稀土在结构材料中的应用

微合金化பைடு நூலகம்
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
（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。
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
氢致延迟断裂
稀土可提高耐候钢、不锈钢的抗腐蚀性能
耐大气腐蚀钢（耐侯钢）
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，
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。
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
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
桥式双龙门机床
我国稀土－镁球墨铸铁应用的较成功的领域是离心球墨铸铁管，
汽车、内燃机、拖拉机的保安件和曲轴等典型铸件。其中离心球墨铸
铁管2012年产量已达到442.3万吨，约占全国球铁铸件产量的40%左 右，占世界第一位。
球墨铸铁管
曲轴 汽车转向系统铸铁件（保安件）
我国研究成功具有高强度 (σb≥1000MPa) 、高韧性的奥氏体－贝
铁缸盖，可较大幅度地提高缸盖的耐热疲劳性能。蠕铁铸铁缸体还具有如
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。
1 稀土在钢中的应用
我国是全球钢铁产量第一的大国，但并非钢铁强国，与国外先 进水平相比，我国的钢铁的品种质量还存在一定的差距，仍有不
180 160 140 120 100 74.6 83 80 60 40 20 0 164.5 139.4 116.9 94 92.5 73.8
产量（万吨）
88.9
78.2
01
02
03
04
05
06
07
08
09 20
20
20
20
20
20
20
20
20
年度
2001～2010我国稀土钢产量（万吨）
20
10
（2）我国稀土钢新品种开发情况
(钇系等)。 采用钇基重稀土(利用其在厚大断面球铁中具有的抗衰退性强的特点 )
球化剂生产的球墨铸铁，可用于制作重大型复杂结构件核乏燃料储罐，
数控桥式双龙门镗铣床的固定横梁(毛坯重量达123t)，各种重、大、特 型球铁件。大断面(壁厚≥120mm) 球墨铸铁的冶金及生产工艺仍需深
入研究。
核乏燃料容器
2、我国稀土钢的发展现状
（1）我国稀土钢产量情况
上世纪末，我国稀土钢产业发展迅猛，仅1996年～1999 年，我国共生产稀土钢 291 万吨，为国家新增直接经济效益
7.27亿元，间接效益36.35亿元。2008 年我国稀土钢产量猛
增至164.5万吨，为国家创造巨大的经济效益和社会效益。
2001～2010我国稀土钢产量
近年来，我国稀土钢新品种的开发取得了显著成绩。本 钢在汽车车轮钢中加稀土效果显著，其稀土钢年产量已达40
万吨。包钢开发的稀土铬钢轨，已成功出口巴西、美国、墨
西哥计 7 万吨，用户反映良好；包钢还生产了风电塔架用 Q345 系列稀土钢宽厚板产品 28万吨，受到风电用户好评。 包头华业特钢加稀土的节镍不锈钢，年产量已超过20万吨。
稀土在结构材料中的应用
目录
1 稀土在钢中的应用 2 稀土在铸铁中的应用 3 稀土在铝合金中的应用
4 稀土在镁合金中的应用
工业革命以来，钢铁一直是人类使用的最主要结构材料，是 国家工业化的基础，堪称为工程结构材料之王，在未来相当长的 一段时期内，这种主导的地位仍将难以动摇。 进入21世纪以来，节约能源、减轻环境污染已经成为世界各
稀土钢的品种少，产量低
我国大批量生产的稀土钢品种仅 9个钢号，稀土钢产量占总钢 产量的比例不到1%。
稀土在各类钢中的作用机理研究得不够深入
稀土在钢中的作用主要包括净化钢液、变质夹杂和微合金化。随 着炼钢技术的不断进步，钢的成分波动范围减小，钢的洁净度提高， 钢中稀土的含量发生了变化，稀土在钢中的作用机制也发生了改变，
少钢材需要进口。
因此，提质增效是我国钢铁产业发展的重点之一。在低合金钢、 合金钢中加入微量稀土，是提升钢铁材料的性能的有效途径；同
时，稀土在钢中的应用不仅可以充分发挥我国稀土的资源优势，
还对促进我国稀土资源的平衡应用具有重大意义。
1、稀土在钢中的作用 稀土在钢中的作用
净化钢液
变质夹杂
控制生成的硫化物形 态，提高钢的韧塑性特 别是横向冲击韧性，改 善钢材的各向异性。 使氧化铝夹杂转变成 球状硫氧化物及铝酸稀 土，显著地提高钢的抗 疲劳性能。