稀土在鋼鐵及(ji)有色金屬中的應用充滿希望

2009-01-14 16:40:21?作(zuo)者：陳亞(ya)平 來源(yuan)： 瀏覽次數(shu)：0

　　近年(nian)來(lai)(lai)，我(wo)國(guo)(guo)經濟(ji)發(fa)展持(chi)續穩定(ding)，同時帶來(lai)(lai)的(de)(de)是對(dui)資(zi)(zi)源的(de)(de)需(xu)求亦日(ri)益迫切，我(wo)國(guo)(guo)已(yi)成(cheng)為(wei)鋼材需(xu)求大國(guo)(guo)。作為(wei)稀土(tu)資(zi)(zi)源豐富(fu)的(de)(de)國(guo)(guo)家，合理開發(fa)和利用(yong)稀土(tu)，進一步研(yan)究(jiu)和探索稀土(tu)在鋼鐵及(ji)有色(se)金屬中的(de)(de)應用(yong)是十分必要和及(ji)時的(de)(de)。

　　一、稀(xi)土在鋼鐵中的應用

　　1.稀土在鋼(gang)中的應用

　　稀土真正應(ying)用(yong)于鋼(gang)(gang)是在第二次世界大(da)戰(zhan)期間，因戰(zhan)爭而(er)大(da)量的需求，人們發現稀土元素加入鋼(gang)(gang)中，可提高鋼(gang)(gang)的性能。也(ye)就是在冶煉鋼(gang)(gang)的時候，如果(guo)加入稀土元素的方(fang)法得(de)當，比例合適(shi)，就會得(de)到優質的碳素鋼(gang)(gang)，稀土可改(gai)善鋼(gang)(gang)的許多(duo)性能。

　　稀土元素(su)的(de)(de)(de)微合(he)金化(hua)作用主要是(shi)由稀土原子在晶界(jie)上(shang)(shang)偏聚，與其(qi)他(ta)元素(su)交(jiao)互作用引起晶界(jie)的(de)(de)(de)結(jie)構、化(hua)學成(cheng)分(fen)和能量(liang)的(de)(de)(de)變化(hua)，并影響其(qi)他(ta)元素(su)的(de)(de)(de)擴散和新相的(de)(de)(de)成(cheng)核與長大，最終導(dao)致鋼(gang)組織與性能的(de)(de)(de)變化(hua)。在冶煉過程中(zhong)，稀土可以與鋼(gang)中(zhong)磷、砷(shen)、錫(xi)、銻、鉍、鋯等低熔點有害元素(su)相作用，形成(cheng)熔點較高的(de)(de)(de)化(hua)合(he)物，也有抑(yi)制這些雜質和晶界(jie)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)偏折。

　　稀土(tu)(tu)加入鋼(gang)液中生成球狀(zhuang)(zhuang)稀土(tu)(tu)硫(liu)化(hua)物或硫(liu)氧(yang)化(hua)物，取代容(rong)易形(xing)成的長條狀(zhuang)(zhuang)MnS夾雜(za)，使硫(liu)化(hua)物形(xing)狀(zhuang)(zhuang)得到控(kong)制，提高(gao)了鋼(gang)的熱塑性，特別是橫向沖擊性，改善鋼(gang)材(cai)的各(ge)向異性。稀土(tu)(tu)使棱角狀(zhuang)(zhuang)高(gao)硬(ying)度的氧(yang)化(hua)鋁轉化(hua)為(wei)球狀(zhuang)(zhuang)硫(liu)化(hua)物及鋁酸稀土(tu)(tu)，有利(li)于提高(gao)鋼(gang)的抗疲(pi)勞性能。

　　通過熱力學分析和(he)研究表明：在(zai)鋼鐵(tie)中加入稀土可提高(gao)鋼鐵(tie)的強(qiang)度、耐磨性和(he)抗(kang)氧化等性能(neng)。

　　我(wo)國稀(xi)(xi)(xi)土在鋼(gang)中的(de)應用開始(shi)于20世(shi)紀60年代(dai)初，至今已有30多年的(de)歷史，稀(xi)(xi)(xi)土處理(li)鋼(gang)的(de)牌號(hao)近50個，可分為兩類：第一是(shi)含Cu、P類的(de)低(di)合(he)金鋼(gang)，主要利用稀(xi)(xi)(xi)土改善(shan)鋼(gang)的(de)耐蝕性(xing)；第二是(shi)Mn、Nb、V、Ti稀(xi)(xi)(xi)土處理(li)低(di)合(he)金鋼(gang)，這類鋼(gang)除(chu)利用稀(xi)(xi)(xi)土可改善(shan)鋼(gang)的(de)耐腐(fu)蝕性(xing)外，更主要利用其可改善(shan)鋼(gang)的(de)強度(du)和耐磨性(xing)的(de)性(xing)能。

　　1980年我國稀(xi)土處理鋼的(de)(de)產量僅為(wei)1.5萬(wan)(wan)(wan)噸(dun)(dun)、1985年為(wei)11.2萬(wan)(wan)(wan)噸(dun)(dun)，1990年達34萬(wan)(wan)(wan)噸(dun)(dun)，1995年52.2萬(wan)(wan)(wan)噸(dun)(dun)，2000年為(wei)77.9萬(wan)(wan)(wan)噸(dun)(dun)，近(jin)幾年的(de)(de)產量為(wei)：2001年為(wei)74.6萬(wan)(wan)(wan)噸(dun)(dun)，2002年為(wei)83.1萬(wan)(wan)(wan)噸(dun)(dun)，2003年為(wei)94.0萬(wan)(wan)(wan)噸(dun)(dun)（歷(li)史最高）。

　　近(jin)10年(nian)(nian)稀(xi)土(tu)處(chu)理(li)鋼的(de)(de)總量(liang)為642.6萬(wan)噸(dun)，每噸(dun)鋼平均增值400元(yuan)(yuan)，創經(jing)濟效益(yi)20億元(yuan)(yuan)，社會效益(yi)近(jin)100億元(yuan)(yuan)。據統計2002年(nian)(nian)世(shi)界(jie)稀(xi)土(tu)消(xiao)(xiao)費量(liang)為8.84萬(wan)噸(dun)（REO），我(wo)(wo)國稀(xi)土(tu)消(xiao)(xiao)費量(liang)為2萬(wan)噸(dun)（REO）。稀(xi)土(tu)在鋼中應用(yong)的(de)(de)消(xiao)(xiao)費量(liang)占(zhan)我(wo)(wo)國稀(xi)土(tu)消(xiao)(xiao)費總量(liang)的(de)(de)2%，我(wo)(wo)國稀(xi)土(tu)處(chu)理(li)鋼的(de)(de)發(fa)展前期較快(kuai)，但(dan)從1999年(nian)(nian)以后(hou)未能繼續提高，波動(dong)在80萬(wan)噸(dun)上(shang)下。

　　2.稀土(tu)在鑄鐵(tie)中(zhong)的應(ying)用

　　我(wo)國稀(xi)土(tu)在(zai)鑄鐵(tie)中的(de)(de)應用量(liang)最多時(shi)可占(zhan)到年(nian)消(xiao)耗稀(xi)土(tu)總量(liang)的(de)(de)45%左(zuo)右。經過(guo)30多年(nian)的(de)(de)開(kai)發研究，稀(xi)土(tu)在(zai)鑄鐵(tie)的(de)(de)應用及其工藝技術日益成熟，并已(yi)創造出巨大的(de)(de)經濟效益，但近(jin)幾年(nian)稀(xi)土(tu)在(zai)鑄鐵(tie)的(de)(de)消(xiao)費徘徊不定。

　　稀(xi)(xi)(xi)土(tu)由于具有(you)良好的(de)球(qiu)化(hua)(hua)(hua)效果，并(bing)且有(you)抗(kang)微量反球(qiu)化(hua)(hua)(hua)元(yuan)素的(de)干(gan)擾(rao)作(zuo)用(yong)(yong)，以及脫(tuo)氧(yang)和(he)凈化(hua)(hua)(hua)鐵液等作(zuo)用(yong)(yong)，在國(guo)內球(qiu)墨鑄(zhu)(zhu)鐵件的(de)生(sheng)產中(zhong)，稀(xi)(xi)(xi)土(tu)作(zuo)為球(qiu)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)主(zhu)要(yao)成份(fen)之一(yi)(yi)而(er)得(de)到廣泛應用(yong)(yong)。其中(zhong)，稀(xi)(xi)(xi)土(tu)鎂球(qiu)墨鑄(zhu)(zhu)鐵由于具有(you)強度和(he)韌性、塑性好等優良性能(neng)，在各行業的(de)機(ji)械（機(ji)具）產品中(zhong)逐(zhu)漸代(dai)替部分灰鑄(zhu)(zhu)鐵件，可鍛鐵件和(he)鑄(zhu)(zhu)鋼件，而(er)使(shi)他在鑄(zhu)(zhu)造合(he)金中(zhong)的(de)比例逐(zhu)年(nian)提高。2001年(nian)我(wo)國(guo)稀(xi)(xi)(xi)土(tu)鎂球(qiu)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)折合(he)利用(yong)(yong)稀(xi)(xi)(xi)土(tu)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物（REO）為1200~1450噸(dun)。主(zhu)要(yao)以輕(qing)稀(xi)(xi)(xi)土(tu)為主(zhu)（鈰50%左(zuo)右），在厚大斷向球(qiu)墨鑄(zhu)(zhu)鐵中(zhong)一(yi)(yi)般使(shi)用(yong)(yong)有(you)一(yi)(yi)定抗(kang)衰老作(zuo)用(yong)(yong)的(de)重(zhong)稀(xi)(xi)(xi)土(tu)（鑭(lan)系(xi)、釔系(xi)）。

　　目(mu)前，我國(guo)(guo)離心墨球(qiu)鑄鐵管發展迅速。據(ju)2001年統計，我國(guo)(guo)已有83條(tiao)生產(chan)(chan)線。已掌握了水(shui)冷(leng)金屬型（冷(leng)模法），涂料和樹脂砂墊模法等(deng)生產(chan)(chan)工(gong)藝，全(quan)年產(chan)(chan)量(liang)已達88.93噸，以2001年全(quan)國(guo)(guo)年產(chan)(chan)量(liang)計算，折(zhe)合利用稀土氧化物(wu)500噸。

　　同時，稀(xi)土(tu)也應用(yong)(yong)在(zai)其(qi)他鑄件上。普(pu)遍在(zai)鑄鐵(tie)折合利用(yong)(yong)稀(xi)土(tu)氧化物90~180噸/年，且對球墨鑄鐵(tie)件，估計稀(xi)土(tu)用(yong)(yong)量(liang)在(zai)10~20噸/年。

　　由(you)于我國(guo)(guo)國(guo)(guo)民(min)經濟(ji)的(de)(de)快速增長和西部大(da)開(kai)發使我國(guo)(guo)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件的(de)(de)產(chan)量(liang)(liang)以(yi)較快的(de)(de)速度增長，預計(ji)在(zai)(zai)“十五”期間，我國(guo)(guo)的(de)(de)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件年產(chan)量(liang)(liang)會保持在(zai)(zai)1400~1600萬噸水平，其(qi)中(zhong)(zhong)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)件產(chan)量(liang)(liang)約1000~1200萬噸，從(cong)大(da)的(de)(de)應用(yong)(yong)領域(yu)(yu)看(kan)，擴大(da)稀(xi)土在(zai)(zai)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)(zhong)的(de)(de)應用(yong)(yong)的(de)(de)主要領域(yu)(yu)是離心球(qiu)墨(mo)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管和汽車球(qiu)鐵(tie)(tie)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)造，從(cong)國(guo)(guo)內外情況對比看(kan)，日本、法國(guo)(guo)等國(guo)(guo)家的(de)(de)離心球(qiu)墨(mo)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管在(zai)(zai)壓力管道中(zhong)(zhong)的(de)(de)使用(yong)(yong)量(liang)(liang)已占全部鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)管的(de)(de)95%~98%，而(er)我國(guo)(guo)目前僅為(wei)50%左右，發展空間很大(da)，預計(ji)在(zai)(zai)未來3~5年內我國(guo)(guo)球(qiu)墨(mo)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)件的(de)(de)年產(chan)量(liang)(liang)將提高(gao)350~400萬噸，折合利用(yong)(yong)稀(xi)土氧化物為(wei)1680~1920噸。稀(xi)土在(zai)(zai)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)(zhong)這一(yi)傳(chuan)統(tong)應用(yong)(yong)領域(yu)(yu)中(zhong)(zhong)將保持上升態勢其(qi)可持續既有(you)需要又有(you)條件。

　　二(er)、稀(xi)土在(zai)有色金(jin)屬中的(de)應用

　　我(wo)國稀(xi)(xi)土(tu)在(zai)有色金(jin)屬中的(de)開(kai)發和應用(yong)，雖然和稀(xi)(xi)土(tu)在(zai)鋼(gang)中的(de)應用(yong)時間差不多，但(dan)直到(dao)1985年(nian)(nian)組織推(tui)廣稀(xi)(xi)土(tu)在(zai)鋁(lv)電(dian)線，電(dian)纜中的(de)應用(yong)取得成果(guo)后才有了(le)突破性進展(zhan)。1985年(nian)(nian)消費量為330噸(dun)（REO），1994年(nian)(nian)為600噸(dun)（REO），2003年(nian)(nian)為1000噸(dun)（REO），平(ping)均(jun)年(nian)(nian)增(zeng)長高(gao)于(yu)(yu)13%。目前稀(xi)(xi)土(tu)在(zai)有色金(jin)屬及合金(jin)中的(de)開(kai)發應用(yong)有明(ming)顯(xian)效(xiao)果(guo)的(de)有：鋁(lv)、銅、鎂、錫、鈦、鉬、鎳(nie)、鈷、鈮及鉑族金(jin)屬等，稀(xi)(xi)土(tu)金(jin)屬在(zai)這些有色金(jin)屬及合金(jin)中的(de)添加(jia)量一(yi)般小于(yu)(yu)0.5%，但(dan)產生的(de)效(xiao)果(guo)極(ji)為顯(xian)著。稀(xi)(xi)土(tu)能起到(dao)凈(jing)化、變質、細化晶粒的(de)作用(yong)。

　　稀(xi)土(tu)(tu)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)用(yong)(yong)作鋁(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)添加(jia)劑，改(gai)變鋁(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)物理性(xing)(xing)質，增加(jia)其耐(nai)磨性(xing)(xing)，耐(nai)高(gao)溫，提高(gao)強度，改(gai)善加(jia)工性(xing)(xing)能(neng)。稀(xi)土(tu)(tu)鋁(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)也是我(wo)國最早將稀(xi)土(tu)(tu)應用(yong)(yong)于(yu)有(you)色金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)的(de)范例。鋁(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)和鑄鋁(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)年產量(liang)可(ke)(ke)達(da)33~34萬噸(dun)。目前(qian)我(wo)國已(yi)研究成功稀(xi)土(tu)(tu)泡沫鋁(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)，這是一種(zhong)新型功能(neng)材(cai)(cai)料(liao)與結構材(cai)(cai)料(liao)，被認為是一種(zhong)大有(you)前(qian)途的(de)未來(lai)汽車與其他交通工具用(yong)(yong)的(de)良(liang)好(hao)材(cai)(cai)料(liao)。目前(qian)“863”計(ji)劃(hua)項目中(zhong)的(de)一項可(ke)(ke)實現(xian)百年防腐(fu)(fu)的(de)新材(cai)(cai)料(liao)－稀(xi)土(tu)(tu)鋁(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)，已(yi)通過鑒定并(bing)有(you)近幾百國家甲級(ji)設計(ji)院(yuan)考(kao)慮(lv)將其應用(yong)(yong)于(yu)防腐(fu)(fu)高(gao)端領域(yu)，應用(yong)(yong)前(qian)景十(shi)分看好(hao)。

　　銅(tong)中加入稀土(tu)元素（Ce），可對(dui)銅(tong)的導電(dian)性(xing)，抗拉強度、硬度、耐磨性(xing)有所改善，可起到凈(jing)化(hua)，除雜(za)質的作用。同(tong)時使晶粒細化(hua)。我國稀土(tu)紫銅(tong)、黃銅(tong)的年產(chan)量可達6萬(wan)噸。

　　我(wo)國是(shi)鎂(mei)資源大國，儲量居世界首位，也(ye)是(shi)鎂(mei)生產(chan)大國和最大出(chu)口國，年產(chan)量的80%以上(shang)出(chu)口。2000年，科技部推動了“鎂(mei)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)開發應(ying)用產(chan)業化”前(qian)期(qi)戰略研究，在“863”計(ji)劃中(zhong)，有(you)3種在175℃具有(you)良好(hao)抗蠕變性(xing)(xing)能(neng)的鎂(mei)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)、低成本鎂(mei)稀(xi)土(tu)中(zhong)間合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)制備技術(shu)，耐熱鎂(mei)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的壓鑄(zhu)技術(shu)，取(qu)得很(hen)大突破。可使稀(xi)土(tu)鎂(mei)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)在耐熱、耐蝕(shi)，阻(zu)燃等(deng)性(xing)(xing)能(neng)方面有(you)很(hen)大提高，目前(qian)，長春應(ying)化所與(yu)一汽合(he)(he)作，用高技術(shu)改造(zao)稀(xi)土(tu)鎂(mei)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)，可年產(chan)12萬件(jian)(jian)鎂(mei)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)鑄(zhu)件(jian)(jian)，稀(xi)土(tu)消費(fei)量也(ye)應(ying)有(you)增長。

　　稀土(tu)元素添加在錫鋅基無鉛釬料合金中，可使合金濕性較好，組織細密，力學(xue)性能優良，無毒，價格便宜。同(tong)樣采用(yong)溶膠(jiao)凝膠(jiao)（SoC-CCl）和兩步還原法(fa)，制成的(de)稀土(tu)鉬粉(fen)末，其性能也有很(hen)大改善。

　　稀(xi)土在有(you)色金屬中的(de)(de)應用涉及多種(zhong)元素(su)，總的(de)(de)趨勢是(shi)越(yue)來越(yue)廣泛，對我國稀(xi)土資源開(kai)發(fa)和應用起到了積極的(de)(de)作用，但(dan)目前，成(cheng)功的(de)(de)產品和合金并(bing)不是(shi)很(hen)多。

　　三、目前應(ying)關(guan)注的(de)問題(ti)

　　目前，冶金行(xing)業稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)的(de)(de)(de)總(zong)消費量為(wei)(wei)5000~6000噸(dun)（REO），其(qi)中70%以(yi)上是(shi)以(yi)稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)鎂硅(gui)鐵合(he)金的(de)(de)(de)形式(shi)用(yong)(yong)于(yu)鑄鐵中，剩(sheng)下的(de)(de)(de)50%用(yong)(yong)于(yu)有色(se)金屬。鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)用(yong)(yong)量僅為(wei)(wei)1/6左右，雖然稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)處理(li)(li)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)研(yan)究又取得了(le)很大(da)(da)(da)進展，并有多項新的(de)(de)(de)科研(yan)成(cheng)果誕生，但稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)處理(li)(li)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)比例不到我國鋼(gang)(gang)產量（2003年(nian)為(wei)(wei)2億噸(dun)左右）的(de)(de)(de)0.5%，20世紀美國在70～80年(nian)代(dai)時稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)處理(li)(li)鋼(gang)(gang)產量為(wei)(wei)700~900萬噸(dun)，鋼(gang)(gang)總(zong)產量為(wei)(wei)1億噸(dun)。如果我國稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)處理(li)(li)鋼(gang)(gang)能力(li)提高到1000萬噸(dun)/年(nian)，年(nian)消費稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)（鑭(lan)鈰）混合(he)稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)氧化物將達8000噸(dun)左右，這(zhe)對加大(da)(da)(da)稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)在冶金行(xing)業（稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)傳統(tong)應用(yong)(yong)領域）的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)是(shi)有益的(de)(de)(de)，其(qi)效(xiao)果將是(shi)鋼(gang)(gang)材(cai)的(de)(de)(de)附(fu)加值增大(da)(da)(da)了(le)，經濟效(xiao)益就(jiu)會增長。

　　因此(ci)，無論(lun)是從事稀土(tu)研究的科研人(ren)員還是信息(xi)工作(zuo)者，都應積(ji)極呼吁、加(jia)強(qiang)宣傳、做好推(tui)廣(guang)工作(zuo)，不斷(duan)開拓稀土(tu)鋼的應用市場，使稀土(tu)這一寶貴資源(yuan)發揮(hui)出其特有(you)的價值。

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