稀土元素（Rare Earth elements,RE）因其对钢中非金属夹杂物改性及改善组织与性能方面的独特作用,在钢铁冶金领域中获得了广泛关注。通过在钢中添加适量稀土元素以满足钢材性能上的提升,已经成为先进钢铁材料研发中的一项重要技术。但钢中不同存在形式的稀土元素对组织与性能的影响机制是不同的。除了以化合态形式形成非金属夹杂物外,稀土元素还可以固溶态形式存在于钢铁材料内部,显著影响钢铁材料的固态相变行为。虽然前期研究者对钢中稀土元素的作用已开展了大量研究,但目前对于钢中固溶稀土元素含量的定量检测以及固溶稀土对钢的固态相变影响的作用机制尚不清晰,值得深入研究。本论文以Fe-C-（RE）和Fe-C-Si-Mn-（RE）两种低碳钢材料为研究对象,探索钢中稀土元素固溶量的检测方法,结合可控气氛脱碳热处理实验、热膨胀实验、高温激光共聚焦显微技术的原位实验等手段,探究了钢中固溶稀土元素对铁素体形貌、形核位置、相变动力学的影响规律及微观机制。论文的主要研究内容如下:（1）通过化学无水电解法、X射线衍射测晶格常数法以及飞行时间-二次离子质谱法（ToF-SIMS）等多种方法来检测钢中稀土元素的固溶量。实验结果表明,传统化学无水电解法与晶格常数法虽然可以定性判定钢中存在固溶稀土元素,但很难准确定量区分钢中不同存在形式的稀土元素,难以实现对钢中稀土元素固溶量快速准确地测定。而当钢中的RE元素固溶量在一定范围时,ToF-SIMS所检测得到的二次离子信号强度特征值REO+/RE+与改进化学无水电解法测得的RE固溶量之间具有良好的线性相关性。这为通过二次离子质谱法检测钢中RE元素固溶量的进一步探索提供了参考。（2）设计可控气氛脱碳热处理实验研究了固溶稀土对钢中碳扩散的影响。通过对可控气氛热处理后脱碳层厚度随脱碳时间的变化规律分析,发现钢中固溶RE可抑制奥氏体中C元素的扩散,降低其扩散系数。在Fe-0.14%C合金中添加290ppm的La-Ce混合稀土时,在880℃下即可使得奥氏体中C元素的扩散系数降低至原先的66%。进一步将脱碳实验中铁素体脱碳层的生长行为与等温相变条件下铁素体的长大行为进行对比,发现二者虽然都由C元素的扩散控制界面推移,但是在相界面附近的热力学条件上存在差异。（3）在Fe-C及Fe-C-Si-Mn两种低碳钢材料中,对比研究稀土元素对连续冷却条件下铁素体相变点温度以及等温相变条件下铁素体相变动力学的影响。发现固溶RE元素可降低其先共析铁素体相变开始温度,推迟铁素体相变过程的发生,在Fe-C-Si-Mn低碳钢中的作用更加明显。固溶RE对C元素扩散的阻碍作用使得Fe-C合金等温相变中的铁素体相变速率显著下降。对Fe-C-Si-Mn低碳钢,固溶RE对先共析铁素体相变动力学的影响更加复杂,使铁素体等温相变的孕育期延长。这是由于固溶RE通过抑制C元素的扩散并诱导铁素体在原奥氏体晶粒内部形核的双重作用机制来影响铁素体的相变动力学特征。进一步研究了固溶RE对高碳钢中珠光体相变的影响,发现固溶稀土可以细化高碳钢中珠光体的片层。一方面是因为固溶RE元素降低了 C在奥氏体中的扩散速率,另一方面在于固溶RE元素在两相界面间发生一定程度的配分行为,使相界面推移速率减缓,进而导致了珠光体片层间距的减小。（4）设计了高温激光共聚焦扫描显微镜（HT-LSCM）原位实验,研究了在Fe-C-（RE）和Fe-C-Si-Mn-（RE）两种合金中,固溶RE元素对铁素体相变过程中的形核位置以及生长形貌的影响及其作用机制。结果显示,在Fe-C二元合金中,固溶RE的存在对铁素体相变有着显著影响,使得从原奥晶界形核的魏氏体型铁素体比例明显降低,而在原奥晶粒内部形核并以板束状形貌生长的铁素体增多。铁素体在原奥晶粒内的形核,可以在相变中期提供更多的铁素体二次形核位点。这是由于新形成的铁素体/奥氏体相界面具有更低的形核能垒,使得潜在可形核位置增多。晶内形核的铁素体纵向生长速率低于晶界形核的铁素体。这是由于晶内铁素体多点形核后,生长过程中会较快的出现界面接触以及溶质场的叠加,导致相界面进一步推移减缓,而随后晶内铁素体板束横向粗化停滞。在Fe-C-Si-Mn低碳钢中,固溶RE对铁素体在原奥晶粒内部的诱导作用仍然存在,但与在Fe-C合金中的作用相比其效果较弱。