随着人们对铁路运输速度和运载能力的需求越来越高，铁轨用钢的质量要求也随之增高。目前被广泛应用的重轨钢具有高强韧性、高耐磨性、高抗压溃性和抗脆断性，但非金属夹杂物对重轨钢的性能影响十分严重。本文实验材料为U75V重轨钢连铸坯，通过实验得到其凝固组织的形成规律，通过电子探针、金相显微镜等得到MnS夹杂物的形貌特征和分布规律。依靠无水电解实验方法将MnS夹杂从钢材中电离出来并进行分析，得到MnS夹杂物的三维形貌和准确的分布规律，并结合热力学和动力学计算分析得出MnS的析出规律。再根据等温处理实验研究探寻控制MnS的有效措施，为进一步提高重轨钢铸坯的纯净度提供理论依据。主要结论如下:
　　(1)本文首次提出非水簸法无水电解，能够有效地显示夹杂物三维形态，避免了传统夹杂物二维形态检测存在的形状无法直观检测和测量误差大的固有缺陷，并结合科学表征方法，对重轨钢连铸坯不同位置处MnS夹杂物形态和尺寸分布进行了系统的检测研究，不具有随机性和偶然性。
　　(2)通过热力学及动力学计算研究表明，MnS夹杂物在凝固末端析出，其含量与钢液中溶质元素含量密切相关，主要受S含量影响，其次也会受Mn、C、P等含量影响。经过计算可知，在铸坯边缘，MnS多以球体析出，长宽比大约为1∶1，而在铸坯中间部分，MnS夹杂物大多是长宽比约为4的长条状。由于MnS具有较强的塑性，在后期轧制过程中极易变形形成裂纹源，较大长宽比的夹杂物更容易在轧制中被拉长。所以，应努力控制其长宽比，降低夹杂物变形对钢轨引起的不利后果。
　　(3)通过对铸坯进行低倍热酸腐蚀实验以及枝晶腐蚀实验，得到铸坯从表面到中心的枝晶分布，分别为表面细晶区、柱状晶区、混晶区、中心等轴晶区，二次枝晶臂间距逐渐增大，结合Procast软件以及热力学计算分析得到不同晶区的形成和铸坯局部冷速有关，局部冷速越大，二次枝晶臂间距越小，所得晶区枝晶排布越致密;局部冷速越小，二次枝晶臂间距越大，越易形成等轴晶区。
　　(4)等温均质化处理会使钢中MnS夹杂物尺寸和形貌均发生变化。MnS在保温过程中，溶解和长大主要由Mn或S元素的扩散和固溶反应控制的。当扩散效应大于固溶效应，MnS夹杂物粗化;当固溶效应大于扩散效应，MnS夹杂物裂解或缩化。中心等轴晶部分夹杂物形貌随着保温时间的延长，从原本的片状变成块状或多面体状再变成棒状。1300℃的保温处理效果能够达到减小夹杂物尺寸的目的，且效果较为明显。而1200℃的保温处理效果稍差些。工厂应根据实际生产情况来选择钢轨在轧制工艺前的保温温度和时间，保温时间不易过长，以求在最小经济消耗下达到控制夹杂物尺寸和形貌的目的。