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包永瑞[1,2]李文博[1,2]王志利[1,2]李刚[1,2]杜超[1,2] 尹志强[1,2]李庆[1,2]

（[1]河北省锻造用钢技术创新中心[2]承德建龙特殊钢有限公司，河北 承德 067300）

摘要：稀土元素由于其在元素周期表中的位置及自身的电子结构，具有原子尺寸大，化学性质活泼的特点，应用在钢铁冶金中主要起到强化微合金化和夹杂物变质作用，可以提高钢的综合性能，尤其是屈服强度和低温冲击性能。通过研究稀土合金化的时机，加入方式及稀土的加入量的工艺探索，可实现稀土合金钢的连浇工艺。

关键词：稀土；夹杂物；连浇；性能

1稀土元素及其化学性质

稀土元素的原子半径比γ-Fe大，不能形成置换式固溶体和间隙式固溶体，大多数存在晶界处，使晶格发生畸变，从而产生固溶强化的效果。稀土元素可以对钢液中的氧化物和硫化物夹杂进行变性处理，生成细小、接近球形的稀土化合物。同时稀土夹杂的热膨胀系数与铁基体的热膨胀系数非常接近。在钢的热加工过程中可以减小应力裂纹源，从而影响钢的力学性能，同时还会避免夹杂物与周围基体不连接引起的腐蚀。因此细小的稀土夹杂物会改善常规夹杂对钢的不利影响。

但是由于稀土元素较为活泼的化学性质，易与钢水中的氧和硫形成高熔点的稀土氧化物 (REO2、RE2O3)、稀土硫化物 (RES、RE2S3 )和稀土硫氧化物 (RE2O2S)，同时稀土的加入时机不准确或稀土加入量过多，就会生成较大颗粒的复合化合物聚集。

稀土元素由于其独特的化学性质，在钢中可以起到净化作用、变质作用和合金化作用，净化作用主要是稀土元素可以起到脱氧、脱硫效果（目前冶炼工艺可以满足钢水的脱氧和脱硫，使用稀土进行脱氧脱硫，不经济同时对钢性能也造成影响），由于稀土元素与氧、硫结合形成高熔点的稀土夹杂物，脆性大的稀土金属间化合物，不仅对钢的性能造成影响，同时高熔点夹杂物容易吸附在连铸水口内壁影响钢水的可浇性。所以在钢中加入稀土元素，主要是应用其对钢水起到变质作用和合金化作用，达到提高钢的综合力学性能效果。但是稀土元素在冶炼过程的加入时机，加入方式和加入量差异，决定了稀土合金钢的综合力学性能和可浇性。

2工艺实践

前期工艺研究，为了解决稀土合金钢冶炼过程产生稀土夹杂物蓄积阻塞水口出现的可浇性问题，将稀土合金化采用稀土丝在连铸结晶器中喂入的方式，丝线喂入后成分没有充分均质化，造成稀土元素在铸坯不同位置的含量不均，同时由于结晶器孔径较小，不利于丝线的喂入，在喂线的同时造成结晶器内液面翻动，易形成卷渣，对钢水二次污染。

我公司通过在现场生产实践过程中，对不同工艺参数的摸索，通过对稀土合金化的时机，稀土合金化的方式，稀土合金的加入量控制，已解决冶炼含稀土合金钢的可浇性问题：

（1）在稀土合金加入前，冶炼条件要求，钢水中硫含量≤0.010%，钢水中氧含量≤0.0025%，钢水先对夹杂物进行钙变性处理；

（2）稀土合金使用稀土铁合金，且铁合金不允许存储在高温处，加入前进行逐炉准确称重，根据每炉钢水量，稀土合金加入量0.15-0.40kg/t钢，整体RE/S比控制在2-10%；避免产生高熔点稀土夹杂物，对钢产品性能及可浇性造成影响，便于实际生产过程中控制和应用；

（3）稀土合金化在钢包吊运前10-15min，将稀土铁合金加入至钢包吹氩点处；

（4）稀土合金化后，调整钢包底吹氩气流量，渣面效果要求微微波动，不允许渣面翻腾，钢水裸露。

通过生产经验的积累，把握稀土合金合金化的时机，大大提高稀土合金的吸收率，同时避免形成大颗粒的稀土化合物；稀土合金的加入方式，避免稀土合金在生产及合金化过程带来的自身损耗和物理化学伤害。

在后续的钢管轧制，可以保证钢管性能及夹杂物控制保证完全符合要求。

附表炼钢生产及夹杂物控制、钢管性能检验。

炼钢生产控制：

钢种	炉次	刚水量t	终点C%	精炼时间min	白渣时间min	石灰kg	铝粒kg	稀土合金	硅钙线	软吹 min	LF离站Al%	LF离站S%
50RE8	1	80.5	0.140	43	31	300	40	/	/	17	0.0378	0.0082
50RE8	2	80.5	0.132	44	32	300	30	/	/	20	0.0421	0.0047
50RE8	3	82.1	0.105	44	32	300	30	/	/	20	0.0430	0.0040
50RE8	4	79.6	0.103	44	32	300	30	/	/	25	0.0290	0.0054
50RE8	5	84.5	0.144	48	31	300	30	/	/	15	0.0364	0.0042
50RE8	6	82.6	0.126	46	33	300	30	/	/	26	0.0332	0.0026
50RE8	7	83.3	0.110	43	30	300	30	/	/	19	0.0361	0.0068
50RE8	8	81.3	0.100	49	36	300	30	/	/	25	0.0295	0.0034
50RE8	9	78.2	0.105	43	26	300	30	/	/	21	0.0338	0.0047
50RE8	10	84.1	0.107	44	31	300	20	/	/	15	0.0427	0.0026

夹杂物控制：

A类		B类		C类		D类		Ds类	晶粒度
粗系	细系	粗系	细系	粗系	细系	粗系	细系
0.5	0.5	1	0	0	0	0.5	0.5	0.5	6
0.5	0.5	0	0	0	0	0.5	0.5	0
0.5	0.5	1	0	0	0	0.5	0.5	0.5	6.5
0.5	0.5	0	0.5	0	0	0.5	0.5	0

性能检验：

炉次	钢种	钢级	拉伸试验
			试样类型	抗拉MPa	屈服MPa	断后伸长率%
			协议要求	≥655	420-552	≥19
1	50RE8	/	纵向弧形	759	461	30
				763	440	28
2	50RE8	/	纵向弧形	761	435	29
				769	468	29
3	50RE8	/	纵向弧形	771	432	29
				772	467	28
4	50RE8	/	纵向弧形	761	427	30
				764	433	29
5	50RE8	/	纵向弧形	775	495	29
				757	425	29
6	50RE8	/	纵向弧形	791	469	28
				766	454	29
7	50RE8	/	纵向弧形	773	444	30
				772	456	28
8	50RE8	/	纵向弧形	783	454	28
				766	439	28
9	50RE8	/	纵向弧形	767	459	30
				748	445	30
10	50RE8	/	纵向弧形	763	456	30
				768	467	28

参考文献：

[1] 皮鹏飞. 合金钢棒线材生产中的新工艺技术[J]. 冶金与材料,2019,39(4):118,120.

[2] 周久圣. 超声波检测技术在合金钢棒材生产线方坯中的应用[J]. 百科论坛电子杂志,2021(13):177-178.

[3]李帅军. 合金钢棒材超快冷工艺研究与实践[J]. 山西冶金,2022,45(3):26-28.

[4]郭甲男.探讨传统钢铁冶金工艺分析及发展[J].冶金管理，2021(11):5-6.