[发明专利]一种钢中添加稀土金属提高性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及优质金属材料制造领域，具体地说是一种在钢水中添加高纯稀土金属，进而提高钢材性能的方法。

背景技术

我国对稀土元素在钢中应用的研究始于上个世纪50年代后期。关于稀土元素在钢中应用的研究，在理论及实践上取得了一定的突破，在稀土钢的应用方面取得了很多成果。大量的研究与生产经验表明，稀土元素对钢以及合金的组织和力学性能具有重要的影响。比如，稀土具有深脱氧、深脱硫的作用，稀土可以变质和细化夹杂物，稀土可以抑制晶粒长大，从而提高金属材料的韧塑性、疲劳性能、耐磨性、耐蚀性和耐热性等。含稀土元素的钢铁产品如雨后春笋般爆发。以江西理工大学内蒙古科技大学、内蒙古包钢钢联股份有限公司等单位为主申请了大量稀土钢专利。如专利CN1006646B、CN1023328C、CN1032438C、CN1119430C、CN200510096931、CN2008102220053、CN201210105658、CN2013102219288、CN2013106241026、CN201510089010、CN2015100282549分别在不同钢中成分中添加稀土元素，从而提高材料的耐热性、耐磨性、耐蚀性、疲劳性能和强韧性。CN200680010751通过在钢中加入稀土元素提高奥氏体不锈钢的抗蠕变性能；CN200710140079通过添加稀土元素提高钢铁材料的焊接性能；CN201080005652为稀土耐磨钢轨；C中国专利申请N201380066148为通过添加稀土元素提高不锈钢耐热性能；CN201510720416通过在不锈钢中添加稀土元素提高其耐腐蚀性能；CN201511021992为钇基稀土高强钢，采用在LF炉中添加钇基稀土硅钙合金包芯线的方式进行合金化，提高强度；CN201610034032通过向钢水中添加稀土镧铁合金提高建筑用钢Q460GJ的强度；CN201610185788通过稀土元素添加提高铁路车辆铸钢件的疲劳性能和耐磨性；尤其是CN201480022840通过控制RE、Ca、Ti、T.O等提高钢水纯净度，应用范围覆盖了中低碳、中低合金钢。

上述专利申请均从成分设计角度上，将不同类型的稀土元素在不同钢种中添 加不同含量，以起到相应的作用。但目前为止，上述钢种均未能实现工业化批量生产与应用。其根本原因在于，稀土元素在钢中不能持续稳定的发挥作用，并且还存在许多负面影响。比如，大量稀土钢的应用过程中产生了大型夹杂物聚集，导致钢的性能不稳定甚至恶化；生产过程中稀土钢与耐火材料反应，导致水口结瘤，影响生产顺行，甚至导致严重的生产事故等。上述专利申请都未能从根本上解决这类问题，这是造成工业化生产无法推广的瓶颈问题。

为了避免水口堵塞，日本技术多从水口材质角度研究如何控制稀土钢与水口间的交互作用。如：日本专利申请JP2014-046315、JP2011-218431和JP2009-248113分别设计内壁带有石墨层的水口材料以及富含MgO的水口材料；模铸钢锭中，为防止堵水口且提高钢锭中稀土金属分布均匀性，被迫在钢锭模型腔中通过保护管添加稀土，如：日本专利申请JP 2007-260736；或者，在浸入式水口内壁增加必要的材料涂层，如：日本专利申请JP 2003-342630。

但是，上述技术虽然能部分解决稀土导致的水口结瘤问题，但依然难以实现长时间(5小时以上)连铸生产；且稀土加入后，依然存在大尺寸夹杂，导致性能不稳定问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：稀土元素在钢中不能持续稳定的发挥作用，产生了大型夹杂物聚集、以及水口结瘤的技术问题。

本发明的设计构思是：

经过长期深入的研究和分析发现，导致现有技术存在上述问题的根本原因有两个：其一，稀土金属的纯净度较差，内部包含大量的氧化物，加入钢水中之后，夹杂物难以上浮；其二，稀土金属的加入工艺存在问题，未能充分发挥稀土金属净化钢液、变质夹杂物的本质作用。