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摘要
高锰钢辙叉是铁路运输系统的关键部件，对铁路安全运行具有重要影响。钢中夹杂物严重影响钢的性能，稀土改性夹杂物是控制夹杂物的有效手段。基于热力学和第一性原理计算以及试验研究，系统分析了铁路辙叉用高锰钢稀土处理前后夹杂物的演变及其对钢性能的影响。热力学计算结果表明，未添加稀土Y时，高锰钢中主要的夹杂物为MnS和Al2O3;添加稀土Y后，高锰钢中的MnS和Al2O3转变为Y2S3、YS、YAlO3、Y2O3和Y2O2S;当Y质量分数为0.03%时，夹杂物全部转变为稀土夹杂物。第一性原理计算结果表明，高锰钢中夹杂物形成并稳定存在的顺序为Y2O3>YAlO3>Y2O2S>Al2O3>Y2S3>YS>MnS。Al2O3、YAlO3对高锰钢的性能不利，而含稀土夹杂物具有相对较好的延展性和弹性，可有效降低夹杂物周围的应力集中。钢中Y添加量为0.031 9%时，对高锰钢中夹杂物的改性效果最好，可生成尺寸较小的稀土夹杂物，部分复相夹杂物转变为近球形的Y2S3-Y2O2S,外层Y2S3夹杂物弹性较好、硬度较低，可以减少夹杂物与基体的应力集中，从而有效提升高锰钢的力学性能。研究工作为稀土对钢中夹杂物的调控提供了理论依据。
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