鐘靈強(qiáng)， 汪志剛， 陳榮春， 袁強(qiáng)強(qiáng)， 黃安康

（江西理工大學(xué)材料冶金化學(xué)學(xué)部， 江西 贛州341000）

先進(jìn)高強(qiáng)鋼（AHSS）具有較好的強(qiáng)度、塑性和吸能性，被廣泛應(yīng)用于汽車安全件、防撞構(gòu)件中。如圖1所示， 第一代先進(jìn)高強(qiáng)鋼主要包括無(wú)間隙原子（IF）鋼、高強(qiáng)度低合金（HSLA）鋼、雙相（DP）鋼等；當(dāng)人們認(rèn)識(shí)到室溫下鋼中奧氏體對(duì)鋼塑韌性優(yōu)異的改善作用時(shí)，發(fā)展了第二代先進(jìn)高強(qiáng)鋼，包括相變誘導(dǎo)塑性（TRIP） 鋼和孿晶誘導(dǎo)塑性 （TWIP） 鋼以及 TRIP/TWIP 復(fù)合效應(yīng)的鋼種；第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼擁有更高的強(qiáng)塑積，目前主要有淬火配分（Q&P）鋼、中Mn 鋼等。 隨著能源的日益緊張與環(huán)保綠色理念的逐漸推廣，現(xiàn)代汽車制造業(yè)的核心是安全和環(huán)保。 高強(qiáng)鋼在保證使用安全的前提下， 可通過(guò)減輕構(gòu)件的重量，來(lái)實(shí)現(xiàn)輕量化，降低油耗，減少排放[1-2]。

稀土（Rear Earth，RE）是國(guó)家戰(zhàn)略資源，也是高附加值鋼鐵材料的重要微合金化元素。 由于其特殊的電子殼層結(jié)構(gòu)，稀土具有極高的化學(xué)活性，所以可用作為鋼的深度凈化劑和夾雜物的變質(zhì)劑[3]。 相比于Nb、V、Ti 等合金元素， 稀土元素在鋼中的作用機(jī)理不是很明確[4-6]，尤其是微合金化作用，如何合理的、 有效的在鋼中運(yùn)用稀土元素已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。近年來(lái)稀土資源豐富的地區(qū)，如內(nèi)蒙、江西、廣東等地開展了大量稀土元素在鋼中應(yīng)用的研究， 稀土耐候鋼、稀土耐熱鋼、稀土重軌鋼與稀土船板鋼等已經(jīng)有大量系統(tǒng)研究與工業(yè)化應(yīng)用[7-10]。

針對(duì)在汽車上應(yīng)用較多的無(wú)間隙原子鋼、高強(qiáng)度低合金鋼、孿晶誘導(dǎo)塑性鋼、相變誘導(dǎo)塑性鋼等先進(jìn)高強(qiáng)鋼，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已針對(duì)稀土的應(yīng)用展開了相關(guān)研究。 總結(jié)和分析稀土對(duì)先進(jìn)高強(qiáng)鋼性能的影響規(guī)律，闡明稀土在先進(jìn)高強(qiáng)鋼中的作用機(jī)理，對(duì)開發(fā)第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼有重要意義。本文將著重介紹稀土在第一代、第二代和第三代汽車用先進(jìn)高強(qiáng)鋼中的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用進(jìn)展， 對(duì)稀土的作用機(jī)理進(jìn)行了整理和歸納，并提出了稀土在未來(lái)汽車鋼中的應(yīng)用前景。

1 稀土在鋼中的應(yīng)用

稀土在鋼中作用是凈化鋼液、夾雜變性和微合金化。稀土凈化鋼液、夾雜變性的作用已經(jīng)有大量報(bào)導(dǎo)[11-12]。 稀土可以置換鋼中可能生成的硫化錳、氧化鋁和硅鋁酸鹽夾雜物中的氧與硫元素，形成稀土化合物。 這些稀土化合物有部分從鋼液中上浮進(jìn)入渣中，從而使鋼液中的夾雜物減少，鋼液得到凈化。 保留在鋼液中的稀土化合物則成為鋼液凝固時(shí)的非均勻形核質(zhì)點(diǎn)，細(xì)化鑄態(tài)組織。稀土的夾雜變性一是影響夾雜物或有害相的分布、組成、尺寸和存在狀態(tài)，減輕或消除其有害作用；二是減輕或消除元素偏析和組織不均勻性等。 隨著精煉技術(shù)的發(fā)展與革新， 鋼液的凈化方法越來(lái)越多，效果越來(lái)越好，稀土除了脫氧脫硫凈化作用以外，在鋼中的微合金化作用的研究正在逐步深入。

稀土元素與鐵的原子半徑比不易形成固溶，其固溶量一般在0.01%以下[13]，因此限制了其微合金化作用的研究和推廣。 稀土固溶量與O、S、Ca 元素含量有關(guān)，由于稀土元素性質(zhì)活潑，優(yōu)先與鋼中O、S 等結(jié)合形成稀土化合物， 固溶到基體中的稀土含量非常低。在含Mn 的16 Mn 鋼中，MnS 的存在抑制稀土固溶，所以降低鋼中的S 含量能有效提高稀土固溶量[14-15]。關(guān)于稀土微合金化， 目前的研究主要涉及到固溶強(qiáng)化，改善晶界，影響相變，影響雜質(zhì)元素的溶解度和減少脫溶量等幾個(gè)方面。其微合金化作用機(jī)理目前仍處于探索階段。

稀土對(duì)鋼組織的影響有：①鑄態(tài)組織。 稀土在鋼中同雜質(zhì)反應(yīng)生成的稀土化合物熔點(diǎn)較高，在鋼液凝固前析出，這種細(xì)小的質(zhì)點(diǎn)，可作為非均勻形核質(zhì)點(diǎn)，降低結(jié)晶過(guò)程的過(guò)冷度，不但可以減少偏析還可細(xì)化鋼的凝固組織；②固態(tài)相變。 梁益龍等分別研究了含0.008%和0.022%稀土的Mn-RE 系貝氏體鋼的CCT曲線，發(fā)現(xiàn)稀土導(dǎo)致其CCT 曲線右下移，降低了馬氏體點(diǎn)和貝氏體點(diǎn)[16]。 馬氏體的臨界轉(zhuǎn)變速率由168 ℃/min降至85 ℃/min， 說(shuō)明稀土提高了鋼的淬透性； ③織構(gòu)。 鋼鐵材料成形過(guò)程中，由于受到不同的加工工藝的影響，晶粒就會(huì)在某些方向上擇優(yōu)取向，這種組織結(jié)構(gòu)及規(guī)則排列狀態(tài)稱之為織構(gòu)，稀土元素通過(guò)影響組織結(jié)構(gòu)來(lái)影響織構(gòu)；④晶界。在多晶體金屬材料中，晶界處通常存在畸變、氣孔、微裂紋、雜質(zhì)等缺陷，由于其表面活性比晶粒內(nèi)部高，許多金屬材料的失效很大程度上是由于晶界處的失效導(dǎo)致的。稀土主要偏聚于晶界，其微合金化和凈化晶界作用，都能影響晶界狀態(tài)，改善晶界；⑤第二相。 對(duì)于主要依靠第二相強(qiáng)化的鋼種 （如高強(qiáng)度低合金鋼） 來(lái)說(shuō)，第二相析出越細(xì)小彌散越好。稀土的添加可改變析出碳化物的分布狀態(tài)，加入稀土后，碳化物由在晶界和晶內(nèi)隨機(jī)分布轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕植荚诰?nèi)，且使碳化物球化[17]。

稀土對(duì)鋼服役性能的影響主要有： ①改善塑韌性。添加稀土可以細(xì)化晶粒，促進(jìn)大角度晶界的形成，改善夾雜物等。雖然稀土對(duì)鋼鐵材料強(qiáng)度的提高尚有爭(zhēng)議， 但是稀土對(duì)鋼鐵材料的韌化已經(jīng)成為共識(shí)；②提高耐蝕性[18]。腐蝕與防護(hù)是鋼鐵材料研究的重要方向， 研究發(fā)現(xiàn)稀土在改善耐蝕性方面有顯著效果；③改善氫致延遲開裂。汽車用鋼板由于冶煉過(guò)程中容易引入氫原子，在服役后會(huì)出現(xiàn)延遲開裂現(xiàn)象，研究表明稀土可以抑制氫致延遲開裂；④改善耐磨性。 加入稀土使鋼中夾雜物均勻球化、細(xì)化組織晶粒都是稀土提高鋼的耐磨性的可能原因[19]。

稀土在優(yōu)特鋼中研究和應(yīng)用較多，但是針對(duì)多工序制備而成的多相的先進(jìn)高強(qiáng)鋼的研究報(bào)道較少。鑒于稀土對(duì)鋼的組織和服役性能的有益作用，可能會(huì)成為新一代先進(jìn)高強(qiáng)鋼中關(guān)鍵微合金化元素之一。

2 稀土對(duì)汽車用先進(jìn)高強(qiáng)鋼組織的影響

2.1 稀土對(duì)IF/HSLA 鋼組織與織構(gòu)的影響

稀土對(duì)IF 鋼再結(jié)晶行為有明顯影響，王朝毅在添加稀土La 的IF 鋼中發(fā)現(xiàn)，在連續(xù)退火過(guò)程中，稀土元素La 延長(zhǎng)IF 鋼的再結(jié)晶時(shí)間， 降低再結(jié)晶速率，顯著抑制IF 鋼的再結(jié)晶行為[20]。稀土對(duì)晶界的拖拽作用是其抑制IF 鋼再結(jié)晶的主要原因，稀土可提高晶界遷移的激活能， 使鋼再結(jié)晶過(guò)程中晶界遷移率降低10~100 倍。不僅如此，在晶界遷移過(guò)程中，晶界捕捉稀土原子， 因?yàn)橄⊥猎影霃奖辱F原子大得多，稀土在晶界處偏聚將降低畸變能，所以稀土原子傾向于在晶界處停留，拖拽晶界，使晶界遷移困難，對(duì)晶界的遷移起釘扎作用，再結(jié)晶行為被抑制。 稀土原子偏聚于晶界， 對(duì)晶界的拖拽作用也能抑制晶粒長(zhǎng)大。

IF 鋼中強(qiáng){111}織構(gòu)是其優(yōu)異的深沖性能的保證[21-22]，研究稀土對(duì)IF 鋼{111}織構(gòu)的影響極為重要。劉宇雁等對(duì)比了IF 鋼加入稀土前后織構(gòu)的變化，如圖2，稀土的加入導(dǎo)致α 纖維織構(gòu)變強(qiáng)、{111}面織構(gòu)的均勻性變差[23]，任東等同樣發(fā)現(xiàn)稀土La 不利于γ織構(gòu)中{111}織構(gòu)的強(qiáng)化，使得γ 織構(gòu)均勻性差[24]。這一現(xiàn)象與稀土添加使得高強(qiáng)IF 鋼冷軋板的再結(jié)晶形核能提高有關(guān)，即稀土?xí)种评滠圛F 鋼在退火過(guò)程中再結(jié)晶的發(fā)生，阻礙晶粒長(zhǎng)大，不利于γ 織構(gòu)的增強(qiáng)。

HSLA 鋼與IF 鋼都屬于第一代先進(jìn)高強(qiáng)鋼，HSLA 鋼的微合金化原理主要是利用合金元素（V、Ti、Nb、RE 等）產(chǎn)生的第二相（彌散）強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)利用晶粒細(xì)化使鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度降低效應(yīng)，來(lái)抵消因碳、氮化物析出使鋼韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高的不利影響，使HSLA 鋼獲得優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。HSLA 鋼強(qiáng)度的主要來(lái)源是第二相粒子的彌散析出阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。 QU 等對(duì)稀土 （La） 添加HSLA 鋼中的第二相進(jìn)行了研究，析出物的平均尺寸較不加稀土的實(shí)驗(yàn)鋼中的析出物約細(xì)化了15 nm，說(shuō)明稀土能促進(jìn)細(xì)小碳、氮化物的析出，有利于材料強(qiáng)韌性提高[25]。HSLA 鋼與IF 鋼一樣也有較好的深沖性能。如圖3 所示，稀土可以增加大角度晶界（取向差大于15°）的比例，當(dāng)裂紋擴(kuò)展至大角度晶界時(shí)，大角度晶界會(huì)有效地協(xié)調(diào)變形， 這增加了裂紋擴(kuò)展的阻力，提高了材料沖擊韌性[26]。

2.2 稀土對(duì)TRIP 鋼中TRIP 效應(yīng)的影響

TRIP 鋼屬于第二代先進(jìn)高強(qiáng)鋼，主要成分是C、Si 和Mn，含有50%~60%的鐵素體、25%~40%的貝氏體、5%~15%的殘余奧氏體以及少量馬氏體。 殘余奧氏體的存在是TRIP 鋼優(yōu)異性能以及命名的來(lái)源，當(dāng)TRIP 鋼板中存在一定量比較穩(wěn)定的殘余奧氏體，在應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生塑性變形時(shí)，殘余奧氏體發(fā)生馬氏體形核，進(jìn)而發(fā)生相變轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使局部硬度得到提高，變形抗力增大，變形向其它晶粒轉(zhuǎn)移，延遲頸縮的產(chǎn)生，即TRIP 效應(yīng)。 相變的持續(xù)進(jìn)行，使得材料塑性顯著提高。由于面心立方結(jié)構(gòu)的奧氏體較馬氏體致密度更高， 殘余奧氏體發(fā)生馬氏體相變體積增大， 擠壓周圍晶粒， 會(huì)引起位錯(cuò)密度增加而使TRIP鋼硬化指數(shù)（n）發(fā)生變化[27-30]。 殘余奧氏體的穩(wěn)定性不同，TRIP 效應(yīng)的現(xiàn)象也不同。 殘余奧氏體的C 含量、尺寸、形貌、分布都是影響其穩(wěn)定性的因素。 殘余奧氏體中碳含量越高，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變所需的化學(xué)驅(qū)動(dòng)力越大，TRIP 效應(yīng)降低。 當(dāng)殘余奧氏體尺寸大于1 μm 時(shí)穩(wěn)定性降低，但是對(duì)塑性沒(méi)有作用，小于亞微米尺寸時(shí)，不容易發(fā)生TRIP 效應(yīng)。 殘余奧氏體一般有薄膜狀以及塊狀，塊狀殘余奧氏體極易轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，對(duì)TRIP 效應(yīng)沒(méi)有貢獻(xiàn)。 研究稀土對(duì)殘余奧氏體的影響有重要意義。

王立輝等研究發(fā)現(xiàn)加入0.035%和0.061%的稀土（La-Ce）會(huì)使鋼中殘余奧氏體含量變低。 主要原因是稀土元素降低了奧氏體的層錯(cuò)能，使馬氏體相變開始（Ms）點(diǎn)升高，奧氏體發(fā)生馬氏體相變所需驅(qū)動(dòng)力降低，奧氏體轉(zhuǎn)變量增加。 雖然稀土降低了殘余奧氏體含量，但是由于加入稀土降低奧氏體的層錯(cuò)能，殘余奧氏體趨于發(fā)生馬氏體相變，力學(xué)穩(wěn)定性增強(qiáng)，即促進(jìn)了 TRIP 效應(yīng)[31]。 針對(duì) TRIP 鋼中的殘余奧氏體， 其含量并不是決定TRIP 鋼韌性的唯一因素， 殘余奧氏體相變轉(zhuǎn)化率也是一個(gè)重要因素， 只有當(dāng)兩者合理匹配時(shí)才能將TRIP 鋼強(qiáng)韌性最大化，稀土雖然降低了殘余奧氏體的含量，但促進(jìn)TRIP 效應(yīng)的發(fā)生， 其產(chǎn)生的具體作用未有明確定論[32]。

TRIP 鋼的強(qiáng)塑性綜合力學(xué)性能優(yōu)異， 在開發(fā)第三代高強(qiáng)度汽車用鋼上TRIP 鋼具有較大的潛力。 殘余奧氏體的含量、穩(wěn)定性等都是TRIP 效應(yīng)的影響因素， 稀土對(duì)TRIP 鋼殘余奧氏體影響的研究并不全面，尚無(wú)系統(tǒng)的理論。

2.3 稀土對(duì)TWIP 鋼的層錯(cuò)以及奧氏體晶粒的影響

TWIP 鋼的室溫組織是全奧氏體組織，TWIP 鋼發(fā)生冷變形時(shí)，奧氏體不斷生成新的形變孿晶，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，即TWIP（孿晶誘導(dǎo)塑性）效應(yīng)。 稀土對(duì)TWIP 鋼的影響主要有以下3 個(gè)方面：

1）降低 TWIP 鋼層錯(cuò)能（Stacking fault energy，SFE）。研究表明，TWIP 效應(yīng)在適當(dāng)?shù)膶渝e(cuò)能上表現(xiàn)較為明顯，一般是 20~40 mJ/m2[33-35]。 稀土對(duì) TWIP鋼層錯(cuò)能的影響尤其關(guān)鍵， 通過(guò)影響TWIP 鋼層錯(cuò)能，可以影響TWIP 效應(yīng)。研究表明添加稀土元素可以提高堆垛層錯(cuò)，如圖4 所示，層錯(cuò)幾率與層錯(cuò)能成倒數(shù)關(guān)系，即稀土能降低層錯(cuò)能。 如圖5，層錯(cuò)能降低，退火孿生機(jī)制變得活躍，所以在加入稀土的TWIP 鋼中觀察到了二次退火孿晶， 且退火孿晶明顯得到細(xì)化。 對(duì)于變形機(jī)制，層錯(cuò)能降低會(huì)抑制位錯(cuò)的交滑移，變形所需的臨界應(yīng)力提高，同時(shí)降低孿晶的晶界能，有利于在位錯(cuò)開動(dòng)（形變）之前晶粒所受應(yīng)力達(dá)到孿生變形所需應(yīng)力，促進(jìn)TWIP 效應(yīng)，材料強(qiáng)度提高[36]。

2）細(xì)化奧氏體晶粒。 稀土元素主要偏聚在晶界，釘扎晶界，退火過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大受到阻礙，稀土細(xì)化晶粒的作用機(jī)理在不同鋼種中具有一致性。

3） 提高 TWIP 鋼晶粒低 ΣCSL 晶界比例。 低ΣCSL 晶界一般指 Σ≤29 （Σ3~Σ29） 的低重位點(diǎn)陣（也可指晶界偏聚低和耐晶間腐蝕的晶界）。這種晶界擁有優(yōu)良的性能，原因是多晶材料中大量普通晶界形成一個(gè)晶界網(wǎng)絡(luò)，而大量隨機(jī)分布的低ΣCSL 晶界打斷了普通晶界的連通性，有效抑制了裂紋沿普通晶界傳播。 通過(guò)提高材料中低ΣCSL 晶界比例，可以提高材料的耐蝕性和塑韌性[37-39]。 王立輝等通過(guò)EBSD 對(duì)添加稀土的TWIP 鋼的ΣCSL 晶界進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，不含稀土的樣品中低ΣCSL 晶界占總重位點(diǎn)陣的87.5%，其中Σ3 晶界占低ΣCSL 晶界的65.9%，含0.061%稀土樣品中低ΣCSL 晶界占總重位點(diǎn)陣的89.7%，其中Σ3 晶界占低ΣCSL 晶界的70.7%， 說(shuō)明添加稀土可以促進(jìn)TWIP 鋼中低ΣCSL 晶界， 特別是Σ3 晶界的形成。 由于TWIP 鋼退火孿晶晶界屬于Σ3 晶界，所以稀土能促進(jìn)退火孿晶的形成[31]。

TWIP 鋼的極高強(qiáng)塑積使其在汽車鋼上的應(yīng)用有巨大前景，雖然學(xué)者們對(duì)稀土在TWIP 鋼中的層錯(cuò)能，力學(xué)性能等方面研究較多，但是TWIP 鋼在使用過(guò)程中一個(gè)重大缺點(diǎn)是會(huì)發(fā)生氫致延遲開裂現(xiàn)象，稀土在這方面的應(yīng)用研究卻較少，利用稀土元素來(lái)抑制氫致開裂現(xiàn)象是一個(gè)重要方向。

2.4 稀土對(duì)Q&P 鋼中Q&P 效應(yīng)的影響

Q&P 鋼是第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼，研究者從TRIP 鋼的開發(fā)中受到啟發(fā)， 將中碳高硅鋼 (0.35C-1.3Mn-0.74Si)進(jìn)行淬火處理，然后在Ms~Mf之間一定溫度等溫，使碳由馬氏體分配至殘余奧氏體，以穩(wěn)定殘余奧氏體， 提高鋼的塑韌性。 為了獲得強(qiáng)度更高的Q&P鋼，研究者提出了兩種有效的途徑：①細(xì)化初始奧氏體晶粒(通過(guò)合金化或控制軋制)，再通過(guò)Q&P 處理獲得更高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)鋼； ②通過(guò)Q&P 處理后再進(jìn)行回火處理，以在馬氏體中獲得彌散的碳化物，此方法被稱為 Q-P-T 處理[40-41]。

吳業(yè)瓊等根據(jù)第一性理論，分析了稀土對(duì)奧氏體中C 擴(kuò)散的影響， 由于稀土原子尺寸遠(yuǎn)大于Fe原子，加入稀土La 后奧氏體晶格畸變?cè)龃?，擴(kuò)散激活能降低，因此碳原子更容易擴(kuò)散[42]，這與其他研究者的試驗(yàn)結(jié)果一致。 該作用可使Q&P 鋼等溫時(shí)間縮短。 雖然稀土是強(qiáng)碳化物形成元素，但是在鋼中的加入量以及固溶量極少，對(duì)配分過(guò)程中碳化物析出影響較小，即對(duì)殘余奧氏體穩(wěn)定性的影響可以忽略。

3 稀土對(duì)汽車用先進(jìn)高強(qiáng)鋼性能的影響

3.1 改善力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性、韌性）

稀土對(duì)鋼的韌化是共識(shí)，稀土對(duì)韌性的改善機(jī)理：一是對(duì)夾雜物的改性作用，加入稀土后，鋼中夾雜物形狀較為規(guī)整，近似圓形，減輕了材料的應(yīng)力集中，從而提高了沖擊韌性，如圖6（a）所示，加入RE 后， 不同溫度下X60 和14MnNb 的沖擊功都有明顯提高；二是稀土在晶界處的偏聚影響了其它元素在晶界處的偏聚，并且稀土元素在晶界處偏聚起到了改善晶界的作用。 但是過(guò)量的稀土?xí)驗(yàn)樵诰Ы缣庍^(guò)度偏聚導(dǎo)致晶界脆化，為裂紋擴(kuò)展提供了通道，對(duì)材料韌性產(chǎn)生不利影響，所以必須合理設(shè)計(jì)稀土加入量。 在含有奧氏體的第二代、第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼中，因?yàn)橄⊥两档土虽撝袑渝e(cuò)能，影響奧氏體的相變或奧氏體內(nèi)部位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)而提高了其塑韌性。 如圖 6（b）所示，在加入 0.02%RE 的 TWIP 鋼中，稀土同時(shí)提高了其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，而且其屈服平臺(tái)較明顯， 說(shuō)明加入RE 增強(qiáng)了位錯(cuò)釘扎作用。 如圖7，無(wú)稀土TWIP 鋼斷口中的韌窩較小、較淺，而含稀土TWIP 鋼斷口中的韌窩較大、較深。一般認(rèn)為，較大較深的韌窩說(shuō)明其韌性更好，所以稀土改善了TWIP 鋼韌性[43]。

各研究者通過(guò)對(duì)不同鋼種中稀土對(duì)鋼塑性和強(qiáng)度的影響的研究， 得出了不同的結(jié)論。 在S 含量為0.03%的車軸鋼中，稀土對(duì)強(qiáng)度、塑性幾乎沒(méi)有作用。在含珠光體的鋼中，由于稀土能減少珠光體的片層間距，有利于提高珠光體鋼的屈服強(qiáng)度。除此之外，固溶的稀土原子與位錯(cuò)之間引起交互作用形成Cottrell氣團(tuán)，位錯(cuò)掙脫氣團(tuán)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)所需的外力增大，導(dǎo)致固溶有稀土的鋼屈服強(qiáng)度有較大的提高。在對(duì)含稀土C-Mn 鋼的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度關(guān)系的研究中，發(fā)現(xiàn)稀土提高屈服強(qiáng)度的作用大于抗拉強(qiáng)度，所以含稀土鋼的屈強(qiáng)比增大[44]。

稀土元素能夠通過(guò)改變夾雜物形態(tài)， 改善鋼鐵材料的塑性、韌性的均勻性，因此，在提高汽車板深沖性能上也發(fā)揮著巨大的作用。 評(píng)價(jià)金屬薄板深沖性能最重要的參數(shù)——塑性應(yīng)變比（r 值）的大小主要與材料的織構(gòu)有關(guān)，{111}織構(gòu)越強(qiáng)，{100}織構(gòu)越弱，則r 值越高。 固溶的稀土元素通過(guò)對(duì)鋼板組織的影響來(lái)對(duì)r 值產(chǎn)生影響。 其機(jī)理是：①稀土元素不僅能減少夾雜物的含量，而且有球化夾雜物的作用。鋼中存在較多的長(zhǎng)條形夾雜物（如MnS 夾雜）是鋼板成型性能差的原因之一，它破壞了基體的連續(xù)性，使板材橫向存在不均勻的區(qū)域， 厚度方向抵抗變形能力下降，阻礙了{(lán)111}織構(gòu)的發(fā)展。 研究表明稀土加入量適宜時(shí)，稀土硫化物可完全取代MnS，改善了鋼板的應(yīng)變比的方向性(即△r 值小)，提高了在沖壓成型時(shí)板材抵抗變薄和開裂的能力；②均勻、細(xì)化組織晶粒。 晶粒細(xì)小且均勻的熱軋卷取組織有利于冷軋變形織構(gòu)中{111}<110>組分增強(qiáng)，并且提高再結(jié)晶自由焓變和晶粒長(zhǎng)大速度，{111} 取向晶粒在形核、長(zhǎng)大過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)增大； ③稀土在晶界處的偏聚抑制了其它原子偏聚。 P 原子在晶界處的偏聚受抑制，可增加晶粒單位體積變形儲(chǔ)能， 使得再結(jié)晶形核率提高，因此，稀土有利于再結(jié)晶織構(gòu)中{111}組分的充分發(fā)展，從而提高r 值，改善材料的深沖性能。 稀土元素改善鋼板深沖性能效果顯著， 目前已有工業(yè)化應(yīng)用[46]。

3.2 提高耐蝕性

稀土能明顯改善先進(jìn)高強(qiáng)鋼的耐蝕性能，機(jī)理可歸結(jié)為對(duì)微觀組織和宏觀銹層的改善作用：

1）微觀組織。稀土元素可與鋼中多種合金元素以及雜質(zhì)元素發(fā)生有益的冶金物理化學(xué)作用，凈化鋼基體，改善晶界，改善夾雜物。非金屬夾雜物會(huì)打斷銹層的致密性，會(huì)對(duì)鋼材耐蝕性能產(chǎn)生不利影響。 稀土可以使夾雜物變質(zhì)，均勻彌散分布于基體，能降低由夾雜物引起的微區(qū)腐蝕。 稀土通過(guò)對(duì)微觀組織的改善，提高鋼材自腐蝕電位從而提升其抗電化學(xué)腐蝕的能力，如圖8（a）。 針對(duì)熱軋汽車鋼板耐干濕循環(huán)大氣腐蝕的問(wèn)題，吳志峰等對(duì)了加入稀土La 的700 MPa 級(jí)汽車鋼板模擬海洋大氣腐蝕進(jìn)行了研究，結(jié)果表明加入稀土La 的樣品自腐蝕電流密度小于不加稀土的樣品， 且加入稀土量為0.008%的樣品自腐蝕電流密度小于加入量為0.004%的樣品[47]，說(shuō)明稀土加入提高了鋼板抗電化學(xué)腐蝕的能力， 并且稀土加入量越高（0.008%以內(nèi)），其效果越顯著。

2）宏觀銹層。致密的銹層能阻礙環(huán)境繼續(xù)腐蝕基體，鋁合金極高的耐蝕性正是來(lái)源于表面形成的致密的Al2O3層，研究表明，在鋼中加入稀土有助于改善鋼材表面的銹層，提高其耐腐蝕性能，如圖9，非稀土鋼銹層疏松且有很多孔洞和縱向裂紋，稀土鋼腐蝕后銹層致密而連續(xù)，而且與基體的結(jié)合力變強(qiáng)，不易脫離[48]。通過(guò)進(jìn)一步對(duì)低合金鋼銹層與基體結(jié)合面的觀察，發(fā)現(xiàn)稀土富集在結(jié)合面處，最終形成了含有Si4+、P5+、和RE3+的致密復(fù)合銹層，這是稀土改善銹層的有力證據(jù)[49]。

不同于對(duì)鋼強(qiáng)塑性較小的影響，稀土添加對(duì)鋼耐蝕性的提升十分顯著。對(duì)汽車腐蝕損失的調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，每輛汽車每年因腐蝕導(dǎo)致的損失約為人民幣1 500 元，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)推測(cè)，我國(guó)汽車因?yàn)楦g造成的損失約為2 000 億元，利用稀土降低腐蝕損失有重要意義。

3.3 改善延遲開裂

延遲開裂是指金屬零件在一定組織狀態(tài)、靜載荷或其他條件下，裂紋萌生并逐步擴(kuò)展直至最終斷裂的失效形式，亦稱為靜疲勞。 汽車高強(qiáng)度鋼的延遲開裂具有廣泛性和多發(fā)性。目前認(rèn)知較多的是氫致延遲開裂[50-52]。 普遍認(rèn)為導(dǎo)致延遲開裂的原因是鋼中的可擴(kuò)散氫的含量超過(guò)了鋼能容納的氫含量。一方面可擴(kuò)散氫在鋼的晶界或其它界面處偏聚，使界面結(jié)合強(qiáng)度下降，導(dǎo)致了延遲開裂。另一方面，氫能夠降低晶界上位錯(cuò)導(dǎo)致的畸變能，或是活化晶界，降低晶界的抗剪切變形能力，從而促進(jìn)延遲開裂。因此，降低鋼中的可擴(kuò)散氫含量，或者阻止氫向微觀界面處偏聚可以提高抗延遲斷裂能力。稀土元素能降低氫在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)，減少氫在裂紋尖端塑性區(qū)的富集，并且稀土可以在鋼中形成氫陷阱，捕捉氫原子，可以改善延遲開裂現(xiàn)象[53]，這與吳彥欣在對(duì)TWIP 鋼的延遲開裂現(xiàn)象的研究中發(fā)現(xiàn)添加稀土對(duì)鋼的延遲開裂現(xiàn)象有抑制作用相符合[54]。

4 稀土元素在先進(jìn)高強(qiáng)鋼中的應(yīng)用前景

稀土微合金化在未來(lái)汽車鋼中的應(yīng)用組織設(shè)計(jì)與調(diào)控，綜合性能調(diào)控上仍有較大空間可以挖掘。 主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1） 稀土對(duì)先進(jìn)高強(qiáng)鋼的固態(tài)相變的作用機(jī)理需要深入系統(tǒng)研究，以此開發(fā)稀土添加復(fù)相鋼，通過(guò)控制亞穩(wěn)相的熱穩(wěn)定性，充分發(fā)揮亞穩(wěn)相的增強(qiáng)、增塑作用；

2） 稀土元素與合金元素的交互作用需要進(jìn)一步探究，尤其是稀土對(duì)Nb、V、Ti 等，強(qiáng)或中強(qiáng)碳化物形成元素間的作用；

3） 稀土元素對(duì)碳元素的擴(kuò)散與配分的影響需要考慮，通過(guò)稀土來(lái)影響碳，再影響第二相粒子析出與回溶，從而再次影響固態(tài)相變，形成閉環(huán)控制組織相變，充分發(fā)揮TRIP 效應(yīng)、TWIP 效應(yīng)以及更高效實(shí)現(xiàn)Q&P 效應(yīng)；

4） 稀土鋼應(yīng)更多關(guān)注綜合性能優(yōu)化， 不應(yīng)局限于強(qiáng)度、塑性和韌性，更多關(guān)注特殊服役條件下的極限性能，如高溫強(qiáng)度、低溫耐腐蝕、高溫氧化、低溫沖擊、高溫蠕變，高溫?zé)岢尚偷取?/p>