讨论：稀土的作业

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我国包头稀土资源比较丰富，如何合理利用，自主开发新钢种？

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稀土在钢铁行业中的作用
首先是在铸铁中的

稀土元素在铸铁中的应用曾独领风骚，冶金机械行业是最早应用稀土的行业。1978年这一行业消耗的稀土占全国稀土总消耗量的90%，最高峰时稀土在铸铁中的消耗量占稀土消耗总量的45%以上。稀土在铸铁中的作用是多方面的，但主要作为铸铁生产中的球化剂，蠕化剂，孕育剂以及用于特种铸铁的变质剂。本文主要综述稀土在球铁、蠕铁、灰铁、白口铸铁、可锻铸铁、耐蚀铸铁中的作用，以期促进稀土在铸铁开发和生产领域中的更加普及和发展。

    1　稀土在球铁中的作用

    球墨铸铁是铸铁中消耗稀土的最大的品种，早在1947年英国的MorroghJH就已发现在过共晶铁水中加入铈，可以使其中的石墨呈球状，这是由于稀土元素的化学性质很活泼，铈与氧、硫的亲和力比镁强，具有脱硫、去气、净化铁水和球化等有利作用。但由于白口倾向很大，偏析严重，影响了它在球铁生产中的推广应用，而只作为球化剂的辅助添加剂。对稀土元素在球铁中行为的研究中，铈、镧和钇这三个元素倍受重视。钇作为重稀土在本世纪70年代在我国就已用于球铁生产。用钇基重稀土作球化剂生产球墨铸铁，铁水必须是高碳低硅的过共晶铁水。若用亚共晶成分的铁水，基本上处理不成球墨铸铁。低碳过共晶铁水则形成白口。钇基重稀土球化剂抗球化衰退能力强，在铁水中具有强的脱硫、脱氧、净化铁水的作用，同时有降低共晶点和过冷度的作用。但1150℃长时间保温的情况下抗石墨畸变能力不如轻稀土镁球化剂。

    2　稀土在蠕铁中的作用

    稀土是生产蠕铁时典型的蠕化剂之一。用稀土制取蠕墨铸铁时应采用亚共晶铁水，因为像铈这样的稀土元素只能在过共晶铁水中得到完全的球状石墨组织，而在亚共晶铁水中甚至在薄壁铸件中也只获得蠕虫状石墨组织。由于不同的稀土元素具有不同的对石墨球化的能力，因此必须选择适当的稀土元素作蠕化剂。镧对石墨的球化能力比铈弱，因此用镧基稀土制取蠕墨铸铁比铈基稀土更适合。除了稀土种类外，稀土残留量对石墨形态也有本质的影响。用稀土合金生产蠕墨铸铁时，合金加入量有一限制范围。当稀土合金加入量低于临界点时，石墨形态由粗片状变成细片状、菊花状、过冷石墨。当合金加入量达到临界点时，石墨形状由片状变为蠕虫状石墨。再继续增加合金加入量，石墨将变成团片状、团状，最后变成球状。

    3　稀土在灰铸铁中的作用

    随着灰铁中稀土合金含量的增加，抗拉强度会出现两个峰值，又称“双峰值效应”。另外稀土的孕育效果也具有双重性或两种相反的作用，也就是说稀土加入量在某一临界值以下起石墨化作用，超过此值则起反石墨化作用。因此，稀土合金的加入量可控制在0.3～0.5%。试验结果表明，稀土元素对高碳当量的过共晶铸铁力学性能和冶金质量指标的改善作用显著，优于亚共晶铸铁。
由于稀土对铁水具有精炼、消除杂质元素有害影响的作用，因此可以用以改善含有微量杂质元素生铁熔炼的铸铁的组织和力学性能。用稀土合金处理含铅、砷、锡等杂质元素铁水的试验表明，稀土及其复合孕育剂可以增加铸铁中的共晶团数，改善铸铁的石墨形态，消除铅、砷、锡等杂质元素对铁水过冷倾向生成的D型石墨和E型石墨，减小不同断面厚度铸件的断面敏感性，有效地提高了铸铁的力学性能和冶金质量指标。

    4　稀土在白口铸铁中的应用

    用稀土变质处理中锰白口铸铁，可使组织中的碳化物从连续网状变为半孤立的板块状，从而使冲击韧性提高。用稀土变质处理的中锰白口铸铁生产的金属矿山用的砂浆泵体、分级机衬铁和球磨机衬板等，使用寿命为高锰钢的2～6倍，成本可降低30%左右。稀土变质处理可在炉前进行，铁水温度控制在1400～1450℃，可用1～1.5%稀土镁和0.3～0.6%的75硅铁作变质剂。炉前处理时铜钒钛与稀土镁、硅铁一起加入。炉前三角试片断口为灰白色、细结晶状稍带纤维状为佳。碳化物量控制在25～35%为宜，这时综合性能较好。

    5　稀土在可锻铸铁中的应用

    生产可锻铸铁，首先要保证铁水在凝固结晶时获得白口铸铁，然后根据不同的要求进行不同的退火工艺，使石墨以团絮状析出并获得不同的基体组织。稀土合金白口倾向大，可保证铸铁在凝固时获得白口。同时它又有利于缩短退火时间，改善力学性能，特别是提高可锻铸铁的塑性、韧性以及耐蚀性和耐热性。因此，稀土合金在可锻铸铁中的作用同样得到充分的发挥。
    我国对稀土产业的发展历来十分重视。邓小平同志1992年讲过：“中东有石油，中国有稀土。”、“一定要把稀土的事情办好，把我国稀土优势发挥出来”。1999年初，江泽民总书记在视察内蒙古自治区时也作了“搞好稀土开发应用，把资源优势转化为经济优势”等一系列重要指示。政策上的扶持和丰富的稀土储量，为稀土元素在铸铁中的广泛应用提供了充分的保证和广阔的前景。
稀土在钢中的作用
目前钢管界各科技人员十分关注稀土在钢管中的应用，那么稀土在钢中有什么作用呢？稀土在冶金领域应用以有30多年的历史，目前已形成了较为成熟的技术与工艺，稀土在钢铁、有色金属中的应用，是一个量大面广的领域，有广阔的前景，对国民经济建设具有重要意义。
   
    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有：
   
    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以细化钢的凝固组织。
   
    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，还可以使钢的内锈层致密，而且与基体的结合力变强，不易脱离，并可阻止大气中O2和H2O的扩散，从而降低了钢材的腐蚀速度，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MnNb系列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，可大大改善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了1.5倍。