Сплавы редкоземельных металлов

Савицкий Е.М., Терехова В.Ф., Буров И.В. и др.

Издательство АН СССР, 1962 г.

Применение редкоземельных металлов в производстве стали

В настоящее время можно считать точно установленным положительное влияние РЗМ в производстве различных марок сталей.

РЗМ нельзя рассматривать как радикальное средство, устраняющее все недостатки плохой технологии выплавки и обработки стали. Кроме того, многочисленные опыты показали, что можно четко разделить свойства, на которые РЗМ оказывают и не оказывают положительного влияния, РЗМ оказывают положительное влияние на следующие свойства сталей:

1) температуру перехода стали из хрупкого состояния в пластичное;

2) деформируемость жаропрочных и нержавеющих сталей при высоких температурах;

3) прочность и коррозионную стойкость фехралей;

4) прокаливаемость стали.

К свойствам, на которые РЗМ оказывают небольшое влияние, относятся прочность стали при комнатной температуре, прочность при кратковременных испытаниях при повышенных температурах, способность к старению и др.

Для РЗМ характерным является то, что зависимость свойств сплавов от добавок РЗМ имеет ярко выраженный максимум, который указывает, что улучшение свойств происходит до определенного процента добавки, после достижения которого свойства понижаются.

Таким образом, в каждом конкретном случае необходима определенная добавка РЗМ.

При производстве стали РЗМ вводятся главным образом в виде суммы металлов или окислов. Применение суммы металлов или смесей окислов было обусловлено экономическими соображениями, и в настоящее время большое значение имеет установление индивидуального влияния РЗМ на свойства стали, для выделения наиболее «полезного» элемента.

Предварительные исследования по влиянию церия, лантана и неодима на железо и сталь показали, что церий и неодим образуют диаграммы состояния с наличием химических соединений, а лантан с железом дает диаграмму эвтектического типа (раздел II).

Растворимость этих трех элементов в железе не превышает 0,5 %. Ввиду того, что легирующая добавка РЗМ при производстве стали не превышает 0,2—0,3%, действие этих добавок будет, по-видимому, равноценным. Исследование пластичности железа с добавками от 0,1 до 5,0% лантана, церия и неодима показало, что до 0,2—0,3% пластичность сплавов одинакова, в то время как для больших содержаний пластичность сплавов железа с церием и неодимом резко ухудшается.

В сплавах железа с лантаном пластичность остается высокой, несмотря на большой процент добавки.

Способ введения редкоземельных металлов в виде металлов или их окислов в основном определяется теми целями, которые решаются при таком введении. С экономической точки зрения выгодней вводить окислы. Предпочтение следует, по-видимому, отдать окислам в модифицирующем влиянии и изменении процесса кристаллизации стального слитка. Считается также, что с точки зрения сохранения чйстоты металла лучше производить присадку окислов [12]. Однако для нейтрализации вредного влияния некоторых примесей (образование тугоплавких соединений, перераспределение серы в металле), а также для упрочнения за счет легирования следует вводить РЗМ в металлическом виде. Методы введения РЗМ и их окислов в сталь могут быть самые различные. В литературе [13] приводится описание следующих способов: 1) в шихту; 2) после расплавления; 3) после предварительного раскисления ферросилицием; 4) после окончательного раскисления алюминием; 5) после окончательного раскисления силикокальцием.

В настоящее время считается, что наиболее правильно вводить РЗМ в ковш после предварительного и полного раскисления сталей. РЗМ вводят непосредственно в струю расплавленного металла при выпуске стали в ковш после того, как дно ковша покрывается слоем жидкой стали.

При любом способе введения РЗМ следует избегать их контакта со шлаком. Необходимо отметить, что при применении РЗМ желательно вести плавку на основных шлаках, а не на кислых [12].

В США широко распространен метод введения РЗМ в колоколе [29]. В этом случае добавка РЗМ помещается в барабан, закрепленный на конце штанги, которая погружается в ковш во время его заполнения. Этот способ наиболее применим при больших масштабах производства.