科创中国

显著提高钢材耐腐蚀性能的低成本稀土微合金化技术，主要应用在量大面广的普碳钢和广泛使用的低合金钢中，既能消耗富余的镧铈钇稀土，又能以低成本（吨钢成本仅上升数十元）大幅度提高钢材耐蚀性能，延长钢材的使用寿命。本技术的理论原理是：（1）稀土变性夹杂物，降低其与基体的电极电位差，避免点蚀发生；（2）稀土偏聚于界面，包括晶界、相界、自由表面，降低界面能量，避免局部腐蚀发生；（3）稳定与致密表面锈层组织，有效减缓腐蚀速率。

项目研究了在钢材生产与零件制造的全流程中稀土元素的赋存与踪迹。本技术除了研究稀土对夹杂物性态的改变外，还通过特殊手段制备试样并采用俄歇电子探针、三维原子探针等测试方法，明确稀土大原子在晶界、相界以及自由表面的富集，证明了稀土在钢中的偏聚行为并确定了稀土在钢中存在合金化作用原理，为后续研究稀土对耐蚀性能的影响以及稀土应用提供理论基础。此外，本技术研究了稀土微合金化技术改善钢的耐蚀性能作用机理。通过研究稀土大原子向锈层和基体的界面处偏聚，使得普碳钢或低合金钢表面形成锈层后，在靠近锈层的基体处形成了具有保护性的稀土原子层，阻碍锈层向基体内部的扩展，有效减缓腐蚀速率，起到“以锈防锈”的作用。周浸、盐雾等腐蚀试验均证实了稀土界面的有效偏聚作用能够显著提高耐腐蚀性能。

项目形成了在现代先进冶金工艺流程过程中，科学的稀土加入方法及稀土高收得率技术。随着精炼技术发展，传统的稀土净化钢液作用不再需要，然而稀土的变性夹杂物与合金化作用依然明显。但是，稀土加入方法和收得率是一个约束瓶颈。一般加入稀土在钢生产过程中易出现连铸结晶器水口结瘤、收得率低且不稳定，而且稀土在钢坯中分布不均匀。本技术形成的稀土加入方法可以稳定提高稀土收得率，获得均匀的稀土分布，避免水口结瘤，实现多炉连浇，形成稳定的低成本稀土微合金化生产工艺。

稀土微合金化钢的耐大气腐蚀性能翻番，使量大面广的钢铁材料具有耐腐蚀性能，还可以避免钢材运输过程中的锈蚀损失，长期使用可以达到耐候钢的水平。

近年来，数家钢企均采用本技术工业试制了普碳钢、低合金钢、耐候钢Q235、Q355、09CuPCrNi等低成本稀土耐蚀钢。低成本稀土微合金化技术生产稳工艺定，稀土收得率高（≥80%），钢材耐蚀性能翻番。本技术经济效益明显，吨钢成本提高不大于50元，较常用铜铬镍耐候钢的合金成本大幅度降低。从社会效益来看，低成本稀土微合金化技术不仅能够解决稀土开采中镧铈钇的富余问题，还可以低成本地大幅度提升钢铁材料性能，显著减少钢材消耗量，有利于环境保护与资源合理化应用。稀土微合金化耐蚀钢的团标也正在制定中。本技术可以有力推动中国钢铁行业的发展出创新技术，为世界钢铁发展做出应有的钢铁大国贡献，如同历史上的英国（十九世界中叶）与美国（二十世纪上半叶）一样。