日前,包鋼稀土(铌、鈦)鋼推進工作委(wěi)員(yuán)會成立。包鋼稀(xī)土(铌、鈦(tài))鋼推進工作委員的成立將有力地(dì)推進已有(yǒu)稀土在鋼中應(yīng)用研究(jiū)和實踐(jiàn)成果的產(chǎn)業化,打造中國特色鋼材品牌,提升包鋼公司鋼鐵產品的影響力和競爭力(lì)。據介紹,包鋼稀土(铌、鈦)鋼推進工作委員會同時還設立了推進工作辦公室和(hé)6個推進工作小(xiǎo)組,分別負責稀土合金製備、稀(xī)土在(zài)鋼中作用機理、稀土加入工藝研究(jiū)、稀土(tǔ)鋼(gāng)產(chǎn)品開發、稀土鋼標準製定和稀土鋼品牌建(jiàn)設等工作。
我們不缺鋼缺“精品鋼”
相關統計數據顯示,2016年6月中國鋼材(cái)產量為10071.5萬噸,同比增長(zhǎng)3.2%。2016年1~6月中國(guó)鋼材產(chǎn)量55992.1萬噸,同比增長(zhǎng)1.1%。2015年全年中國鋼材產量為112350萬噸(dūn)。單就數據而言,中國絕對是(shì)世(shì)界(jiè)上當之無愧的鋼產量大國,總(zǒng)產量占世界的一半以上。但是,值得(dé)注意的是,我國鋼產品品(pǐn)質不高,優質鋼很少。
相關研究資料顯示,在鋼的冶(yě)煉過(guò)程(chéng)中,添加稀土(tǔ)元素可以顯著提高鋼的品質,因(yīn)此,加大稀土鋼的研發生產勢在必行。同時,由於稀土元素的不可分采性,造成稀土元素產量較大但應用量相對(duì)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等稀土產品積壓(yā)。要解決這一問題,應(yīng)著(zhe)重從稀土鋼領域加快開發應用,將這(zhè)些稀土(tǔ),特別是以釔(Y)為代(dài)表的中、重稀土用於生(shēng)產(chǎn)稀土鋼,既可提高國產(chǎn)鋼的品質,開發具有中國特色(sè)的鋼材品種,又可消化積壓的稀土產品。由此可見,加(jiā)快稀土鋼的開(kāi)發應用具有積極的經濟意(yì)義。
就中國鋼鐵工業而言,中國鋼鐵工業發展主要靠內需。目前來看,全球範圍內的鋼鐵工業產能過(guò)剩是多種產能、供給過(guò)剩背景下產生的。目前全球鋼鐵需求進入相對穩定(dìng)甚至緩慢下降階段,因此中國鋼鐵(tiě)工業靠(kào)外需來消化過剩產能(néng)是非常困難的。所以,中國鋼鐵工業的出路在於提(tí)高和(hé)改善鋼鐵產品質量,擴(kuò)大鋼(gāng)鐵下遊產品的使用,並且能夠擴大(dà)出口(kǒu),這才是保持高產能的出路所在。但國(guó)際市場的容量就是那麽大,而且有強勁的競爭對手,擴大市場並不容易。在這樣的背景下,研發冶煉稀土鋼勢(shì)在必行。
相關數據顯示,1986~2015年的30年,全球(qiú)生鐵和粗鋼產(chǎn)量分別增加6.237億噸、8.50億噸(dūn),其中中國分(fèn)別增加6.84億噸、7.445億噸,中國的貢獻分別為109.67%、87.60%,剔除中國的產量,全球生鐵產量不僅沒有增加,還下降了3830萬(wàn)噸,粗鋼產(chǎn)量增加了9150萬噸,年均增加微弱。
由此可見,過去30年(nián)全(quán)球生鐵(tiě)產(chǎn)量主要(yào)是中國生(shēng)產和供給,其他國家產量在減少(shǎo),而生鐵的需求主要在中(zhōng)國,中國生(shēng)鐵出(chū)口很少。這意味著過去30年世界(jiè)其他國家對生(shēng)鐵需求總量沒有增加(jiā)而是在減(jiǎn)少。事實(shí)上從2000~2014年的15年,全球鐵礦石增量的99%是中國消費的。由此可見,如果中國鐵(tiě)礦石進口需求不增加,世界鐵礦石需求就不會增加。
世界粗鋼產量(liàng)在過去的30年平均每年增加30萬噸左右,如果用35年的數據(1981~2015),全(quán)球粗鋼產量增加7380萬噸,年(nián)均增加(jiā)隻有21萬噸左(zuǒ)右。從(cóng)2007年世界粗鋼(gāng)產量(不包括中國)達到曆史最高水平8.51億噸之後,就再也沒有(yǒu)超過這一紀錄(lù)。這(zhè)說明,除中國之外,全球粗鋼需求量進入相對(duì)穩定甚至緩慢下降階段,世界每年粗鋼需(xū)求大體在8.1億噸~8.3億噸之(zhī)間,目前是高水平階段,今後的趨勢是下(xià)降而不是(shì)上升。
但是,值(zhí)得注意的是,中國的鋼產量主要是以粗鋼為主(zhǔ),高品質鋼材比(bǐ)較少。所謂高品質鋼是指具有(yǒu)更高性能、更長壽命、環境(jìng)友好的高技術含量、高附(fù)加值的特殊鋼品種。特種鋼的生產是體現一個國家整體工業發(fā)展(zhǎn)水平的重(chóng)要(yào)標誌。其(qí)代表(biǎo)了特殊鋼材料的(de)發展方向對保(bǎo)障國家重(chóng)大工程建設、提升裝備(bèi)製造(zào)水平、促進節能減(jiǎn)排(pái)和相關應用領(lǐng)域技(jì)術升(shēng)級具有重要意義。
國(guó)內特鋼消費市場中潛力較大的領域是工程機械、石油(yóu)化工、電站(核電、火電)、運輸機械(含(hán)高速列車、汽車等)、航空及軍工(gōng)等(děng)行業。從目前來看。工信部《新材(cái)料產業“十二(èr)五”發展(zhǎn)規劃》中提到建立高品質鋼的基地。山西太原、湖北武漢、河南舞陽、天津等地建設若幹(gàn)專(zhuān)業化高品質特殊鋼(gāng)生產基地。重點建設華東高(gāo)品質特殊鋼綜合生產基地。依托鞍山、大連等老工業(yè)基地。國家政策對高品質鋼的扶持態度可見一斑。
而稀土元素在鋼冶煉中的應用可以很好地解(jiě)決鋼材品質難(nán)題,鋼中有了稀土後(hòu),其性能得(dé)以提高,表現在深衝性能、抗腐蝕性、耐磨性、拉拔性等。稀土與鋼液中的氧、硫等雜質的化學親和力大,在煉鋼溫(wēn)度(約1873K)下稀土能同鋼液中的氧、硫等雜質反應生成(chéng)稀土氧化物、硫化物或氧硫化物。這些反應的(de)脫氧平衡常數或(huò)脫硫平衡常數低於或接(jiē)近於常用的脫氧劑和(hé)脫硫劑。因此稀土鋼添加劑可作為鋼液的強脫氧劑(jì)和脫硫劑而起淨化作用。常用的稀土鋼添加劑主要為混合稀土金屬或高品位(RE>27%)稀土矽(guī)鐵合金,有時也使用混合還原劑的稀土氧化物。稀土與鋼液中(zhōng)的氧、硫反應生成的氧化物、硫化(huà)物或(huò)氧硫化物可部分(fèn)殘(cán)留在鋼液中,成為鋼中的夾雜物(wù)。由於這些夾雜(zá)物的熔點高,可作(zuò)為鋼液凝(níng)固時(shí)的非勻質成核中心,起細化(huà)鋼的凝固組織作用;又由於這些夾雜物在軋鋼溫度下不(bú)易變形,仍保(bǎo)持細小的球形或紡錘形,使鋼中的(de)夾雜物形(xíng)態得到控製,從而避(bì)免或克服鋼材在熱壓(yā)力加工時由於其他種類夾雜物(如MnS)延伸變形所導致的鋼材性(xìng)能(néng)的各向異性,而使鋼材的縱向、橫向與厚度方向的性(xìng)能趨於(yú)一致(zhì)。稀土處理鋼材的這種變質作用是目前稀(xī)土鋼(gāng)添加劑最主要的應用內容。鋼中可能(néng)固溶微(wēi)量稀土(tǔ),特別是高碳鋼和合(hé)金含量較高的某些合金鋼固溶稀土量較高(萬分之幾),可能產生某些合金化作用。這種(zhǒng)合金化作用表現(xiàn)為稀土影響鋼的相變(biàn)過程,改(gǎi)變相變產物的組成與結構,從而使鋼的疲勞性(xìng)能(néng)和耐腐蝕性能變好,以(yǐ)及提高鋼的顯微硬(yìng)度。目前以(yǐ)(微)合金化為目的而使用的稀土鋼(gāng)添加劑量所(suǒ)占的比(bǐ)例較少。為實現(xiàn)稀土對鋼的(微)合金化作用,必須較嚴格(gé)地控製冶金條件。使用的稀土鋼添加劑主要是單一稀土金屬及其鐵合金,如Fe-Ce、Fe-Y等(děng),有時也(yě)使用混(hún)合稀土金屬。
道(dào)路坎坷(kě)前景廣闊
上世紀七(qī)八十年代,稀土鋼曾經作為成熟產品出現在我國鋼鐵產(chǎn)品(pǐn)名(míng)單上。但是,近年來,由於(yú)多種原因,稀土鋼這一具有中國資源特色的鋼材品種的研發生產陷入(rù)低穀。根(gēn)據中國稀土學會的統計數據,2011年(nián),我國稀土鋼產量僅為60萬噸,產量急劇(jù)萎縮。稀土鋼的這一現狀,引發了相(xiàng)關專家學者的憂慮。那麽,稀土鋼的開發現狀如(rú)何?發展稀土鋼(gāng)的作用在哪裏?
業內專家表示,稀土對鋼鐵生產有三大作用:淨化鋼液、變(biàn)質夾雜、微合金化。在鋼鐵生產過程中加(jiā)入稀土(tǔ)可以提高鋼材的強度、衝擊韌性、耐腐蝕性等性能。因此,稀土在普鋼、特鋼甚至不鏽鋼生產中都有著不可替代的作用。相對於美國、日本等技(jì)術先進國家,我國稀土鋼研發起步較晚,但是進展迅速。上世紀90年代,我國已有(yǒu)可批量生(shēng)產(chǎn)的稀土鋼品種9個,最高年(nián)產量達到168萬噸。不過,隨著爐外精煉技(jì)術的普及,用稀土(tǔ)淨化鋼液的作用被弱化。加之稀土價格高企,在特(tè)殊鋼(gāng)中加入稀土生產成本過高,企業研發生產稀土鋼的積極性受挫(cuò)。在這種情況下,2011年(nián),武鋼稀土鋼產量由35萬噸降到10萬噸,本鋼則從40萬噸降到20萬噸,太鋼也從30萬噸降到10萬噸。
當前,我國稀土鋼研發生產的持(chí)續低迷,折射出(chū)由國家倡導的稀土(tǔ)在鋼(gāng)鐵生產中應用工作(zuò)的疲弱。“中國是世界鋼鐵大國,但是鋼鐵品種質量與國際先進水平相比還有相當大的距離(lí)。我國是稀土大國,用稀土材料強化和提升(shēng)鋼鐵傳統(tǒng)產業具有重要意義。”中國稀土學會秘書長助理盧先利說。他(tā)用一(yī)組數據說明了國內外在稀土鋼應用方麵(miàn)存在的差距:美國鋼產量達到1億(yì)噸(dūn)/年時,稀土鋼產量接(jiē)近(jìn)800萬噸/年,而我國鋼鐵產量(liàng)已達到7億噸/年,稀土鋼產量卻不足(zú)100萬噸/年。
盧先利認為,如果我國的稀(xī)土鋼產量能夠達到2000萬噸/年,那麽,每年可(kě)消耗混合稀土(以過剩的鑭、鈰為主)1.2萬噸。從這個角度來看,發展稀(xī)土鋼不但可以促進鋼鐵產業升級,還可以實現稀土(tǔ)元素的綜合(hé)利用,對促進稀土行(háng)業健康發展同樣具有積極作用。
“作用(yòng)機理曾是阻礙稀土在鋼鐵生產中應用的巨(jù)大屏障。但是,今天這一阻力(lì)正在消除(chú)。”一直從事稀土鋼研究的北京鋼鐵(tiě)研究總院(yuàn)教授王龍妹表示(shì)。經過大量的研究實驗,稀土(tǔ)鋼的作用機理目前已經十分明確(què),並在(zài)生產實踐中得到肯定。美國、日本、法國、瑞典、俄(é)羅斯等(děng)國在生產特殊鋼時都會加入稀土,日本更是(shì)在稀土鋼方麵擁有大量專利。建(jiàn)議國內研究單位與生產企業緊密配合,將研發與市場結合起來(lái),賦予稀土鋼研發新的動(dòng)力。
長期從事稀土鋼研究工作(zuò)的東北大學教授戢景(jǐng)文認為,我國鋼材產品均勻性差、穩定性差,加入稀土對這些問題的(de)改善有極(jí)大幫助。在潔淨鋼條件下,稀土(tǔ)鋼開發前景同樣廣闊。他建議,企業應針對實(shí)際問題開(kāi)展研發,要(yào)注重新品種和新裝備的推廣應用。
事(shì)實上,盡管遭遇諸多困難(nán),我國的稀土鋼研發工作一直在頑強地推進著。近年來,包鋼開發了(le)深受市場(chǎng)歡迎的稀土耐磨板、稀土(tǔ)特殊油井管等多種稀土鋼產品;太鋼(gāng)在不鏽鋼生產中加入稀土,以提高產品性能,降低生產成本。尤為可喜的是,在學(xué)術界(jiè)對稀土鋼不置可否的時候,本鋼采(cǎi)用傳統的稀土喂絲法成功(gōng)生產出氣瓶(píng)鋼,成為本鋼重要的創效產品。但是(shì),企業的研(yán)發工作多為(wéi)單兵作(zuò)戰,不能形成合力,這使得稀土在(zài)鋼鐵(tiě)生產中的應用難以取得突破性進(jìn)展。
盧先利說:“目前,我國稀(xī)土在鋼(gāng)鐵生產中的應用工作已到了關鍵時期,稀土加入工藝及設備落(luò)後、稀土鋼的品種和產量少、稀土在各類鋼(gāng)中的作用機理研究還不深入(rù)等方麵(miàn)問題亟待解決。同(tóng)時,這些問題的解決,急需方方麵麵的配合支持,特別需要國家層麵上的政策扶持和引導。建議工業和信息化部將稀土在鋼(gāng)鐵生產中的應用工作(zuò)列入到稀土產業調整升級專項。”
開發稀土鋼工藝(yì)是關鍵
將稀土元素加(jiā)入鋼(gāng)中(zhōng),提高鋼的強度、耐磨(mó)性(xìng)能和抗氧化性能,改善和(hé)優化鋼材的質量,這已經成為業界共(gòng)識。我國稀(xī)土在鋼中應(yīng)用的曆史已有三十多年,牌號達幾十個。迄今,我國的(de)稀土鋼(輕稀土鋼)主(zhǔ)要分兩大類:一是含Cu、P類稀土低合金鋼,利用稀土(tǔ)改善鋼的耐蝕性;二是含Mn、Nb、V、Ti稀土低合金鋼,利用稀(xī)土除改善鋼的耐蝕性外,更主要是改善鋼(gāng)的強度和耐磨性。
我國稀土(tǔ)鋼(輕稀土(tǔ)鋼)的主要生產基地是武鋼、包鋼、本鋼(gāng)、太鋼、攀鋼等(děng)企業。2011年,我國輕稀土鋼的產量約60萬(wàn)噸(dūn),最高年產量是20世紀90年代,曾達168萬噸。我國輕稀土鋼占鋼總產量的比例不足0.5%(2004年),而美國在(zài)20世紀七、八十年代稀土鋼產量已達700萬~900萬噸,占鋼總產量的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(xiāo)費及形成正規牌號的中、重稀土鋼(gāng)種。眾多的(de)研(yán)究和試驗表明,尤以重稀土為對象冶煉(liàn)的鋼材,其性能與指標,是輕稀土鋼難以比擬的。例如,以Y基重稀土鋼材製作的火車輪轂(gū),其性能明顯(xiǎn)地(dì)優於以輕稀土(tǔ)鋼材製(zhì)作的火車輪(lún)轂(gū)。
當前,稀土在高科技與社會(huì)發展(zhǎn)中的作用廣為人知。但世人並不清楚,迄今並不是全部的稀土元素都能(néng)得(dé)到充分的利用,還有許多稀(xī)土元素的應用麵與應用量十分有限。目前,應用量較大的稀土元素,隻是其中的(de)一部分,例如La、Ce、Pr、Nd、Eu、Tb、Dy等(děng);而另一些稀土(tǔ)元素卻尚未進入量大麵廣的應用階段,例如Tm、Yb、Lu等;Y元素則因配分含量高,產量大,盡管有一定的應用量,但應用量與產量相比,相對較小,導(dǎo)致產品積壓;由於價格及應用量減少等原因,也導致La、Ce等元素的積壓。
我國優勢的南(nán)方(fāng)離子型稀土資源,配分齊全(quán),尤其是中、重稀土含量(liàng)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(fèn)含量高達60%以上。礦床中(zhōng)的稀土礦物,是包含著整個稀(xī)土族15(或(huò)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,每一個單獨的稀土元素,都不可能以獨立(lì)的礦物形態而賦存,因此不可能在礦山開采時將每一個稀土元素單獨地分采,實現以(yǐ)銷定產,消除積壓。而若需將每一稀土元素逐個分開(kāi),則需(xū)通過後麵的濕法冶煉加工工藝(yì),才能將其分離,從而獲得單一的稀(xī)土產品。可見,隻要某些稀土元素的應用麵與應用量未(wèi)予拓開,則這些稀土元素的積壓是必然的,例如前麵提到的Y、Tm、Yb等稀土元素,這是礦物、礦床賦存特征自然規律所決定的。
有鑒於此,國家近年來出台的稀土“收儲”政策,即(jí)是解(jiě)決上述困局的(de)措施之一。所以,我(wǒ)國稀土產業若要獲得更大的發展,從源頭(tóu)上減少或消滅滯銷、積壓現象,真正使每個稀土元素都能得到綜合利用,隻有從技術層麵上來解決真正擴大每個稀土元素的應(yīng)用(yòng)麵和應用量問題,才是“治(zhì)本(běn)”的根本、有效的途徑。
而在冶煉過程中,工藝技術是稀土在鋼中應用的關鍵。如果說十幾年前鋼鐵行業對稀土在鋼中應用(yòng)還頗為認可的話,那麽,隨著爐外(wài)精煉技術的普及,稀土(tǔ)的(de)脫氧、脫硫作用被取代,目前這一認同已蕩然無存。在調查了國內多家鋼鐵企業之後,業內專家認為,其中原因有三:一是由於稀土容易(yì)與鋼中的其(qí)他元素產生不良反應,不好固熔、不好(hǎo)加入;二是鐵水(shuǐ)預處理技術使(shǐ)得鋼水成分變化,稀土的加入缺乏適當(dāng)的量化標準;三是采(cǎi)用連鑄工藝後(hòu),已經在模鑄工藝中成(chéng)熟的喂絲、吊掛等加入方法失效。這三個原因(yīn)使得稀土在鋼中應用(yòng)鮮有成(chéng)功範例,更缺乏批量生產。
稀土(tǔ)在鋼中應用困難,不是稀土本身的問題,而(ér)是與之相匹配的工藝問題。作為稀土鋼研究工藝的專家,成國光(guāng)和他的課(kè)題小組從5年前開始關注稀土(tǔ)鋼工藝。借鑒國外在鋼(gāng)水中加入複合合金的做法(fǎ),他們研(yán)製出一種稀土鋁鐵(tiě)合金,以解決連鑄生產中稀土加入的麻煩。成國光認為,這一做法是在傳(chuán)統鋁係(xì)脫氧基礎上添加一定(dìng)量的稀土元素,起到(dào)複合脫氧(yǎng)和高效去除夾雜物的作用(yòng),同時避免了過去加(jiā)入稀土矽鐵合(hé)金導致矽含量超標的弊端,可(kě)顯著提高鋼(gāng)水潔(jié)淨度。由於稀土加入量適當,業內人士擔心(xīn)的水(shuǐ)口堵塞的現象並沒有出現。
製造(zào)稀(xī)土鋼包鋼已先行
稀土鋼的研發製造,既能增加稀(xī)土(tǔ)的(de)消費,又能提高鋼的品質,可謂一舉多得。
值(zhí)得慶賀的是,在稀土鋼製造(zào)領域,包鋼已經成為先行者。
8月18日,包鋼重要結構調整項目——稀土鋼板材廠冷(lěng)軋工程連續退火機組(zǔ)1號線熱負荷(hé)試車,包鋼稀土鋼板材廠冷軋工程是該公司做強做精(jīng)的重要支點,也是打造稀土鋼品牌(pái)的重點項目,由中國五冶集團承建。連續退火機組1號(hào)線和2號線設計年產能分別(bié)為90萬噸和63萬噸(dūn),其中2號線已於2015年11月熱負荷試車(chē),生產(chǎn)的退火商品卷已經實現銷售。
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