本文利用真空感应炉成功冶炼了符合国家标准成分的U75V重轨钢以及含有8ppm、32 ppm、42 ppm稀土Ce的U75V钢作为研究对象,研究了稀土Ce含量及热处理制度对实验钢中夹杂物及力学性能的影响。研究过程包括文献调研、热力学计算、配料计算、冶炼实验钢、成分检测、实验钢轧制、热处理、夹杂物分析、显微组织分析、硬度分析、冲击性能分析、拉伸性能分析及磨损性能分析。通过热力学计算可以发现,未加稀土Ce的原始U75V重轨钢中夹杂物主要为MnS和Al2O3,添加稀土Ce后钢中夹杂物主要为MnS、Al2O3和SiO2的复合夹杂物及Ce2O2S,因稀土Ce和硫的结合能力强于锰和硫的结合能力,所以实验钢中MnS相的含量随稀土含量的增加而不断减少,Ce2O2S相的含量随稀土含量的增加而不断增加。利用扫描电镜及能谱仪对实验钢中夹杂物形貌及成分进行观测后发现,向钢中添加稀土Ce后,稀土元素发挥改性钢中夹杂物的作用,有利于减少钢中夹杂物对钢基体连续性及应力集中的影响,有利于钢材力学性能的提升。利用Image-J软件对夹杂物进行尺寸和长宽比统计,研究发现,与未添加稀土元素或单一添加稀土元素而未经热处理的U75V重轨钢相比,添加42 ppm稀土Ce并加热到1200℃保温2 h水冷后的钢中夹杂物尺寸及长宽比降低最为显著,与原始U75V钢相比,钢中夹杂物平均尺寸降低约75%,钢中夹杂物平均长宽比降低约55.4%,有利于减少大尺寸、不规则夹杂物对钢材性能的影响。利用Image-J软件将未添加稀土Ce和添加不同含量稀土Ce后的U75V重轨钢中珠光体片层间距测量后取平均值,研究发现,与未加稀土Ce的1号钢相比,随着稀土含量的增加,实验钢的珠光体片层间距不断减小,其中添加42 ppm稀土Ce的4号钢珠光体片层间距最小,与原始钢相比减小约75%。利用Image-J软件对热处理后实验钢晶粒尺寸测量后取平均值,测量结果表明,单一进行热处理,随着保温时间的延长,1号钢中晶粒尺寸明显增加。添加稀土后,与未加稀土Ce的1号钢相比,U75V钢中晶粒尺寸随着钢中稀土含量的增加而减小,其中添加42 ppm稀土Ce的4号钢中晶粒尺寸最小,与原始钢相比减小约35%。对实验钢显微硬度进行分析发现,未经热处理时,添加8 ppm稀土Ce的2号钢和添加42 ppm稀土Ce的4号钢硬度与未加稀土Ce的1号钢相比分别增加约0.8%和2.6%。未添加稀土的1号钢在加热至1200℃保温1 h后水冷,与未经热处理的1号钢相比硬度提升35.7%。加入8 ppm稀土Ce的2号U75V钢在经过1200℃加热且保温1 h后水冷与原始U75V钢相比硬度提升最为明显,提升约49.5%。对实验钢的冲击性能研究发现,添加8 ppm稀土Ce的2号实验钢相比于未添加稀土元素的1号钢,在20℃、-20℃、-60℃下的冲击功提升最为明显,分别增加约61%、29%和85%,添加32 ppm稀土Ce的3号实验钢相比于未添加稀土元素的1号钢在-40℃下的冲击功提升最为明显,提升约98%。对钢材的拉伸性能进行分析发现,添加42 ppm稀土Ce后的4号实验钢与未添加稀土Ce的原始U75V钢相比,钢材的屈服强度、抗拉强度以及伸长率提升最为显著,分别提升18.5%、12.9%和8.1%。对磨损实验数据进行分析发现,磨损量方面,添加稀土后的U75V钢与未添加稀土的U75V钢相比磨损量减少约50%。磨损系数方面,材料的平均摩擦系数越小,材料的抗磨损性能越好,添加42 ppm稀土Ce的4号钢平均磨损系数为0.6792,与未加稀土Ce的1号钢相比减少约5.7%,抗磨损性能最好。