稀土铁合金让钢更“刚”

2021.01.22 长江有色金属网

众所周知，稀土铁合金加在钢中，可细化钢材晶粒尺寸，变质夹杂物，提高低温冲击柔韧性、强度、强塑性、耐磨等性能。

包头稀土研究院研究的稀土铁合金加入钢中，使稀土分布均匀，稀土收率均在50%以上，可大大提高资源利用率。目前稀土铁合金已经能在耐磨钢、高强钢、风电钢、管线钢等产品中实现批量应用，尤其在包钢实施了工业生产五炉、九炉、十五炉连浇，在其它企业实施了工业生产六炉连浇，整个过程稳定运行。

这个技术能有所突破，其实过程并不简单，经历了跟跑、并跑直至领跑的过程，整个过程一波三折。

稀土科研技术的进步为钢中加入稀土提供可能

稀土，被誉为钢铁中的“盘尼西林”。国内外许多资料研究证明，向钢中加入稀土元素后不但可以改善钢的宏观结构，如使枝晶细化、减少疏松和偏析，还可以细化晶粒，改善微观组织；可净化钢质，使钢中非金属夹杂物变形和减少，去除气体，起微合金化作用，进一步改善钢的物理、力学性能。

中国在上世纪50年代末就已经开始相关研究，几乎与国外是同时起步。当时，很多牌号钢中加入稀土效果不稳定，尤其是存在连铸过程水口发生结瘤、钢中稀土收率不稳定、钢材性能不稳定等问题，以至于许多研究者不能很好的说明稀土在钢中的具体作用。

随着稀土金属分离、提纯技术和手段不断进步，可以制备单一镧、铈、镨、钕等稀土金属，加之国家对先进材料的高度重视，以及需要为高丰度镧、铈元素寻找使用渠道等原因，近年来，稀土钢无论是基础研究还是应用领域均得到了迅速发展。

即便稀土冶炼分离技术很先进，但要解决稀土如何加入、以何种方式加入到钢中也不是一件简单的事情。

从国内外研究者的研究领域来看，他们大多采用加入纯稀土金属块或稀土硅铁合金块、吊棒法、喂丝法、喷粉法等等。但是随着炉外精炼技术的快速发展，钢材的洁净度也越来越高，上述加入方式已不能完全满足稀土钢工业生产的需要。

攻克加入方式成为了稀土钢生产过程的首个关键问题。国内外对稀土钢研究热潮一直未减，但是目前稀土钢的生产过程中仍存在着关键共性技术难题，其中难题之一就是稀土如何高效加入问题。

根据稀土元素化学性质活泼，易于氧、硫、氮等元素作用的特点，结合钢材的主要成分，综合考虑加入稀土方式的密度、熔点、稀土元素活性等因素，包头稀土研究院经过不断尝试，成功开发了适宜稀土钢生产使用的高洁净稀土铁合金新产品及其低成本制备技术。这一技术在行业内尚属首创，经权威机构联合鉴定，整体技术达到国际领先水平。

稀土铁合金的优良性能极大拓展钢的应用领域

稀土铁合金能成功加入钢中，自然离不开它的优良性能。

稀土铁合金具有适宜的熔点和密度，即密度比渣大，与钢液接近，熔点均比稀土金属高，更容易加入到钢液中与钢液充分合金化。所以加入到钢中稀土收得率高，经过工程试验，结果显示收率均在50%以上。此外，稀土铁合金活度低，抗氧化性强，易于保存和输送。

这么好的性能，自然与稀土铁合金制备工艺分不开。包头稀土研究院采用熔盐电解及中频炉成分调控双联法。利用熔盐电解法制备高稀土铁中间合金，然后利用高稀土铁中间合金为原料在中频炉内进行成分调控，制备出符合稀土钢生产过程应用的稀土铁合金产品。该制备过程解决了非自耗阴极电解技术、杂质元素控制技术、合金中组元偏析控制技术。制备的稀土铁合金稀土含量能够控制在±1%以内，硫、氧等杂质元素含量低。

目前，包头稀土研究院开发出三大类40余种铁合金产品、受理发明专利12项、制定行业、团体标准4项，建成了年产1200吨稀土铁合金产业化示范线。

在包钢、北方重工、中国一重、中原特钢、共享铸钢、南京钢铁等院校企业得到使用。可以实现稀土钢十五炉次连续稳定生产，钢中稀土收率均在50%以上，在铸铁中加入稀土铁合金，抗拉强度可以提高40%以上、抗压能力提高80%以上，该产品受到瑞士等国外客户的青睐。

如今，利用稀土铁合金生产的不同牌号稀土钢正在大型风机、机壳机盖、高铁轨道、北京大兴国际机场等重要领域发挥重要作用。

稀土铁合金被评为2020年内蒙古自治区新材料首批次产品，稀土钢用铈铁合金制备技术已经实现了企业内部成果转化。

未来，国家各个层级的发展规划，多次提到发展先进钢铁材料，尤其稀土钢。所以稀土钢发展前景广阔，这样稀土铁合金的未来也会一片光明。