攻克“水土不服”難題 稀土鋼產(chǎn)業(yè)化提速

    日前，包頭稀土研究院發(fā)布消息稱，該研究院經(jīng)過不斷嘗試，成功開發(fā)出適宜稀土鋼生產(chǎn)使用的高潔凈稀土鐵合金新產(chǎn)品及其低成本制備技術，該技術在耐磨鋼、高強鋼、風電鋼、管線鋼等產(chǎn)品中實現(xiàn)批量應用，可細化鋼材的晶粒尺寸、變質(zhì)夾雜物，提高低溫沖擊柔韌性、強度、強塑性、耐磨性。這一技術在行業(yè)內(nèi)尚屬首創(chuàng)，并達到國際領先水平。

    “我們先后在包頭鋼鐵(集團)有限責任公司(以下簡稱包鋼)實施了工業(yè)生產(chǎn)五爐、九爐、十五爐連澆，在其他企業(yè)實施了工業(yè)生產(chǎn)六爐連澆，整個過程穩(wěn)定運行。鋼中稀土分布均勻，稀土吸收率均在50%以上，大大提高了資源的利用率。”包頭稀土研究院金屬材料研究所所長劉玉寶1月18日向科技日報記者介紹說，這一新技術為我國稀土鋼產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進步注入了新的活力。

    突破鋼中加入稀土的技術難點

    稀土被譽為“工業(yè)維生素”。國內(nèi)外許多研究資料證明，向鋼中加入稀土元素后不但可以改善鋼的宏觀結構，如使枝晶細化、減少疏松和偏析，還可以細化晶粒，改善微觀組織;可凈化鋼質(zhì)，使鋼中非金屬夾雜物變形和減少，去除氣體，讓鋼微合金化，進一步改善鋼的力學等物理性能。

    包頭稀土研究院金屬材料研究所陳國華教授告訴記者：“我國在上世紀50年代末就已經(jīng)開始相關研究，幾乎與國外是同時起步的。當時，很多牌號鋼中加入稀土效果不穩(wěn)定，尤其是存在連鑄過程水口發(fā)生結瘤、鋼中稀土吸收率不穩(wěn)定、鋼材性能不穩(wěn)定等問題，以至于許多研究者不能很好地說明稀土在鋼中的具體作用。”

    隨著稀土金屬分離、提純技術和手段不斷進步，我國逐步實現(xiàn)了制備鑭、鈰、鐠、釹等稀土金屬，加上國家對先進材料的高度重視，以及需要為高豐度鑭、鈰元素尋找使用渠道等原因，近年來，稀土鋼無論是基礎研究還是應用領域均得到了迅速發(fā)展。

    雖然國內(nèi)外對稀土鋼研究熱潮一直未減，但是目前稀土鋼的生產(chǎn)過程仍存在著關鍵共性技術難題，其中難題之一就是稀土該如何高效加入鋼水中。

    專家介紹，根據(jù)稀土元素化學性質(zhì)活潑，易與氧、硫、氮等元素作用的特點，結合鋼材的主要成分，綜合考慮加入稀土方式的密度、熔點、稀土元素活性等因素，包頭稀土研究院經(jīng)過不斷嘗試，成功開發(fā)了適宜稀土鋼生產(chǎn)使用的高潔凈稀土鐵合金新產(chǎn)品及其低成本制備技術。這一技術在行業(yè)內(nèi)尚屬首創(chuàng)，整體技術達到國際領先水平。

    稀土鐵合金讓新型鋼備受青睞

    “稀土鐵合金能成功加入鋼水中，自然離不開它的優(yōu)良性能。”劉玉寶說。

    據(jù)他介紹，稀土鐵合金具有適宜的熔點和密度，即密度與鋼水接近，熔點均比稀土金屬高，更容易加入到鋼水中與鋼水充分合金化。經(jīng)過工程試驗，結果顯示其鋼中稀土吸收率均在50%以上。同時，稀土鐵合金活度低，抗氧化性強，易于保存和輸送。

    稀土鐵合金制備工藝采用熔鹽電解及中頻爐成分調(diào)控雙聯(lián)法。“利用熔鹽電解法制備高稀土鐵中間合金，然后利用高稀土鐵中間合金為原料在中頻爐內(nèi)進行成分調(diào)控，制備出符合稀土鋼生產(chǎn)過程應用的稀土鐵合金產(chǎn)品。”陳國華說道，制備過程解決了非自耗陰極電解技術、雜質(zhì)元素控制技術、合金中組元偏析控制技術。制備的稀土鐵合金稀土含量能夠控制在±1%以內(nèi)，硫、氧等雜質(zhì)元素含量低。

    目前，包頭稀土研究院已經(jīng)開發(fā)出3大類40余種鐵合金產(chǎn)品，受理發(fā)明專利12項，制定行業(yè)、團體標準4項，建成了年產(chǎn)1200噸稀土鐵合金產(chǎn)業(yè)化示范線。相關技術已經(jīng)在包鋼、北方重工、中國一重、中原特鋼、共享鑄鋼、南京鋼鐵等院校企業(yè)得到使用。

    在包鋼的示范線中，在鑄鐵中加入稀土鐵合金，抗拉強度可以提高40%以上、抗壓能力提高80%以上，所生產(chǎn)的產(chǎn)品受到國外客戶的青睞。

    眼下，利用稀土鐵合金生產(chǎn)的不同牌號稀土鋼正在大型風機、機殼機蓋、高鐵軌道、北京大興國際機場等重要領域發(fā)揮重要作用。稀土鐵合金也被評為2020年內(nèi)蒙古自治區(qū)新材料首批次產(chǎn)品。