本發(fā)明涉及一種稀土金屬材料，具體說(shuō)，涉及一種鐠釹鐵合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
：目前，鋼鐵是第一大金屬結(jié)構(gòu)材料，被廣泛應(yīng)用于建筑、能源、運(yùn)輸、航空航天等領(lǐng)域。稀土在鋼中的應(yīng)用及其研究也得到了迅猛發(fā)展，稀土加入鋼水中可起脫硫、脫氧、改變夾雜物形態(tài)等作用，可提高鋼材的塑性、沖壓性能、耐磨性能以及焊接性能。各種稀土鋼如汽車(chē)用稀土鋼板、模具鋼、鋼軌等得到了十分廣泛應(yīng)用。在稀土鋼生產(chǎn)過(guò)程中稀土的加入方法一直是科研工作這研究的重點(diǎn)，現(xiàn)有加入方法包括喂絲法、包芯線(xiàn)、稀土鐵中間合金等多種形式，目前效果比較明顯的是稀土鐵中間合金加入法。制備稀土鐵中間合金工藝技術(shù)主要有以下幾類(lèi)：(1)混溶法?；烊芊ㄒ卜Q(chēng)作對(duì)摻法，主要利用電弧爐或中頻感應(yīng)爐，將稀土金屬和鐵混溶制得合金。該方法為目前普遍采用的方法，其工藝技術(shù)簡(jiǎn)單，能夠制得多元中間合金或應(yīng)用合金，但是也存在不足：1)稀土金屬在鐵液中容易局部濃度過(guò)高，產(chǎn)生偏析；2)該方法采用的原料為稀土金屬，尤其對(duì)中重稀土金屬而言，制備工藝復(fù)雜，成本較高；3)熔煉溫度較高，由于以稀土金屬和純鐵為原料，熔煉溫度要求高。(2)熔鹽電解法。熔鹽電解法制備稀土鐵中間合金主要是采用鐵自耗陰極法。如中國(guó)專(zhuān)利CN1827860公開(kāi)了一種熔鹽電解生產(chǎn)鏑鐵合金工藝及設(shè)備，提出在高溫條件下，熔解在氟化物溶體中的氧化鏑發(fā)生電離，在直流電場(chǎng)作用下，鏑離子在鐵陰極表面析出，還原成金屬鏑，鏑與鐵合金化形成鏑鐵合金。這種方法生產(chǎn)成本低、工藝簡(jiǎn)單，但是也存在以下缺陷：合金中稀土、鐵配分波動(dòng)大，難控制，配分誤差高達(dá)3％-5％，影響產(chǎn)品一致性。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鐠釹鐵合金及其制備方法，制備的鐠釹鐵合金成分均勻、偏析小、雜質(zhì)含量低、稀土收率高、成本低、無(wú)污染，應(yīng)用到稀土鋼中稀土收率高、效果顯著，適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。技術(shù)方案如下：一種鐠釹鐵合金，其特征在于：鐠釹的含量為0～95wt％，余量是鐵以及總量小于0.5wt％的不可避免的雜質(zhì)，其中氧≤0.01wt％，碳≤0.01wt％，磷≤0.01wt％，硫≤0.005wt％。一種鐠釹鐵合金的制備方法，包括：在電解鐠釹鐵中間合金的設(shè)備中，在氟化鐠釹和氟化鋰的氟化物熔鹽電解質(zhì)體系下，以氧化鐠釹為電解原料，通入直流電電解得到鐠釹鐵中間合金；將鐠釹鐵中間合金和鐵作為的原料，采用熔兌法制備鐠釹鐵合金；鐠釹鐵合金中，鐠釹的含量為0～95wt％，余量是鐵以及總量小于0.5wt％的不可避免的雜質(zhì)，其中氧≤0.01wt％，碳≤0.01wt％，磷≤0.01wt％，硫≤0.005wt％。進(jìn)一步：電解鐠釹鐵中間合金的設(shè)備以石墨做電解槽，石墨板作為陽(yáng)極，鐵棒作為自耗陰極，陰極下方有盛裝合金的接收器。進(jìn)一步：鐠釹鐵中間合金熔兌鐠釹鐵合金的設(shè)備為中頻感應(yīng)爐，熔兌過(guò)程在真空條件下進(jìn)行，坩堝采用稀土氧化物坩堝。進(jìn)一步：接收器材質(zhì)選用鐵、稀土氧化物或者氮化硼。進(jìn)一步：在真空熔兌過(guò)程中還包括金屬鐠釹或鐵。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)效果包括：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了熔鹽電解新工藝，制備的鐠釹鐵合金成分均勻、偏析小、雜質(zhì)含量低、稀土收率高、成本低、無(wú)污染，應(yīng)用到稀土鋼中稀土收率高、效果顯著，適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。1、本發(fā)明中，鐠釹鐵合金優(yōu)點(diǎn)是：(1)雜質(zhì)含量低。本發(fā)明提供的鐠釹鐵合金由于采用純氧化鐠釹作為原料，冶煉坩堝為鐵質(zhì)和稀土氧化物質(zhì)，引入雜質(zhì)含量少。(2)成分均勻，鐠釹含量可控。本發(fā)明所涉及的鐠釹鐵合金與自耗陰極相比，這種鐠釹鐵合金成分更加均勻，鐠釹含量可精確控制。實(shí)踐證明，用本發(fā)明合金可制備高性能稀土鋼產(chǎn)品。2、本發(fā)明公開(kāi)的鐠釹鐵合金的制備方法優(yōu)點(diǎn)是：(1)采用氧化鐠釹作為電解原料，所以電解過(guò)程中僅產(chǎn)生CO、CO2和極少量的含氟氣體，對(duì)環(huán)境污染小。(2)采用純鐵棒作為自耗陰極，電解析出的鐠釹與鐵形成低熔點(diǎn)的鐠釹鐵合金，有利于降低電解溫度。(3)熔鹽電解獲得的鐠釹鐵中間合金經(jīng)過(guò)真空熔兌后所獲得的鐠釹鐵合金成分控制精確，由于在真空下熔煉，稀土燒損小，收得率高、產(chǎn)品質(zhì)量高。3、開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)前景廣闊。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，除了要求鋼材有高的強(qiáng)度和韌性外，還同時(shí)要求有良好的耐腐蝕性能，這方面稀土能起到關(guān)鍵作用。稀土在提高鋼材的韌、塑性、耐熱抗氧化和耐磨性方面也有重要作用。我國(guó)是鋼產(chǎn)量第一大國(guó)，在這樣一個(gè)量大面廣的領(lǐng)域，加強(qiáng)稀土的應(yīng)用具有重大的意義。限制稀土鋼產(chǎn)業(yè)化過(guò)程重要影響因素之一就是稀土在鋼中的加入方式，目前研發(fā)的最有效的方式是以稀土鐵中間合金的方式加入。以包鋼(集團(tuán))公司年產(chǎn)500萬(wàn)噸稀土鋼板材為例，需要消耗10％稀土鐵合金2.5萬(wàn)噸，經(jīng)濟(jì)效益顯著。本發(fā)明實(shí)施后一方面對(duì)改善地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提升地區(qū)科技力量有一定的促進(jìn)作用；另一方面每年冶煉稀土合金，全部應(yīng)用到稀土鋼中，不僅可以產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益，還可以扭轉(zhuǎn)我國(guó)鋼鐵形勢(shì)不理想局面，應(yīng)用前景廣闊；可以為廉價(jià)稀土尋找一條出路，助力稀土行業(yè)、鋼鐵行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明中電解鐠釹鐵中間合金設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中鐠釹鐵合金制備工藝流程圖。具體實(shí)施方式現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實(shí)施方式。然而，示例實(shí)施方式能夠以多種形式實(shí)施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實(shí)施方式；相反，提供這些實(shí)施方式使得本發(fā)明更全面和完整，并將示例實(shí)施方式的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。如圖1所示，是本發(fā)明中電解鐠釹鐵中間合金設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖2所示，是本發(fā)明中鐠釹鐵合金制備工藝流程圖。本發(fā)明所使用的電解鐠釹鐵中間合金的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)包括：耐火磚1、鐵套2、稀土氧化物坩堝3、鐠釹鐵合金4、陽(yáng)極板5、鐵陰極6、電解質(zhì)7、電解槽8、保溫層9、碳搗層10。電解槽8為石墨槽，在石墨槽體的外側(cè)依次包有碳搗層10、保溫層9、耐火磚1、鐵套2；在石墨槽中部設(shè)有鐵陰極6；在石墨槽內(nèi)環(huán)繞著鐵陰極6設(shè)有陽(yáng)極板5；在石墨槽的底部中心設(shè)有稀土氧化物坩堝3，稀土氧化物坩堝3與鐵陰極6相對(duì)。使用時(shí)，石墨槽內(nèi)裝有電解質(zhì)7，電解質(zhì)7采用氟化鐠釹和氟化鋰熔鹽電解質(zhì)，稀土氧化物坩堝3內(nèi)盛有鐠釹鐵合金4。用于生產(chǎn)稀土鋼的鐠釹鐵合金的制備工藝，包括以下步驟：步驟1：以石墨做電解槽，石墨板作為陽(yáng)極，鐵棒作為自耗陰極，陰極下方有盛裝合金的接收器；接收器材質(zhì)可以是鐵、稀土氧化物、氮化硼中的一種。步驟2：在氟化鐠釹(氟化鐠、氟化釹的混合物)和氟化鋰的氟化物熔鹽電解質(zhì)體系中，以氧化鐠釹(氧化鐠、氧化釹的混合物)為電解原料，通入直流電電解得到鐠釹鐵中間合金；步驟3：將鐠釹鐵中間合金和鐵作為的原料，采用熔兌法制備符合要求的鐠釹鐵合金。鐠釹鐵中間合金熔兌鐠釹鐵合金的設(shè)備為中頻感應(yīng)爐。熔兌過(guò)程在真空條件下進(jìn)行，坩堝采用稀土氧化物坩堝。鐠釹鐵合金中，鐠釹的含量為0-95wt％，余量是鐵以及總量小于0.5wt％的不可避免的雜質(zhì)，其中氧≤0.01wt％，碳≤0.01wt％，磷≤0.01wt％，硫≤0.005wt％。金屬檢測(cè)依據(jù)GB/T18115.1-2006等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，采用ICP-MS測(cè)試；C的檢測(cè)依據(jù)GB/T12690.13-1990，采用高頻燃燒-紅外法測(cè)試；O的測(cè)試依據(jù)GB/T12690.4-2003，采用惰性氣體脈沖-紅外法測(cè)試?；瘜W(xué)成分的標(biāo)準(zhǔn)偏差S由以下公式計(jì)算：其中Xi是樣品的化學(xué)成；X平均值是樣品n點(diǎn)化學(xué)成分的均值，本發(fā)明n＝20。實(shí)施例1采用Φ650mm的圓形石墨電解槽，陽(yáng)極由四塊石墨板組成，電解質(zhì)中氟化鐠釹為85wt％、氟化鋰為15wt％，陰極為70mm純鐵棒，平均電流強(qiáng)度4500A，陽(yáng)極電流密度0.8-1.0A/cm2，陰極電流密度6-9A/cm2，電解溫度維持在900-1000℃，連續(xù)電解360小時(shí)，消耗氧化鐠釹3046kg，制得鐠釹鐵合金2710kg，平均鐠釹含量為90.5％，電流效率85％，稀土收得率為94％，合金成分結(jié)果見(jiàn)表1。表1鐠釹鐵中間合金成分分析結(jié)果/wt％REFeCOPSSiMn90.59.250.00850.0094＜0.01＜0.0050.011＜0.005將本實(shí)施例中制備的鐠釹鐵中間合金作為原料，取鐠釹鐵中間合金4kg，配加鐵棒14.1kg，在30kg中頻真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行冶煉，保護(hù)氣體為氬氣，坩堝選用氧化鐠釹坩堝，冶煉后得到的鐠釹鐵成分見(jiàn)表2。表2鐠釹鐵合金成分分析結(jié)果/wt％REFeCOPSSiMn20.0179.870.00800.0095＜0.01＜0.0050.008＜0.005實(shí)施例2采用Φ650mm的圓形石墨電解槽，陽(yáng)極由四塊石墨板組成，電解質(zhì)中氟化鐠釹為85wt％、氟化鋰為15wt％，陰極為70mm純鐵棒，平均電流強(qiáng)度4000A，陽(yáng)極電流密度0.8-1.2A/cm2，陰極電流密度5-8A/cm2，電解溫度維持在950-1050℃，連續(xù)電解240小時(shí)，消耗氧化鐠釹1805kg，制得鐠釹鐵合金1803kg，平均鐠釹含量為80.6％，電流效率85％，稀土收率為94％，合金成分結(jié)果見(jiàn)表3。表3鐠釹鐵中間合金成分分析結(jié)果/wt％REFeCOPSSiMn80.619.250.00850.0094＜0.01＜0.0050.012＜0.005將本實(shí)施例中制備的鐠釹鐵中間合金作為原料，取鐠釹鐵中間合金6kg，配加鐵棒10.1kg，在30kg中頻真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行冶煉，保護(hù)氣體為氬氣，坩堝選用氧化鐠釹坩堝，冶煉后得到的鐠釹鐵成分見(jiàn)表4。表4鐠釹鐵合金成分分析結(jié)果/wt％REFeCOPSSiMn29.9869.740.00880.0089＜0.01＜0.0050.004＜0.005實(shí)施例3采用Φ400mm的圓形石墨電解槽，陽(yáng)極由四塊石墨板組成，電解質(zhì)中氟化鐠釹為85wt％、氟化鋰為15wt％，陰極為50mm純鐵棒，平均電流強(qiáng)度3000A，陽(yáng)極電流密度0.7-1.1A/cm2，陰極電流密度8-12A/cm2，電解溫度維持在950-1050℃，連續(xù)電解240小時(shí)，消耗氧化鐠釹1354kg，制得鐠釹鐵合金1165kg，平均鐠釹含量為93.6％，電流效率85％，稀土收得率為94％，合金成分結(jié)果見(jiàn)表5。表5鐠釹鐵中間合金成分分析結(jié)果/wt％REFeCOPSSiMn93.66.150.00850.0094＜0.01＜0.0050.012＜0.005將本實(shí)施例中制備的鐠釹鐵中間合金作為原料，取鐠釹鐵中間合金10kg，配加金屬鐠釹2.8kg，在30kg中頻真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行冶煉，保護(hù)氣體為氬氣，坩堝選用氧化鐠釹坩堝，冶煉后得到的鐠釹鐵成分見(jiàn)表6。表6鐠釹鐵合金成分分析結(jié)果/wt％REFeCOPSSiMn94.974.910.00740.0093＜0.01＜0.0050.003＜0.005實(shí)施例4采用Φ650mm的圓形石墨電解槽，陽(yáng)極由四塊石墨板組成，電解質(zhì)中氟化鐠釹為85wt％、氟化鋰為15wt％，陰極為80mm純鐵棒，平均電流強(qiáng)度5000A，陽(yáng)極電流密度0.5-1.0A/cm2，陰極電流密度4-7A/cm2，電解溫度維持在1000-1070℃，連續(xù)電解240小時(shí)，消耗氧化鐠釹2257kg，制得鐠釹鐵合金2429kg，平均鐠釹含量為74.8％，電流效率85％，稀土收得率為94％，合金成分結(jié)果見(jiàn)表7。表7鐠釹鐵中間合金成分分析結(jié)果/wt％REFeCOPSSiMn74.824.950.00860.0093＜0.01＜0.0050.012＜0.005將本實(shí)施例中制備的鐠釹鐵中間合金作為原料，取鐠釹鐵中間合金15kg，配加鐵棒7.4kg，在30kg中頻真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行冶煉，保護(hù)氣體為氬氣，坩堝選用氧化鐠釹坩堝，冶煉后得到的鐠釹鐵成分見(jiàn)表8。表8鐠釹鐵合金成分分析結(jié)果/wt％REFeCOPSSiMn49.949.850.00770.0085＜0.01＜0.0050.0029＜0.005實(shí)施例5采用Φ400mm的圓形石墨電解槽，陽(yáng)極由四塊石墨板組成，電解質(zhì)中氟化鐠釹為85wt％、氟化鋰為15wt％，陰極為45mm純鐵棒，平均電流強(qiáng)度2800A，陽(yáng)極電流密度0.5-1.0A/cm2，陰極電流密度7-11A/cm2，電解溫度維持在900-1050℃，連續(xù)電解150小時(shí)，消耗氧化鐠釹790kg，制得鐠釹鐵合金691kg，平均鐠釹含量為92％，電流效率85％，稀土收得率94％，合金成分結(jié)果見(jiàn)表9。表9鐠釹鐵中間合金成分分析結(jié)果/wt％REFeCOPSSiMn92.07.850.00840.0095＜0.01＜0.0050.011＜0.005將本實(shí)施例中制備的鐠釹鐵中間合金作為原料，取鐠釹鐵中間合金1.8kg，配加純鐵棒14.8kg，在30kg中頻真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行冶煉，保護(hù)氣體為氬氣，坩堝選用氧化鐠釹坩堝，冶煉后得到的鐠釹鐵成分見(jiàn)表10。表10鐠釹鐵合金成分分析結(jié)果/wt％REFeCOPSSiMn9.9389.760.00960.0077＜0.01＜0.0050.010＜0.005實(shí)施例6采用Φ700mm的圓形石墨電解槽，陽(yáng)極由四塊石墨板組成，電解質(zhì)中氟化鐠釹為85wt％、氟化鋰為15wt％，陰極為60mm純鐵棒，平均電流強(qiáng)度6000A，陽(yáng)極電流密度0.7-1.1A/cm2，陰極電流密度8-12A/cm2，電解溫度維持在950-1050℃，連續(xù)電解480小時(shí)，消耗氧化鐠釹5416kg，制得鐠釹鐵合金4837kg，平均鐠釹含量為90.2％，電流效率85％，稀土收得率為94％，合金成分結(jié)果見(jiàn)表11。表11鐠釹鐵中間合金成分分析結(jié)果/wt％REFeCOPSSiMn90.29.540.00940.0085＜0.01＜0.0050.014＜0.005將本實(shí)施例中制備的鐠釹鐵中間合金作為原料，取鐠釹鐵中間合金10kg，配加鐵棒5kg，在30kg中頻真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行冶煉，保護(hù)氣體為氬氣，坩堝選用氧化鐠釹坩堝，冶煉后得到的鐠釹鐵成分見(jiàn)表12。表12鐠釹鐵合金成分分析結(jié)果/wt％REFeCOPSSiMn60.1139.710.00710.0081＜0.01＜0.0050.003＜0.005實(shí)施例7采用Φ700mm的圓形石墨電解槽，陽(yáng)極由四塊石墨板組成，電解質(zhì)中氟化鐠釹為85wt％、氟化鋰為15wt％，陰極為75mm純鐵棒，平均電流強(qiáng)度5000A，陽(yáng)極電流密度0.6-1.0A/cm2，陰極電流密度5-8A/cm2，電解溫度維持在900-1050℃，連續(xù)電解150小時(shí)，消耗氧化鐠釹1410kg，制得鐠釹鐵合金1333kg，平均鐠釹含量為85.2％，電流效率85％，稀土收得率為95％，合金成分結(jié)果見(jiàn)表13。表13鐠釹鐵中間合金成分分析結(jié)果/wt％REFeCOPSSiMn85.214.540.00750.0084＜0.01＜0.0050.013＜0.005將本實(shí)施例中制備的鐠釹鐵中間合金作為原料，取鐠釹鐵中間合金8kg，配加鐵棒9kg，在30kg中頻真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行冶煉，保護(hù)氣體為氬氣，坩堝選用氧化鐠釹坩堝，冶煉后得到的鐠釹鐵成分見(jiàn)表14。表14鐠釹鐵合金成分分析結(jié)果/wt％REFeCOPSSiMn40.0559.770.00700.0086＜0.01＜0.0050.0034＜0.005本發(fā)明所用的術(shù)語(yǔ)是說(shuō)明和示例性、而非限制性的術(shù)語(yǔ)。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實(shí)施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例不限于任何前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋?zhuān)虼寺淙霗?quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3