微量稀土使钢更“坚强”

(1)稀土钢板坯连铸工艺现场照片

(2)稀土钢锭铸造过程的现场照片

据我们的报纸报道，在炼钢过程中加入一点“钙片”可以使原本优质的钢变得更“强”。《中国科学报》记者从中国科学院金属研究所了解到，在基本不增加钢材生产成本的前提下，向钢材中添加一定量的稀土可以显著提高钢材的韧性、塑性、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性。稀土钢的提纯制备技术不仅显著提高了钢的质量，还将中国钢铁工业推向全球价值链的高端。

稀土存在于钢中，其韧性无与伦比。稀土被称为“工业维生素”。稀土钢是指含有一定量稀土的钢，但它在钢中的应用也是钢铁工业中一个老的悬而未决的话题。20世纪80年代，中国掀起了稀土钢研发和应用的高潮。然而，稀土加入钢中后，钢的性能由好变坏，在大规模生产过程中容易堵塞浇口。尽管多年的研究未能突破技术瓶颈，但这也导致了稀土在钢铁工业中的应用由热转冷。目前，除少数钢种外，钢铁企业几乎已经放弃了稀土在实际生产中的应用。

在李依伊院士和李殿忠研究员的指导下，中国科学院金属研究所材料加工模拟研究小组通过对一个100吨钢锭的物理解剖和计算，发现杂质是成分不均匀的主要原因。在此基础上，提出了一种新的钢中缺陷形成机理，在工业上引起了很大反响，并得到了迅速应用。此后，研究小组对钢铁企业进行了深入的实地考察。通过大量的实验室研究和工程试验，进一步发现了稀土合金和钢水“双重净化”的关键作用。开发了商品稀土合金的提纯制备技术和特殊的钢中稀土添加技术，突破了稀土在钢中工业应用的技术瓶颈，实现了钢中添加稀土后工艺顺畅、性能稳定。

“就像往一盆水中滴一滴墨水一样，一吨钢只需加入约200克的微量稀土，就能起到细化变质夹杂物、深度净化钢水和强微合金化的作用，大大提高钢的韧性、塑性和疲劳寿命，使钢更坚韧、耐热、耐磨、耐腐蚀， 镧、铈等轻稀土元素的价格低于镍、钼、铌等贵金属，基本不增加钢铁企业在生产过程中的成本 李殿中介绍说，轴承钢中加入稀土后，影响疲劳寿命的大型夹杂物数量减少了50%。加入模具钢后，模具钢的使用寿命提高一倍以上；添加重轨钢后，疲劳寿命提高了30%以上。

目前，包钢利用这一净化处理技术，创下了1000吨稀土钢连铸的新纪录。该工艺过程平稳，对我国稀土钢的大规模工业应用具有里程碑意义。此外，鞍钢集团、本钢集团、西宁特钢、王喜特钢、湖北新冶钢等10多家大型钢铁企业利用该技术进行了30多个品种的7万多吨钢的批量生产试验。(沈春雷，柳岩)

《中国科学报》(第五版《创新周刊》，2017年12月4日)