稀土元素在钢中具有净化钢液、变质夹杂物和微合金化的作用.随着冶炼工艺的改进和钢洁净度的提高,稀土元素在钢中的作用需要重新认识.该论文首先总结回顾了稀土在钢中应用技术研究和生产实践的发展历程,提出了在钢中氧、硫及非金属夹杂物大幅度下降的条件下,稀土在钢中应用技术面临的挑战和需要解决的新问题.以包钢BNbRE重轨钢为样本,该论文通过实验测定、金相观察和理论分析,系统研究了不同氧硫含量条件下稀土在钢中的赋存状态和存量的变化规律,及其对钢的硫化物夹杂、微观组织及性能的影响作用机制;深入研究了单一稀土铈、镧及铈-镧混合稀土在钢中的作用机制,并比较其作用效果的差异;全面研究了包钢采用平炉-模铸和转炉-连铸两种不同流程生产的BNbRE重轨钢及成品轨的成分、性能及质量指标,重点考察了在低氧、低硫条件下,钢中稀土存量减少之后BNbRE重轨钢的质量状况,以验证实验室研究的结论.该论文的主要研究成果总结如下:1)对于高氧硫BNbRE重轨钢而言,加入大量的稀土并不能增加钢中的固溶稀土含量,固溶稀土含量均保持在0.0012％以下.2)当Ce/(O+S)>5.00、La/(O+S)>3.50、RE/(O+S)>4.00时,洁净BNbRE重轨钢中的细长条状硫化物夹杂则基本消失,稀土处理已基本完成夹杂物变质的冶金功能.3)微量的固溶稀土可以细化洁净BNbRE重轨钢的奥氏体晶粒和珠光体片层结构,降低SKK内耗峰,从而明显改善钢的塑性和冲击韧性.4)不同类型的稀土在洁净BNbRE重轨钢中的作用规律不同,其中镧的作用效果最佳.5)随着钢洁净度的提高,稀土加入量可以适当降低.在该实验条件下,高氧硫BNbRE重轨钢的稀土最佳加入量为~0.02％,低氧硫BNbRE重轨钢的稀土最佳加入量为~0.01％.6)在钢洁净度大幅度提高的条件下,稀土在钢中的作用机制有所变化,微量的稀土就起到实现净化钢液、变质夹杂物和微合金化作用,而且作用效果非常稳定.该论文的研究成果对于推动稀土在钢中应用技术的发展具有重要意义.