上世纪五十年代,美国的Carpenter公司及American Steel Foundries公司开始研发稀土钢,人们对稀土在不锈钢管中的作用也有了一定的了解。对于不锈钢管本身,稀土对其最重要的作用便是净化钢液以及改质夹杂物,所以在不锈钢管中添加稀土受到各大钢铁公司的重视。随着上世纪七十年代稀土钢研究的蓬勃发展,研究者也逐渐概括出稀土对不锈钢管的作用,主要有以下三条:净化钢液、微合金化处理以及改善夹杂物的性质。a)净化作用

在将稀土加入钢液后,稀土元素与钢液中的OPS等元素结合生成高熔点的非金属化合物,在钢液流动时使得这些非金属化合物上浮到钢渣中,使得钢液中的OPS等有害元素含量降低,达到了降低不锈钢管中夹杂物目的。与此同时稀土元素还降低钢液中HAsPbSn等有害元素的含量,降低了其对不锈钢管的不良影响;且与稀土结合后夹杂物相对于未结合的OS等夹杂对于不锈钢管的性能影响要小的多,所以由此可以看出钢中加入稀土提高了不锈钢管的性能。

b)微合金化作用

对于不锈钢管来说,稀土的微合金化是指通过固溶作用将稀土元素固溶于钢基体中,继而影响不锈钢管本身的结构组成和晶体结构,通过这些作用来改善不锈钢管的性能从而达到需要的使用需求。由于稀土原子半径相对于铁来说较大,所以稀土在不锈钢管中仅仅是微量固溶,同时一旦稀土溶于钢基体后会使不锈钢管本身产生晶格畸变,并由此提高了不锈钢管本身的强度。稀土在不锈钢管中的固溶强化、存在形态和稀土对晶界处偏聚元素的影响效果等几个因素共同决定了不锈钢管的合金化强度。通过研究可得,稀土在不锈钢管中的主要存在形式为复合夹杂,如硫氧化铈、氧化铈等形式,这些夹杂物主要是通过稀土与不锈钢管中的OS反应生成,使得不锈钢管中的夹杂物起到了变性的作用,同时稀土还可以与不锈钢管中的SP结合,减少这两种元素在晶界处偏析,降低SP不锈钢管的脆化危害,提升了不锈钢管的性能。

c)改质夹杂物

改善不锈钢管中夹杂物的性质是稀土在钢中的又一重要作用,在不锈钢管中加入稀土元素会使得稀土元素与钢中的SO等元素形成难溶的化合物从而在不锈钢管中弥散分布,使得其对钢基体本身形成弥散强化,从而增强了钢基体的力学性能。同时这些弥散分布的稀土夹杂物作为晶粒结晶时非均匀形核的核心,此时在细化晶粒的同时不锈钢管中的OS等有害元素亦被除去,可谓一举双得。

而若欲将钢中长条状硫化物夹杂完全球化,可依钢中所加入稀土含量与硫元素含量之比(RE/S)计算,并精准控其数值。同时,经前人研究可知,若[Ce]/[S]>3时,钢中稀土元素对于硫之脱除最佳,如此则钢中硫化夹杂可为稀土硫化夹杂取而代之。如此可改善钢中横向韧性、疲劳性、高温塑性及耐腐蚀性等。