本發(fā)明涉及優(yōu)質(zhì)金屬材料制造領(lǐng)域，具體地說是一種超低氧稀土合金和用途。

背景技術(shù)：

目前國內(nèi)稀土金屬執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)(如GB/T 4153-2008等)對稀土金屬產(chǎn)品的純凈度要求不高，相對寬泛，尤其是對氧含量不加控制，無法滿足裝備制造用金屬材料對稀土金屬添加劑的質(zhì)量要求，從而導(dǎo)致性能不穩(wěn)定、負(fù)面作用凸顯等問題。因此，發(fā)明一種超低氧稀土合金用作裝備制造用鋼、鎂合金、鋁合金以及磁性材料的添加劑至關(guān)重要。

具體而言，目前稀土金屬產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)中主要強(qiáng)調(diào)Mg、Zn、Pb、Fe、C等雜質(zhì)元素的含量，而這些微量元素在鋼的危害性不大，有的甚至是鋼中主元素；反之，對金屬材料影響較大的氧元素在目前的稀土金屬標(biāo)準(zhǔn)及商業(yè)化產(chǎn)品中并沒有規(guī)定，從而導(dǎo)致，稀土金屬產(chǎn)品的純凈度只片面地注重Mg、Fe、C等雜質(zhì)元素的控制，而忽略了氧含量控制。并且，目前商業(yè)化稀土產(chǎn)品完全是在開放的與空氣接觸的環(huán)境下進(jìn)行電解和凝固的，因此稀土金屬中的氧含量常常高達(dá)0.1％以上甚至更高，氧一般和稀土化合形成稀土氧化物，這部分稀土氧化物在添加到鋼等金屬材料中時，就會以夾雜物的形式存在，從而惡化材料的性能。因此，從稀土金屬及合金產(chǎn)品的角度而言，如何更有效地降低其中的氧含量，對提升稀土金屬產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要。

從制備工藝角度而言，現(xiàn)有的高純稀土金屬制備工藝是以稀土氧化物或氧化物氟鹽作為原料，通過電解的方法制備出液態(tài)稀土金屬，進(jìn)而將稀土金屬凝固成塊狀而走向商品化。稀土金屬中的氧含量控制已經(jīng)很難，比如目前商業(yè)級2N或3N純度的高純稀土金屬中的氧含量常常高達(dá)數(shù)百甚至上千個ppm，而要想使稀土金屬中的氧含量控制到200ppm以下，需要核心關(guān)鍵技術(shù)方能實(shí)現(xiàn)。而相對于稀土金屬，稀土合金的氧含量控制難度更大，稀土合金是采用稀土金屬，與一定比例的鐵、硅、鎂、鋁等混合后經(jīng)熔煉或燒結(jié)而成。稀土合金制備過程是一個稀土金屬與鐵、硅、鎂、鋁等混合熔煉或燒結(jié)的過程，由于稀土金屬和鐵、硅、鎂、鋁等母料中氧含量的控制不易，從而導(dǎo)致所得稀土金屬、乃至最終的稀土合金中的氧含量極高。并且，稀土合金的制備過程多采用中頻感應(yīng)爐、真空感應(yīng)爐或其他高溫熔煉設(shè)備進(jìn)行熔煉，熔煉本身即是一個與空氣或外界環(huán)境接觸的過程，熔煉過程中又常常導(dǎo)致稀土合金中的氧含量較原材料而言進(jìn)一步升高，因此將稀土合金中的氧含量控制在200ppm以內(nèi)的難度要遠(yuǎn)高于控制稀土金屬中的氧含量。因此，開發(fā)出超低氧含量的稀土合金，并應(yīng)用與鋼鐵和有色結(jié)構(gòu)材料的添加劑對于我國鋼鐵工業(yè)以及先進(jìn)制造的的發(fā)展是至關(guān)重要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種超低氧稀土合金和用途，為裝備制造與優(yōu)質(zhì)鋼鐵、鋁、鎂合金、磁體等金屬材料提供添加劑，穩(wěn)定提升裝備制造用金屬材料的性能，避免稀土添加劑在材料中產(chǎn)生夾雜物粗大、惡化性能等負(fù)面作用。

基于此目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種超低氧稀土合金，按重量百分比計(jì)，稀土合金中的稀土金屬元素含量為5％～95％，氧含量O≤0.010％。

所述的超低氧稀土合金，稀土合金中的稀土金屬為鑭、鈰、鐠、釹單一金屬或兩種以上金屬任意比例的混合物。

所述的超低氧稀土合金，稀土合金為稀土金屬與鐵、硅、鎂、鋁中一種或兩種以上金屬的混合物。

所述的稀土合金，按重量百分比計(jì)，稀土合金中的氧含量優(yōu)選為O≤0.007％。

所述的稀土合金，按重量百分比計(jì)，稀土合金中的氧含量優(yōu)選為O≤0.005％。

所述的稀土合金，按重量百分比計(jì)，稀土合金中的氧含量優(yōu)選為O≤0.003％。

所述的稀土合金，該稀土合金采用高純電解稀土金屬和鐵、硅、鎂、鋁元素按比例混合后，通過真空感應(yīng)電爐VIM熔煉提純制備，包含如下步驟：

1)以稀土氧化物或稀土氯化物為原材料，采用電解方法，制備高純度稀土金屬鑭、鈰、鐠、釹單質(zhì)或兩種以上混合物；

2)將塊狀或粉狀高純度稀土金屬與鐵、硅、鎂、鋁中一種或兩種以上按比例混合，配置成不同比例的稀土合金散料；

3)將稀土合金散料放置到真空感應(yīng)熔煉爐中進(jìn)行熔煉，熔煉過程中對稀土金屬與鐵、硅、鎂、鋁原材料中的雜質(zhì)進(jìn)一步提純，澆注制備成高純低氧稀土合金。

所述的超低氧稀土合金的用途，所述的超低氧稀土合金用作連鑄或者模鑄優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼、特殊鋼、鋁合金、鎂合金或磁體的添加劑。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是：

本發(fā)明設(shè)計(jì)并制備一種具備超低氧含量的稀土合金，其可作為裝備制造金屬材料添加劑，極大地提升裝備制造用金屬材料的性能?？刂葡⊥两饘倥c稀土合金中的氧含量O<0.010％。制備的超低氧稀土合金用作連鑄或者模鑄優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼、特殊鋼(具有特殊的化學(xué)成分、采用特殊的工藝生產(chǎn)、具備特殊的組織和性能、能夠滿足特殊需要的鋼類)，以及鋁合金、鎂合金、磁體等金屬材料的添加劑。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：

1、本發(fā)明所制備稀土合金的產(chǎn)品質(zhì)量，與傳統(tǒng)采用電解方法、熔煉或燒結(jié)方法所制備的稀土合金相比，本發(fā)明稀土合金的純凈度大幅提升，在GB/T 4153-2008標(biāo)準(zhǔn)中稀土金屬最高質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步控制了氧含量。該超低的氧含量的稀土合金在鋁、鎂、鋼、磁性材料等金屬材料中進(jìn)行應(yīng)用時，可以減少大塊非金屬夾雜物的產(chǎn)生，大幅提升材料性能。例如：韌塑性、強(qiáng)度和磁能級等。

2、本發(fā)明產(chǎn)品覆蓋范圍廣，不但可以制備超低氧單一稀土金屬、混合稀土金屬，而且可以制備稀土金屬與鐵、硅、鋁、鎂等金屬的合金，氧含量均小于0.010％。

總之，本發(fā)明提出了高于國標(biāo)要求的高純凈稀土合金產(chǎn)品。這類超低氧稀土合金作為添加劑應(yīng)用于金屬材料制備時，可以避免產(chǎn)生夾雜物粗大、材料性能波動，保證金屬材料性能的穩(wěn)定提升。

附圖說明

圖1(a)為采用本發(fā)明超低氧產(chǎn)品制備的鋼中的夾雜物圖。

圖1(b)為市售稀土合金制備的鋼中的夾雜物圖。

具體實(shí)施方式

在具體實(shí)施過程中，本發(fā)明超低氧稀土合金，按重量百分比計(jì)，稀土合金中的稀土金屬元素含量為5％～95％，氧含量O≤0.010％。稀土金屬元素為鑭、鈰、鐠、釹單一金屬或這四種金屬任意比例的混合物，稀土合金為稀土金屬與鐵、硅、鎂、鋁中一種或幾種金屬的混合物。

按重量百分比計(jì)，稀土合金中的氧含量優(yōu)選為O≤0.007％、更優(yōu)選O≤0.005％、進(jìn)一步更優(yōu)選O≤0.003％。氧含量降低后，稀土合金中的大尺寸夾雜物大幅度減少，稀土合金自身穩(wěn)定性提高，在鋼、有色金屬或磁性材料中作為添加劑使用時，更用以控制上述材料的純凈度，提升強(qiáng)度、韌塑性、磁能級等。

上述超低氧稀土合金的制備方法，包含如下步驟：

1)電解步驟：采用稀土氧化物或稀土氧化物氟鹽作為原材料，利用電解方法將稀土金屬還原成熔融狀態(tài)，制備超低氧稀土金屬，該稀土金屬為鑭、鈰、鐠、釹單一金屬或幾種金屬的任意比例混合物。

2)熔煉或燒結(jié)步驟：電解得到的稀土金屬與高純凈、超低氧(一般O≤0.005％，重量百分比)鐵、硅、鎂、鋁金屬按一定比例混合后經(jīng)感應(yīng)爐熔煉制備成合金。或?qū)⒊脱跸⊥两饘俜勰┡c超低氧鐵、硅、鎂、鋁金屬粉末均勻混合后，在高溫高壓下進(jìn)行燒結(jié)，制備成超低氧稀土合金。

為了使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合具體實(shí)施例和附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。

產(chǎn)品例1——超低氧稀土鐵合金(Ce-Fe合金)

本實(shí)施例采用稀土氧化物氟鹽為原材料，經(jīng)過電解制備生產(chǎn)超低氧稀土鈰金屬，然后與純鐵進(jìn)行混合，經(jīng)真空感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉，具體成分如表1所示。

表1本發(fā)明實(shí)施例制備的超低氧稀土鐵合金主要成分(余量為其他雜質(zhì)元素)

產(chǎn)品例2——超低氧稀土鐵合金(La-Ce-Fe合金)

本實(shí)施例采用稀土氧化物氟鹽為原材料，經(jīng)過電解制備生產(chǎn)超低氧稀土鑭鈰混合金屬，然后與純鐵進(jìn)行混合，經(jīng)真空感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉制備成稀土鐵合金，具體成分如表2所示。

表2本發(fā)明實(shí)施例制備的超低氧稀土鐵合金主要成分(余量為其他雜質(zhì)元素)

產(chǎn)品例3——超低氧稀土鐵合金(Nd-Fe合金)

本實(shí)施例采用稀土氧化物氟鹽為原材料，經(jīng)過電解制備生產(chǎn)超低氧稀土釹金屬，然后與金屬鐵進(jìn)行混合，經(jīng)真空感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉制備成稀土釹合金，具體成分如表3所示。

表3本發(fā)明實(shí)施例制備的超低氧稀土鐵合金主要成分(余量為其他雜質(zhì)元素)

產(chǎn)品例4——超低氧稀土鐵合金(Nd-Fe合金)

本實(shí)施例采用稀土氧化物氟鹽為原材料，經(jīng)過電解制備生產(chǎn)超低氧稀土釹金屬，然后與少量金屬鐵進(jìn)行混合，經(jīng)真空感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉制備成稀土釹合金，其成分接近純Nd，具體成分如表4所示。

表4本發(fā)明實(shí)施例制備的超低氧稀土鐵合金主要成分(余量為其他雜質(zhì)元素)

產(chǎn)品例5——超低氧稀土硅合金(La-Ce-Si合金)

本實(shí)施例采用稀土氧化物氟鹽為原材料，經(jīng)過電解制備生產(chǎn)超低氧稀土鑭鈰混合金屬，然后與金屬硅進(jìn)行混合，經(jīng)真空感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉制備成稀土硅合金，具體成分如表5所示。

表5本發(fā)明實(shí)施例制備的超低氧稀土硅合金主要成分(余量為其他雜質(zhì)元素)

產(chǎn)品例6——超低氧稀土鋁合金(La-Ce-Al合金)

本實(shí)施例采用稀土氧化物氟鹽為原材料，經(jīng)過電解制備生產(chǎn)超低氧稀土鑭鈰混合金屬，然后與金屬鋁進(jìn)行混合，經(jīng)真空感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉制備成稀土鋁合金，具體成分如表6所示。

表6本發(fā)明實(shí)施例制備的超低氧稀土鋁合金主要成分(余量為其他雜質(zhì)元素)

產(chǎn)品例7——超低氧稀土鎂合金(La-Ce-Mg合金)

本實(shí)施例采用稀土氧化物氟鹽為原材料，經(jīng)過電解制備生產(chǎn)超低氧稀土鑭鈰混合金屬，然后與金屬鎂進(jìn)行混合，經(jīng)真空感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉制備成稀土鎂合金，具體成分如表7所示。

表7本發(fā)明實(shí)施例制備的超低氧稀土鋁合金主要成分(余量為其他雜質(zhì)元素)

產(chǎn)品例8——超低氧稀土鐵合金(Pr-Nd-Fe合金)

本實(shí)施例采用稀土氧化物氟鹽為原材料，經(jīng)過電解制備生產(chǎn)超低氧稀土鐠釹混合金屬，然后與金屬鐵進(jìn)行混合，經(jīng)真空感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉制備成稀土鐵合金，具體成分如表8所示。

表8本發(fā)明實(shí)施例制備的超低氧稀土鐵合金主要成分(余量為其他雜質(zhì)元素)

產(chǎn)品例9——超低氧稀土鐵硅鋁鎂合金(La-Ce-Fe-Si-Mg-Al合金)

本實(shí)施例采用稀土氧化物氟鹽為原材料，經(jīng)過電解制備生產(chǎn)超低氧稀土鑭鈰混合金屬，然后與金屬鐵、硅、鎂、鋁進(jìn)行混合，經(jīng)真空感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉制備成稀土鐵硅鎂鋁合金，具體成分如表9所示。

表9本發(fā)明實(shí)施例制備的超低氧稀土鐵硅鋁鎂合金成分(余量為其他雜質(zhì)元素)

對比例1——Ce-Fe合金在鋼中的應(yīng)用效果

采用本發(fā)明制備的實(shí)施例例1中的超低氧Ce-Fe合金與市售Ce-Fe合金作為在Q345鋼中的添加劑，對鋼鐵材料進(jìn)行純凈化和超細(xì)化處理，所采用的兩類稀土合金的成分如表10所示。

表10本發(fā)明實(shí)施例1與市售稀土合金的成分對比(余量為其他雜質(zhì)元素)

將上述兩種稀土合金分別加入冶煉條件和純凈度相同的兩爐Q345鋼水中，鋼水初始氧含量O＝25ppm，硫含量S＝0.006wt％。兩類稀土合金的加入量均為0.04wt％，對最終經(jīng)稀土合金處理的兩爐鋼水進(jìn)行全氧含量和夾雜物對比如表11所示。

表11本發(fā)明產(chǎn)品例1與市售稀土合金在鋼中作用效果對比

由表11可見，本發(fā)明所制備的稀土合金加入到鋼水中，鋼水中全氧含量由25ppm降低到15ppm，而對比例購買的市售地純凈度高氧含量稀土合金加入到鋼中后，鋼中氧含量僅從25ppm降低到24ppm?？梢姡景l(fā)明制備的稀土合金對鋼水純凈化的作用更強(qiáng)。而對夾雜物的評級結(jié)果顯示，本發(fā)明制備的稀土合金在鋼中應(yīng)用后，A類、B類和Ds類夾雜物都遠(yuǎn)小于對比例中的夾雜物級別，從而可知，本發(fā)明的超低氧稀土合金對提高鋼的性能和質(zhì)量大有裨益。

圖1(a)-圖1(b)為本對比例中夾雜物的對比圖，從中可以明顯可見，本發(fā)明對細(xì)化夾雜物和球化夾雜物的效果明顯，對提高鋼的性能具有較大貢獻(xiàn)。

實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明所述的超低氧稀土合金用作連鑄或者模鑄優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼、特殊鋼、鋁合金、鎂合金或磁體的添加劑。