为什么要向钢铁中加入稀土族元素?

在元素周期表上,差不多每个元素各占一格,只有两个例外的,镧系元素和锕系元素各十五个,分别挤在一个格格里。镧系又称稀土族,是元素中的一个大家族,共有兄弟十五人,它们的名字叫做:镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥。它们的面貌和性格都很相象,而且团结得很紧,在矿物中,它们都是蹲在一起的,因此在周期表中,它们也挤在一个格格里。另外还有两位稀土家族的亲戚,叫做钪和钇,虽然在周期表上它们另有座位,但在矿物中,它们却常常和稀土族在一起。因此人们也常把它们看成是稀土族的一家。
稀土族早在1794 年就被发现了,但是150 多年来,它们一直是默默无闻的,因为人们没有发现它们有多大用途。第二次世界大战时期,开始把它们如入钢铁中,才显出了它们的作用,现在它们的应用范围已经越来越广泛了。
如果你能把稀土族元素加入钢铁中的方法和数量掌握准确,那么,它们几乎到处都能显示出良好的作用,改善钢铁材料的性能。所以有人把它们称为钢铁中的维他命。
球墨铸铁中加入稀土族元素,耐磨性能既好,韧性又高,能耐疲劳,可以代替钢来制造机器。
耐酸铸铁本来最容易产生气孔,加入稀土族元素以后,可以消除气孔,废品率大大降低,耐酸性也能提高几倍。
碳素铜中含磷量高了,在温度很低时就要发脆,但加入稀土族元素以后,低温脆性消除了,磷反而能提高钢的强度和耐腐蚀性能。稀土族元素把磷的性质改造好了。
一块合金结构钢板,纵横两个方向的冲击韧性本来是有较大差别的,加入稀土族元素以后,横向韧性提高了,方向上的差别变得很小,使用效率好得多了。
超高强度结构钢本来是不易焊接的,加点稀土族元素以后,焊接性能显著地改善。
滚珠钢和工具钢的硬度都很高,但是塑性和韧性却就差,是个缺点,加点稀土族元素以后,两者性能都有提高,使用寿命更长了。
不锈耐热钢本来是难于加工的,加点稀土族元素以后,不但变得容易加工了,而且在高温下的抗氧化性显著加强。
为什么稀土在钢铁中有这样”神奇”的作用呢?人们现在还没有完全弄清楚。但是从现象上看,稀土在钢铁中起了脱硫、脱氧、脱氢和固定氮气的作用,大家知道,这些东西在钢铁中都是有害的,可以说稀土的第一个作用是为钢铁除”四害”。其次,稀土加入钢铁之后,非金属夹杂物的形态改变了,变得更加细小和分散,夹杂物的危害性因而减小了。此外,稀土还与铁和其它元素形成合金,改变钢铁的性质。这些问题都有待进一步研究。


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