稀土在钢铁及有色金属中的应用充满希望

1、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

2、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

3、。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

4、电热合金等。经过“六五”、“七五”期间的联合攻关，由许多单位等参加的国家重点科技 攻关项目“稀土在钢中应用研究”得到完成，钢中稀土加入方法研究取得成果的主 要标志是：解决了钢中加稀土方法，克服了水口“结瘤”，稳定且提高了钢中稀土 回归率， 改善了钢坯或铸坯的低倍组织， 也实现了稀土在钢坯或铸坯中的均匀分布。我国稀土在钢中的应用已有 30 多年的历史，稀土处理钢的牌号近 50 个，主要 分两类；第一是含 Cu、P 类的低合金钢， 主要利用稀土改善钢的耐蚀性； 第二是 Mn、 Nb、V、 Ti 稀土处理低合金钢，这类钢除利用稀土改善钢的耐腐蚀外，更主要利用 改善钢的强度和耐磨性。1980年我国稀土

5、处理钢的产量仅为 1.5 万吨、 1985年为11.2 万吨， 1990年达 34万吨，1995年52.2 万吨，2000年为77.9 万吨，近几年的产量为： 2001年为 74.6 万吨， 2002年为 83.1 万吨， 2003年为94.0 万吨（历史最高）。近 10 年稀土处理钢的总量为 642.6 万吨，每吨钢平均增值 400 元，创经济效益 20 亿元，社会效益近 100亿元。据统计 2002年世界稀土消费为 8.84 万吨（ REO）， 我国稀土消费量为2万吨（REO。稀土在钢中应用的消费量占我国稀土消费总量的 2%，我国稀土处理钢的发展前期较快，但从 1999 年以后未能继续提高

6、，波动在 80 万吨上下，（钢、铁中稀土的消费量占全国稀土总消费量的20%左右）。值得大家关注。2. 稀土在铸铁中的应用情况稀土主要应用于铸铁、我国稀土在铸铁中最多时可占到年消耗稀土总量的 45% 左右。经过 30 多年的开发研究，稀土在铸铁的应用及其工艺技术日益成熟，并创造 出巨大的经济效益，但近几年稀土在铸铁的消费徘徊不定。稀土由于具有良好的球化效果，并且有抗微量反球化元素的干扰作用，以及脱 氧和净化铁液等作用，在国内球墨铸铁件的生产中，稀土作为球化剂的主要成份之 一而得到广泛应用。其中，稀土镁球墨铸铁由于具有强度和韧性、塑性好等优良性 能，他在各行业的机械（机具）产品中逐渐代替部分灰铸铁

7、件，可锻铁件和铸钢件， 而使他在铸造合金中的比例逐年提高。已成为我国铁液球化处理的主要工艺方法： 我国 95%以上的工厂均采用稀土镁冲入法， 2001 年我国稀土镁球化剂折合利用稀土 氧化物（REO为12001450吨。主要以轻稀土为主（铈 50流右），在厚大断向 球墨铸铁中一般使用有一定抗衰老作用的重稀土（镧系、钇系）。目前，我国离心墨球铸铁管发展迅速。据 2001 年统计，我国已有 83 条生产线。 已掌握了水冷金属型（冷模法），涂料和树脂砂垫模法等生产工艺，全年产量已达 88.93 吨，以 2001 年全国年产量计算，折合利用稀土氧化物 500吨。同时，稀土也应用在其他铸件上。 普遍在铸

8、铁折合利用稀土氧化物 90180吨/ 年，且对墨铸铁件，估计稀土用量在 1020吨/年。由于我国国民经济的快速增长和西部大开发使我国铸件的产量以较快的速度增 长，预计在“十五”期间，我国的铸件年产量会保持在14001600万吨水平，其中铸铁件产量约 10001200 万吨，从大的应用领域看， 扩大稀土在铸铁中的应用的主 要领域是离心球墨铸铁管和汽车球铁铸造，从国内外情况对比看，日本、法国等国 家的离心球墨铸铁管在压力管道中的使用量已占全部铸管的95%98%，而我国目前仅为 50%左右，发展空间很大，预计在未来 35 年内我国球墨铸铁件的年产量将提 高350400万吨，折合利用稀土氧化物为 1

9、680 1 92 0吨。稀土在铸铁中这一传统 应用领域中将保持上升态势其可持续既有需要又有条件。二、稀土在有色金属中的应用 我国稀土在有色金属中的开发和应用，虽然和稀土在钢中的应用时间差不多， 但直到 1 985年组织推广稀土在铝电线，电缆中的应用取得成果后才有了突破性进 展。1985 年为 3300 吨（REO , 1994 年为 600 吨（REO , 2003 年为 1000 吨（REO , 平均年增长高于 13%。目前稀土在有色金属及合金中的开发应用实验证明有明显效 果的有：铝、铜、镁、锡、钛、钼、镍、钴、铌及铂族金属等,稀土金属在这些有 色金属及合金中的添加量一般小于 0.5%,但产

10、生的效果极为显著。 稀土能起到净化、 变质、细化晶粒的作用。稀土金属用作铝合金添加剂,改变铝合金的物理性质,增加其耐磨性,耐高温, 提高强度, 改善加工性能。 稀土铝合金也是我国最早将稀土应用于有色金属的范例。 铝合金和铸铝合金的年产量可达 3334万吨。目前我国已研究成功稀土泡沫铝合金 这是一种新型功能材料与结构材料,被认为是一种大有前途的未来汽车与其他交通 工具用的良好材料。目前“ 863”计划中的一项可实现百年防腐的新材料稀土铝合 金。通过鉴定并有近几百国家甲级设计院考虑将其应用于防腐高端领域，应用前景 十分看好。铜中加入稀土元素（ce ,可对铜的导电性，抗拉强度、硬度、耐磨性有所改 善

11、，可起到净化，除杂质的作用。同时使晶粒细化。我国稀土紫铜、黄铜的年产量 可达 6 万吨。我国是镁资源大国，储量居世界首位，也是镁生产大国和最大出口国，年产量 80%以上出口国际市场。 2000 年，科技部推动了“镁合金开发应用产业化”前期战 略研究，在“ 863”计划中，有3种在175C具有良好抗蠕变性能的镁合金、低成本 镁稀土中间合金制备技术，耐热镁合金的压铸技术，取得很大突破。可使稀土镁合 金在耐热、耐蚀，阻燃等性能方面有很大提高，目前，长春应化所与一汽合作，用 高技术改造稀土镁合金，可年产 12 万件镁合金铸件，稀土消费量也应有增长。此外，稀土元素添加在锡锌基无铅釬料合金中，可使合金湿性

12、较好，组织细密， 力学性能优良，无毒，价格便宜。同样采用溶胶凝胶（SoC-CC I）和两步还原法，制 成的稀土钼粉末，其性能也有很大改善。稀土在有色金属中的应用涉及多种元素，总的趋势是越来越广泛，对我国稀土 资源开发和应用有起到了积极的作用，但目前，成功的产品和合金并不是很多。三、目前应关注的问题冶金行业稀土的总消费量为 50006000吨（REO，其中70%上是以稀土镁硅 铁合金的形式用于铸铁中，剩下的一半用于有色金属。钢的用量仅为 1/6 左右，虽 然稀土处理钢的研究又取得了很大进展，并有多项新的科研成果诞生，但稀土处理 钢的比例不到我国钢产量（ 2003年为 2亿吨左右）的 0.5%， 20世纪美国在 7080 年代处理量为 700900万吨，钢产量为 1 亿吨。如果我国稀土处理钢能提高到 1000 万吨的处理量，年消费稀土（镧铈）混合稀土氧化物将达 8000吨左右，这对加大稀 土在