稀土元素简称稀土(re或R)，是一类元素的总称。稀土元素包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)和镨。目前，稀土元素在冶金、磁性材料、玻璃陶瓷、石油化工、轻纺工业、农林医药等领域的应用几乎无处不在，无所不能。在很多情况下，稀土即使用量很少，也能起到意想不到的效果，因此享有“工业味精”、“工业维生素”的美誉。介绍了稀土作为添加剂在冶金工业中的应用，综述了稀土在各个领域的作用机理。第一，黑色冶金的应用

(A)在铸铁中的应用

稀土在铸铁中的应用始于20世纪40年代。铁水中加入稀土，稀土能与氧、硫发生反应，从而脱硫、氧。铁水浇铸时，能促使石墨变成蠕虫状或球状。在高铬铸铁中加入0.8% ~ 1.0%的稀土硅铁合金，稀土使铸铁中的长碳化物变短、变细、分布均匀，铸态组织得到改善，铸铁的冲击韧性和耐磨性显著提高。普通灰铸铁(C2.5% ~ 3.6%)中添加不超过0.1%的混合稀土。稀土元素与铁水中的硫和氧反应生成稀土化合物，可去除石墨边缘的表面活性元素，促进石墨转变为蠕虫状，细化甚至均匀铸铁的金相组织，显著提高材料的抗拉强度、硬度和耐磨性。

稀土在铸铁中的突出作用是使石墨球形化；稀土元素容易与Fe中的O、S等有害杂质形成稀土化合物，从而减少铁水铸造中气孔和裂纹的产生；向铁水中加入稀土可以显著改善铁水的流动性，减少冷却过程中的偏析，改善铸态组织，改变非金属夹杂物的形状和分布。从而提高稀土铸铁的强度和韧性，提高材料的综合力学性能。

稀土在铸铁中的应用已经成为稀土最大的应用领域之一。稀土铸铁主要用于冶金工业的轧辊和锭模；机械行业各种齿轮、凸轮轴、机座；汽车工业的曲轴、缸体、变速箱、履带；工业用水和天然气管道。在中国，随着汽车工业的发展和“南水北调”及“西气东输”工程的实施，稀土铸铁及稀土铸铁管的开发和应用将进一步推进。

(2)在钢铁中的应用

稀土在钢铁中的大规模应用始于20世纪50年代。后来人们逐渐认识到稀土对钢的显微组织和夹杂物有很好的影响。

弹簧钢中加入稀土可以脱气，改变夹杂物的形状，减小夹杂物的粒径，提高钢的疲劳强度。耐热钢中加入0.01% ~ 0.01%的La或Ce时，稀土原子容易在晶界富集，减少了晶界的杂质元素，提高了钢的高温强度。

重轨钢中稀土的添加量为0.01%左右，钢中奥氏体晶粒明显细化，热轧奥氏体晶粒由34.4μm降至30.3μm，钢的冲击韧性明显提高。

在2Cr13不锈钢中加入不超过0.1%的Ce，可使不规则夹杂物变成球状，不锈钢的腐蚀电位逐渐升高，腐蚀电流密度逐渐降低，从而提高不锈钢的耐蚀性。

在Fe-Cr-2Mo合金钢中加入0.1%稀土后，显微组织中Mn的S、O夹杂物转变为稀土夹杂物，其形貌由不规则的条状转变为细小的晶粒。稀土元素显著提高了钢的耐磨性。

稀土能与钢液中含有的O、S形成稀土化合物，这些化合物中的一部分从钢液中漂浮到渣中，能减少钢液中的夹杂物，净化钢液。钢中的稀土原子倾向于晶界偏聚，可以逆转S、P和低熔点杂质在晶界的偏聚，与这些夹杂物形成高熔点化合物，从而减少低熔点夹杂物的有害作用，净化和强化晶界，阻碍沿晶裂纹的形成和扩展，有利于钢的高温塑性和耐蚀性。另外，稀土可以将钢液中的硫化物转化为球状的稀土硫化物，在轧制过程中不随钢变形，而是保持球状，从而提高钢的韧性和抗疲劳能力。

从20世纪60年代开始，我国稀土钢的研究和生产已经有50年的历史。而我国开发的稀土钢品种不多，品种水平低，与我国最大的钢产量和稀土产量不相称。随着国际上对稀土钢研究的热情和我国国民经济的持续增长，迫切需要开发高附加值、高质量的稀土钢新品种。

二、在有色冶金中的应用

(A)在有色金属合金中的应用

稀土在有色金属合金中的应用始于20世纪60年代，其应用逐渐从铝合金扩展到铜合金、镁合金、硬质合金等有色金属合金。

稀土导电铝合金可用作高压输电线路。添加到工业纯铝中的稀土La会形成稳定的Si、Fe等金属间化合物。，并在晶界析出，降低了杂质元素在基体中的固溶度，能明显提高铝的导电性。在工业纯铝中添加稀土Ce可以细化晶粒，显著提高铝的抗拉强度。加入0.2% ~ 0.3%的混合稀土，可使国产工业纯铝生产的铝线性能达到IEC标准要求。663铝合金是最常用的锻造合金，多用于工业和民用建筑。其组成为:0.76%的镁，0.50%的硅，其余为铝。在该合金熔炼过程中加入约0.25%的Sc元素，对6063铝合金的铸态组织有很强的细化作用，铝合金的耐蚀性提高一倍，热稳定性和高温下的强度、硬度都有所提高。

在导电铜中添加0.04%的Ce，可以净化铜中残留的杂质，细化铜的组织，提高铜的拉丝性能和导电性能。青铜是矿井中用作罐笼内衬的主要材料。锡青铜高温熔化时，加入0.06%的稀土La。La由于化学活性高，能与合金中溶解的氢形成稳定的分散稀土氰化物，起到固定氢，避免氢脆，提高铜合金冲击韧性的作用。此外，La还能细化枝晶，从而提高锡青铜的耐磨性。

在镁锌合金中，加入0.4% ~ 1.2%的Nd可以细化晶粒，提高合金的硬度。Nd还能与合金中的氢结合形成稀土氢化物，减少拉伸过程中气孔、针孔等裂纹源的形成，提高合金的延伸率和抗拉强度。

硬质合金被称为“工业的牙齿”，广泛应用于难加工材料和精密模具加工等领域。抑制烧结过程中WC晶粒的长大是硬质合金获得高耐磨性和高抗弯强度的关键。在WC-Co基硬质合金中添加0.2 ~ 0.8%的稀土Ce，由于Ce非常活泼，容易与O、S、N等杂质形成稀土化合物颗粒并分布在晶界上，阻止了WC与WC之间的晶界迁移，抑制了烧结过程中WC晶粒的不均匀长大，使WC晶粒更细小，提高了合金的强度。另外，当不添加Ce时，合金中的S以脆性化合物CoxSy的形式存在，颗粒大小约为2 ~ 3μ m，分布在WC-Co界面上，形成裂纹源。在外力作用下，容易沿界面断裂，合金的抗弯强度下降。但加入Ce后，CoxSy转变为粒径约200 ~ 300 nm的球形Ce2S3颗粒，弥散在Co相和WC-Co的界面上，消除了

在有色合金中，稀土元素与H等气体和许多非金属有很强的亲和力，能生成高熔点的化合物，具有去除H、o等一定的净化作用，此外，稀土元素具有很强的化学活性，能选择性地吸附在长大晶粒的界面上，阻碍晶粒的生长，细化晶粒，改善合金组织，从而达到改善合金的力学性能、物理性能和加工性能的效果。

上述含稀土有色合金均已工业化生产，并取得了良好的社会效益和经济效益。但是有色合金的种类很多，所以稀土在有色合金中的应用和发展潜力还是很大的。

(2)在电镀中的应用

有色金属电镀中稀土的研究始于20世纪80年代，稀土的加入主要是基于镀层性能和电流效率的提高。现在，稀土添加剂不仅用于铬、锌、镍、铜等简单金属的电镀沉积，也用于镍-铁、镍-锌、锌-铁、锌-铝等合金的电镀沉积。添加剂也从单一稀土发展到复合稀土化合物。

在镀铁液中加入稀土添加剂时，部分稀土会与镀层中的铁共沉积，镀层内应力增大，从而相应提高镀层的硬度。稀土阳离子也会吸附在阴极表面。一方面会抑制H的吸附和析出，从而抑制微裂纹的形成，提高涂层的耐蚀性。另一方面，由于H的析出困难，Fe的沉积速率会相对提高，电流效率也会提高。

以稀土为镀铬添加剂的镀铬可以在较低的温度下获得较高的电流效率，镀铬溶液的分散能力、镀层覆盖能力和耐蚀性得到明显提高。

在锌镍合金电镀中，加入少量的硫酸铈(约1.0g/L)可以提高镀液的电流效率，增加镀层中的镍含量。含铈涂层在高温高压盐水中具有优异的耐蚀性。

在酸性镀液中沉积Ni-P合金镀层，添加稀土离子(La3+，Y3+)和稀土氧化物(CeO2，Y2O3)作为复合添加剂。稀土离子起到细晶强化和微合金化的作用，而稀土氧化物起到弥散强化和细晶强化的作用，提高了涂层的硬度和耐磨性，增强了涂层与基体的结合力。

总的来说，电镀浴中的稀土阳离子，由于它们的强活性，可以:

1.影响阴极极化。稀土阳离子在阴极表面的吸附改善了阴极极化，提高了析氢过电位，相应地提高了金属或合金的沉积速率和电流效率。

2.改变电结晶过程。稀土阳离子容易吸附在晶体生长的活性点上，能有效抑制晶体生长，细化镀层晶粒，提高镀层硬度。此外，不易析氢，减少了析氢产生的微裂纹，提高了涂层的耐蚀性。

稀土添加剂在电镀行业应用广泛，已经从普通电镀发展到复合电镀、热浸镀、电刷镀等特种电镀。

三。结论。

稀土不是一种元素，稀土化合物有很多种。在冶金工业中，稀土作为添加剂时，种类和用量不同，效果也不同。如何充分发挥稀土添加剂“工业味精”的作用，更好地为我国社会经济发展服务，仍需要冶金工作者的不懈努力。特别是中国作为稀土生产大国，在发展高品质稀土铸铁、稀土钢、稀土合金等产品方面还有大量工作要做。参考资料:

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