金属锆在黑色冶金领域中的应用.pdf

金 属 治 癌 舄 金 锸 魄 国 痞 尿 熊炳 昆 北京有色金属研究总院， 北京1 0 0 0 8 8 在黑色冶金领域中， 金属锆常用做炼钢脱气剂 、 ～ 7 ％M n ， 5 ％～ 7 ％Z r ， 2 0 ％F e 形式加人。 锆还可以促进 添加剂 。 用以改善和提高产品的性能。 除了直接使用 铸造收缩 ， 增加铸件的耐热震性。 金属锆在黑色冶金 未经锆铪分离制得的含铪海绵锆或锆屑或锆粉外 ， 及材料中的一些应用实例见表 1 。 也使用中间合金如z 卜F e ， z 卜s i ， z 卜s i c a 和 Z 卜s i 一 由于锆具有较高的活性及其与某些气体杂质的 Mn 等。锆对于降低钢的应变时效， 改善钢的氢脆现 较大亲合力， 锆在炼钢过程中， 可脱去钢中的氧、 氮 象有良好作用，对改善低合金钢的低温韧性效果比 及硫；添加少量金属锆也可以提高工具钢的切削寿 钒好， 且对纯铁和碳素钢的退火组织有细化作用。 在 命 ， 防止低碳不锈钢晶间腐蚀和热脆， 提高其焊接性 铸铁中。 添加锆有利于片状石墨的形成 ， 并减少了碳 能。表 2 列出了锆对工具钢切削寿命的影响。 化物析 出， 通常是以铁硅锰锆合金 6 O ％～ 6 5 ％S i ， 5 ％ 表 1 金属锆在黑色冶金中的一些应用实例 用途 作用和性能 用于灰口铁变质处理 用于低硫铸铁变质处理 用做低铬钢添加剂 用做 C Mn C r 钢的添加剂 用做 中间合金钢添加剂 用做滚珠轴承钢的添加剂 用做不锈钢 、 碳素钢添加剂 用做高速切削钢的变形处理剂 合金钢添加剂 用做钢铁冶金添加剂和特种电焊条 S i M n Z r 合金具有强的石墨化作用， 并能防止白E l 化， 可获得具有下列力学特性的高强 度灰 口铁 最大破坏负载 1 4 2 0 0 N． 最大挠度 8 ． 3 n l l n ， 极限强度 1 5 3 M P a 试样直径 为 3 0 ． 5 m m 。 比较 了含 1 ％S i 与 1 ％Z r 对生铁的影响， 结果表明以锆 的中间合金作为铸铁的 变质处理剂 ， 可使铸铁具有较大的挠度和较高的冲击韧性。含锆 中间合金的灰 口铁力学 特性为 ①最大破坏负载为 1 9 5 0 0 N ； ②最大挠度为 9 ． 2 5 m m； ③极 限强度为 1 7 9 M P a 。 另外． 在团块混合料中加入 1 ． 2 ％S i 和 0 ． 1 6 ％Z r ， 能够提高灰口铁的流动性并消除钢包中 液体金属表面氧化膜 。 在含硫小于 0 ． 0 2 ％的铸铁 中， 加入 0 ． 1 3 ％一 0 ． 1 5 ％锆 ， 其切削加工性能提高 4 0 ％一 4 5 ％； 添 加高 s i z r 中间合金进行变质处理的铸铁， 可使铸铁得到完全铁素体的结构。 锆是钢的有力脱氧剂 ， 并能脱硫 ， 使晶粒细化 以及作为氮化物的稳定剂 。添加了锆的低 铬 钢 的成份 为 0 ． 0 8 ％一 0 ． 1 5 ％C ， 0 ． 5 ％～ 0 ．4 5 ％M n ， 0 ． 6 ％- 0 ． 9 ％S i 。 0 ． 4 ％P 、 0 ． 5 ％- 0 ． 1 5 ％C r ， 0 ． 0 5 ％一 0 ． 5 ％Zr 。 在含 2 ％C的某些钢 中加入 0 ． 0 8 ％一 0 ． 1 ％ Z r ，锆可提高高钢的性能 ，抗冲击强度增加 1 5 ％， 这种钢可用于制造衬板。在 3 5 号钢 中加入 0 ． 1 5 ％锆提高 了钢水流动性 。 钢中添加镍和锆可提高合金耐蚀性 。 加入 3 ％N i 和 0 ． 3 5 ％Z r 就提高中间合金钢的强度及 可焊性。 采用合金元素锆代替铝， 用做滚珠轴承钢的脱氧剂 ， 可减少氧化物夹渣对金属的污染。 用锆作为脱氧剂 的滚珠轴承钢与用铝作为脱氧的钢相比．前者在弯曲时具有较高的疲 劳极 限且具有较高的冲击韧性。 加入锆的不锈钢可避免钢 中产生缺陷 ，一般锆是 以硅锆合金形式加入 ，添加少量锆 0 ． 0 8 ％ 能够增加淬火不锈钢马氏体的淬透性和中间结构， 并 降低结晶速度。 在钢中加入 0 ． 0 5 ％ 一 0 ． 1 ％ Z r 后 ， P 1 8 钢 含 1 8 ％W中钨的用量减少到 5 ％一 6 ％， P 9钢 1 0 ％W 中钨减少到 ， 制成的刃具的切削速度可达 1 4 0 m ／ s 。 而不加锆的钢刃具切削 速度为 7 4m ／ s 。 含锆铬合金钢可代替铬镍合金钢。 z r S i F e 合金 维普资讯 注 ①吃刀量 1 ． 2 m m， 走刀量 0 ． 1 m m h 切削速度 1 5 ． 5 m ／ m i n ；②吃刀量 1 ． 2 m m， 走刀量 0 ． 1 m m h 切削速度 2 0 ． 4 m ／ m i n 。 近年我 国金属锆及其制品进 口概况 近年来 ， 随着我国核电工业 以及化工 、 电子等行 业的发展对金属锆需求不断增长， 金属锆制品 含未 锻轧锆 、 锻轧锆 、 金属及粉末等 一直保持进 口旺盛 的势头， 除 2 0 0 4 年进 V I 量有所减少外 ． 其它年份的进 口量均为 6 0 0 t l 0 0 0 t 。 虽然在有色金属领域里。 锆只 是一个小金属 ， 但从其进 口量分析。 国内金属锆的需 求量仍较大。表 1 为近年来金属锆的进 口数量统计。 分析 2 0 0 4年进 V I 减少的原因． 主要由于国内火 器锆和工业级锆及锆粉末制品产量有所增加 ， 锦铁 、 表 1 近年来金属锆的进口量 t 华晨、 宏发 3 家含铪锆的年产量超过 9 0 t 。 库存量近 4 0 t ， 可以满足国内需求 ， 还有部分出 V I 。另外 ， 有消 息称 ． 俄罗斯 、 加拿大等国家也有意从 中国购买可用 于制造化工设备的工业级 含铪 锆。 本刊通讯 员 诘莫砂供求平街预测 2 0 0 4 年世界锆英砂需求 。当初预测有 7 ．4 x 1 0 4 t 的供应不足， 但实际数字为 5 x l t 。目前锆英砂的需 求主要是亚洲 ， 特别是 中国， 但受生产不足以及包括 流通在内的库存见底的影响。使得2 0 0 4年世界锆英 砂需求量达 1 1 4 ．2 x l 0 4 t ， 比前一年增长 0 ． 8 ％ 且在生 产方面 ， 澳大利亚、 南非的减产部分 由于被美国等其 它地域的增产部分所弥补 。锆英砂存在的供求间隙 在逐渐减小。 目前世界锆英砂市场仍处于供求紧张状态 ． 根 据新的扩产计划 ．要 达到供求平衡状态可能要 到 2 0 0 6年。 根据澳大利亚 T Z MI 公司的预测 ， 今年由于 锆英砂的主要生产国澳大利亚和南非都同时增产 ． 使得世界供求紧张状况稍有缓解，但仍有 4 ．3 x l 0 4 t 的供应缺 V I ，这也是世界锆英砂连续第 3年供应紧 张。 表 2列出了世界锆英砂的需求预测。 表 2 世界锆英砂的需求预测 1 0 a t 本刊通讯员 维普资讯