当稀土遇见钢——山钢稀土钢冶炼及连铸生产关键工艺技术突破纪实

时间：2022-02-25 来源：新闻传媒中心

“在钢中加入稀土元素，能行吗？”2018年末，这个问题曾让山钢研究院新兴产业技术研究所稀土钢项目的职工心怀疑虑。

“各种条件都具备，在稀土钢领域，我们山钢人一定行！”经过深入研讨，山钢研究人员围绕稀土钢冶炼及连铸生产关键工艺技术的“卡脖子”环节，展开了艰苦的攻坚。

山钢股份、济南大学、聊城重点轴承企业三方近日共同成立“高端轴承国产化创新联盟”，标志着稀土钢的研究又向前大步迈进。历时三年多，山钢建立了特钢洁净钢生产与表征技术平台，展开国内规模最大的稀土特殊钢技术研究，为我国稀土在钢中的应用及钢铁行业实现差异化战略进行了探索。

这项被业内专家称为“点土成金”的事业，正逐渐在山钢集团开花结果。

从“老命题”到“新使命”

——勇于承接省级重点研发项目

作为世界第一钢铁大国，我国虽然在多数钢铁产品上已经领先世界，但在高强度、高耐磨的轴承钢等特殊钢领域，依然显著落后于欧美和日本。即便是已经成为“国家名片”的高铁，其所用的高端轴承钢也需要大量进口，成为制约中国制造的“卡脖子”环节。

稀土被称为“工业维生素”，1吨钢只需加入几十克左右的微量稀土，即可大幅提升钢的韧塑性和疲劳寿命，使钢更加坚韧、耐热、耐磨、耐蚀。

目前，稀土钢项目团队研发的稀土轴承钢氧含量稳定达到6-7ppm，夹杂物与碳化物明显细化，疲劳寿命达到国内先进水平，为建立山东省轴承产业链奠定了基础，并且完成了稀土轴承钢生产技术指标和用户应用指标，实现了稀土钢关键技术的推广；累计申请专利24项、发表论文8篇、开发新品种4个、参与制定2项团体标准，参与修订1项国家标准，建设创新平台3个……

稀土在钢中的应用是钢铁行业的老命题。山钢研究院二级研究员刘成宝告诉记者：“早在20世纪50年代，西方国家就开始往钢材中添加稀土，主要是为了解决钢材中杂质对钢铁性能影响的问题。20世纪80年代，我国曾开展稀土钢的研发和应用，但在大规模生产过程中也出现极易堵塞浇口、钢中稀土吸收率不稳定等问题，导致稀土在钢铁行业应用由热变冷。”

随着稀土金属分离、提纯技术和手段不断进步，以及国家对先进材料的高度重视，稀土钢研究、应用得到了迅速发展。2018年，山东省印发新材料产业发展专项规划，未来5年重点支持高端装备用特种合金，而稀土钢对进一步延伸钢铁产业链、贯通先进钢铁与高端装备制造有重要意义。

作为山东省最大的钢铁企业，2018年，山钢集团承接省级重点研发项目“高端制造装备用高品质稀土特殊钢关键技术研究及产业化”。

如何打好“稀土牌”“资源牌”，推动产业迈上全国价值链高端，如何建立完善的稀土钢研发体系，赋予山钢品牌独特内涵，成为山钢稀土钢研究人员肩上的重担。

项目立项以来，山钢集团迅速成立稀土钢项目组，携手中国科学院金属所，山钢研究院、莱芜分公司技术中心、特钢事业部、营销总公司按照“五位一体”部署要求，围绕洁净钢平台建设、稀土处理效果、钢水可浇性、性能检测和用户推广等展开攻关。

科学求索的过程从来没有通向成功的捷径。当他们决定扛起使命的时候，困难接踵而至……

从“水土不服”到“工业化生产”

——攻破“钢中加稀土”的难题

稀土如何高效加入、以何种方式加入，成为稀土钢生产领域世界范围内的关键共性技术难题。

“我们提出建设高洁净钢冶炼平台到建设稀土特殊钢特色特钢的整体思路，确定了‘洁净钢平台建设’和‘特殊钢稀土处理’两步走路径。”山钢研究院新兴产业技术研究所所长许荣昌介绍。在洁净钢平台建设中，从纯净度控制技术、中间包冶金、均匀性控制技术三方面，进行工艺控制现状技术分析和问题辨识，找出了限制性环节并提出了针对性的原辅料、工艺、设备改进方案。

通过工艺技术优化、原材料升级等措施，钢中氧含量明显降低，钢中钛含量可稳定控制在15ppm以下。钢水洁净度指标的改善，为后续稀土钢工业试验提供了基础条件。并建立了特钢洁净钢生产技术平台并推广应用到2条生产线，4个产品。

解决稀土如何高效加入、以何种方式加入的世界性难题，没有成功案例可寻。研究团队紧紧围绕高端轴承钢，进行关键技术攻关，完成了290炉的稀土钢对比研究，完成了稀土轴承钢、稀土齿轮钢、稀土轧辊钢、稀土球磨钢等产品试验研究。通过大量实验室研究和工程化试验，探索了稀土在特殊钢中的作用机理与疲劳失效、稀土对夹杂物的细化等机理，明确了稀土加入方式，钢中稀土吸收率稳定。

连铸，如果连拉炉数不能突破，工业化生产将不能变为现实。

在“两步走”的同时，连拉炉数也在从“零”开始突破。对生产数据进行细致分析，确立了“4+2”浇铸模式进行试验浇铸，国内首次实现5炉以上连续浇铸，从而突破了稀土在钢中进行工业化应用的技术瓶颈，这对稀土钢的大规模工业化应用具有标志性意义。

从“技术突破”到“市场效益”

——全产业链模式风生水起

如何将技术转化为实实在在的产品和市场效益，成为亟待解决的难题。

山钢研究院稀土钢项目团队在调研中发现，山东聊城临清市素有“轴承之乡”美誉，拥有全国规模最大的轴承市场，以及完整的轴承产业链，轴承钢需求量占全国的三分之一。

“何不以稀土钢带动轴承钢，将稀土钢技术与轴承钢完美结合起来，做大做强轴承钢产业链，满足市场需求。”山钢集团党政领导对于研究院的建议表示赞同并给予支持。

当满腔热情把山钢的轴承钢推荐给临清市某轴承企业试用时，对方当即泼了一盆冷水，“鉴于对产品质量及性能方面的担忧，不敢试用。”

稀土钢项目团队没有放弃，许荣昌等人一遍遍介绍山钢轴承钢的技术特点、质量优势和市场前景，开展技术讲座，帮助企业解决质量问题，对方终于答应进行小批量使用。

从产品试用那一刻开始，项目团队人员吃住在现场，随时掌握产品技术参数，不间断地跟踪用户。一个月后，用户反馈“山钢产品各方面性能都很好，完全满足需求”。一传十、十传百，很多临清市及省内外的轴承企业纷纷抛来橄榄枝，表达合作意愿。

近年来，山钢先后与聊城轴承企业签订项目共同合作研发协议书、与国内先进的汽车轴承企业共同试制高品质轴承、与国内“单项冠军”轴承企业开发高温重载轴承替代进口……每月供应高端轴承钢4000余吨，市场规模和效益持续扩大。

按照省委省政府决策部署，2021年10月，山钢股份与济南大学、聊城临清市共建“山东省轴承产业技术研究院”，策划构建“材料供应—生产制造—用户服务”全产业链技术创新服务模式，推动和带动区域钢铁及延伸产业转型升级。

截至2021年底，山钢轴承钢产量由每年5000吨提升到4万吨，2022年底有望突破8万吨，向国内高端轴承钢先进企业靠拢。国内某知名轴承企业负责人表示：“山钢以稀土钢带动轴承钢的关键技术指标已经接近国内领先企业，仅用3年就完成了一般企业20年才能达到的目标。”

2022年新年第一天，山钢“五位一体”稀土钢项目团队人员穿梭于现场与市场之间，进一步提升稀土钢的品牌价值，用科技力量助推高质量发展，几代人的稀土梦，正在山钢集团加速实现。（吕 娟  赵 腾）