周知のように、鉄鋼材料に適量の希土類元素を添加することは、材料の構造と性能に大きな影響を与える。通常、鋼材に含まれる希土類元素の添加量は0.05～0.20％である。レアアースと鉄の原子半径の比は15%をはるかに超え、レアアースと鉄の電気陰性度の差は非常に大きいため、これらは固溶体の形成を助長しないため、鉄鋼中のレアアースの溶解度は非常に低い。鉄鋼中の希土類元素のほとんどは、希土類化合物、主に希土類酸化物および希土類硫化物の形で存在する。
西安航空職業技術学院は、鋳鋼へのレアアース添加が鋳鋼の構造と性能に及ぼす影響について研究を行った。彼らは試験材料としてZG35CrMnSi鋳鋼を使用し、使用された希土類添加剤は混合希土類であった。試験材料は一定量の硫黄を含み、希土類元素を添加する際の損失を考慮すると、希土類添加の範囲は0.23%~0.38%であり、この添加量は製錬中に溶鋼に添加される希土類の総量を意味する。希土類元素を添加したサンプルと添加しないサンプルの構造と性能を比較する。鋳鋼は中間周波誘導炉で製錬され、インベストメント鋳造で鋳片が作製される。その後、試験片を900℃+670℃に加熱して空冷し、890℃に加熱して油中焼き入れを行い、その後570~630℃の火入れを行う。
比較試験の結果、レアアースは鋳鋼の強度にはほとんど影響しないが、鋳鋼の靭性には大きな影響を与えることがわかった。衝撃靭性は43%増加し、伸び率は13.3%.組織検査の結果、希土類元素を含まない鋳鋼組織の焼戻しソルバイトは比較的粗く、その粒径は約5であり、その中でも灰色の塊はMnS介在物であり、検査面全体に分布していない。一般に、MnSの形態は角張ったものが多い。希土類元素を含む鋳鋼の試料組織は均一で微細な焼戻しソルバイトであり、粒径は約8～9である。これは、希土類元素を添加すると、鋳鋼の組織を微細化できることを示している。
また、希土類元素を添加した後の鋼の脱硫効果は明らかではないが、MnSの形態に大きな影響を与える。希土類元素を添加しない場合、鋼中のMnSは短冊状またはブロック状で、端や角があります。希土類元素を添加した場合、硫化物はほぼ球状で、希土類元素を添加しない試料に比べて分布は比較的分散していますが、短冊状またはブロック状の硫化物包有物が見られるのはわずかな場所だけです。希土類元素を含まない試料の破断面では、MnSが集中して樹枝状になっている。MnS包有部の破壊は主に粒界破壊であり、粒界二次クラックが局所的に見られる。
希土類元素を含む試料では、延性横粒状割れである。硫化物が集中している部分でも、母材は延性のある粒界型破壊である。希土類元素を添加した鋳鋼は、樹枝状硫化物を除去し、球状または非角棒状の硫化物や塊状の希土類硫化物に変化させ、靭性向上に有益である。
希土類元素の精製原理は、以下のような理由によるものではないかと指摘されている：
(1) 鋼に希土類元素を添加することによって形成される硫化物や酸化物系介在物は、鋼の非自発的な結晶核となり、等軸晶を微細化し、柱状晶領域を短縮することができる。
(2)希土類元素の固相への溶解度は非常に小さい。溶鋼が凝固すると、希土類は成長する結晶の前面で液相に濃縮され、結晶の成長を妨げるため、結晶粒が微細化する。
(3)希土類元素は粒界に蓄積する傾向があり、合金の界面張力を低下させ、粒成長の駆動力を低下させ、オーステナイト粒の成長を抑制する。これに対応して、焼入れによって形成される薄片状マルテンサイトも小さくなる。.
