稀土元素在铸钢生产中的作用.docx

1、为了提高铸钢的力学性能和改善铸钢的铸造性能，对许多钢种（碳钢和合金钢），特别是低、中、高合金钢，除加人常见的合金元素外，用稀土处理可取得很好的效果。我国稀土元素矿床丰富，稀土元素在铸钢（特别是合金钢）中的应用有着广阔的前景。稀十元素是指元素周期表中原子序数 5771 的镧系元素，包括性能相近的钪和钇共 17 个元素。它们性质极相似，极难分离。在铸钢生产中常用的有三种。稀土混合金属：为 45%55%Ce（铈），22%80%La（镧），15%18%Nd（钕），约 1%Pr（镨），其他稀土元素 2%，Fe3%，及 Si、Ca、Al等微量。稀+铁合金：20%40%Fe，其他为稀土混合物；或 90%96

2、%Ce，其余为 Fe。稀土氧化物：80%左右的稀土氧化物，其余为杂质。稀土元素在钢中的作用有三个主要方面：净化钢液、改善铸态组织和合金化。三者的综合结果提高了铸钢的力学性能，改善了铸钢的铸造性能。（1）稀土元素对钢液的净化作用 指对钢液中的脱硫去气、去除非金属夹杂物的作用。脱硫作用。稀土元素是较活泼的金属元素，对 O 和 S 有较大的亲和力。生成的硫化物见表 5-17。表表 5-17 生成硫化物表生成硫化物表硫化物名称熔点/%La2S321002150CeS20002200Ce2S32450硫化物名称熔点/%Nd2S31925FeS1193Mns1620生成的氧化物见表 5-18。表表 5-1

3、8 生成硫化物表生成硫化物表氧化物名称熔点/%La2O32315Ce2O31690Nb2O32272氧化物名称熔点/%FeO1377Fe2O32050MnO1785稀土元素是强烈的脱硫剂，与硫的亲和力比 Fe、Mn 大得多，即进行下列反应。3FeS+2CeCe2S3+3Fe3MnS+2CeCe2S3+3Mn反应生成高熔点、难溶的稳定稀土硫化物和稀土硫化物的复合硅酸盐，聚集上浮入渣，从而达到去除钢液中硫的目的。其脱 S 率与钢液中原始含 S 量、化学成分、稀土加入量和加入方法、炉渣成分、炉衬材料以及熔炼方法和熔炼制度有关，约在 20%80%范围内波动。如在酸性高频感应电炉内熔炼ZG35CrMnS

4、i（其炉料原始S含量约为0.022%），加入占钢液 03%Ce-Fe（含 Ce95%）处理，脱 S 率为 30%左右。去气作用。稀土元素（R 或 RE）与 H 和 N，特别是 O 的亲和力很大，在钢液中极易形成稀土氢化物、稀土氮化物、稀土氧化物，从而稳定了钢中气体，减轻了气体在钢中的有害作用。RE 具有强烈的脱 O作用，能有效地降低钢中 O 含量。如在电弧炉熔炼碳素钢时，加入015%RE，可使 O 含量从 0.01%降至 0.003%以下，脱氧率为 75%85%；H 可降到 23mL/100g；去 N 的作用情况不一，多数认为对钢中含 N量的影响不大。去除非金属夹杂物。经 RE 处理后，残留钢

5、中的非金属夹杂物数量减少尺寸变小、形状也趋于圆球状（球化）。如熔炼 ZG15Mn 时 RE 加人量为 1.5kg/t 钢液，非金属夹杂物量从 0.0124%降到 0.0014%。而对ZG37CrMnMoV，没有用 RE 处理前，其夹杂形状不规则，分布不均匀，沿晶界较粗大，大量为 MnO、MnS、FeS、FeO、硅酸盐等，加入 RE（即 0.5%Ce）处理后，夹杂成球状，分布均匀、成群且细小，为稀土氧化物、稀土硫化物及硅酸盐等复合化合物。正因为稀土元素和氧、硫形成稀土氧化物、稀土硫化物及硅酸盐等复杂稀土化合物，它们的熔点高、相对密度大，且互不相溶，因而在钢中呈细小均匀分布；同时，稀土氧化物和硫化

6、物又可作为非金属夹杂物长大的核心，其他非金属夹杂物聚集到 RE 化合物核心上，因而逐步形成了复杂的、粗大的非金属夹杂物，这些夹杂物易于上浮，进而渣化，然后被清除。此外，RE 还能与钢中的 Pb、Sb、Bi、As 等低熔点杂质元素形成高熔点化合物，从而消除了这些元素沿晶界分布所造成的脆性倾向。（2）稀土元素的变质作用稀土元素的处理对钢的初次结晶有良好的影响在不同程度上细化了晶粒，清除了柱状组织和魏氏组织。但其结果也不一样，对铸造碳钢而言，稀土元素细化晶粒作用比较明显，对低碳钢尤为显著。如 ZG10 未加稀土前，铸态组织粗大，柱状晶发达；加人 0.2%RE 处理之后，组织细化，柱状晶基本消失。ZG35 未加RE 前，铸件常出现魏氏组织；加人 015%RE 处理后，魏氏组织可消除。但对 Cr25Ni20，钢中加入0.5%时晶粒变粗；在 ZGCr23Ni18 中加入 0.02%0.03%Ce 才有细化晶粒的作用；在 Cr-Ni-Mo 钢中，加入 0.3%RE 时才有细化作用；ZG37Cr23MnSiMoV用 RE 处理，则加人 Ce 含量0.4%时，其抗热裂性又下降。因此，对 ZG35CrMn