2019年，我國粗鋼產(chǎn)量近10億噸，超過全球總產(chǎn)量的1/2，然而量大面廣的普碳鋼（占比約70%）都存在耐蝕性不足的嚴(yán)重問題。

稀土（Rare Earth，簡稱RE）由于其特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，在傳統(tǒng)鋼鐵材料中對于提高耐蝕性有著“點(diǎn)石成金”的作用。

然而，一方面，我國雖然是稀土資源最豐富的國家，但開采重稀土伴生的大量低成本鑭、鈰、釔稀土積壓嚴(yán)重；另一方面，盡管稀土加入鋼中可顯著提高耐蝕性是行業(yè)普遍認(rèn)知，但稀土加入鋼中收得率低的問題一直未得到根本解決。

所謂“稀土稀土，稀里糊涂”，攻克稀土在鋼中的收得率將不僅能為我國富余稀土找到出路，而且對提高我國耐大氣腐蝕鋼的質(zhì)量及開發(fā)新鋼種具有重要意義。

上海大學(xué)董瀚教授團(tuán)隊(duì)正是針對上述問題，通過在鋼中加入稀土提高稀土收得率的新工藝開發(fā)，深入研究稀土在鋼中的賦存狀態(tài)、稀土物理化學(xué)性質(zhì)再分析、稀土多形合金化作用機(jī)理和耐蝕機(jī)理的新認(rèn)識，形成了稀土耐蝕普碳鋼的技術(shù)創(chuàng)新“。

01 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

稀土耐蝕普碳鋼是在鋼中加入微量稀土元素從而顯著改善鋼的耐蝕性，特別是普碳鋼，加入微量的高豐度鑭鈰稀土可達(dá)到含銅、磷、鉻、鎳耐候鋼的水平，形成稀土耐蝕普碳鋼技術(shù)。

創(chuàng)新點(diǎn)1

稀土夾雜物變性技術(shù)，降低鋼鐵材料發(fā)生點(diǎn)蝕的趨勢

通過在鋼中加入一定含量的稀土合金，顯著改變了夾雜物性質(zhì)及狀態(tài)，夾雜物類型從MnS、Al2O3向稀土氧、硫化物或復(fù)合夾雜物轉(zhuǎn)變，夾雜物發(fā)生了顯著的細(xì)化和球化，有效降低了夾雜物與基體間的電極電位差，減小了點(diǎn)蝕傾向。如圖1(a)所示。

創(chuàng)新點(diǎn)2

稀土界面偏聚降低界面能，避免局部腐蝕

稀土鑭的原子半徑為2.74?，鈰的原子半徑為2.7?，而鐵原子半徑為1.72 ?。稀土很難以置換固溶體的形式在鋼中穩(wěn)定存在，更趨向于偏聚在能量更高、排列不穩(wěn)定、缺陷更多的界面上。稀土大原子的界面偏聚能夠顯著降低界面能，在大氣腐蝕條件下有效避免局部腐蝕的發(fā)生。如圖1(b)所示。

創(chuàng)新點(diǎn)3

自由表面偏聚技術(shù)，促進(jìn)鋼表面形成穩(wěn)定銹層

鋼中加入的稀土?xí)蜾P層與基體界面偏聚，增加銹層與基體結(jié)合力及附著強(qiáng)度，提高銹層致密性。通過該技術(shù)生產(chǎn)的鋼材包括建筑用螺紋鋼、板材、型材和棒線材等多品種稀土耐蝕鋼，形成了穩(wěn)定銹層，可有效隔絕鋼的基體和腐蝕環(huán)境的接觸，”以銹防銹“減緩腐蝕速率。如圖1(c)所示。

創(chuàng)新點(diǎn)4

穩(wěn)定的高稀土收得率添加技術(shù)，保證了成果的工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用推廣

該技術(shù)可將鋼中稀土含量精確控制在100~400ppm范圍，稀土收得率保持在70%~90%。已成功生產(chǎn)多品種稀土鋼，見圖2，規(guī)模化生產(chǎn)近萬噸，完成技術(shù)應(yīng)用的生產(chǎn)企業(yè)已達(dá)14家，合同總額在1.04億元。

生產(chǎn)的稀土鋼已廣泛應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑、耐蝕地螺絲、外掛裝飾裝修、廠房式標(biāo)準(zhǔn)建筑、可移動集裝箱和彩涂板等領(lǐng)域，建立了多個(gè)政府典型示范項(xiàng)目，見圖3。

02 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實(shí)施

低成本稀土合金化技術(shù)在鋼中的推廣和應(yīng)用，對鋼鐵行業(yè)的更新?lián)Q代、鋼材高性能化和減量化應(yīng)用、提高稀土資源利用率均有重要意義。稀土耐蝕鋼具有顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益，有利于企業(yè)、行業(yè)、國家綠色化的可持續(xù)發(fā)展。

為了填補(bǔ)現(xiàn)行稀土耐候結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)體系的空白，規(guī)范稀土耐候結(jié)構(gòu)鋼的通用技術(shù)要求，在中國金屬學(xué)會新材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會的組織下，上海大學(xué)作為主要起草單位經(jīng)過近兩年的調(diào)研和技術(shù)討論，廣泛征求了各方意見，形成了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《稀土耐候結(jié)構(gòu)鋼》（T/CSM 12-2020）。本標(biāo)準(zhǔn)于2020年6月11日正式發(fā)布實(shí)施，滿足生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)范需要以及用戶單位的使用需求。

03 新技術(shù)的應(yīng)用成果

目前采用稀土合金化技術(shù)生產(chǎn)螺紋鋼、棒線材、型鋼和板材的企業(yè)已達(dá)14家，產(chǎn)量近萬噸。聯(lián)鑫鋼鐵采用本稀土合金化技術(shù)生產(chǎn)的HRB400ERE螺紋鋼821噸已應(yīng)用于河北某企業(yè)重點(diǎn)工程項(xiàng)目；安陽鋼鐵生產(chǎn)的Q235BRE普碳鋼330噸正在用于建造鋼結(jié)構(gòu)民居房；東北特鋼生產(chǎn)的102噸抽油桿S22稀土耐蝕鋼已運(yùn)至勝利油田制造抽油桿；某型號輕武器用低合金鋼CrNiMoRE累積應(yīng)用已超100噸。以上海大學(xué)及多家鋼廠共同牽頭的稀土鋼產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正在建立中。

鑒于此，2020年8月由中國稀土學(xué)會組織的科技成果評價(jià)會對《基于稀土合金化提高鋼材耐腐蝕性能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化》項(xiàng)目進(jìn)行了成果綜合評價(jià)。以國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會主任干勇院士為組長的11位行業(yè)專家一致認(rèn)為，上海大學(xué)董瀚教授領(lǐng)銜的高性能鋼鐵材料團(tuán)隊(duì)的科研成果發(fā)現(xiàn)并創(chuàng)新了稀土多形合金化耐蝕機(jī)理，開發(fā)了普碳鋼稀土合金化耐蝕技術(shù)，形成了中國特色的新型稀土耐蝕鋼生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)，低成本綠色化稀土耐蝕鋼理論和技術(shù)總體達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

04 戰(zhàn)略合作加快產(chǎn)業(yè)化步伐

5月15日，上海大學(xué)與冀南鋼鐵集團(tuán)簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將通過全面戰(zhàn)略合作，共同努力，加大我國稀土耐蝕普碳鋼開發(fā)力度、加快產(chǎn)業(yè)化步伐。 

根據(jù)協(xié)議，雙方的合作目標(biāo)是結(jié)合冀鋼集團(tuán)的裝備、市場、技術(shù)和資金優(yōu)勢、產(chǎn)品特點(diǎn)，以及上海大學(xué)在學(xué)科、科研和人才資源等方面的優(yōu)勢，通過聚集國內(nèi)外相關(guān)科研力量，以冀鋼集團(tuán)主要產(chǎn)品的低成本、高質(zhì)量和綠色化為目標(biāo)，通過鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)提升，加大稀土耐蝕鋼的開發(fā)力度、加快產(chǎn)業(yè)化步伐，為我國鋼鐵工業(yè)的綠色低碳化發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

雙方的合作內(nèi)容包括：以提升冀鋼集團(tuán)螺紋鋼及其他普碳鋼產(chǎn)品質(zhì)量為目標(biāo)，采用上海大學(xué)稀土合金化技術(shù)，開展稀土耐蝕普碳鋼等產(chǎn)品的開發(fā)、新產(chǎn)品應(yīng)用推廣等合作；冀鋼集團(tuán)為上海大學(xué)科研成果中試、校外實(shí)習(xí)（實(shí)踐）和產(chǎn)學(xué)研示范基地提供設(shè)備和人員支持，在條件成熟的基礎(chǔ)上，雙方聯(lián)合成立相關(guān)研發(fā)機(jī)構(gòu)；共同開展技術(shù)人才培養(yǎng)工作；共同承擔(dān)和參與科研攻關(guān)和聯(lián)合申報(bào)省部級、國家級科研項(xiàng)目；設(shè)立獎學(xué)/獎教基金，定向資助有意愿到冀鋼集團(tuán)學(xué)習(xí)和工作或來自河北地區(qū)的品學(xué)兼優(yōu)的優(yōu)秀學(xué)生和青年教師等。