眾所周知，在鋼鐵材料里添加適量的稀土元素對材料的組織和性能都會產(chǎn)生明顯的影響。通常鋼中稀土元素加入量為0.05%~0.20%。由于稀土與鐵的原子半徑之比遠遠超過15%，且稀土與鐵的負電性差值很大，這些都不利于形成固溶體，因此稀土在鋼鐵中的溶解度很低。鋼中的稀土元素絕大部分以稀土化合物的形式存在，主要是稀土氧化物、稀土硫化物等?？蒲腥藛T開展了在鑄鋼中加入稀土元素對其組織與性能的影響的研究，他們以ZG35CrMnSi鑄鋼為試驗材料，所用稀土添加劑為混合稀土，考慮到試驗材料中含有一定量的硫及加入稀土元素時的流失，稀土加入范圍取0.23%~0.38%，這個加入量是指熔煉時向鋼液中加入稀土的總量。對比加有稀土元素與不加稀土元素兩組試樣的組織和性能。用中頻感應(yīng)爐鑄鋼熔煉，用熔模鑄造方法制備鑄件，之后再將試件加熱到900°C+670°C空冷，然后加熱到890°C油中淬火;再進行570~630°C回火。
對比試驗結(jié)果表明，稀土對鑄鋼強度的影響不大，而對鑄鋼的韌性影響十分明顯，沖擊韌性提高了43%，延伸率提高了13.3%。組織檢測表明，未加入稀土元素的鑄鋼組織的回火索氏體，比較粗大，其晶粒度約為5級；其中灰色塊狀物為MnS夾雜物，其在整個受檢面上分布不均，MnS的形態(tài)絕大多數(shù)有棱角。添加稀土元素的鑄鋼試樣組織為均勻而細小的回火索氏體，晶粒度約為8~9級。說明加入稀土元素后可使鑄鋼組織細化。另外，加入稀土元素后對鋼的脫硫效果不明顯，但對MnS形態(tài)的影響較大。未加入稀土元素時，鋼中的MnS為條狀或帶棱角的塊狀；加入稀土元素后，硫化物為近似的球狀，且相對于未加稀土元素的試樣分布比較分散，只是在個別地方能夠看到條狀或塊狀硫化物夾雜。在未加入稀土元素的試樣斷口上，MnS較集中，且呈枝晶狀，MnS夾雜區(qū)斷口以沿晶斷裂為主，局部可見沿晶二次裂紋。在加入稀土元素的試樣中，斷口為韌性穿晶斷裂，即使在硫化物較集中區(qū)，基體金屬仍為韌性穿晶斷裂。添加了稀土元素的鑄鋼消除了枝晶狀硫化物，使其改變?yōu)榍驙罨驘o棱角的棒、塊狀的稀土硫化物，從而有利于韌性的改善。
研究指出，稀土元素細化組織的原理可能是以下幾個原因：
?。?）稀土元素加入鋼中所形成的硫化物及氧化物夾雜可成為鋼的非自發(fā)晶核，而使等軸晶細化，并使柱狀晶區(qū)縮短。
?。?）稀土元素在固相中的溶解度很小，一旦鋼液凝固，稀土富集在正在生長的結(jié)晶前沿的液相，阻止晶體長大，因而使晶粒細化。
?。?）稀土元素易于在晶界聚集，降低合金界面張力，使晶粒長大的驅(qū)動力減少，從而抑制奧氏體晶粒長大，相應(yīng)地淬火所形成的片狀馬氏體也較細小。