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稀土元素電子結構獨特，具有優異的磁、光、電等物理和化學特性，在多種材料中發揮著重要作用。自20世紀20年代稀土在鋼中加入以來，國內外大量研究表明，微量稀土添加顯著提高了鋼的韌塑性、耐磨、耐熱、耐蝕性能等。 通過長達十余年的機理研究和工業實驗，近期，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心研究團隊受前期氧致偏析新機制的啟發，發現稀土鋼性能波動、澆口堵塞問題的根源在于氧含量。他們通過降低鋼液和稀土金屬中的氧含量，結合實驗、計算和表征揭示了稀土在鋼中的關鍵作用機制，控制夾雜物和稀土固溶，制備出性能優越、穩定的低氧稀土鋼。相關研究結果日前在《自然》雜志子刊《自然材料》上發表。
某進口軸承鋼（左）與雙低氧稀土軸承鋼（右）中的夾雜物對比 研究發現，不僅鋼液中的氧含量影響稀土鋼的性能，更為重要的是，長期被學界和產業界忽視的稀土金屬中的氧含量，對稀土鋼的性能具有十分重要的影響。因為稀土金屬極為活潑，在稀土金屬電解制備時容易形成大尺寸稀土氧化物，這些稀土氧化物隨稀土金屬加入鋼液中，帶入的大尺寸稀土夾雜物難以上浮去除，從而導致稀土鋼性能波動并與耐火材料反應堵塞澆口。 基于上述發現，研究人員進一步開發了“雙低氧稀土鋼”技術，即鋼液低氧和稀土金屬低氧的控制技術，從而有效解決了稀土鋼工業應用中的瓶頸問題。在高純凈的GCr15軸承鋼中應用后，與不加稀土的軸承鋼相比，稀土軸承鋼±800MPa拉壓疲勞壽命提升了40倍，4.2GPa接觸應力下滾動疲勞壽命提升了40%。 研究揭示了稀土鋼性能波動的根源，發現只有在低氧條件下稀土才能在鋼中穩定發揮深度凈化鋼液、細化改變夾雜物和強烈微合金化的作用。該研究工作表明，噸鋼只需添加百余克的鑭鈰輕稀土，在成本基本不增加、工藝流程基本不改變的條件下即可顯著提升鋼的性能，這對于發揮我國稀土資源優勢，平衡稀土資源利用，提升優特鋼的品質具有重要意義。 |
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