稀土元素在铸钢生产中的作用.docx
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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57-71的镯系元素,包括性能相近的铳和轨共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(锌),22%80%1a(镯),15%18%Nd(铉),约1%Pr(错),其他稀土元素2%,Fe3%,及Si、Ca、A1等微量。稀+铁合金:20%40%Fe,其他为稀土混合物;或90%96%Ce,其余为F
2、eo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。和S有较大的亲和力。生成的硫化物见表5-17。表517生成硫化物表硫化物名称熔点/%1a2s32100-2150CeS2000-2200C2S32450硫化物名称熔点/%Nd2S31925FeS1193Mns1620生成的氧化物见表518。表518生成硫化物表氧化物名称熔点/%1a2O32315C2O3
3、1690Nb2O32272氧化物名称熔点/%FeO1377F2O32050MnO1785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Q3FeS+2Ce=Ce2S3+3Fe3MnS+2Ce=Ce2S3+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ZG35CrMnSi(其炉料原始S含量约为0.022%),加入占钢液03%Ce-Fe(含Ce95%)处理
4、,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23m1100g;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1.5kgt钢液,非金属夹杂物量从0.0124%降到
5、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Mn0、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
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