无缝钢管 的横向冲击韧性提高 50%以 上 ， 耐 腐 蚀 性 能 提 高 50%， 同 时 提 高 其 他性能。
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稀土在钢中的应用朱兆顺张建武钢集团鄂钢公司技术部，湖北省鄂州市 436002摘要：本文简要的分析了稀土在钢铁冶金中的应用。
用稀土这个高技术材料来强化和提升钢铁传统产业，在低合金钢、合金钢中加入微量稀土，提高钢质增强国际竞争力，把稀土的资源优势转化为钢材的品种优势和经济优势，具有十分重大的意义。
关键字：稀土，微合金化，弥散硬化，稀土铌重轨1.稀土的分类根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质，以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征，十七种稀土元素通常分为二组。
轻稀土（又称铈组）包括：镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)。
重稀土（又称钇组）包括：铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc)、钇(Y)。
2.稀土金属的某些物理特性表1元素原子量离子半径(埃)密度(克/厘3)熔度(℃)沸点(℃）氧化物熔点(℃)比电阻欧姆厘米106R3+离子磁矩(波尔磁子)La 138.92 1.22 6.19 9205 4230 2315 56.8 0.00 Ce 140.13 1.18 6.768 8045 2930 1950 75.3 2.56Pr 140.92 1.16 6.769 9355 3020 2500 68.0 3.62 Nd 144.27 1.15 7.007 10245 3180 2270 64.3 3.68 Pm 147.00 1.14 －－－－－ 2.83 Sm 150.35 1.13 7.504 10525 1630 2350 88.0 1.55～1.65 Eu 152.00 1.13 5.166 82610 1490 2050 81.3 3.40～3.50 Gd 157.26 1.11 7.868 135020 2730 2350 140.5 7.94Tb 158.93 1.09 8.253 1336 2530 2387 －9.7Dy 162.51 1.07 8.565 148520 2330 2340 56.0 10.6 Ho 164.94 1.05 8.799 1490 2330 2360 87.0 10.6Er 167.27 1.04 9.058 1500～1550 2630 2355 107.0 9.6Tm 168.94 1.04 9.318 1500～1600 2130 2400 79.0 7.6Yb 173.04 1.00 6.959 8245 1530 2346 27.0 4.5Lu 174.99 0.99 9.849 1650～1750 1930 2400 79.0 0.00Sc 44.97 0.83 2.995 1550～1600 2750 －－－Y 88.92 1.06 4.472 1552 3030 2680 －－3.稀土的用途由于稀土元素的特殊性质，决定了稀土的用途。
钢铁工业中应用的主要是稀土硅铁合金(含轻稀土混合金属20％～45％)，稀土硅铁镁合金(稀土金属6％～25％，镁7％～12％)，重稀土硅铁合金(含钇类混合稀土60％以上)。
混合稀土金属(含轻稀土95％以上)，富铈或镧的稀土硅铁合金(Ce占70％或La占50％以上)。
其中炼钢生产中最常用的有两种，一是稀土合金，块状稀土硅铁合金，以前用于大包投入，大包压入，粉状一般用于大包内喷粉、模铸中注管喷粉等方法加入钢中；二是混合稀土金属，制成(φ0.5mm～φ2mm)或棒(≥φ2mm)，丝用于钢包、中注管或连铸结晶器，使用喂丝机喂入钢中，棒采用模内吊挂的方法熔入钢中。
稀土金属包芯线作为线性添加材料的新品种，由于喂丝技术在炼钢生产中的广泛应用，必将得到进一步的发展。
4.稀土在钢中的作用机理4.1微合金化作用稀土元素的微合金化作用初步认定主要是稀土原子在晶界上偏聚与其它元素交互作用，引起晶界的结构、化学成分和能量的变化，并影响其它元素的扩散和新相的成核与长大，最终导致钢组织与性能的变化。
钢中稀土金属含量因不同钢种，不同冶炼方法和不同的稀土加入方法而有很大差异。
稀土强化晶界，阻碍晶间裂纹的形成和扩展，有利于改善塑性尤其是高温塑性；稀土能抑制动态再结晶、细化晶粒和沉淀相尺寸并促进铁素体中Nb（C、N），（Nb、Ti）（C、N）和V（C、N）的析出；溶解的稀土可改变渗碳体的组成和结构并使碳化物球化、细化和均匀分布。
4.2与其它有害元素的作用一定量(量的多少还需进一步测算)的稀土可以与钢中磷、砷、锡、锑、铋、铅等低熔点有害元素相作用。
一方面，稀土可以与这些杂质形成熔点较高的化合物；另一方面，还能抑制这些夹杂在晶界上的偏祈。
例如，钢存在热脆性，是由于钢中有一些低熔点的金属元素，当把稀土加入钢液中，生成高熔点金属化合物，不熔于钢中而进入炉渣，起到净化作用，使钢中杂质减少，从而克服了热脆性。
4.3稀土元素的脱硫、脱氧热力学分析和大量有关钢中稀土夹杂研究表明，钢中[O]、[S]含量在一定范围内，钢液中加入稀土时，极易生成稀土的氧硫化物。
当钢中氧含量降至201ppm以下时、加入钢液中的稀土首先形成RE203S型夹杂物，而后形成RE3S4或RES型的硫化物，这些硫化物可能包裹在氧硫化物外围，组成复合夹杂物或稀土硅酸盐化合物，它们熔点高且非常稳定，显球状，钢液经过适当的镇静之后，这些稀土氧化物、硫化物或稀土硅酸盐化合物将从钢中排除，从而净化了钢液。
稀土在钢中的作用90％是通过对硫化物形态的控制来实现的。
当RE/S为2.7-3.0时，硫化物形态控制效果达到最佳状态。
4.4捕氢作用稀土能吸收大量的氢，可以制成储氢材科，稀土加到钢中，可以抑制钢中氢引起的脆性和白点。
已有研究表明，稀土有降低氢的扩散系数，延缓氢在裂纹尖端塑性区的富集，从而使裂纹扩展的孕育期和断裂时间延长因此，稀土有抑制钢的氢脆作用。
4.5弥散硬化作用向钢液中喷吹稀土氧化物(CeO2)粉剂，可以提高钢的强度和韧性，降低脆性转变温度提高钢的持久强度。
其原因是一方面CeO2可以作为结晶核的细化铸态晶粒；另一方面，弥散分布的CeO2质点可以提高晶界对位错运动的阻力。
4.6变性夹杂稀土加入钢液中生成球状稀土硫化物或硫氧化物，取代容易形成的长条状MnS夹杂，使硫化物形状得到控制，提高了钢的热塑性，特别是横向冲击韧性，改善钢材的各向异性。
稀土使棱角状高硬度的氧化铝夹杂转为球状硫氧化物及铝酸稀土，有利于提高钢的疲劳性能。
5.稀土对钢材性能的影响目前开发的稀土钢品种有：稀土铌重轨，高韧性压力容器用钢，45kg级桥梁板，稀土船板钢，稀土车轴钢，大型桥梁用型钢等。
稀土可提高耐候钢、不锈钢的抗腐蚀性能，耐热钢的抗氧化性能和高温强度，弹簧钢、齿轮钢和轴承钢的抗疲劳性能，难变形高合金钢的热塑性，钢轨及耐磨材料的耐磨性等。
钢中加入稀土后，一般能使钢板、无缝钢管的横向冲击韧性提高50%以上，耐腐蚀性能提高60%，同时提高其他性能。
每吨钢加稀土300克左右，但作用十分显著，这些钢由于稀土的存在，在性能与用途方面得到了提高。
说明稀土对钢材性能的影响独具其魅力。
5.1稀土对钢轨钢的影响当钢轨钢中稀土(Ce、La、Pr、混合稀土) 含量为O.029％以上时,可产生如下影响：①稀土可延缓钢轨钢接触疲劳裂纹的萌生和扩展，推迟钢轨表面剥离的发生。
②稀土可明显减小钢轨钢接触疲劳贯穿角和贯穿深度。
③稀土可缩小钢轨钢接触疲劳表面的塑性变形范围，改善加工硬化效果。
④稀土具有净化钢液，变性夹杂和微合金化作用。
⑤既能减小应力集中区，又能细化组织、提高强度，增强钢轨钢抗变形能力。
⑥由于稀土极易氧化，并与氧化合成氧化膜，附着于钢轨表面，由此产生的“白润滑”作用既能减小摩擦系数，又能提高表面结合强度，从而改善了钢轨的疲劳和磨损，耐磨性比普通轨增加1倍。
5.2稀土对60CrMnMo的影响加稀土处理后，使钢中稀土含量达到0.05％—0.07％时，可明显提高热轧辊用钢的热疲劳寿命和塑性。
5.3稀土对16MnRE的影响。
显著改善了钢的韧、塑性，特别是钢的横向韧、塑性，冲压性能好。
此钢材广泛用于制作汽车、桥梁、造船、容器以及建筑行业。
5.4稀土对09MnRE的影响显著提高汽车及车辆用钢的塑性。
用于中型汽车发动机挡板及车厢边框边板等。
5.5稀土对石油钻管钢的影响稀土元素在钢中的主要作用是除去钢水中的杂质元素，特别是钢中加入稀土后可使硫含量从0.025％降到0.01％，并能改变残留夹杂物，主要是硫化锰的形状，从而提高钢的强度，这是因为残留的稀土夹杂物较硬，轧制时呈现球状，而不形成易于引起裂纹的细长薄片。
其次当钢中有氢一类有害气体存在时，稀土在钢中可起到脱氢作用。
这些特性对油井钻探用钢是很重要的，添加混合稀土金属可以提高钻管钢的使用寿命。
5.6稀土对弹簧钢的影响疲劳强度是弹簧钢的主要性能指标，由于夹杂物的变质作用会对钢的疲劳性能带来显著的影响，因此利用稀土来提高弹簧钢的性能，引起了人们的关注。
6.稀土钢的性能对比对钢进行稀土处理，具有投资少、无污染、见效快、经济效益高的特点。
北京钢铁研究总院与武汉钢铁公司共同做的几种钢的盐雾腐蚀对比试验结果表明，稀土耐候钢的耐腐蚀性能是普通钢（Q235）的近2倍，超过了国际名牌耐候钢美国的Corten钢的水平。
中科院沈阳金属研究所研制了一种水电站水轮机、水泵用加稀土的不锈钢，抗磨损性能比目前国内外使用最多的0Cr13Ni4Mo钢提高近1倍。
该所做了大量对比试验，这种不锈钢加适量稀土（0.3%）比不加稀土的性能大幅度提高，稀土对合金抗腐蚀、抗磨损和抗磨蚀性能分别比不加稀土的合金提高57%、55%、83%。
7.稀土处理钢也有缺点（1）稀土夹杂物比重大，一般在5.5～6.5之间，不易上浮，特别是当稀土加入量过量时，会增加钢中的夹杂，甚至产生脆性的稀土与铁的金属间化合物恶化钢的性能。
通过计算机仿真计算，确定最佳稀土加入量和稀土喂丝机的自动化，可以实现稀土加入量的准确控制，达到提高钢质的目的。
（2）稀土处理钢浇注时水口易结瘤，用强脱氧剂如A1、Zr脱氧时，也常出现水口结瘤问题。
目前是采用在连铸结晶器喂稀土丝，绕开水口的方法来解决这个问题。
杜挺、韩其勇、王常珍教授指出，用熔融石英水口和锆质水口，对防止含稀土钢水口的结瘤具有较好效果。
（3）稀土金属的价格较贵。
稀土金属丝和棒的价格是10万元/吨以上，比硅钙合金贵，这影响了稀土钢的扩大推广。
8.我国稀土钢的现状1990～2003年我国稀土钢的产量和钢产量变化态势见表2。
表2 1990～2003年我国稀土钢的产量（万吨）图1在稀土喂丝机的研制方面，包头稀土研究院、武汉钢铁公司二炼钢厂等单位曾取得过长足的进步。
稀土丝、棒和稀土硅化物合金、稀土硅铁包芯线产品，也较好地满足了各钢厂发展稀土钢的需要。