中国稀土铸造稀土钢，打造大国重器，钢铁强国的支柱

一、钢铁大国还要进口很多钢铁我国是稀土大国，也是钢铁大国，但必须要尽快打造稀土强国和钢铁强国，才对得起我们的经济地位。作为世界钢产量最大的国家，不仅要大量进口铁矿石，每年还需要进口上千万吨的钢铁，2020年1-8月份，我国进口钢铁数量为1218.9万吨，这样的数据让很多人不太理解。其实原因很简单，我们生产的钢铁虽然最多，但还不能满足国内工业需求，因为很多特种钢铁我们还无法自给自足，甚至无法生产。我们进口的钢铁，很多都是价格比较高的特种钢铁，比我们出口的很多钢铁利润要高。最费解的是，2020年前八个月我国居然从印度进口了190多万吨钢材，不知是什么样的钢材。很多人，尤其是七零后、八零后都对一些进口的小产品情有独钟。比如瑞士军刀、日本韩国公司生产的指甲刀、进口的刮胡刀等等。这些进口的小产品因为锋利耐用而备受国内用户的喜爱。这里面涉及到的主要问题就是人家使用的钢材质量好。上世纪末、本世纪初，国内的军事爱好者都无比羡慕美国的航空母舰，盼望着我们国家也能研发出自己的航空母舰来。我的化学老师就曾专门给我们说了一下我国自己不造航母的重要原因,航母用的钢铁我们做不出来。痛定思痛，自强不息，学习进步，我国的钢铁行业在学习中前进。经过国家政策的引导和科技研发的不断投入，我国的钢铁行业不断地攻克了一个又一个难题。比如航母用钢可以自己生产了，圆珠笔的笔珠可以自己生产了，核电站用钢可以自己生产了，最近又攻克了手撕钢和超薄的电工钢。我们不断见证了国家科技水平的进步。下面我们说说稀土和稀土钢的那些事。二、稀土家族待遇不同镧铈镨钕钷钐铕，钆铽镝钬铒铥镱镥加上钇元素，就是通常意义上的稀土元素。这些元素虽然都叫稀土元素，但是身价并不一样。像钆铽镝钬铒铥镱镥钇这些元素属于重稀土元素，除钇以外都是比较贵重的，全球范围内都是稀缺资源。白云鄂博虽然盛产稀土，但是轻稀土为主，重稀土很少。轻稀土里，钕元素用来制作钕铁硼磁铁，市场前景最大、应用率最高，镧元素和铈元素在地球上还是很多的，他们的地壳储量比我们常见的铜和铅还要多。在白云鄂博的稀土矿中，镧和铈的比重占到了75%，如果不能有效利用，就会造成极大的浪费。现在来说，我国出口稀土很多，但并非都是开采国内稀土矿得来的，而是先进口稀土原料，加工纯化后再出口的。在徐光宪院士的带领下，我国对稀土科技非常重视，研发出了高效的稀土提炼技术，可以在十几种稀土元素的稀土矿物中分离出每一种稀土来。目前来说，中国的提炼技术是全球领先的，成本也最低，因此，美国日本欧洲都依赖中国提炼的稀土产品。本来提炼出来的稀土产品，再往外销售，给国内企业带来了不少的利润，但还是有两个问题需要考虑，一个问题是环境污染问题，另外一个是充分利用问题。环境污染的问题，网上有很多相关的介绍，这里就不详细介绍了。充分利用问题，却也不可忽视。因为在稀土中镧和铈两个元素含量最高，利用率比较低，价格也是最低。作为稀土纯化的副产品，镧和铈如何充分利用，也是一个很重要的事情。由于镧和铈价格比较低，比如氧化铈一吨才一万块钱左右，如果能在高附加值产品中利用起来，会非常划算。相应地，由于我国的钢产业在低端扎堆比较多，盈利空间少环境压力又比较大，所以国家特别强调要发展成钢铁强国。要想成为钢铁强国，必须要大力发展高附加值的特种钢行业。其中，我国优势最大的就是充分利用国内稀土资源开发的稀土钢。三、稀土钢稀土钢，并不是一个新名词，早在上世纪五十年代，西方国家就开始通过往钢材中添加稀土获得了优质的钢材，解决了很多实际问题。最早往钢铁里添加稀土，主要是为了解决钢材中杂质对钢铁性能影响的问题。很多朋友不清楚，为什么同样是铁，有的钢材性能非常优异，有的钢材却性能很差。有人说，不就是配方不一样吗，按照配方生产不就好了吗！没有这么简单！国际知名的特种钢材，都已经形成了标准，成分表是公开的，但依然很难仿制。其中一个重要的原因是，原材料本来就是不纯的。看起来很干净的铁水里面，有各种各样的杂质，这些杂质，有些对提高钢铁的特殊性能有帮助，也有些对钢铁性能是有害的。要想制作出优质的钢铁，必须去除有害成分，加入有益成分，然后再经过特殊工艺来进行生产。可不要小瞧这个去除杂质的操作。你可以把一杯红酒潇洒地倒进一桶泔水里面，但你绝对不可能再同样潇洒地把那杯红酒倒回来。把钢铁里面的杂质去掉的难度绝对比按照配方添加特殊成分困难得多。比如，冶炼钢铁过程中，氧和硫就是对最终形成的钢铁产品有害的成分，尤其是硫，危害非常大，想完全根除它们，是很难的。如果不去除，或者去除的不到位，即使按照配方生产，出来的钢铁也是不合格的。最初的稀土钢，主要目的就是想利用稀土去除钢水中的氧和硫，将它们的不利影响降到最低，同时还能提高钢铁的一些性能。但由于稀土的生产成本比较高，后来又找到了更好的办法，比如往钢水里面添加钙，可以同样有效地去除危害。这样一来，不添加稀土，同样可以生产性能优越的钢材。经过纯化的钢材，再添加同样的稀土，对性能的提升并不明显，反而有一定的害处。于是西方国家在上世纪七八十年代纷纷放弃了稀土钢的研发，把精力放到了其他方面。我国为了更好地利用稀土资源，一直都没有放弃对稀土钢的研发。功夫不负有心人，我国钢铁行业通过不断研究，发现只要配方合适，工艺恰当，就算把稀土添加到纯化过的钢铁中也能有效提升钢材的性能。于是乎，一批高性能的稀土钢产品应运而生。我国也成为了稀土钢领域专利数量最多的国家。稀土添加到钢材里，只要控制好比例和工艺，可以给各种钢材都带来一定性能的提升。比如，提高抗腐蚀性，增强钢材的韧性，提高钢的抗疲劳性，增强钢的耐磨性、高温强度，还能改善一些钢材的焊接性能。特别说明，本视频提到的稀土钢，不是一种钢材，而是一系列钢材，在各种传统钢材的基础上，添加稀土增加钢材的多种性能。一吨钢材里面只需要加入半斤到四斤稀土，就可以明显改善钢材的性能，还不会明显增加钢材的成本。研究发现，通过添加稀土，不仅可以有效去除氧和硫这样的有害物质，还能有效减少微量硫、磷、铅、锡、砷、锑、铋等有害金属的危害。比如硫，可以跟钢材中的锰等元素形成长条状或不规则的硫化物，在钢材内部形成缺陷，影响钢材的性能。但是在有稀土存在的时候，硫就会跟稀土结合形成微型的小球，几乎不会影响钢铁的性能。就像西瓜和火龙果的区别，我们吃西瓜都是要吐籽的，除非是无籽西瓜，但是几乎没有人会吃火龙果吐籽。一方面是火龙果的籽太多，另一方面是火龙果的籽非常小，并不影响口感。稀土钢也是一样，能够尽可能地减少有害成分扩散影响钢铁性能。这样，就会大大提高钢铁的韧性、强度、抗疲劳性等性能。腐蚀，是造成钢铁损失、钢制结构损坏的一个重要因素，随着我国经济发展，钢铁设施的增多，腐蚀带来的直接和间接危害越来越不可忽视。稀土钢，只需要很少量的稀土，就可以大大提高钢铁的抗腐蚀性能，大大减少因腐蚀带来的经济损失。四、稀土钢的应用航空母舰，一个在海洋中移动的小岛，生产和维护成本非常高，如果使用的钢材不合格，会大大降低航母的寿命。航母甲板用钢要求能承受舰载机起降带来的强大冲击力和非常高的摩擦力，同时还要能承受住飞机喷出的几千摄氏度的高温火焰。整个航母用钢要求钢材有高韧性、耐高温、抵抗低温、不容易变形等性能，要能防弹、无磁，还要有很高的抗腐蚀性。这样的要求，稀土钢能充分发挥自身的优势，抗腐蚀性非常好，焊接性能也不错。在其他性能满足要求的情况下，在相应型号中添加合适的稀土，就能有效提升钢材质量。另外，对潜艇来说，除了满足常见的要求以外，还要有很强的抗压能力，适当牌号的稀土钢同样可以满足它的要求。稀土钢造就的舰船用钢，不仅在航母上能够发挥优势，在其他舰船上也优势比较明显。此外，以后在民用船舶上也将大规模应用。我的老家住在海边，有时候我去海边看渔船，发现一些渔船由于保养不及时，船帮的钢铁严重腐蚀，一些部位的钢材甚至已经被腐蚀穿了，这样的部位如果在水下就比较危险了。这样的现象，对于各种船舶包括军用船舶来说，都是很危险的。如果使用稀土钢，就可以减少船体的腐蚀，大大降低维护的难度。不仅船体可以通过使用稀土钢达到防腐蚀的效果，沿海地区的钢铁桥梁、建材使用的钢筋、汽车的车轴等钢制材料以及其他各种需要抵抗腐蚀的钢制材料，都可以使用稀土钢来增加抗腐蚀的能力，提高其他性能。我国近些年大力发展轨道交通，其中稀土钢在制造铁轨和火车车体等领域有大量的应用。尤其是铁轨，通过稀土钢的使用，提高了钢轨的各种性能延长了钢轨的使用寿命。另外，我国还专门为货运列车研发了重轨钢，使得铁轨的承重能力大大提高。稀土钢还有一个重要的应用就是天然气输送管道，为了国家的能源安全，我们国家实施了西气东输计划，使用天然气管道把大量天然气源源不断输送到东部城市。另外，各个城市内部还有大量天然气管道负责输送天然气到千家万户。这些管道面临着腐蚀和破裂的风险，以前也发生过很多由于天然气管道腐蚀破裂造成的重大安全事故。通过使用稀土钢，腐蚀的风险大大降低了，管道的强度也增加了。另外，通过使用稀土钢，还解决了天然气管道的一个难题，就是氢裂，以前天然气里的氢气会造成管道钢铁变脆，发生裂纹，很容易带来安全事故。现在，至少输送天然气的主管道开始大量使用稀土钢材料了，安全性得到了一定的保障。总之，我国开发稀土钢，既有资源优势，又有技术研发基础，还有市场前景，未来将在钢铁市场上大放异彩，为我国打造钢铁强国打下良好的基础。--------------------------------------------------------------------------神奇稀土，上天入地。近几年，“稀土钢”频繁登上热搜榜——在“国之重器”FAST射电望远镜观光桥梁、北京大兴国际机场、高铁轨道等重要建筑设备设施中，都蕴含着稀土钢的神奇力量，尽显其坚韧的魅力。被评为2020年内蒙古十大关键技术突破的“稀土钢用稀土铁合金制备技术”，正是来自于包头稀土研究院金属材料研究所一支年轻的研发团队，1992年6月11日，科研院所改制，包头稀土研究院进入包钢，是全国最大的综合性稀土科技研发机构。而该新材料同时成为2020年自治区新材料首批次产品。攻破“钢中加稀土”的难题“我们要想在先、做在前，坚定四个自信，努力在科研之路上默默坚守，努力在稀土特色领域做出拥有自主知识产权的品牌。”这是稀土研究院金属材料研究所所长刘玉宝的科研信念。作为稀土钢先驱，早在上世纪60年代，包钢就开始尝试相关研究。随着稀土金属分离、提纯技术不断进步，加之国家对先进材料的高度重视，近年来又掀起了一波新的稀土钢研究热潮。炉外精炼技术快速发展，钢材洁净度越来越高，以往的稀土加入方式已不能完全满足稀土钢工业生产的需求。稀土如何高效加入、以何种方式加入，成为稀土钢生产领域世界范围内的关键共性技术难题。“面向现场、面向市场、面向前沿、面向产业化”，集团公司对科研人员提出要求，加速做好稀土钢用相关添加剂研发及其深度应用，为企业高质量发展提供技术支持，成为这支年轻团队的使命和职责。科学求索的过程从来没有通向成功的捷径，也没有唾手可得的成绩。根据稀土元素化学性质活泼，易与氧、硫、氮等元素作用的特点，综合考虑加入过程的各个因素，刘玉宝带领团队不断尝试，最终开发了适合稀土钢工业生产用的稀土铁合金产品及其制备技术，稀土铁合金更容易加入到钢液中与钢液充分合金化。2017年12月1日，当清晨的第一缕微光照进实验室和中试车间，相伴而来的是同伴们胜利的欢呼声。实验室里的坚守、多少个深夜的煎熬，往事如电影画面般一帧帧回放，刘玉宝激动地即兴赋词《沁园春·稀土钢》：“西部包钢，千吨钢水，万米长坯。望钢厂内外，一片繁忙；转炉电炉，相互轰鸣。两轮五浇，贰仟吨钢，谁能与此试比高？值黎明，看地平红日，分外妖娆……”“稀土铁合金能成功加入钢中，自然离不开它的优良性能。”刘玉宝说，钢与稀土的结合，完美整合了当地的天然资源，稀土加入到钢中，能够净化钢液、改性夹杂物，提高钢的强度、耐磨性、冲击韧性等性能。稀土钢作为钢中的贵族，可谓名副其实。随后，包钢继续开展九炉、十炉、十五炉连浇的稀土钢工业生产试验，整个过程都稳定顺行。钢中稀土分布均匀，稀土收率均在50%以上，大大提高了资源的利用率。稀土钢，更坚、更韧，更强。在铸铁中加入稀土铁合金，抗拉强度可以提高40%以上、抗压能力提高80%以上。经中国稀土学会和中国稀土行业协会联合鉴定，稀土铁合金制备技术达到国际领先水平，为稀土钢产业的发展进步注入了强劲的新活力。酝酿“稀土+”的美好未来独行快，众行远。身为80后的年轻所长，刘玉宝常常组织团建活动，团队成员一起滑雪、烧烤、玩真人CS，让大家在紧张的工作之余放松自己。“每个人的精力有限，但团队的力量无限。”刘玉宝团队现有成员29人，其中具有硕士以上学历8人，还包括自治区五一劳动奖章获得者、全区技术能手、包头工匠等多位高层次人才。近些年，团队先后被评为自治区草原英才产业创新人才团队、内蒙古青年创新创业创优标兵集体等。依托研究所，自治区铌冶金工程实验室、自治区稀土高温冶金工程技术研究中心相继成立。团队先后完成20余项国家级、省部级项目，领域涉及白云鄂博铌等有价资源综合利用、稀土熔盐电解、稀土合金制备、高纯稀土金属制备等。截至目前，团队已经开发了3大类40余种不同种类、不同含量、不同形态铁合金产品，申请发明专利12项，制定行业、团体标准4项。不断进行技术创新的同时，还实现了企业内部的成果转化。进入“十四五”开局之年，稀土产业发展前景更加广阔，未来一片光明。刘玉宝表示，针对集团公司产业现状和行业需求，现在他们正朝着绿色、高效稀土熔盐电解技术方向继续发力。“如果新型节能稀土金属电解槽研发成功，将是稀土熔盐电解技术上的又一次革命，可以推动下游产业的高质量发展。”刘玉宝告诉记者，稀土熔盐电解技术是未来的一个很重要的研究方向，实现稀土电解过程大型化、自动化、清洁化、智能化，开发更多种类适用于不同领域的稀土合金，不仅能推动稀土产业高质量发展，还可以助力实现碳达峰与碳中和，意义重大。“稀土铁合金能成功加入钢水中，自然离不开它的优良性能。”刘玉宝说。据他介绍，稀土铁合金具有适宜的熔点和密度，即密度与钢水接近，熔点均比稀土金属高，更容易加入到钢水中与钢水充分合金化。经过工程试验，结果显示其钢中稀土吸收率均在50%以上。同时，稀土铁合金活度低，抗氧化性强，易于保存和输送。稀土铁合金制备工艺采用熔盐电解及中频炉成分调控双联法。“利用熔盐电解法制备高稀土铁中间合金，然后利用高稀土铁中间合金为原料在中频炉内进行成分调控，制备出符合稀土钢生产过程应用的稀土铁合金产品。”陈国华说道，制备过程解决了非自耗阴极电解技术、杂质元素控制技术、合金中组元偏析控制技术。制备的稀土铁合金稀土含量能够控制在±1%以内，硫、氧等杂质元素含量低。目前，包头稀土研究院已经开发出3大类40余种铁合金产品，受理发明专利12项，制定行业、团体标准4项，建成了年产1200吨稀土铁合金产业化示范线。相关技术已经在包钢、北方重工、中国一重、中原特钢、共享铸钢、南京钢铁等院校企业得到使用。在包钢的示范线中，在铸铁中加入稀土铁合金，抗拉强度可以提高40%以上、抗压能力提高80%以上，所生产的产品受到国外客户的青睐。眼下，利用稀土铁合金生产的不同牌号稀土钢正在大型风机、机壳机盖、高铁轨道、北京大兴国际机场等重要领域发挥重要作用。稀土铁合金也被评为2020年内蒙古自治区新材料首批次产品。