随着海洋经济的快速发展,海洋工程用钢性能要求越来越高,尤其是低温冲击性能。本课题利用稀土金属元素的特有性能,依据“氧化物冶金”技术思路,以EH36船板钢为研究对象,探索钇基稀土对船板钢夹杂物行为规律及组织性能作用机理为目标,采用热力学和动力学计算分析、第一性原理计算和实验室实验以及工业性试验研究相结合的技术手段,重点开展了稀土在钢中的夹杂物生成热力学分析、稀土对船板钢中夹杂物行为规律探究、稀土对船板钢组织性能影响规律的研究工作,解析了稀土氧化物冶金在船板钢中的调控机制,阐明钇基稀土对船板钢夹杂物行为规律及组织性能作用机理,为改善船板钢低温冲击性能提供理论依据。主要结论如下:1、通过热力学分析,揭示了钇基稀土EH36钢中稀土氧化物、硫化物、氧硫化物、氧化铝、硫化锰形成热力学条件以及平衡溶度积与实际溶度积的关系。得知稀土船板钢中可以形成稀土氧化物和稀土氧硫化物,稀土硫化物只在钢中稀土含量为0.028 wt.%时形成。EH36钢中加入钇基稀土后,稀土将钢中的Al2O3转化为稀土氧化物和稀土氧硫化物。EH36钢中Mn S在进入奥氏体区后开始析出。2、在实验室实验中,不同钇基稀土含量的EH36船板钢由25 kg中频感应电炉制得,采用扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）等分析方法,研究了稀土对EH36船板钢夹杂物和低温冲击性能的影响。研究发现稀土使EH36钢中夹杂物变质为细小的类球状稀土夹杂物,与未添加稀土的EH36钢对比,钢中稀土含量0.018 wt.%时,-40°C横向冲击性能提高了59.4%,-60°C横向冲击性能提高了65.7%,低温冲击性能得到显著改善。当钢中稀土含量增加到0.038 wt.%时,钢材的低温冲击性能低于未添加稀土的试样,说明在该含量下稀土对EH36钢的冲击性能起到抑制作用。3、在工业性试验中,分别制备了稀土含量为0 wt.%、0.009 wt.%、0.020 wt.%和0.028wt.%的实验钢,通过扫描电子显微镜及能谱观察分析,结合ASPEX夹杂物自动统计分析及非水溶液电解法对不同钇基稀土含量的EH36钢板进行夹杂物检测。研究发现未添加稀土的EH36钢板中夹杂物主要是Al2O3和Mn S,添加适量稀土后,这些夹杂物变质为球状或类球状RE2O3-RE2O2S复合相夹杂物,夹杂物尺寸也细化到2μm以内。此外,EH36船板钢板中夹杂物均呈细小化分布,其中0.020 wt.%稀土含量EH36钢中≤3μm的夹杂物占总数91.95%,形貌呈球形或类球形弥散分布于钢中,能够实现“稀土氧化物冶金”功能,可以有效的细化EH36钢显微组织以及改善EH36船板钢冲击性能。4、通过冲击试验研究了钇基稀土对EH36钢冲击性能的影响,利用高温激光共聚焦显微镜原位观察法研究热轧加热温度状态下不同试样奥氏体晶粒的长大行为,探究钢中稀土粒子钉扎晶界过程,通过电子背散射衍射分析EH36钢晶粒特征,结合第一性原理计算分析稀土在钢中的存在形式,研究了钇基稀土对EH36钢组织性能的影响规律。研究发现,与未添加稀土EH36钢对比,加入0.020 wt.%钇基稀土后,EH36钢-80℃条件下的纵向冲击吸收能量提高了245.1%,横向冲击吸收能量提高了361.6%,同时,珠光体细化了53.8%。通过原位观察,0.020 wt.%稀土含量EH36钢试样晶界处弥散分布着稀土颗粒,能够钉扎晶界,使得晶界迁移缓慢;同时,在1200℃完全奥氏体化时,0.020 wt.%稀土含量EH36钢试样晶粒度最小,奥氏体尺寸减小了62.5%。通过EBSD分析得到,0.020 wt.%稀土含量EH36钢中大角度晶界比例增加了26.75%,平均有效晶粒尺寸减小了9.72%,在材料受到冲击时,能吸收更多的能量。通过第一性原理计算可得,稀土原子在α-Fe中的粒子形成能在晶界最低,倾向于偏聚在晶界区,在EH36钢热轧加热过程中,使得更多含稀土颗粒钉扎在晶界,抑制晶粒长大,达到细化组织的效果,进而提高钢材的冲击性能。5、结合实验室实验和工业性试验研究可得,EH36钢中钇基稀土含量为0.020 wt.%时,EH36钢能得到最佳的低温冲击性能。