中、重稀土鋼的開發(fā)和應(yīng)用加快
【中鎢在線新聞網(wǎng)-鎢新聞】
我國是稀土生產(chǎn)及消費(fèi)第一大國，同時又是鋼產(chǎn)量第一大國，2014年，我國鋼產(chǎn)量達(dá)8億多噸，占世界的一半。但是，值得注意的是，我國鋼產(chǎn)品品質(zhì)不高，優(yōu)質(zhì)鋼很少，同時，由于稀土元素的不可分采性，造成稀土元素產(chǎn)量較大但應(yīng)用量相對較少，而且，近年來，受稀土氧化物價格因素影響，La、Ce及Y、Tm、Yb等稀土產(chǎn)品積壓。要解決這一問題，應(yīng)著重從稀土鋼領(lǐng)域加快開發(fā)應(yīng)用，將這些稀土,特別是以釔（Y）為代表的中、重稀土用于生產(chǎn)稀土鋼，既可提高國產(chǎn)鋼的品質(zhì)，開發(fā)具有中國特色的鋼材品種，又可消化積壓的稀土產(chǎn)品。由此可見，加快稀土鋼的開發(fā)應(yīng)用具有積極的經(jīng)濟(jì)意義。
稀土鋼具有許多優(yōu)異的性能
科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，將稀土元素加入鋼中，可提高鋼的強(qiáng)度、耐磨性能和抗氧化性能，改善和優(yōu)化鋼材的質(zhì)量。尤其是不銹鋼在稀土元素幫助下，不僅可簡化制造工藝，而且抗氧化性能得到明顯改善和提高。我國稀土在鋼中應(yīng)用的歷史已有30多年，牌號達(dá)幾十個。迄今，我國的稀土鋼（輕稀土鋼）主要分兩大類：一是含Cu、P類稀土低合金鋼，利用稀土改善鋼的耐蝕性；二是含Mn、Nb、V、Ti稀土低合金鋼，利用稀土除改善鋼的耐蝕性外，更主要是改善鋼的強(qiáng)度和耐磨性。
我國稀土鋼（輕稀土鋼）的主要生產(chǎn)基地是武鋼、包鋼、本鋼、太鋼、攀鋼等企業(yè)。2004年，我國輕稀土鋼的產(chǎn)量達(dá)100萬噸，最高年產(chǎn)量是20世紀(jì)90年代，曾達(dá)168萬噸。我國輕稀土鋼占鋼總產(chǎn)量的比例不足0.5%（2004年），而美國在20世紀(jì)七、八十年代稀土鋼產(chǎn)量已達(dá)700萬~900萬噸，占鋼總產(chǎn)量的9%左右。
在我國稀土鋼的各鋼種中，迄今消費(fèi)的主要是輕稀土，尚未消費(fèi)及形成正規(guī)牌號的中、重稀土鋼種。眾多的研究和試驗表明，尤以重稀土為對象冶煉的鋼材，其性能與指標(biāo)，是輕稀土鋼難以比擬的。例如，以Y基重稀土鋼材制作的火車輪轂，其性能明顯地優(yōu)于以輕稀土鋼材制作的火車輪轂。
Yb、Tm等重稀土和一部分其他稀土產(chǎn)品積壓
當(dāng)前，稀土在高科技與社會發(fā)展中的作用廣為人知。但世人并不清楚，迄今并不是全部的稀土元素都能得到充分的利用，還有許多稀土元素的應(yīng)用面與應(yīng)用量十分有限。目前，應(yīng)用量較大的稀土元素，只是其中的一部分，例如La、Ce、Pr、Nd、Eu、Tb、Dy等；而另一些稀土元素卻尚未進(jìn)入量大面廣的應(yīng)用階段，例如Tm、Yb、Lu等；Y元素則因配分含量高，產(chǎn)量大，盡管有一定的應(yīng)用量，但應(yīng)用量與產(chǎn)量相比，相對較小，導(dǎo)致產(chǎn)品積壓；由于價格及應(yīng)用量減少等原因，也導(dǎo)致La、Ce等元素的積壓。
我國優(yōu)勢的南方離子型稀土資源，配分齊全，尤其是中、重稀土含量高，特別是以龍南為典型代表的離子型重稀土礦床，其Y2O3配分含量高達(dá)60%以上。礦床中的稀土礦物，是包含著整個稀土族15（或17）個元素共生在一起、不可分割的自然界共生體。也就是說，在這種礦床中，每一個單獨(dú)的稀土元素，都不可能以獨(dú)立的礦物形態(tài)而賦存，因此不可能在礦山開采時將每一個稀土元素單獨(dú)地分采，實現(xiàn)以銷定產(chǎn)，消除積壓。而若需將每一稀土元素逐個分開，則需通過后面的濕法冶煉加工工藝，才能將其分離，從而獲得單一的稀土產(chǎn)品�？梢�，只要某些稀土元素的應(yīng)用面與應(yīng)用量未予拓開，則這些稀土元素的積壓是必然的，例如前面提到的Y、Tm、Yb等稀土元素，這是礦物、礦床賦存特征自然規(guī)律所決定的。
有鑒于此，國家近年來出臺的稀土“收儲”政策，即是解決上述困局的措施之一。我們認(rèn)為，我國稀土產(chǎn)業(yè)若要獲得更大的發(fā)展，從源頭上減少或消滅滯銷、積壓現(xiàn)象，真正使每個稀土元素都能得到綜合利用，只有從技術(shù)層面上來解決真正擴(kuò)大每個稀土元素的應(yīng)用面和應(yīng)用量問題，才是“治本”的根本、有效的途徑。
加快中、重稀土鋼開發(fā)和應(yīng)用的步伐
由此，加快中、重稀土鋼的開發(fā)和應(yīng)用，研發(fā)具有中國特色的中、重稀土鋼，已逐漸得到國家的重視，成為稀土業(yè)界共識。有關(guān)這方面的工作，北京鋼鐵研究總院、山東大學(xué)、贛州有色冶金研究所等單位已做了不少前期與基礎(chǔ)性研究。設(shè)置在贛州有色冶金研究所的原冶金部“重稀土硅鐵合金推廣應(yīng)用協(xié)作網(wǎng)”，多年來就重稀土硅鐵合金的推廣應(yīng)用做了許多工作。他們的實踐表明，以“釔基”為主的重稀土硅鐵合金，不僅在煉制重稀土鋼中可發(fā)揮重要的作用，而且在高速切削刀具、特種電焊條、鑄鐵，尤其是在大型鑄件、構(gòu)件等諸多方面，更可以發(fā)揮其獨(dú)特的作用。
在“十五”期間，國家科技部曾將“稀土鋼新品種、新工藝研究與開發(fā)”等課題，列入了“十五”國家科技攻關(guān)“稀土應(yīng)用工程”項目。本世紀(jì)初出差鞍鋼期間，曾向?qū)Ψ浇榻B了有關(guān)中、重稀土鋼前期研究的情況，他們表示了很大的興趣，希望在國家爭取列項。由于工作的關(guān)系，過去曾多次向有關(guān)主管部門和企業(yè)呼吁，希望開展這方面的工作。
據(jù)我們所知，過去阻礙中、重稀土元素在鋼材及其它方面的應(yīng)用（譬如稀土Cu、Al、Mg合金等）的重要因素是價格因素。此前，稀土在鋼材以及Cu、Al、Mg等合金中應(yīng)用的主要是輕稀土元素，而中、重稀土元素則因價格昂貴而使用不起。過去，La、Ce氧化物一般是7000~8000元/噸，甚至更低，而Y氧化物一般在4萬~5萬/噸左右。單一La2O3、CeO價格，與單一Y2O3價格相比，后者比前者高出幾倍。以稀土硅鐵合金為例，輕稀土硅鐵合金（30%REO）價格不超萬元，而Y基重稀土硅鐵合金按REO含量計價，每公斤在2元以上，若按30%REO計，則每噸在6萬元以上。近些年來，隨著國家對稀土政策的大幅度調(diào)整，稀土價格也隨之大幅變動，價格前所未有地劇烈上升，輕稀土價格全面上揚(yáng)。導(dǎo)致Y2O3等重稀土產(chǎn)品與輕稀土產(chǎn)品的綜合價格比，大幅下降。目前，單一La2O3、CeO產(chǎn)品每噸1.7萬元左右，而單一普通Y2O3產(chǎn)品每噸3萬元上下。兩者之間價格的差距，已由過去的相差幾倍，急劇下降到現(xiàn)在的不足一倍。按0.03%~0.05%（REM）稀土消耗量計，每噸重稀土鋼較輕稀土鋼成本增加甚微。故從性價比來衡量，也到了發(fā)揮中、重稀土（以Y為代表）在鋼中以及在其它合金中作用的時候了。
積極拓開以Y為重點的中、重稀土元素在鋼中的應(yīng)用
鑒于我國擁有豐富的中重稀土資源（離子型稀土），又鑒于目前我國南方離子型稀土中，以Y為代表的一些中、重稀土元素產(chǎn)品積壓，故加速開發(fā)具有中國特色的中、重稀土鋼，無疑是擴(kuò)大中、重稀土應(yīng)用面和應(yīng)用量上的一個重大突破。它既有長遠(yuǎn)的意義，又有現(xiàn)實的需求。一是可形成具有中國特色的稀土特鋼，形成新的鋼種、牌號，拓寬鋼材的應(yīng)用領(lǐng)域；二是拓寬稀土應(yīng)用新領(lǐng)域，成為一個新的、廣闊的應(yīng)用空間；三是有力地推動部分稀土元素的應(yīng)用面與應(yīng)用量，使其成為一個新的應(yīng)用量較大的應(yīng)用方向；四是大力地促進(jìn)了稀土元素的綜合利用，尤其能大力促進(jìn)目前滯銷、積壓元素的應(yīng)用，使目前對于某些元素“過�！钡漠a(chǎn)能得到發(fā)揮，削減甚至消滅“收儲”或庫存，有利于稀土政策的調(diào)整；五是在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步激發(fā)稀土礦山、分離、金屬、合金產(chǎn)能的提高，壯大我國稀土產(chǎn)業(yè)。
大膽地設(shè)想，倘若我們能夠通過今后若干年的努力，開發(fā)出具有中國特色的中、重稀土鋼，并使其產(chǎn)量水平大致達(dá)到或略超美國二十世紀(jì)七、八十年代的比例水平的一半，亦即達(dá)到全國鋼產(chǎn)量4.5%左右，將是可觀的3500萬噸。如果中、重稀土（REM）添加量為0.03%～0.05%，那么，粗略地概算將年消耗中、重稀土氧化物2萬余噸（以稀土金屬或稀土合金方式加入）。同樣，輕稀土鋼產(chǎn)量倘若也能達(dá)到設(shè)想的比例水平（3500萬噸/年），則輕稀土鋼也將年耗輕稀土2萬余噸。兩者合計將年耗稀土氧化物4萬~5萬噸，這是一個非常可觀的數(shù)據(jù)。局限于專業(yè)的限制，對上述稀土應(yīng)用量的概算不一定準(zhǔn)確。總之，中、重稀土鋼有可能成為年耗萬噸以上中、重稀土氧化物的稀土應(yīng)用新領(lǐng)域，有關(guān)這點，稀土業(yè)界應(yīng)有共識。
據(jù)過去的工作經(jīng)驗，中、重稀土在鋼中的應(yīng)用，可以通過制得的“釔基（Y基）”重稀土合金，以適當(dāng)?shù)谋壤头绞�，加入到鋼中，從而得到含�?/SPAN>Y基”為主的重稀土合金鋼，這是已被實踐過的經(jīng)驗。
南方稀土開發(fā)利用又一里程碑—中重稀土鋼
原國家稀土辦專家組組長、中國工程院院士李東英教授，針對南方離子型稀土的開發(fā)利用，從技術(shù)上總結(jié)了二個帶有“里程碑”式的“突破”。一是發(fā)明的以“池浸”工藝為代表的離子型稀土礦山第一代開采工藝；二是發(fā)明的以“原地浸礦”工藝為代表的離子型稀土礦山第二代開采工藝。迄今，世界稀土應(yīng)用的主要領(lǐng)域，例如Nd-Fe-B磁材、Ni-H電池、打火材料、熒光材料等等，開創(chuàng)性的研發(fā)，都是在國外首先完成，獲得專利，然后影響或制約別國的發(fā)展。那么，帶有開創(chuàng)性的中、重稀土鋼的研發(fā)，能否在我國首先完成，并形成自主知識產(chǎn)權(quán)和規(guī)模生產(chǎn)能力？倘若如此，具有中國特色的“中、重稀土鋼的研發(fā)與應(yīng)用”，能否成為我國南方離子型稀土開發(fā)利用征程中的另一個新的突破，從而形成一個新的“里程碑”—“第三個里程碑” 呢？可以預(yù)言，此“夢想”一旦如愿以償，則“夢想”中的“第三個里程碑”，應(yīng)是以“中、重稀土在鋼中的應(yīng)用”為典型特征的原創(chuàng)性開發(fā)與應(yīng)用。我們想，這也應(yīng)該成為我們努力擴(kuò)大南方離子型稀土應(yīng)用的一個“稀土夢”。
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