净化应用
稀土易与钢中O、S、C等非金属元素发生反应，形成夹杂物，从钢水中排出，降低钢中O、S、C等有害元素含量及其偏析在晶界处。 用稀土改性钢水后形成的稀土夹杂物的熔化温度如表1所示。生成的夹杂物的熔点一般高于基体的熔点，同时密度为小且接近钢水密度（钢水密度约为7.0g/cm3）。
稀土具有较高的熔点，因此可以在钢水中保持较高的浓度。 根据图1稀土化合物的自由能和相关研究，稀土氧化物的自由能是最负的。 它首先经历脱氧，形成夹杂物。 当氧含量足够低时，生成RE2S3或RES型硫化物。 这些夹杂物呈球形或椭圆形，经过适当的镇静处理后从钢水中排出，起到净化钢水的目的。 同时，稀土还容易与P、Sn、Sb、Pb等金属元素形成熔化温度较高的化合物，从钢水中排出，减少P等其他有害元素的不利影响。 、Sn、Sb 和 Pb 的熔点较低。 稀土元素的脱氧能力与钙相当，但比镁、铝、钛强，其脱硫能力仅次于钙。 在纯钢中，P和S在晶界处有明显的偏析，但随着La或Ce的添加，P和S的偏析减少。 在La和Ce添加量分别为0.0049%和0.0054%的钢中，能谱仪检测到晶界处没有P和S晶粒。 稀土减少了P、S在晶界的析出，降低了P、S引起的脆性，从而提高了晶界强度。
变质包裹体
稀土对钢中夹杂物的变质作用主要体现在“变形”和“变性”两个方面，并且这两种作用同时存在。 变形效应是指稀土可以改变钢中原始夹杂物的形状、尺寸和分布，减少其对基体力学性能的损害。 变性是指稀土对夹杂物发生反应的影响，改变夹杂物的成分、结构和类型，从而提高钢的综合性能。 通过改变钢锭中夹杂物的性质、形态结构和位置分布，可以改善钢种的性能，达到提高钢种质量的目的。 钢水经过脱氧、脱硫后，稀土使钢水中的Al2O3、MnS、Al变性，重新形成细小的、近椭圆形的氧化铝系夹杂物和硫化物系夹杂物以及Al2O3 、MnS等。它是一种复杂的改性夹杂物，其核心被稀土包覆。 冶炼过程中添加适量稀土后，可使钢水中不规则形状的有害夹杂物转变成锤状、球状或等轴状，细小弥散地分布在钢水中，减少了不良夹杂物的发生。以及晶界裂纹的扩展。 减少应力集中的趋势。 在冶炼过程中，有效控制RE/S参数，使化学完全球化，避免钢材加工冷却时产生的加工应力，显着提高钢材的冲击韧性、疲劳性能、焊接性能等。 研究中发现，添加Ce后，Ce首先与CaO-Al2O3发生反应，如图2所示。作为反应产物，它在钢水中呈固态，很容易被液态Ca-Ce-Al-O包裹。由于表面张力而产生的夹杂物。 一定量的Ca添加并不影响夹杂物的形成，而仅影响Ca和MnS的析出。 在凝固过程中，夹杂物逐渐转变为Ca-Ce-OS夹杂物。
微合金化
随着对钢的功能要求不断提高，钢中添加稀土将集中于微合金化。 稀土原子的直径约为铁原子的0.5倍，在钢水中的固溶度很小。 当溶入金时，发生晶格畸变，发生固溶强化，钢的强度增加。 稀土原子利用空位扩散机制占据晶格截面点，在晶体中形成置换固溶体。 稀土原子容易在晶体处偏析，并与低熔点有害元素P、C、N等相互作用，降低晶界能和晶粒长大的驱动力，提高晶界度和抗冲击能力钢材中的有害元素，影响扩散、其他元素在晶界的形核和长大过程引起晶界结构和成分的变化，进而导致钢的显微组织和性能的变化。 这就是土壤的微合金化。 微合金化的强韧化程度取决于钢中土壤的存在情况、其固溶体含量、其与其他固溶元素的相互作用以及稀土对钢表面和显微组织的影响。
晶粒细化
稀土化合物作为微小的固体颗粒，可以为钢水的凝固过程提供异质成核位点。 它们富集在结晶界面，抑制晶粒长大，降低钢水结晶过冷钢材中的有害元素，从而显着细化晶粒。 高硫铸钢中添加稀土，可以扩大等轴晶面积，减少柱状晶面积，提高等轴晶率。 低硫铸钢中添加稀土可以细化二次枝晶间距。 二次枝晶间距的大小影响显微组织的偏析、夹杂物和孔隙率，从而影响力学性能。
人们发现稀土原子可以代替铁原子存在于渗碳体中，而不是以碳化物的形式存在。 但稀土原子具有较高的原子半径和畸变能，主要分布在渗碳体与铁素体的界面和晶体偏析处。 随着稀土含量的增加，奥氏体晶粒尺寸明显变小。 当稀土金属含量超过50*10-6时，奥氏体晶粒尺寸可控制在10μm左右。 然而，随着RE含量的进一步增加，奥氏体晶粒尺寸并没有明显变化。 在探索稀土的添加对晶体宏观和微观结构的影响时发现，稀土的添加显着缩短了晶体结构之间的距离。 钢水中添加稀土后，由于熔点高，形成以Ce2O3为主的异质形核点。 随着异质形核位点数量的增加，晶粒尺寸显着减小，从而提高了材料的屈服强度。 添加稀土Ce后，得到细化的回火索格利特组织，马氏体板条束宽度由约500nm减小至约200nm，达到细晶强韧化效果。 研究了不同Ce含量对重轨钢珠光体相变和形貌的影响，得出稀土能显着抑制奥氏体晶粒长大，如表2所示。此外，稀土还能使钢中的奥氏体晶粒均匀化。奥氏体晶粒粗大，增加大角度晶界比例，降低裂纹扩展速度，有效提高钢的强度和韧性。
