Συνοπτικά, ο ρόλος των στοιχείων σπάνιων γαιών στο χυτό χάλυβα έχει τις ακόλουθες τρεις πτυχές:
(1) Αποτέλεσμα καθαρισμού. Τα στοιχεία σπανίων γαιών μπορούν να σχηματίσουν διάφορα σταθερά οξείδια υψηλού σημείου τήξης όπως RE2O3, REO2, REO κ.λπ. σε χάλυβα, με ισχυρότερη ικανότητα αποοξυγόνωσης από το A1 και Ti, και κοντά στο Ca. Η έρευνα έχει δείξει ότι η προσθήκη περίπου 0.1 τοις εκατό μεικτών μετάλλων σπάνιων γαιών στον χυτό χάλυβα μπορεί να αποοξυγονώσει πλήρως τον χάλυβα, βελτιώνοντας έτσι τη ρευστότητα, τη σκληρότητα και την αντίστασή του στη διάβρωση, αυξάνοντας ιδιαίτερα την τιμή αντοχής του κατά 50 τοις εκατό στο {{ 8}} βαθμός .
Τα στοιχεία σπανίων γαιών έχουν ισχυρή ικανότητα να συνδυάζονται με θείο στον χάλυβα, σχηματίζοντας θειούχα και σύνθετες ενώσεις θείου οξυγόνου όπως RES, RE2S3, RE3S, RES2 και RES. Το αποτέλεσμα αποθείωσης των στοιχείων σπάνιων γαιών είναι ισχυρότερο από αυτό του Al και του Mg, δεύτερο μόνο μετά το Ca. Υπάρχουν όμως και ερευνητικές αναφορές ότι η αναλογία της περιεκτικότητας σε στοιχεία σπάνιων γαιών προς την περιεκτικότητα σε θείο στον χάλυβα τ (δηλαδή RE/S) έχει μια βέλτιστη τιμή και σε πρακτικές εφαρμογές, πρέπει να δοθεί προσοχή στον έλεγχο της ποσότητας σπάνιων γαιών που προστίθενται. Η προσθήκη περισσότερων στοιχείων σπάνιων γαιών είναι επίσης επιζήμια για την αποθείωση. Το σημείο τήξης των θειούχων σπάνιων γαιών είναι υψηλότερο από τη θερμοκρασία στερεοποίησης του χάλυβα, και είναι εύκολο να επιπλέουν στον τετηγμένο χάλυβα και να εισχωρούν στη σκωρία, επιτρέποντας έτσι την αποθείωση και μειώνοντας τον αριθμό των εγκλεισμάτων στον χάλυβα. Τα σουλφίδια σπάνιων γαιών που παραμένουν στον χάλυβα κατανέμονται επίσης μέσα στους κόκκους σε σφαιρικό σχήμα και αποτελούν εγκλείσματα τύπου Ι. Η αρνητική επίδραση των στοιχείων σπάνιων γαιών στον χάλυβα για τη μείωση του θείου έχει επιβεβαιωθεί από καιρό από ερευνητικές εργασίες στην Κίνα και σε άλλες χώρες, και η Κίνα, η Ιαπωνία και οι Ηνωμένες Πολιτείες έχουν επίσης αναφέρει την εφαρμογή τους στην παραγωγή.
Η ικανότητα δέσμευσης των στοιχείων σπάνιων γαιών στο Ν είναι ελαφρώς χαμηλότερη από αυτή του Al, το οποίο μπορεί να σχηματίσει νιτρίδια τύπου REN και έχει ισχυρό αποτέλεσμα απονιτροποίησης στον χάλυβα.
(2) Μεταμορφισμός. Ο ρόλος των στοιχείων σπάνιων γαιών στη μείωση των περιοχών των στηλών κρυστάλλων και στην επέκταση των ισοαξονικών περιοχών κρυστάλλου σε χάλυβα χαμηλού κράματος έχει επιβεβαιωθεί από πολλές ερευνητικές εργασίες. Ταυτόχρονα, τα στοιχεία σπάνιων γαιών έχουν επίσης ως αποτέλεσμα τον εξευγενισμό ισοαξονικών κρυσταλλικών κόκκων. Υπάρχουν επίσης αναφορές ότι η προσθήκη κραμάτων σπάνιων γαιών σε χυτό χάλυβα με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα έχει ως αποτέλεσμα την καταστολή της δομής του Weinstein.
(3) Φαινόμενο κράματος. Ο κύριος ρόλος των στοιχείων σπάνιων γαιών στον χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα είναι ο καθαρισμός και η τροποποίηση, αλλά υπάρχει επίσης ένας ορισμένος βαθμός επίδρασης μικροκράματος. Τα στοιχεία σπανίων γαιών έχουν μια ορισμένη στερεά διαλυτότητα στο σίδηρο, κάτι που έχει επιβεβαιωθεί από πολλές ερευνητικές εργασίες τόσο στο εσωτερικό όσο και στο διεθνές. Ωστόσο, ο μηχανισμός ενίσχυσης του στερεού διαλύματός τους χρειάζεται ακόμη περαιτέρω διερεύνηση. Μερικοί άνθρωποι προτείνουν επίσης ότι όταν προστίθενται κράματα σπάνιων γαιών στο χυτό χάλυβα, η υπολειπόμενη ποσότητα τους στον χάλυβα πρέπει να ελέγχεται αυστηρά. Τα υπερβολικά στοιχεία σπάνιων γαιών μπορεί να σχηματίσουν ένα ευτηκτικό μείγμα χαμηλού σημείου τήξης με το σίδηρο, προκαλώντας διαχωρισμό στα όρια των κόκκων και ευθραυστότητα κατά τη στερεοποίηση του χυτού χάλυβα.
Συνοπτικά, θα πρέπει να αναγνωριστεί ότι τα στοιχεία σπάνιων γαιών έχουν πολλά ευεργετικά αποτελέσματα στον χάλυβα. Ωστόσο, το κύριο πρόβλημα στην εφαρμογή των στοιχείων σπάνιων γαιών είναι ότι είναι δύσκολο να εξασφαλιστεί η σταθερότητα του ελέγχου της διεργασίας και οι συνθήκες για την πλήρη αξιοποίηση των ευεργετικών τους αποτελεσμάτων χρειάζονται ακόμη περαιτέρω κατανόηση. Οι σχετικές διαδικασίες τήξης πρέπει επίσης να βελτιστοποιηθούν περαιτέρω.
Ένα κοινό πρόβλημα στην επεξεργασία τετηγμένου χάλυβα με κράματα σπάνιων γαιών στην παραγωγή χύτευσης χάλυβα είναι ότι το βύσμα και το ακροφύσιο της κάτω κουτάλας έκχυσης είναι επιρρεπή σε οζίδια, γεγονός που επηρεάζει τη λειτουργία έκχυσης. Ο κύριος λόγος είναι ότι αφού η σπάνια γη σε τηγμένο χάλυβα αντιδράσει με πυρίμαχα υλικά υψηλής αλουμίνας για να σχηματίσει αργιλικό σπάνιο άλας, τα επόμενα εγκλείσματα σπάνιων γαιών θα προσκολληθούν στην επιφάνειά του και θα πυροσυσσωματωθούν. Η λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι να μειωθεί η περιεκτικότητα του χάλυβα σε οξυγόνο και θείο και να μειωθούν τα εγκλείσματα. Αποτρέψτε τη δευτερογενή οξείδωση του τηγμένου χάλυβα. Αντί να χρησιμοποιείτε βύσματα υψηλής αλουμίνας και τούβλα έγχυσης, χρησιμοποιήστε πυρίμαχα υλικά από πηλό ή μαγνήσιο.
