随着铸钢生产技术的迅速发展,高性能铸钢的生产与应用越来越广泛。高性能铸钢与传统铸钢相比,在强度、韧性等方面具有独特的优越性。目前,部分原材料价格呈上涨趋势,为达到低成本高性能的目的,必须考虑材料的成本。以ZG35SiMn为研究对象,通过正交实验设计低合金钢的基本化学成分,考察其力学性能和显微组织,分析各元素、热处理工艺对铸造低合金钢组织和性能的影响。运用正交实验直观分析法和回归分析法分别得到低合金钢中四种基本成分的最佳配比以及力学性能与各元素含量之间的关系式。结合一定成本和性能的要求,在正交实验的基础上研究了加入稀土和铌对低合金钢组织和性能的影响,探讨了稀土和铌在钢中的作用机理。通过热力学计算,分析了稀土和铌在钢中的存在形式以及稀土在钢中生成氧化物、硫化物的条件。利用光学显微镜、扫描电镜,能谱分析等手段分析了合金的显微组织。结果表明,稀土不仅有脱氧、脱硫的作用,还能控制夹杂物形态。稀土和铌都有细化晶粒的作用。运用错配度和经典电子理论,分析了Ce203和NbC作为基底促进形核相非均质形核的能力,证明了Ce203对6-Fe非均质形核有非常显著效用,对γ-Fe非均质形核效用中等,而NbC对6-Fe和γ-Fe的非均质形核效用都为中等。可认为细化晶粒的主要机理是Ce203和NbC成为初生γ-Fe和6-Fe的异质晶核以及稀土在晶界的偏聚而对晶界的阻碍作用。用万能拉伸试验机和布氏硬度计分别进行拉伸试验和宏观硬度测量。结果表明,钢中加入0.03%稀土后,屈服强度由525MPa提高到535MPa,而延伸率则由18%下降到16.1%；在此基础上再加入0.03%铌,屈服强度进一步提高到565MPa,而延伸率则为17%。实验证明,稀土与铌的复合加入,稀土的固溶强化作用增强,碳化铌析出增多,呈弥散状分布于铁素体基体,且颗粒较小。用稀土和铌微合金化复合处理可使低合金钢获得良好的强韧化综合性能。低合金钢中复合加入稀土和铌,开发出了正火态屈服强度为565MPa,延伸率为17%的强韧性能良好的低合金钢。低成本实现了低合金钢强度与韧性的协调提升。