Редкоземельные металлы

Редкоземельные металлы (РЗМ) имеют подобно щелочноземельным элементам высокое сродство к кислороду и сере. На рис. 48 показано равновесие одного из РЗМ церия с кислородом и серой при 1600°С. По­нятие редкоземельные металлы, или лантаноиды, охватывает ряд из 14 элементов, следующих за лантаном (порядковый номер 57); их порядко­вые номера в периодической таблице элементов с 58 по 71.

Для технических целей (пренебрегая дорогим способом разделения РЗМ) получают сплав, называемый цериевым мишметаллом и имеющий состав, %: 50-55 Се, 25-30 La, 10—15 Nd, 4—6 Рг.

Термодинамика редкоземельных металлов

В табл. 10 приведены данные о температурах плавления, кипения и плотности (при комнатной температуре) некоторых РЗМ. Значения тем­ператур плавления и кипения РЗМ по сравнению с железом свидетельст­вуют о том, что при их введении в расплавленную сталь не следует ожи­дать каких-либо проблем с растворением и испарением.

Таблица 10. Физические свойства редкоземельных металлов
Металл	Температура плавления, ºС	Температура кипения, ºС	Плотность, г/см^3
Лантан	920	4516	6,17
Церий	804	3599	6,77
Празеодим	935	3449	6,78
Неодим	1024	3299	7,00
Железо	1536	2859	7,86
Алюминий	660	2500	2,70

РЗМ полностью растворимы в жидком железе. Напротив, в твёрдом железе их растворимость мала. Избыточное содержание РЗМ, т.е. не связанное с кислородом и серой, выделяется при затвердевании стали по границам первичных кристаллов вплоть до образования эвтектики( для системы Fe-Ce - 641ºC; для Fe-La - 785 ºC).

На рисунке 68 показано равновесие при 1600ºС между кислородом,серой и некоторыми элементами церием и лантаном, растворенным в жидком железе. Церий и лантан имеют большее сродство к кислороду, чем алюминий, титан и кремний, и большее сродство к сере ,чем цирконий и марганец, поэтому они могут заменить указанные металлические элементы в их оксидах и сульфидах.

Образование и распределение оксидных и сульфидных включении после присадки РЗМ в расплавленную сталь

Морфология включений. Как уже отмечалось, сразу после введения РЗМ в расплавленную сталь происходит образование оксидов, оксисульфидов и сульфидов.

Д. Янке и В. Фишер экспериментальным путем смогли показать, что глинозем восстанавливается церием. Если принять, что оксиды, оксисульфиды и сульфиды РЗМ выделяются в названной последовательности и что образовавщиеся вначале продукты реакции могут служить зародыша­ми в последующем, то можно заключить, что присадка РЗМ в расплавлен­ную сталь ведет к образованию многофазных включений существенно различного состава. В результате подобных отложений могут возникнуть также крупные частички, в частности, вследствие того, что РЗМ реагируют после введения с уже имеющимися крупными включениями, образовав­шимися при предварительном раскислении.