浅谈稀土在钢铁中的应用
2005-01-09 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
一.稀土在钢中的作用
稀土工业是我国最具特色的优势产业。稀土在钢中的应用是稀土推广应用的主要领域之一。众所周知，钢中加入适量的稀土，可起到净化钢液，变质夹杂、微合金化的作用。且能够提高钢的抗腐蚀性、抗氧化性、抗变形能力、抗疲劳强度及磨损能力、焊接及韧塑性等。加入稀土的钢板、无缝管横向冲击韧性可提高50%，耐磨性能提高60%。一般情况下，每吨钢加入稀土300克左右，作用就十分明显。具体来说，稀土在钢中有三大作用：
1.净化作用，稀土元素与钢水中的氧和硫等有害元素有很强的亲和力，形成稳定的化合物经镇静后上浮。稀土元素与钢水中的氮和氧亲和后形成稀土气体夹杂，这些稀土气体夹杂从钢中排出，减少游离氮、氧的有害作用。
2.变质作用，稀土与钢水中的硫化物形成球状稀土硫化物，取代了原来的条状硫化锰夹杂，稀土可以控制钢中夹杂物的形态。从而提高了钢材韧塑性，特别是横向冲击韧性和抗疲劳性。
3.微合金化作用，稀土在钢中有一定的固熔量，它在晶界的偏聚能仰制硫、磷及低熔点杂夹在晶界的偏析，并与这些夹杂形成高熔点的化合物，消除了低熔点夹杂的有害影响，稀土净化和强化了晶界，阻碍了晶间裂纹的形成和扩展。有利于钢材的高温塑性和耐腐蚀性。
二.我国稀土钢的现状
1.稀土在钢铁中的消费情况
在钢的冶炼中应用稀土是我国推广稀土应用最早的领域之一。通过冶金工作者30多年的努力，我国已研制出稀土耐热钢、稀土耐磨钢、稀土耐腐蚀钢和稀土高强度低合金等钢种。用稀土处理钢的产量由1985年的11万吨到2003年发展到90万吨，品种已发展为80多个。为国家创造了一定的经济效益和社会效益。但是稀土钢的年产量不足百万吨，对于一个稀土资源和产量在世界上占第一的稀土大国来说，稀土钢所占的比例确很少。利用我国的稀土资源、提高优质钢材在国际上的竞争力，把我国的稀土资源优势转化为钢材的品种优势，使我国的钢产量在世界上不但数量领先，而且在质量上占优势，这是我国钢铁企业今后努力的方向。图1给出了1990年～2001年我国稀土在钢中的消费情况。
（注：REO稀土氧化物的英文缩写）
从图1可以看出，1993年以前，稀土在钢铁中的消费量是逐年上升的，以后稀土在钢铁中的用量虽然有所减少，但呈平稳上升的势头。产生这种现象的主要原因是随着技术的不断进步，稀土收率的提高，稀土在每吨钢中的消费量逐年降低。
2. 我国稀土钢的生产
（1）产量分布。20世纪90年代，我国稀土钢的研究和生产都有了长足的发展。稀土在钢中的作用机理研究取得重大突破。稀土改善钢性能效果最为突出的是连铸-连轧板材，包括耐候钢、汽车冲压件用钢、焊接瓶用钢、集装箱用钢、船板钢、耐磨钢和装甲用钢等钢种。它们的开发成功，带动了我国稀土钢产量的上升。1998年我国稀土钢产量为44.5万吨，到2003年已达90.0万吨，5年增长了近100%。稀土钢产量的增长来源于国内市场对以耐候钢为主的各类板材的需求。目前，我国稀土钢产量较大的企业有13家，规模上2万吨的有8家，排在前三位的是武汉钢铁集团公司、攀钢（集团）公司、太原钢铁集团公司。2002年全国稀土钢产量83.1万吨。其中，武钢稀土钢产量为28.1万吨，约占稀土钢总产量的34%，（集装箱钢16.2万吨，耐候钢（09CuPTiRE）9万吨，其他为2.9万吨）；攀钢产量已达18.7万吨（热轧汽车梁板（P510L）16.1万吨 ，其他2.6万吨）；太钢产量为14.2万吨（焊接用钢（HP295）12.5万吨，低合金钢1.6万吨，903舰板钢为0.1万吨）；仅以上三家稀土钢产量约为60万吨，占稀土钢总产量的70%。本钢主要以生产煤气瓶用钢HP295型为主，稀土钢产量6.1万吨；南钢把目标锁定在高强船板上，稀土钢产量5.4万吨；鞍钢稀土钢产量为3.5万吨；宝钢09CuPTiRE型耐候钢产量3.1万吨；包钢以生产稀土铌重轨为主，稀土钢产量2.0万吨。其它钢厂如：邢钢、济钢、大冶特钢、重钢、上海钢铁一厂等稀土钢产量均在万吨以下水平。从以上分析可以看出，全国稀土钢生产主要集中在几个品种上，稀土钢产量不到全国总钢铁产量的1%，而国外已达到5%，差距不小。
（2）质量水平
我国耐候钢的研制始于20世纪80年代初，经过武钢、攀钢、宝钢等钢铁企业不懈的努力，参照国外技术指标要求，先后研制出含稀土的耐候钢有09CuPTiRE、09CuTiRE、06CuPRE. 10PCuRE，其中09CuPTiRE用于铁路货车、客车、桥梁钢等, 06CuPRE用于制作铁路棚车和YZ型客车、集装箱等。 目前，09CuPTiRE耐候钢的力学性能达到了日本JIS标准，其耐腐蚀性也接近日本JIS标准。
我国生产的铁路用钢轨的品种有： U74、U71Mn、BNbRE 、PD3RE ，其中稀土铌重轨BNbRE的各项性能指标均达到日本JISE1101及欧洲UIC860～900A的高速轨标准。由包钢、北京钢铁研究总院、铁道部科研院联合研制生产的稀土铌重轨BNbRE已通过了铁道部的鉴定，其疲劳寿命比U74、U71Mn重轨提高50%以上，国内的稀土重轨主要由包钢、鞍钢、攀钢生产，现已基本实现产业化。
国内生产的集装箱用钢板SPA-H、SS400基本采用日本JIS3125标准。现已有近十家钢厂可以生产。攀钢生产的汽车大梁钢和管线钢受到市场的青睐。大冶特钢生产的加稀土SN2025、521、ZF6、ZF7等钢种已达了国外同类产品的质量水平。上海钢铁一厂研制生产的稀土耐候钢10PCuRE成功地用于杨浦大桥和东方电视塔球体外围结构。
（3）加入方法
目前，多数厂家采用技术已成熟的稀土加入方法，稀土丝、棒、稀土硅铁合金和稀土硅化物产品已能较好地满足了各钢厂发展稀土钢的需要。冶金部专门制定了炼钢用稀土丝、棒的标准，模铸钢锭模吊挂法和连铸结晶器喂丝法的稀土加入方法标准。
三. 稀土钢的发展前景
1.国内经济结构的调整，需要发展稀土钢
近几年，由于我国正处于经济快速发展时期，基础设施项目的建设（火车的提速，高架桥的建设，远洋业务和西气东输的实施）带动了钢铁产业的发展，市场对稀土重轨、耐候钢、集装箱板、石油管线钢、煤气瓶钢的需求量将会大幅增长。2003年我国钢产量为2.4亿吨，首次突破2亿吨，比2002年的1.8亿吨增长了20%；稀土钢产量为90万吨左右，约占钢总产量的0.38%，所占比例甚小。与国外相比(美国稀土钢产量占总产量的5%左右),我国稀土钢仍会有较大的发展空间．若所占比例能提高到２％以上，稀土钢产量将在500万吨左右，每年将消费混合稀土金属2000吨，这不仅可以解决目前相对过剩的镧、镨、铈的销路问题，且对促进我国稀土产业平衡健康的发展有着重要的现实意义。
2.市场的需求带动了稀土钢的发展
目前，我国已成为钢铁、稀土生产大国，钢材消费大国。稀土在改善钢的性能方面起到了关键性作用。按＂十五＂规划，稀土钢产量将达到200万吨，消费稀土从400吨增至1000吨。
（1）耐候钢
稀土耐候钢产量40万吨，主要用于集装箱钢板，火车客、货车厢，大桥和体育场栏杆等。目前，我国集装箱生产能力为150万吨。预计“十五”末期，国内集装箱需求30万TEU（1TEU: 1个20’的标准集装箱），对外出口量约为200万TEU以上，集装箱总产量达到230万TEU的水平，对集装箱板的需求量将达到390万吨左右；我国目前铁路货车保有量55万辆，耐候钢车约占50%。客车保有量3.4万辆。2005～2010年火车将以年均增加3.1万辆（货车）， 2600辆（客车）的速度发展。预计至2010年全国稀土耐候钢需求量将达到80万吨，这为稀土耐候钢的发展提供了广阔的空间。
（２）重轨钢
未来5年，随着我国铁路的进一步提速，铁路建设将有较大的发展。预计2005年我国稀土重轨产量可达30~40万吨。至2010年我国钢轨的需求量达153万吨，能承载时速高达200公里的高速列车的重轨占到15%左右，全长淬火钢轨占到70%以上。
（３）焊接气瓶用钢
近年来，太原钢铁公司、本溪钢铁公司在稀土煤气瓶用钢HP295的开发上取得了可喜的成绩。“十五”末期，随着“西气东输”的实施，用量达50~60万吨。
（４）船板用钢，石油管线钢
造船用钢板是稀土钢的重要品种之一，预计“十五”末期全国用量可达20万吨，石油管线稀土钢用量可达7万吨。
通过以上论述，可以看出稀土钢在国家经济建设中所起的作用巨大，一方面解决了一些特殊应用领域所需要的材料，具有广泛的社会效益，另一方面使钢铁企业在产品更新换代、增强企业国际竞争力、开拓市场上卓见成效，给企业带来了显著的经济效益；同时也促进稀土产业的平衡发展，因此我国稀土钢有条件，也有能力做大做强，前景广阔。（宏文Mysteel.com资讯部组稿，请勿转载）
稀土工业是我国最具特色的优势产业。稀土在钢中的应用是稀土推广应用的主要领域之一。众所周知，钢中加入适量的稀土，可起到净化钢液，变质夹杂、微合金化的作用。且能够提高钢的抗腐蚀性、抗氧化性、抗变形能力、抗疲劳强度及磨损能力、焊接及韧塑性等。加入稀土的钢板、无缝管横向冲击韧性可提高50%，耐磨性能提高60%。一般情况下，每吨钢加入稀土300克左右，作用就十分明显。具体来说，稀土在钢中有三大作用：
1.净化作用，稀土元素与钢水中的氧和硫等有害元素有很强的亲和力，形成稳定的化合物经镇静后上浮。稀土元素与钢水中的氮和氧亲和后形成稀土气体夹杂，这些稀土气体夹杂从钢中排出，减少游离氮、氧的有害作用。
2.变质作用，稀土与钢水中的硫化物形成球状稀土硫化物，取代了原来的条状硫化锰夹杂，稀土可以控制钢中夹杂物的形态。从而提高了钢材韧塑性，特别是横向冲击韧性和抗疲劳性。
3.微合金化作用，稀土在钢中有一定的固熔量，它在晶界的偏聚能仰制硫、磷及低熔点杂夹在晶界的偏析，并与这些夹杂形成高熔点的化合物，消除了低熔点夹杂的有害影响，稀土净化和强化了晶界，阻碍了晶间裂纹的形成和扩展。有利于钢材的高温塑性和耐腐蚀性。
二.我国稀土钢的现状
1.稀土在钢铁中的消费情况
在钢的冶炼中应用稀土是我国推广稀土应用最早的领域之一。通过冶金工作者30多年的努力，我国已研制出稀土耐热钢、稀土耐磨钢、稀土耐腐蚀钢和稀土高强度低合金等钢种。用稀土处理钢的产量由1985年的11万吨到2003年发展到90万吨，品种已发展为80多个。为国家创造了一定的经济效益和社会效益。但是稀土钢的年产量不足百万吨，对于一个稀土资源和产量在世界上占第一的稀土大国来说，稀土钢所占的比例确很少。利用我国的稀土资源、提高优质钢材在国际上的竞争力，把我国的稀土资源优势转化为钢材的品种优势，使我国的钢产量在世界上不但数量领先，而且在质量上占优势，这是我国钢铁企业今后努力的方向。图1给出了1990年～2001年我国稀土在钢中的消费情况。
（注：REO稀土氧化物的英文缩写）
从图1可以看出，1993年以前，稀土在钢铁中的消费量是逐年上升的，以后稀土在钢铁中的用量虽然有所减少，但呈平稳上升的势头。产生这种现象的主要原因是随着技术的不断进步，稀土收率的提高，稀土在每吨钢中的消费量逐年降低。
2. 我国稀土钢的生产
（1）产量分布。20世纪90年代，我国稀土钢的研究和生产都有了长足的发展。稀土在钢中的作用机理研究取得重大突破。稀土改善钢性能效果最为突出的是连铸-连轧板材，包括耐候钢、汽车冲压件用钢、焊接瓶用钢、集装箱用钢、船板钢、耐磨钢和装甲用钢等钢种。它们的开发成功，带动了我国稀土钢产量的上升。1998年我国稀土钢产量为44.5万吨，到2003年已达90.0万吨，5年增长了近100%。稀土钢产量的增长来源于国内市场对以耐候钢为主的各类板材的需求。目前，我国稀土钢产量较大的企业有13家，规模上2万吨的有8家，排在前三位的是武汉钢铁集团公司、攀钢（集团）公司、太原钢铁集团公司。2002年全国稀土钢产量83.1万吨。其中，武钢稀土钢产量为28.1万吨，约占稀土钢总产量的34%，（集装箱钢16.2万吨，耐候钢（09CuPTiRE）9万吨，其他为2.9万吨）；攀钢产量已达18.7万吨（热轧汽车梁板（P510L）16.1万吨 ，其他2.6万吨）；太钢产量为14.2万吨（焊接用钢（HP295）12.5万吨，低合金钢1.6万吨，903舰板钢为0.1万吨）；仅以上三家稀土钢产量约为60万吨，占稀土钢总产量的70%。本钢主要以生产煤气瓶用钢HP295型为主，稀土钢产量6.1万吨；南钢把目标锁定在高强船板上，稀土钢产量5.4万吨；鞍钢稀土钢产量为3.5万吨；宝钢09CuPTiRE型耐候钢产量3.1万吨；包钢以生产稀土铌重轨为主，稀土钢产量2.0万吨。其它钢厂如：邢钢、济钢、大冶特钢、重钢、上海钢铁一厂等稀土钢产量均在万吨以下水平。从以上分析可以看出，全国稀土钢生产主要集中在几个品种上，稀土钢产量不到全国总钢铁产量的1%，而国外已达到5%，差距不小。
（2）质量水平
我国耐候钢的研制始于20世纪80年代初，经过武钢、攀钢、宝钢等钢铁企业不懈的努力，参照国外技术指标要求，先后研制出含稀土的耐候钢有09CuPTiRE、09CuTiRE、06CuPRE. 10PCuRE，其中09CuPTiRE用于铁路货车、客车、桥梁钢等, 06CuPRE用于制作铁路棚车和YZ型客车、集装箱等。 目前，09CuPTiRE耐候钢的力学性能达到了日本JIS标准，其耐腐蚀性也接近日本JIS标准。
我国生产的铁路用钢轨的品种有： U74、U71Mn、BNbRE 、PD3RE ，其中稀土铌重轨BNbRE的各项性能指标均达到日本JISE1101及欧洲UIC860～900A的高速轨标准。由包钢、北京钢铁研究总院、铁道部科研院联合研制生产的稀土铌重轨BNbRE已通过了铁道部的鉴定，其疲劳寿命比U74、U71Mn重轨提高50%以上，国内的稀土重轨主要由包钢、鞍钢、攀钢生产，现已基本实现产业化。
国内生产的集装箱用钢板SPA-H、SS400基本采用日本JIS3125标准。现已有近十家钢厂可以生产。攀钢生产的汽车大梁钢和管线钢受到市场的青睐。大冶特钢生产的加稀土SN2025、521、ZF6、ZF7等钢种已达了国外同类产品的质量水平。上海钢铁一厂研制生产的稀土耐候钢10PCuRE成功地用于杨浦大桥和东方电视塔球体外围结构。
（3）加入方法
目前，多数厂家采用技术已成熟的稀土加入方法，稀土丝、棒、稀土硅铁合金和稀土硅化物产品已能较好地满足了各钢厂发展稀土钢的需要。冶金部专门制定了炼钢用稀土丝、棒的标准，模铸钢锭模吊挂法和连铸结晶器喂丝法的稀土加入方法标准。
三. 稀土钢的发展前景
1.国内经济结构的调整，需要发展稀土钢
近几年，由于我国正处于经济快速发展时期，基础设施项目的建设（火车的提速，高架桥的建设，远洋业务和西气东输的实施）带动了钢铁产业的发展，市场对稀土重轨、耐候钢、集装箱板、石油管线钢、煤气瓶钢的需求量将会大幅增长。2003年我国钢产量为2.4亿吨，首次突破2亿吨，比2002年的1.8亿吨增长了20%；稀土钢产量为90万吨左右，约占钢总产量的0.38%，所占比例甚小。与国外相比(美国稀土钢产量占总产量的5%左右),我国稀土钢仍会有较大的发展空间．若所占比例能提高到２％以上，稀土钢产量将在500万吨左右，每年将消费混合稀土金属2000吨，这不仅可以解决目前相对过剩的镧、镨、铈的销路问题，且对促进我国稀土产业平衡健康的发展有着重要的现实意义。
2.市场的需求带动了稀土钢的发展
目前，我国已成为钢铁、稀土生产大国，钢材消费大国。稀土在改善钢的性能方面起到了关键性作用。按＂十五＂规划，稀土钢产量将达到200万吨，消费稀土从400吨增至1000吨。
（1）耐候钢
稀土耐候钢产量40万吨，主要用于集装箱钢板，火车客、货车厢，大桥和体育场栏杆等。目前，我国集装箱生产能力为150万吨。预计“十五”末期，国内集装箱需求30万TEU（1TEU: 1个20’的标准集装箱），对外出口量约为200万TEU以上，集装箱总产量达到230万TEU的水平，对集装箱板的需求量将达到390万吨左右；我国目前铁路货车保有量55万辆，耐候钢车约占50%。客车保有量3.4万辆。2005～2010年火车将以年均增加3.1万辆（货车）， 2600辆（客车）的速度发展。预计至2010年全国稀土耐候钢需求量将达到80万吨，这为稀土耐候钢的发展提供了广阔的空间。
（２）重轨钢
未来5年，随着我国铁路的进一步提速，铁路建设将有较大的发展。预计2005年我国稀土重轨产量可达30~40万吨。至2010年我国钢轨的需求量达153万吨，能承载时速高达200公里的高速列车的重轨占到15%左右，全长淬火钢轨占到70%以上。
（３）焊接气瓶用钢
近年来，太原钢铁公司、本溪钢铁公司在稀土煤气瓶用钢HP295的开发上取得了可喜的成绩。“十五”末期，随着“西气东输”的实施，用量达50~60万吨。
（４）船板用钢，石油管线钢
造船用钢板是稀土钢的重要品种之一，预计“十五”末期全国用量可达20万吨，石油管线稀土钢用量可达7万吨。
通过以上论述，可以看出稀土钢在国家经济建设中所起的作用巨大，一方面解决了一些特殊应用领域所需要的材料，具有广泛的社会效益，另一方面使钢铁企业在产品更新换代、增强企业国际竞争力、开拓市场上卓见成效，给企业带来了显著的经济效益；同时也促进稀土产业的平衡发展，因此我国稀土钢有条件，也有能力做大做强，前景广阔。（宏文Mysteel.com资讯部组稿，请勿转载）
