残余元素砷在钢中的不断富集是影响我国钢铁产品质量的重要因素之一。砷易在钢液凝固和冷却过程中产生偏析和晶界偏聚,严重危害钢的热加工性能和力学性能。工业生产普遍采用高品质铁矿和铁水稀释含砷原料的方法降低钢铁产品中的砷含量,但是进口铁矿石价格的剧烈波动,促使我国不断开发利用国内的低品位铁矿,加剧了钢中残余元素砷的富集。当前冶炼工艺很难将其去除,在砷含量不高时,通过添加抑制剂改善其在钢中的赋存状态是可行的控制方法。稀土可以与钢中残余元素砷生成高熔点化合物,并抑制砷原子的偏聚,从而改善其在钢中的赋存状态。本课题基于密度泛函理论的第一性原理方法,结合热力学与动力学计算,研究了稀土与砷在奥氏体和铁素体中的占位倾向及其对晶界的影响,以及含砷夹杂物的析出行为,并结合实验室实验进行了验证。基于∑3[110](112)铁素体晶界和∑5[100](012)奥氏体晶界模型,探讨了稀土与砷原子对铁素体和奥氏体晶界的影响。结果表明,铁素体和奥氏体中的镧与砷原子均倾向于占据晶界位置,且呈现出竞争偏聚的趋势。两者占据铁素体晶界时使晶界两侧铁原子间电荷密度明显增加,强化了晶界;而镧占据奥氏体晶界位置时使晶界严重膨胀,导致晶界两侧原子间电荷密度显著降低和晶界脆化。采用非水溶液电解法成功提取了稀土夹杂物,主要包括La₂O₃、La₂O₂S、La-S-As夹杂物。含砷夹杂物LaAs和La-S-As可在钢液凝固过程中生成,与镧和砷在晶界的富集规律相吻合。平面错配度计算结果表明,LaAs与LaS的平面错配度为4.94%,前者可以作为后者的有效异质形核核心,两者界面通过共价键进行结合。La-S-As夹杂物的结构鉴定为立方晶系,可认为其是由LaAs和LaS形成的固溶体。计算结果表明LaS与LaAs摩尔比为3:1时,La-S-As能量最低,结构最稳定,与实验检测结果相近。