[發明專利]一種鋼中添加稀土金屬提高性能的方法

有效

• 申請號: 201610631046.2
• 申請日: 2016-08-04
• 公開（公告）號: CN106521293B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 欒義坤;劉宏偉;傅排先;楊超云;夏立軍;李殿中;李依依
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C33/04
• 分類號: C22C33/04;C21C7/00;C21C7/072
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙)21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及優質金屬材料制造領域，具體地說是一種在鋼水中添加高純稀土金屬，進而提高鋼材性能的方法。

背景技術

我國對稀土元素在鋼中應用的研究始于上個世紀50年代后期。關于稀土元素在鋼中應用的研究，在理論及實踐上取得了一定的突破，在稀土鋼的應用方面取得了很多成果。大量的研究與生產經驗表明，稀土元素對鋼以及合金的組織和力學性能具有重要的影響。比如，稀土具有深脫氧、深脫硫的作用，稀土可以變質和細化夾雜物，稀土可以抑制晶粒長大，從而提高金屬材料的韌塑性、疲勞性能、耐磨性、耐蝕性和耐熱性等。含稀土元素的鋼鐵產品如雨后春筍般爆發。以江西理工大學內蒙古科技大學、內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司等單位為主申請了大量稀土鋼專利。如專利CN1006646B、CN1023328C、CN1032438C、CN1119430C、CN200510096931、CN2008102220053、CN201210105658、CN2013102219288、CN2013106241026、CN201510089010、CN2015100282549分別在不同鋼中成分中添加稀土元素，從而提高材料的耐熱性、耐磨性、耐蝕性、疲勞性能和強韌性。CN200680010751通過在鋼中加入稀土元素提高奧氏體不銹鋼的抗蠕變性能；CN200710140079通過添加稀土元素提高鋼鐵材料的焊接性能；CN201080005652為稀土耐磨鋼軌；C中國專利申請N201380066148為通過添加稀土元素提高不銹鋼耐熱性能；CN201510720416通過在不銹鋼中添加稀土元素提高其耐腐蝕性能；CN201511021992為釔基稀土高強鋼，采用在LF爐中添加釔基稀土硅鈣合金包芯線的方式進行合金化，提高強度；CN201610034032通過向鋼水中添加稀土鑭鐵合金提高建筑用鋼Q460GJ的強度；CN201610185788通過稀土元素添加提高鐵路車輛鑄鋼件的疲勞性能和耐磨性；尤其是CN201480022840通過控制RE、Ca、Ti、T.O等提高鋼水純凈度，應用范圍覆蓋了中低碳、中低合金鋼。

上述專利申請均從成分設計角度上，將不同類型的稀土元素在不同鋼種中添 加不同含量，以起到相應的作用。但目前為止，上述鋼種均未能實現工業化批量生產與應用。其根本原因在于，稀土元素在鋼中不能持續穩定的發揮作用，并且還存在許多負面影響。比如，大量稀土鋼的應用過程中產生了大型夾雜物聚集，導致鋼的性能不穩定甚至惡化；生產過程中稀土鋼與耐火材料反應，導致水口結瘤，影響生產順行，甚至導致嚴重的生產事故等。上述專利申請都未能從根本上解決這類問題，這是造成工業化生產無法推廣的瓶頸問題。

為了避免水口堵塞，日本技術多從水口材質角度研究如何控制稀土鋼與水口間的交互作用。如：日本專利申請JP2014-046315、JP2011-218431和JP2009-248113分別設計內壁帶有石墨層的水口材料以及富含MgO的水口材料；模鑄鋼錠中，為防止堵水口且提高鋼錠中稀土金屬分布均勻性，被迫在鋼錠模型腔中通過保護管添加稀土，如：日本專利申請JP 2007-260736；或者，在浸入式水口內壁增加必要的材料涂層，如：日本專利申請JP 2003-342630。

但是，上述技術雖然能部分解決稀土導致的水口結瘤問題，但依然難以實現長時間(5小時以上)連鑄生產；且稀土加入后，依然存在大尺寸夾雜，導致性能不穩定問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：稀土元素在鋼中不能持續穩定的發揮作用，產生了大型夾雜物聚集、以及水口結瘤的技術問題。

本發明的設計構思是：

經過長期深入的研究和分析發現，導致現有技術存在上述問題的根本原因有兩個：其一，稀土金屬的純凈度較差，內部包含大量的氧化物，加入鋼水中之后，夾雜物難以上浮；其二，稀土金屬的加入工藝存在問題，未能充分發揮稀土金屬凈化鋼液、變質夾雜物的本質作用。