本發明涉及優質金屬材料制造領域，具體地說是一種在鋼水中添加高純稀土金屬，進而提高鋼材性能的方法。

　　背景技術：

　　我國對稀土元素在鋼中應用的研究始于上個世紀50年代后期。關于稀土元素在鋼中應用的研究，在理論及實踐上取得了一定的突破，在稀土鋼的應用方面取得了很多成果。大量的研究與生產經驗表明，稀土元素對鋼以及合金的組織和力學性能具有重要的影響。比如，稀土具有深脫氧、深脫硫的作用，稀土可以變質和細化夾雜物，稀土可以抑制晶粒長大，從而提高金屬材料的韌塑性、疲勞性能、耐磨性、耐蝕性和耐熱性等。含稀土元素的鋼鐵產品如雨后春筍般爆發。以江西理工大學內蒙古科技大學、內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司等單位為主申請了大量稀土鋼專利。如專利CN1006646B、CN1023328C、CN1032438C、CN1119430C、CN200510096931、CN2008102220053、CN201210105658、CN2013102219288、CN2013106241026、CN201510089010、CN2015100282549分別在不同鋼中成分中添加稀土元素，從而提高材料的耐熱性、耐磨性、耐蝕性、疲勞性能和強韌性。CN200680010751通過在鋼中加入稀土元素提高奧氏體不銹鋼的抗蠕變性能；CN200710140079通過添加稀土元素提高鋼鐵材料的焊接性能；CN201080005652為稀土耐磨鋼軌；C中國專利申請N201380066148為通過添加稀土元素提高不銹鋼耐熱性能；CN201510720416通過在不銹鋼中添加稀土元素提高其耐腐蝕性能；CN201511021992為釔基稀土高強鋼，采用在LF爐中添加釔基稀土硅鈣合金包芯線的方式進行合金化，提高強度；CN201610034032通過向鋼水中添加稀土鑭鐵合金提高建筑用鋼Q460GJ的強度；CN201610185788通過稀土元素添加提高鐵路車輛鑄鋼件的疲勞性能和耐磨性；尤其是CN201480022840通過控制RE、Ca、Ti、T.O等提高鋼水純凈度，應用范圍覆蓋了中低碳、中低合金鋼。

　　上述專利申請均從成分設計角度上，將不同類型的稀土元素在不同鋼種中添 加不同含量，以起到相應的作用。但目前為止，上述鋼種均未能實現工業化批量生產與應用。其根本原因在于，稀土元素在鋼中不能持續穩定的發揮作用，并且還存在許多負面影響。比如，大量稀土鋼的應用過程中產生了大型夾雜物聚集，導致鋼的性能不穩定甚至惡化；生產過程中稀土鋼與耐火材料反應，導致水口結瘤，影響生產順行，甚至導致嚴重的生產事故等。上述專利申請都未能從根本上解決這類問題，這是造成工業化生產無法推廣的瓶頸問題。

　　為了避免水口堵塞，日本技術多從水口材質角度研究如何控制稀土鋼與水口間的交互作用。如：日本專利申請JP2014-046315、JP2011-218431和JP2009-248113分別設計內壁帶有石墨層的水口材料以及富含MgO的水口材料；模鑄鋼錠中，為防止堵水口且提高鋼錠中稀土金屬分布均勻性，被迫在鋼錠模型腔中通過保護管添加稀土，如：日本專利申請JP 2007-260736；或者，在浸入式水口內壁增加必要的材料涂層，如：日本專利申請JP 2003-342630。

　　但是，上述技術雖然能部分解決稀土導致的水口結瘤問題，但依然難以實現長時間(5小時以上)連鑄生產；且稀土加入后，依然存在大尺寸夾雜，導致性能不穩定問題。

　　技術實現要素：

　　本發明要解決的技術問題是：稀土元素在鋼中不能持續穩定的發揮作用，產生了大型夾雜物聚集、以及水口結瘤的技術問題。

　　本發明的設計構思是：

　　經過長期深入的研究和分析發現，導致現有技術存在上述問題的根本原因有兩個：其一，稀土金屬的純凈度較差，內部包含大量的氧化物，加入鋼水中之后，夾雜物難以上浮；其二，稀土金屬的加入工藝存在問題，未能充分發揮稀土金屬凈化鋼液、變質夾雜物的本質作用。

　　在現有技術中，稀土元素向鋼中添加的方式多為合金方式，例如：稀土-鐵合金、稀土-硅合金或稀土-鋁合金，這些合金的制造方式多為含氧量較高的商業化稀土純金屬與鐵、硅或鋁以一定的比例在熔煉爐中進行重熔混合，這一工藝過程不但沒有控制稀土合金制備原材料的純凈度，而且重熔過程又一次將稀土和其他金屬氧化，稀土合金的純凈度進一步被降低，加入鋼中之后作用大大折扣。即便是稀土金屬為主的合金中，以往稀土金屬的純凈度控制寬泛，國標GB/T 4153-2008中甚至對鋼用稀土金屬的全氧含量無要求，這從根本上導致稀土金屬制造粗放、 氧化嚴重，稀土金屬自身含有大量氧化物夾雜，加入鋼水中之后，稀土氧化物難以上浮，滯留在鋼水中，對鋼材性能起負面作用。

　　對于向鋼中添加的稀土金屬而言，常規的雜質元素，例如：C、Fe等雜質元素并不是控制的重點，而需要重點控制O等指標，尤其是氧含量，稀土金屬中數百ppm的氧含量足以使稀土在鋼中的作用由正變負。

　　此外，對于稀土元素的添加方式，為了避免稀土導致的堵水口問題，以往的添加工藝中將稀土金屬在中間包、結晶器中加入，并且通過喂絲、喂線和喂帶的形式插入鋼水(如專利JP2005-089775所述)。由于這些方法中稀土金屬是在連鑄或模鑄開始之前的很短時間加入的，稀土金屬進入鋼水后與鋼水中的氧及夾雜物進行反應，沒有充足的時間進行均勻化和上浮，從而導致稀土反應產物滯留在鋼水中，且分布不均勻，進而造成鋼水的均勻性差，性能不穩定。日本專利申請JP2008-261014，為了實現稀土添加并獲得較高的收得率，需要控制稀土添加前的攪拌強度以及稀土添加速度，工藝復雜，生產操作難度大。

　　因此，本發明為解決稀土鋼連鑄堵水口和鋼材性能波動兩大技術難點，創造性地提出要嚴格控制稀土元素的純凈度，特別是其中氧含量，以減少大型夾雜物的問題，同時提出通過優化稀土的添加時機，解決水口堵塞的問題。

　　本發明的技術方案是：

　　一種鋼中添加稀土金屬提高性能的方法，在鋼水冶煉過程中，嚴格控制鋼水以及高純稀土金屬的純凈度，將高純稀土金屬加入到鋼包內，高純稀土金屬加入前，鋼水中硫含量在200ppm以下，全氧含量在40ppm以下；所加高純稀土金屬的全氧含量在200ppm以下。

　　所述的鋼中添加稀土金屬提高性能的方法，高純稀土金屬的加入量為0.05～1.0kg/t鋼，稀土金屬為鑭、鈰或鑭和鈰的混合物。

　　所述的鋼中添加稀土金屬提高性能的方法，高純稀土金屬需在潔凈密閉金屬容器中加入，避免高純稀土金屬與空氣或鋼渣接觸造成氧化。

　　所述的鋼中添加稀土金屬提高性能的方法，高純稀土金屬的塊度在300×300×300mm以下。

　　所述的鋼中添加稀土金屬提高性能的方法，高純稀土金屬加入的時機為連鑄/模鑄工序之前的鋼包精煉LF后期、真空脫氣RH/VD后期或脫碳精煉GOR/AOD/VOD后期。

　　所述的鋼中添加稀土金屬提高性能的方法，高純稀土金屬在以下煉鋼工藝流程之一中加入：

　　第一類：轉爐-鋼包精煉(-真空脫氣)-連鑄/模鑄流程；

　　(BOF-LF(-RH/VD)-CC/MC)

　　第二類：電弧爐-鋼包精煉(-真空脫氣)-連鑄/模鑄流程；

　　(EAF-LF(-RH/VD)-CC/MC)

　　第三類：電弧爐/轉爐/中頻爐-氣氧精煉轉爐/氬氧脫碳爐/真空氧脫碳爐(-鋼包精煉)-連鑄/模鑄流程；

　　(EAF/BOF/MFF-GOR/AOD/VOD(-LF)-CC/MC)

　　第四類：電弧爐/轉爐/中頻爐(-鋼包精煉)-氣氧精煉轉爐/氬氧脫碳爐/真空氧脫碳爐-連鑄/模鑄流程；

　　(EAF/BOF/MFF(-LF)-GOR/AOD/VOD-CC/MC)

　　第五類：電弧爐/轉爐/中頻爐-氣氧精煉轉爐/氬氧脫碳爐/真空氧脫碳爐-連鑄/模鑄流程；

　　(EAF/BOF/MFF-GOR/AOD/VOD-CC/MC)

　　第六類：電弧爐/轉爐/中頻爐-真空脫氣-連鑄/模鑄流程；

　　(EAF/BOF/MFF-RH/VD-CC/MC)。

　　所述的鋼中添加稀土金屬提高性能的方法，高純稀土金屬加入后，對鋼包進行底吹Ar氣軟攪拌，軟攪拌時間在10min以上。

　　所述的鋼中添加稀土金屬提高性能的方法，該鋼選自于優質碳素結構鋼、低合金鋼、中高合金鋼、工模具鋼、軸承鋼、彈簧鋼、不銹鋼或電工鋼。

　　本發明的優點及有益效果是：

　　1、本發明通過嚴格控制高純稀土金屬的純凈度，特別是其氧含量，避免稀土加入鋼中之后導致性能不穩定的問題，同時避免水口堵塞，保證生產順行。

　　2、本發明避免了在中間包和結晶器中進行稀土處理，而是在鋼包內進行稀土處理，增加了稀土在鋼中的均勻性，細化變質夾雜物效果更明顯。

　　3、本發明控制稀土純凈度，避免大尺寸夾雜物產生，充分實現稀土在鋼中變質、細化夾雜的作用，并通過氬氣軟吹，保證形成的反應產物充分上浮，保證滯留在鋼中的稀土夾雜物為亞微米級，細化晶粒，提升鋼的沖擊韌性、耐磨耐熱耐 蝕等性能。

　　4、本發明通過稀土金屬純度、添加工藝和添加時機綜合控制，保證稀土在鋼中發揮正面作用并保證生產順行。

　　5、本發明為普適性共性關鍵工藝技術，適用于多種鋼的生產，提高了工藝操作靈活性，降低了工藝難度，同時不受冶煉流程和鋼種限制，對多工序和各種鋼種中均適用，技術覆蓋面廣。

　　總之，本發明首先從稀土金屬與鋼液原始純凈度方面進行重點控制，進而在加入過程中進行工藝規范和加入量控制，然后對加入后的反應產物進行充分軟吹上浮，從一系列工藝環節進行約束，保證稀土金屬加入鋼中之后的性能穩定性，并避免堵塞水口，保證工藝順行，突破長期以來稀土在鋼中應用的瓶頸。

　　附圖說明

　　圖1(a)-圖1(b)為采用本發明制備的高純稀土金屬。其中，圖1(b)為圖1(a)的放大圖。

　　圖2(a)-圖2(b)為稀土金屬商業化產品。其中，圖2(b)為圖2(a)的放大圖。

　　圖3為實施例1中合金雙相鋼稀土處理前后，鋼材沖擊韌性的性能測試結果。

　　圖4(a)-圖4(b)為實施例2中GCr15軸承鋼稀土處理前后的晶粒尺寸。其中，圖4(a)為無稀土處理的晶粒尺寸，圖4(b)為添加稀土后的晶粒尺寸。

　　圖5(a)-圖5(b)為實施例4中稀土處理前后，夾雜物形貌與分布。其中，圖5(a)無稀土處理，圖5(b)經稀土處理。

　　圖6(a)-圖6(b)為實施例5中H13模具鋼稀土處理前后的橫向與縱向沖擊韌性值。其中，圖6(a)為無稀土處理的橫向與縱向沖擊韌性，圖6(b)為添加稀土后的橫向與縱向沖擊韌性。橫坐標：Longitudinally為縱向，Transverse為橫向，Unnotched為無缺口；縱坐標：The impact toughness為沖擊韌性(J·cm-2)。

　　圖7(a)-圖7(b)為實施例5中H13模具鋼稀土處理前后夾雜物類型與尺寸分布。其中，圖7(a)為無稀土處理的大尺寸條帶狀分布的MnS與Al2O3夾雜物，圖7(b)為添加稀土后小尺寸球狀稀土氧硫化物。

　　具體實施方式

　　本發明緊緊圍繞提升鋼材性能及其穩定性，避免水口堵塞保證生產順行兩個核心目標，進行工藝實施，其具體實施過程如下：

　　1、將高純稀土金屬進行密封包裝，避免氧化。在鋼水冶煉過程中，嚴格控制鋼水以及高純稀土金屬的純凈度，將高純稀土金屬加入到鋼包內；高純稀土金屬的全氧含量控制在200ppm以下(優選為150ppm)，避免形成難以上浮的大尺寸夾雜物滯留鋼中，產生負作用。高純稀土金屬的塊度可根據鋼水總重量調整，稀土金屬產品如圖1(a)-圖1(b)所示。

　　2、高純稀土金屬加入前，對鋼水純凈度進行控制，采用電弧爐、中頻爐或轉爐粗煉鋼水，在鋼包精煉(LF)工序進行脫氧和脫硫處理。通過脫氧脫硫處理，控制鋼水中的全氧含量在40ppm以下(優選為30ppm)，硫含量在200ppm以下(優選為150ppm)。

　　3、稀土金屬加入量為0.05～1.0kg/t鋼，起到凈化鋼液、變質和細化夾雜物、提高鋼材性能的作用。稀土金屬為鑭、鈰或鑭和鈰的混合物，稀土金屬的塊度在300mm×300mm×300mm以下。優選的稀土金屬的塊度在150mm×150mm×150mm以下；在鑭鈰稀土合金中，鑭：鈰重量比為1：(1～3)。

　　4、根據鋼種不同，選擇連鑄/模鑄工序之前的鋼包精煉LF之后、真空脫氣RH或VD之后或脫碳精煉GOR或AOD或VOD之后，將預先準備好的高純稀土金屬投入到鋼包內。

　　5、為了保證生產連續性，避免連鑄或模鑄過程中水口堵塞，保證工藝順行，對鋼包內的鋼水進行底吹氬氣軟攪拌，需控制稀土金屬加入后的軟吹循環時間在10分鐘以上(優選為15分鐘)，以使反應產物充分聚集上浮，并為細化和變質夾雜物提供充足的時間。

　　6、吊包到連鑄或模鑄工位，鑄造成坯，并經由后續變形工序將坯制造成材。

　　其中，高純稀土金屬在以下煉鋼工藝流程之一加入：

　　第一類：轉爐-鋼包精煉(-真空脫氣)-連鑄/模鑄流程

　　(BOF-LF(-RH/VD)-CC/MC)，真空脫氣為可選步驟；

　　第二類：電弧爐-鋼包精煉(-真空脫氣)-連鑄/模鑄流程

　　(EAF-LF(-RH/VD)-CC/MC)，真空脫氣為可選步驟；

　　第三類：電弧爐/轉爐/中頻爐-氣氧精煉轉爐/氬氧脫碳爐/真空氧脫碳爐(-鋼包精煉)-連鑄/模鑄流程，鋼包精煉為可選步驟；

　　(EAF/BOF/MFF-GOR/AOD/VOD(-LF)-CC/MC)

　　第四類：電弧爐/轉爐/中頻爐(-鋼包精煉)-氣氧精煉轉爐/氬氧脫碳爐/真空氧 脫碳爐-連鑄/模鑄流程，鋼包精煉為可選步驟；

　　(EAF/BOF/MFF(-LF)-GOR/AOD/VOD-CC/MC)

　　第五類：電弧爐/轉爐/中頻爐-氣氧精煉轉爐/氬氧脫碳爐/真空氧脫碳爐-連鑄/模鑄流程

　　(EAF/BOF/MFF-GOR/AOD/VOD-CC/MC)

　　第六類：電弧爐/轉爐/中頻爐-真空脫氣-連鑄/模鑄流程

　　(EAF/BOF/MFF-RH/VD-CC/MC)。

　　為了使本發明的技術方案和優點更加清楚，下面將結合具體實施例、對比例和附圖進行詳細描述。

　　實施例1——合金雙相鋼

　　材質：DP600；

　　鋼水重量：100噸(t)/爐×15爐；

　　生產工藝：EAF-LF-VD-CC；

　　稀土金屬加入前鋼水純凈度：氧含量為32ppm，硫含量為74ppm；

　　稀土金屬加入時機：VD后；

　　稀土金屬加入量：40kg(0.4kg/t鋼)；

　　稀土金屬純凈度：全氧含量85ppm；

　　稀土金屬為鑭鈰混合稀土，鑭：鈰重量比為1：2；

　　坯料規格：250mm×1600mm連鑄板坯；

　　鋼材成品規格：3.5mm×1600mm軋制板材；

　　本實施例工藝連鑄生產15小時，工藝順行。將本實施例成品板材與未經稀土金屬處理的板材進行沖擊性能對比，如圖3所示，經稀土金屬處理的板材20℃至-60℃的沖擊韌性基本無變化，而未經稀土金屬處理的板材，在-15℃時沖擊韌性迅速下降。可見，添加稀土金屬后，材料的韌脆轉變溫度大幅度降低，提升了鋼材的性能。

　　對比例1

　　對比例《Effect of rare earths on impact toughness of a low-carbon steel》(Materials and Design，2012(33)：306–312)報道了與實施例1相似鋼種，采用真空感應爐實驗室制備稀土鋼，稀土金屬為50wt％La+50wt％Ce，并未對稀土金屬的純凈度進行控制，稀土金屬產品如圖2(a)-圖2(b)所示。經稀土金屬處理后-40℃加 稀土鋼的沖擊韌性比不加稀土金屬的沖擊韌性提升約4倍。

　　對照本發明的實施例1，可以發現，本發明的實施例1為工業化生產結果，生產條件比實驗室更苛刻，通過控制稀土金屬純凈度以及稀土金屬加入工藝，-40℃沖擊韌性與不加稀土金屬相比提升6倍以上，遠高于對比例1的效果。

　　可見，通過嚴格控制稀土金屬純凈度，減少了鋼中的夾雜物，進一步提升低溫沖擊韌性。

　　實施例2——高品質軸承鋼

　　材質：GCr15；

　　鋼水重量：120t/爐×12爐；

　　生產工藝：BOF-LF-RH-CC；

　　稀土金屬加入前鋼水純凈度：氧含量為10ppm，硫含量為30ppm；

　　稀土金屬加入時機：RH后；

　　稀土金屬加入量：120kg(1.0kg/t鋼)；

　　稀土金屬純凈度：全氧含量65ppm；

　　稀土金屬為鈰；

　　坯料規格：Φ350mm連鑄圓坯；

　　鋼材成品規格：Φ50mm軋制棒材；

　　夾雜物尺寸大小對軸承鋼的疲勞性能至關重要，如表1所示為本實施例2不同尺寸范圍內夾雜物的分布比例及其與未加稀土軸承鋼的對比。從中可以看出，加入稀土金屬后大于5μm的大尺寸夾雜物得以消除，1μm以下的夾雜物比例由50％提高到75％。

　　表1本實施例GCr15軸承鋼稀土金屬添加前后不同尺寸夾雜物占比(％)

　　如圖4(a)-圖4(b)所示，加入稀土金屬前后晶粒尺寸的變化。其中，未加稀土金屬的圖4(a)晶粒平均尺寸為40μm；而本實施例通過在RH之后添加稀土金屬，晶粒平均尺寸減小到20μm，見圖4(b)。稀土金屬處理后，晶粒細化一倍。

　　對比例2-1

　　對比例《稀土元素在GCr15軸承鋼中的作用》(劉興田、特殊鋼.1988(2)：30-41)加入稀土硅鐵合金，不控制稀土硅鐵合金的純凈度，最終鋼中氧含量為29.88ppm；本發明的實施例2氧含量為9ppm，遠遠低于以往稀土處理工藝。

　　對比之后可以發現，對比例2-1中夾雜物基本為圓形和橢圓形的稀土氧硫化物；實施例2夾雜物不僅為圓形和橢圓形，而且小尺寸夾雜物比例大幅升高，亞微米夾雜物達到75％，大大優于以往軸承鋼的稀土添加工藝。

　　對比例2-2

　　對比例《Reduction of Segregation During Casting of 100Cr6Bearing Steel by Cerium Inoculation》(Met.Mater.Int.,2013(19)：371～375)采用模鑄方法，通過向與實施例2近似鋼種中添加稀土Ce-Si-Fe合金細化的微觀組織，添加劑中的Ce含量為10wt％，未控制稀土添加劑的純凈度，同時未提及稀土添加劑的添加工藝，細化后晶粒尺寸均在100μm以上；而本發明的實施例2采用高純稀土金屬，并通過本發明的實施方法，軸承鋼晶粒平均尺寸為20μm。

　　由此可見，通過嚴格控制稀土金屬的純凈度和稀土金屬添加工藝，可以大幅降低鋼水中的全氧含量，提高鋼水純凈度；變質和細化夾雜物；同時細化晶粒的效果是對比例的5倍以上。與以往稀土在軸承鋼中的添加工藝項目，優勢明顯。

　　除了實施例1-2提及的雙相鋼和軸承鋼，本發明的方法還可以適用于優質碳素結構鋼、低合金鋼、中高合金鋼、工模具鋼、彈簧鋼、不銹鋼和電工鋼等鋼中，并能取得明顯優于現有技術的效果。

　　實施例3——不銹鋼

　　材質：410S；

　　鋼水重量：80t/爐×6爐；

　　生產工藝：MFF-AOD-CC；

　　稀土金屬加入前鋼水純凈度：氧含量為25ppm，硫含量為40ppm；

　　稀土金屬加入時機：AOD后；

　　稀土金屬加入量：12kg(0.15kg/t鋼)；

　　稀土金屬純凈度：全氧含量80ppm；

　　稀土金屬為鑭鈰混合稀土，鑭：鈰重量比為1：2；

　　坯料規格：200mm×1700mm連鑄板坯；

　　鋼材成品規格：3mm×1800軋制板材；

　　本實施例可以實現6小時連續澆注，生產順行。

　　夾雜物尺寸是影響本類不銹鋼深沖性能的重要指標，表2所示為本實施例不銹鋼添加稀土金屬后的夾雜物級別與未添加稀土金屬的對比。從中可以看出，添加稀土金屬后A、B、D類夾雜物均不同程度地減小、減少；且大尺寸夾雜物得以消除。

　　表2本實施例不銹鋼中稀土金屬添加前后夾雜物級別對比

　　對比例3

　　中國專利申請CN201380066148提供了一種含RE的不銹鋼，稀土元素作為一種添加劑，主要通過改善Al2O3氧化覆膜的密合性并提高其耐剝離性來提高不銹鋼的耐氧化性及熱穩定性，但其并未指出稀土添加劑的純凈度、添加工藝以及稀土添加后的夾雜物形貌特征及數量。與實施例3相比，本發明具有與之明顯不同的應用目的，且在夾雜物細化方面是對比例3無法比擬的。

　　由此可見，通過控制稀土金屬的純凈度和稀土金屬的添加工藝，可以細化A類和B類夾雜物，提高不銹鋼耐氧化和熱穩定性的同時，提高深沖性能。

　　實施例4——優質碳素結構鋼

　　材質：Q345E；

　　鋼水重量：220t/爐×10爐；

　　生產工藝：BOF-LF-RH-CC；

　　稀土金屬加入前鋼水純凈度：氧含量為25ppm，硫含量為56ppm；

　　稀土金屬加入時機：LF后；

　　稀土金屬加入量：11kg(0.05kg/t鋼)；

　　稀土金屬純凈度：全氧含量140ppm；

　　稀土金屬為鑭鈰混合稀土，鑭：鈰重量比為1：2；

　　坯料規格：350mm×420mm連鑄矩形坯；

　　鋼材成品規格：Φ90mm軋制棒材；

　　采用本工藝實施連鑄生產，連鑄10小時生產順行。對本實施例工藝制備的成 品棒材進行夾雜物和性能檢測，并與未加稀土金屬爐次進行對比。夾雜物分布情況如表3所示。可見，稀土金屬加入后夾雜物級別降低，大尺寸夾雜物消除。

　　表3本實施例稀土金屬添加前后夾雜物級別對比

　　夾雜物形貌分布特征如圖5(a)和圖5(b)所示。圖5(a)為無稀土金屬處理的夾雜物形貌與分布，夾雜物多為長條形和鏈狀；圖5(b)為加稀土金屬后的夾雜物形貌分布，可見加稀土金屬后夾雜物被變質為球形、顆粒狀。

　　表4所示為稀土金屬處理前后該鋼種-40℃下的V口沖擊功，由數據可知，稀土金屬處理后，鋼材的低溫沖擊功提高近2倍，效果顯著。

　　表4本實施例稀土金屬添加前后成品鋼材的-40℃低溫沖擊功

　　實施例5——高品質模具鋼

　　材質：H13；

　　鋼水重量：50t；

　　生產工藝：EAF-LF-VD-MC；

　　稀土金屬加入前鋼水純凈度：氧含量為12ppm，硫含量為70ppm；

　　稀土金屬加入時機：LF后；

　　稀土金屬加入量：30kg(0.6kg/t鋼)；

　　稀土金屬純凈度：全氧含量160ppm；

　　稀土金屬為鑭鈰混合稀土，鑭：鈰重量比為1：3；

　　坯料規格：10t模鑄鋼錠；

　　鋼材成品規格：Φ120mm鍛造棒材；

　　等向性——橫向與縱向沖擊韌性比值——是衡量熱作模具鋼性能的重要標志。電爐鋼等向性達到0.7，電渣鋼等向性達到0.85代表著國際上H13熱作模具 鋼的先進水平。本實施例，加入稀土金屬前后的等向性如圖6(a)-圖6(b)所示。其中，圖6(a)為未加稀土金屬的H13模具鋼等向性，約為0.42，等向性較差。在相同材質，相同工藝條件下，本實施例在LF之后按噸鋼0.6公斤加入稀土金屬，性能檢測結果如圖6(b)所示，其等向性達到0.94，電爐鋼達到電渣鋼水平。其本質性貢獻在于，稀土金屬將沿主變形方向呈條狀、鏈狀分布的MnS+Al2O3類大尺寸夾雜物變質為球狀和粒狀分布的小尺寸稀土氧硫化物，如圖7(a)-圖7(b)所示。

　　實施例結果表明，本發明方法適用于優質結構鋼和特殊鋼，對采用轉爐BOF-鋼包精煉LF-真空脫氣RH或VD-連鑄CC/模鑄MC流程、電弧爐EAF-鋼包精煉LF-真空脫氣RH或VD-連鑄CC/模鑄MC流程、轉爐BOF/中頻爐-GOR/AOD(-鋼包精煉LF)-連鑄CC/模鑄MC流程等工藝制備優質碳素結構鋼、低合金鋼、中高合金鋼、工模具鋼、軸承鋼、彈簧鋼、不銹鋼和電工鋼均具有明顯效果。該方法突破了常規稀土金屬加入工藝導致的鋼材性能不穩定、生產過程堵塞水口等瓶頸問題。