稀土在汽車用先進高強鋼中的研究現(xiàn)狀

鐘靈強， 汪志剛， 陳榮春， 袁強強， 黃安康

（江西理工大學材料冶金化學學部， 江西 贛州341000）

先進高強鋼（AHSS）具有較好的強度、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， 第一代先進高強鋼主要包括無間隙原子（IF）鋼、高強度低合金（HSLA）鋼、雙相（DP）鋼等；當人們認識到室溫下鋼中奧氏體對鋼塑韌性優(yōu)異的改善作用時，發(fā)展了第二代先進高強鋼，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；第三代先進高強鋼擁有更高的強塑積，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。 高強鋼在保證使用安全的前提下， 可通過減輕構(gòu)件的重量，來實現(xiàn)輕量化，降低油耗，減少排放[1-2]。

稀土（Rear Earth，RE）是國家戰(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、 有效的在鋼中運用稀土元素已經(jīng)成為研究熱點。近年來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]。

針對在汽車上應(yīng)用較多的無間隙原子鋼、高強度低合金鋼、孿晶誘導(dǎo)塑性鋼、相變誘導(dǎo)塑性鋼等先進高強鋼，國內(nèi)外學者已針對稀土的應(yīng)用展開了相關(guān)研究。 總結(jié)和分析稀土對先進高強鋼性能的影響規(guī)律，闡明稀土在先進高強鋼中的作用機理，對開發(fā)第三代先進高強鋼有重要意義。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高強鋼中的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用進展， 對稀土的作用機理進行了整理和歸納，并提出了稀土在未來汽車鋼中的應(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的非均勻形核質(zhì)點，細化鑄態(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越多，效果越來越好，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方面。其微合金化作用機理目前仍處于探索階段。

稀土對鋼組織的影響有：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較高，在鋼液凝固前析出，這種細小的質(zhì)點，可作為非均勻形核質(zhì)點，降低結(jié)晶過程的過冷度，不但可以減少偏析還可細化鋼的凝固組織；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，降低了馬氏體點和貝氏體點[16]。 馬氏體的臨界轉(zhuǎn)變速率由168 ℃/min降至85 ℃/min， 說明稀土提高了鋼的淬透性； ③織構(gòu)。 鋼鐵材料成形過程中，由于受到不同的加工工藝的影響，晶粒就會在某些方向上擇優(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)，稀土元素通過影響組織結(jié)構(gòu)來影響織構(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。 對于主要依靠第二相強化的鋼種 （如高強度低合金鋼） 來說，第二相析出越細小彌散越好。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)隨機分布轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕植荚诰?nèi)，且使碳化物球化[17]。

稀土對鋼服役性能的影響主要有： ①改善塑韌性。添加稀土可以細化晶粒，促進大角度晶界的形成，改善夾雜物等。雖然稀土對鋼鐵材料強度的提高尚有爭議， 但是稀土對鋼鐵材料的韌化已經(jīng)成為共識；②提高耐蝕性[18]。腐蝕與防護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程中容易引入氫原子，在服役后會出現(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，但是針對多工序制備而成的多相的先進高強鋼的研究報道較少。鑒于稀土對鋼的組織和服役性能的有益作用，可能會成為新一代先進高強鋼中關(guān)鍵微合金化元素之一。

2 稀土對汽車用先進高強鋼組織的影響

2.1 稀土對IF/HSLA 鋼組織與織構(gòu)的影響

稀土對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)退火過程中，稀土元素La 延長IF 鋼的再結(jié)晶時間， 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)晶過程中晶界遷移率降低10~100 倍。不僅如此，在晶界遷移過程中，晶界捕捉稀土原子， 因為稀土原子半徑比鐵原子大得多，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， 對晶界的拖拽作用也能抑制晶粒長大。

IF 鋼中強{111}織構(gòu)是其優(yōu)異的深沖性能的保證[21-22]，研究稀土對IF 鋼{111}織構(gòu)的影響極為重要。劉宇雁等對比了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、{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IF 鋼冷軋板的再結(jié)晶形核能提高有關(guān)，即稀土會抑制冷軋IF 鋼在退火過程中再結(jié)晶的發(fā)生，阻礙晶粒長大，不利于γ 織構(gòu)的增強。

HSLA 鋼與IF 鋼都屬于第一代先進高強鋼，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）強化和細晶強化提高鋼的強度，同時利用晶粒細化使鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度降低效應(yīng)，來抵消因碳、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)異的綜合力學性能。HSLA 鋼強度的主要來源是第二相粒子的彌散析出阻礙位錯的運動。 QU 等對稀土 （La） 添加HSLA 鋼中的第二相進行了研究，析出物的平均尺寸較不加稀土的實驗鋼中的析出物約細化了15 nm，說明稀土能促進細小碳、氮化物的析出，有利于材料強韌性提高[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，當裂紋擴展至大角度晶界時，大角度晶界會有效地協(xié)調(diào)變形， 這增加了裂紋擴展的阻力，提高了材料沖擊韌性[26]。

2.2 稀土對TRIP 鋼中TRIP 效應(yīng)的影響

TRIP 鋼屬于第二代先進高強鋼，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源，當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，殘余奧氏體發(fā)生馬氏體形核，進而發(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， 會引起位錯密度增加而使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)變所需的化學驅(qū)動力越大，TRIP 效應(yīng)降低。 當殘余奧氏體尺寸大于1 μm 時穩(wěn)定性降低，但是對塑性沒有作用，小于亞微米尺寸時，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TRIP 效應(yīng)沒有貢獻。 研究稀土對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能，使馬氏體相變開始（Ms）點升高，奧氏體發(fā)生馬氏體相變所需驅(qū)動力降低，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能，殘余奧氏體趨于發(fā)生馬氏體相變，力學穩(wěn)定性增強，即促進了 TRIP 效應(yīng)[31]。 針對 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)化率也是一個重要因素， 只有當兩者合理匹配時才能將TRIP 鋼強韌性最大化，稀土雖然降低了殘余奧氏體的含量，但促進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 鋼的強塑性綜合力學性能優(yōu)異， 在開發(fā)第三代高強度汽車用鋼上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TRIP 鋼殘余奧氏體影響的研究并不全面，尚無系統(tǒng)的理論。

2.3 稀土對TWIP 鋼的層錯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，奧氏體不斷生成新的形變孿晶，阻礙位錯的運動，即TWIP（孿晶誘導(dǎo)塑性）效應(yīng)。 稀土對TWIP 鋼的影響主要有以下3 個方面：

1）降低 TWIP 鋼層錯能（Stacking fault energy，SFE）。研究表明，TWIP 效應(yīng)在適當?shù)膶渝e能上表現(xiàn)較為明顯，一般是 20~40 mJ/m2[33-35]。 稀土對 TWIP鋼層錯能的影響尤其關(guān)鍵， 通過影響TWIP 鋼層錯能，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，如圖4 所示，層錯幾率與層錯能成倒數(shù)關(guān)系，即稀土能降低層錯能。 如圖5，層錯能降低，退火孿生機制變得活躍，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化。 對于變形機制，層錯能降低會抑制位錯的交滑移，變形所需的臨界應(yīng)力提高，同時降低孿晶的晶界能，有利于在位錯開動（形變）之前晶粒所受應(yīng)力達到孿生變形所需應(yīng)力，促進TWIP 效應(yīng)，材料強度提高[36]。

2）細化奧氏體晶粒。 稀土元素主要偏聚在晶界，釘扎晶界，退火過程中晶粒長大受到阻礙，稀土細化晶粒的作用機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晶界網(wǎng)絡(luò)，而大量隨機分布的低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EBSD 對添加稀土的TWIP 鋼的ΣCSL 晶界進行了統(tǒng)計，不含稀土的樣品中低ΣCSL 晶界占總重位點陣的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 晶界占總重位點陣的89.7%，其中Σ3 晶界占低ΣCSL 晶界的70.7%， 說明添加稀土可以促進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，所以稀土能促進退火孿晶的形成[31]。

TWIP 鋼的極高強塑積使其在汽車鋼上的應(yīng)用有巨大前景，雖然學者們對稀土在TWIP 鋼中的層錯能，力學性能等方面研究較多，但是TWIP 鋼在使用過程中一個重大缺點是會發(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，利用稀土元素來抑制氫致開裂現(xiàn)象是一個重要方向。

2.4 稀土對Q&P 鋼中Q&P 效應(yīng)的影響

Q&P 鋼是第三代先進高強鋼，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。 為了獲得強度更高的Q&P鋼，研究者提出了兩種有效的途徑：①細化初始奧氏體晶粒(通過合金化或控制軋制)，再通過Q&P 處理獲得更高強度的結(jié)構(gòu)鋼； ②通過Q&P 處理后再進行回火處理，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，分析了稀土對奧氏體中C 擴散的影響， 由于稀土原子尺寸遠大于Fe原子，加入稀土La 后奧氏體晶格畸變增大，擴散激活能降低，因此碳原子更容易擴散[42]，這與其他研究者的試驗結(jié)果一致。 該作用可使Q&P 鋼等溫時間縮短。 雖然稀土是強碳化物形成元素，但是在鋼中的加入量以及固溶量極少，對配分過程中碳化物析出影響較小，即對殘余奧氏體穩(wěn)定性的影響可以忽略。

3 稀土對汽車用先進高強鋼性能的影響

3.1 改善力學性能（強度、塑性、韌性）

稀土對鋼的韌化是共識，稀土對韌性的改善機理：一是對夾雜物的改性作用，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。 但是過量的稀土會因為在晶界處過度偏聚導(dǎo)致晶界脆化，為裂紋擴展提供了通道，對材料韌性產(chǎn)生不利影響，所以必須合理設(shè)計稀土加入量。 在含有奧氏體的第二代、第三代先進高強鋼中，因為稀土降低了鋼中層錯能，影響奧氏體的相變或奧氏體內(nèi)部位錯的運動而提高了其塑韌性。 如圖 6（b）所示，在加入 0.02%RE 的 TWIP 鋼中，稀土同時提高了其抗拉強度和屈服強度，而且其屈服平臺較明顯， 說明加入RE 增強了位錯釘扎作用。 如圖7，無稀土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。一般認為，較大較深的韌窩說明其韌性更好，所以稀土改善了TWIP 鋼韌性[43]。

各研究者通過對不同鋼種中稀土對鋼塑性和強度的影響的研究， 得出了不同的結(jié)論。 在S 含量為0.03%的車軸鋼中，稀土對強度、塑性幾乎沒有作用。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度。除此之外，固溶的稀土原子與位錯之間引起交互作用形成Cottrell氣團，位錯掙脫氣團進行運動所需的外力增大，導(dǎo)致固溶有稀土的鋼屈服強度有較大的提高。在對含稀土C-Mn 鋼的屈服強度與抗拉強度關(guān)系的研究中，發(fā)現(xiàn)稀土提高屈服強度的作用大于抗拉強度，所以含稀土鋼的屈強比增大[44]。

稀土元素能夠通過改變夾雜物形態(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。 評價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，{100}織構(gòu)越弱，則r 值越高。 固溶的稀土元素通過對鋼板組織的影響來對r 值產(chǎn)生影響。 其機理是：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{111}織構(gòu)的發(fā)展。 研究表明稀土加入量適宜時，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板材抵抗變薄和開裂的能力；②均勻、細化組織晶粒。 晶粒細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，并且提高再結(jié)晶自由焓變和晶粒長大速度，{111} 取向晶粒在形核、長大過程中的優(yōu)勢增大； 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高強鋼的耐蝕性能，機理可歸結(jié)為對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作用，凈化鋼基體，改善晶界，改善夾雜物。非金屬夾雜物會打斷銹層的致密性，會對鋼材耐蝕性能產(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。 稀土通過對微觀組織的改善，提高鋼材自腐蝕電位從而提升其抗電化學腐蝕的能力，如圖8（a）。 針對熱軋汽車鋼板耐干濕循環(huán)大氣腐蝕的問題，吳志峰等對了加入稀土La 的700 MPa 級汽車鋼板模擬海洋大氣腐蝕進行了研究，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]，說明稀土加入提高了鋼板抗電化學腐蝕的能力， 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，不易脫離[48]。通過進一步對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]。

不同于對鋼強塑性較小的影響，稀土添加對鋼耐蝕性的提升十分顯著。對汽車腐蝕損失的調(diào)查統(tǒng)計數(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)計數(shù)據(jù)推測，我國汽車因為腐蝕造成的損失約為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，裂紋萌生并逐步擴展直至最終斷裂的失效形式，亦稱為靜疲勞。 汽車高強度鋼的延遲開裂具有廣泛性和多發(fā)性。目前認知較多的是氫致延遲開裂[50-52]。 普遍認為導(dǎo)致延遲開裂的原因是鋼中的可擴散氫的含量超過了鋼能容納的氫含量。一方面可擴散氫在鋼的晶界或其它界面處偏聚，使界面結(jié)合強度下降，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，從而促進延遲開裂。因此，降低鋼中的可擴散氫含量，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TWIP 鋼的延遲開裂現(xiàn)象的研究中發(fā)現(xiàn)添加稀土對鋼的延遲開裂現(xiàn)象有抑制作用相符合[54]。

4 稀土元素在先進高強鋼中的應(yīng)用前景

稀土微合金化在未來汽車鋼中的應(yīng)用組織設(shè)計與調(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)在以下幾個方面：

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

2） 稀土元素與合金元素的交互作用需要進一步探究，尤其是稀土對Nb、V、Ti 等，強或中強碳化物形成元素間的作用；

3） 稀土元素對碳元素的擴散與配分的影響需要考慮，通過稀土來影響碳，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，如高溫強度、低溫耐腐蝕、高溫氧化、低溫沖擊、高溫蠕變，高溫熱成型等。