上世紀五十年代,美國的Carpenter公司及American Steel Foundries公司開始研發稀土鋼,人們對稀土在不銹鋼管中的作用也有了一定的了解。對于不銹鋼管本身,稀土對其最重要的作用便是凈化鋼液以及改質夾雜物,所以在不銹鋼管中添加稀土受到各大鋼鐵公司的重視。隨著上世紀七十年代稀土鋼研究的蓬勃發展,研究者也逐漸概括出稀土對不銹鋼管的作用,主要有以下三條:凈化鋼液、微合金化處理以及改善夾雜物的性質。a)凈化作用

在將稀土加入鋼液后,稀土元素與鋼液中的O、P、S等元素結合生成高熔點的非金屬化合物,在鋼液流動時使得這些非金屬化合物上浮到鋼渣中,使得鋼液中的O、P、S等有害元素含量降低,達到了降低不銹鋼管中夾雜物目的。與此同時稀土元素還降低鋼液中H、As、Pb、Sn等有害元素的含量,降低了其對不銹鋼管的不良影響;且與稀土結合后夾雜物相對于未結合的O、S等夾雜對于不銹鋼管的性能影響要小的多,所以由此可以看出鋼中加入稀土提高了不銹鋼管的性能。

b)微合金化作用

對于不銹鋼管來說,稀土的微合金化是指通過固溶作用將稀土元素固溶于鋼基體中,繼而影響不銹鋼管本身的結構組成和晶體結構,通過這些作用來改善不銹鋼管的性能從而達到需要的使用需求。由于稀土原子半徑相對于鐵來說較大,所以稀土在不銹鋼管中僅僅是微量固溶,同時一旦稀土溶于鋼基體后會使不銹鋼管本身產生晶格畸變,并由此提高了不銹鋼管本身的強度。稀土在不銹鋼管中的固溶強化、存在形態和稀土對晶界處偏聚元素的影響效果等幾個因素共同決定了不銹鋼管的合金化強度。通過研究可得,稀土在不銹鋼管中的主要存在形式為復合夾雜,如硫氧化鈰、氧化鈰等形式,這些夾雜物主要是通過稀土與不銹鋼管中的O、S反應生成,使得不銹鋼管中的夾雜物起到了變性的作用,同時稀土還可以與不銹鋼管中的S、P結合,減少這兩種元素在晶界處偏析,降低S、P不銹鋼管的脆化危害,提升了不銹鋼管的性能。

c)改質夾雜物

改善不銹鋼管中夾雜物的性質是稀土在鋼中的又一重要作用,在不銹鋼管中加入稀土元素會使得稀土元素與鋼中的S、O等元素形成難溶的化合物從而在不銹鋼管中彌散分布,使得其對鋼基體本身形成彌散強化,從而增強了鋼基體的力學性能。同時這些彌散分布的稀土夾雜物作為晶粒結晶時非均勻形核的核心,此時在細化晶粒的同時不銹鋼管中的O、S等有害元素亦被除去,可謂一舉雙得。

而若欲將鋼中長條狀硫化物夾雜完全球化,可依鋼中所加入稀土含量與硫元素含量之比(RE/S)計算,并精準控其數值。同時,經前人研究可知,若[Ce]/[S]>3時,鋼中稀土元素對于硫之脫除最佳,如此則鋼中硫化夾雜可為稀土硫化夾雜取而代之。如此可改善鋼中橫向韌性、疲勞性、高溫塑性及耐腐蝕性等。