稀土能有效提高鑄鋼的韌性
眾所周知，在鋼材中加入適量的稀土元素，會對材料的結構和性能產生重大影響。 通常鋼中稀土元素的添加量為0.05%~0.20%。 由於稀土與鐵的原子半徑之比遠遠超過15%，而且稀土與鐵的電負性差異很大，不利於固溶體的形成，所以稀土在鋼中的溶解度非常低。 鋼中的稀土元素大部分以稀土化合物的形式存在，主要是稀土氧化物和稀土硫化物。
西安航空職業技術學院開展了在鑄鋼中添加稀土元素對其組織和性能影響的研究。 他們使用ZG35CrMnSi鑄鋼作為試驗材料，使用的稀土添加劑為混合稀土。 考慮到試料中含有一定量的硫和添加稀土元素時的損失，稀土添加範圍為0.23%~0.38%，這個添加量是指在冶煉過程中加入到鋼水中的稀土總量。 比較含稀土元素和不含稀土元素的兩組樣品的結構和性能。 鑄鋼件在中頻感應爐中熔煉，鑄件採用熔模鑄造。 然後將試件加熱至900℃+670℃空冷，再加熱至890℃油淬； 然後570~630°C火。
對比試驗結果表明，稀土對鑄鋼的強度影響不大，但對鑄鋼的韌性有顯著影響。 衝擊韌性提高43%，延伸率提高13.3%。 顯微組織檢查表明，不含稀土元素的鑄鋼組織回火索氏體比較粗大，晶粒度在5左右； 其中，灰色塊狀為MnS夾雜物，未分佈在整個檢測面。 一般來說，MnS 的形貌多呈棱角狀。 含稀土元素鑄鋼試樣組織為均勻、細的回火索氏體，晶粒度約為8-9。 說明加入稀土元素後，鑄鋼的組織可以得到細化。
另外，加入稀土元素後，鋼的脫硫效果不明顯，但對MnS的形貌影響較大。 不添加稀土元素時，鋼中的MnS呈帶棱角的條狀或塊狀； 添加稀土元素後，硫化物大致呈球形，分佈相對於不含稀土元素的樣品來說相對分散，但只有少數地方可以看到條狀或塊狀的硫化物夾雜物。 在不含稀土元素的試樣斷口上，MnS 集中並呈樹枝狀。 MnS夾雜區的斷裂以沿晶斷裂為主，局部可見晶間二次裂紋。
在含有稀土元素的試樣中，斷裂為韌性穿晶斷裂。 即使在硫化物集中的區域，基體金屬仍然是韌性穿晶斷裂。 添加稀土元素的鑄鋼消除了樹枝狀硫化物，變成球形或無角棒狀和塊狀稀土硫化物，有利於韌性的提高。
有研究指出，稀土元素精煉的原理可能是由於以下原因：
(1)鋼中加入稀土元素形成的硫化物和氧化物夾雜物，可以成為鋼的非自髮晶核，細化等軸晶，縮短柱狀晶區。
(2)稀土元素在固相中的溶解度很小。 鋼水凝固後，稀土在生長晶體前端的液相中富集，阻止晶體生長，從而使晶粒細化。
(3)稀土元素傾向於在晶界積累，降低合金的界面張力，降低晶粒長大的驅動力，從而抑制奧氏體晶粒的長大。 相應地，淬火形成的片狀馬氏體也較小。 .
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