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锆铪专栏

金属锆在黑色冶金领域中的应用

熊炳昆

(北京有色金属研究总院，北京100088)

在黑色冶金领域中，金属锆常用做炼钢脱气剂、添加剂，用以改善和提高产品的性能。除了直接使用未经锆铪分离制得的含铪海绵锆或锆屑或锆粉外，也使用中间合金如Zr-Fe,Zr-Si,Zr-Si-Ca和Zr-Si-Mn等。锆对于降低钢的应变时效，改善钢的氢脆现象有良好作用，对改善低合金钢的低温韧性效果比钒好，且对纯铁和碳素钢的退火组织有细化作用。在铸铁中，添加锆有利于片状石墨的形成，并减少了碳化物析出，通常是以铁硅锰锆合金(60%~65%Si,5%

~7%Mn,5%~7%Zr,20%Fe)形式加入。锆还可以促进铸造收缩，增加铸件的耐热震性。金属锆在黑色冶金及材料中的一些应用实例见表1。

由于锆具有较高的活性及其与某些气体杂质的较大亲合力，锆在炼钢过程中，可脱去钢中的氧、氮及硫；添加少量金属锆也可以提高工具钢的切削寿命，防止低碳不锈钢晶间腐蚀和热脆，提高其焊接性能。表2列出了锆对工具钢切削寿命的影响。

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-Cr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

Si-Mn-Zr合金具有强的石墨化作用，并能防止白口化，可获得具有下列力学特性的高强 度灰口铁：最大破坏负载14200N,最大挠度8.3mm,极限强度153MPa(试样直径为30.5mm)。比较了含1%Si与1%Zr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19500N;②最大挠度为9.25mm;③极限强度为179MPa。

另外，在团块混合料中加入1.2%Si和0.16%Zr,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0.02%的铸铁中，加入0.13%~0.15%锆，其切削加工性能提高40%~45%;添

加高Si-Zr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0.08%~0.15%C,0.5%~0.45%Mn,0.6%-0.9%Si,0.4%P、0.5%-0.15%Cr,0.05%~0.5%Zr。

在含2%C的某些钢中加入(0.08%~0.1%)Zr,锆可提高高钢的性能，抗冲击强度增加15%,这种钢可用于制造衬板。在35号钢中加入0.15%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%Ni和0.35%Zr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(0.08%)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(0.05%~0.1%)Zr后，P18钢(含18%W)中钨的用量减少到5%~6%,P9钢

(10%W)中钨减少到4%,制成的刃具的切削速度可达140m/s,而不加锆的钢刃具切削

合金钢添加剂

用做钢铁冶金添加剂和特种电焊条

速度为74m/s。

含锆铬合金钢可代替铬镍合金钢。Zr-Si-Fe合金

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数稀有金属快报

表2锆对高碳工具钢切削寿命的影响

试样

C

化学成分1%

Zr

Zr加入量1%

硬度(HRC)

切削寿命①/s

切削寿命Ⅱ②s

Si

Mn

1

1.06

0.1

0.15

63.5

255

86

2

1.06

0.17

0.14

痕量

0.3

62.5

558

62

3

1.06

0.16

0.16

0.34

0.5

64

1510

263

注：①吃刀量1.2mm,走刀量0.1mm/r,切削速度15.5m/min;②吃刀量1.2mm,走刀量0.1mm/r,切削速度20.4m/min。

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2004年进口量有所减少外，其它年份的进口量均为