贝氏体钢铁材料开发和应用已有多年的历史,但将贝氏体钢用于轨道行业还处于摸索阶段。随着我国客运列车速度越来越高,货运车辆轴重越来越大,传统的珠光体钢轨强度和韧性已经达到极限。贝氏体钢轨具高强度、高韧性的特点,符合我国铁路高速度、大轴重发展需求,但贝氏体钢轨微观组织结构比传统珠光体钢轨更加复杂,在组织和性能控制方面存在大量技术难题。因此,深入开展新型超细高强韧贝氏体钢轨组织和性能控制研究具有重要的科学意义和应用价值。本文以具有高强韧性贝氏体钢轨为研究对象,其化学成分（wt.%）为Fe-0.25C-1.73Si-1.69Mn-0.012P-0.002S-1.4Cr-0.49Mo-0.57Ni-0.06V,主要组织为贝氏体,贝氏体板条宽度150nm-350nm,抗拉强度（Rm）1510MPa,室温冲击功（KV2）56J,相对珠光体钢轨（热处理后抗拉强度级别1280MPa、室温冲击功8～10J）具有高强度和高韧性的特点。采用超声波法、热模拟膨胀法、高温共聚焦原位观测法等方法系统地研究了贝氏体钢轨钢的基本物理参数、连续冷却转变、钢轨实际冷却过程、回火工艺对组织和力学性能的影响等,采用OM、TEM、EBSD等观测了贝氏体钢轨相变和回火后的组织形貌。通过以上研究,得到以下主要结论:（1）通过超声波法测试贝氏体钢轨材料物理性能得到,室温～800℃条件下轨纵波及横波波速、弹性模量、剪切模量、体积模量、音速异性系数、德拜温度随着温度增加而减小,泊松比、压缩系数随着温度的升高而增大。材料在850℃和900℃高温拉伸时,抗拉强度由100MPa降到到75MPa,降低25%。（2）贝氏体钢轨连续冷却转变过程中,当冷速为0.2℃/s时,转变后组织为贝氏体,冷速≥1℃/s时,组织为马氏体;结合钢轨产品工业生产特点,轧后空冷即可得到贝氏体组织。此外,对比分析热模拟实验和高温共聚焦显微观测结果可知,热模拟实验测得的相变点与高温共聚焦显微镜直观观察的相变发生温度差值范围在10～25℃。（3）贝氏体钢轨在加热时奥氏体晶粒长大方式有奥氏体晶界的迁移、小晶粒合并成为大晶粒以及部分晶粒被其周围的晶粒分割,中间晶粒并入到周围晶粒长大,加热到950℃时奥氏体晶粒度为7.5级,属于本质细晶粒钢。当加热温度从711℃上升到1150℃,奥氏体晶粒度由8.5级增加到6级,保温后部分晶粒异常长大的晶粒度达到4级。钢轨钢自然冷却相变过程,相变形核发生在晶粒内部,出现明显浮凸效应的部分应为马氏体相变,贝氏体钢轨钢相变更接近扩散性相变。（4）在300℃～500℃范围内进行回火,回火温度对组织影响较大,保温时间对贝氏体钢的组织影响较小。随着回火温度升高,回火后组织由贝氏体+马氏体向贝氏体+马氏体+珠光体转变;随着回火温度升高,钢中晶界数量、晶界总长、晶粒数量增加,晶粒平均直径、晶粒等效面积减小,晶粒度由18.7级增加到19.2级。随着回火温度升高,残余奥氏体含量下降,当回火温度提高到500℃时,残余奥氏体含量从300℃时的3%急剧降低到0.1%;在相同的回火温度下,保温30min和保温60min对奥氏体含量影响不大。（5）贝氏体钢轨钢在回火过程中,随着回火温度升高,M/A岛发生分解,产生部分碳化物,断后伸长率、屈服强度、冲击功、踏面硬度呈现先升高后下降的趋势,而抗拉强度呈现出先下降后升高的趋势。随着保温时间增加,钢轨的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、冲击功均出现下降,但是对踏面硬度的影响很小。结合组织检测和性能分析确定了新型贝氏体钢轨的最佳回火工艺为400℃保温200min。（6）将理论研究成果转化为工业应用。贝氏体钢轨生产采用转炉冶炼、炉外精炼、连铸、铸坯加热、能轧机轧制、冷床冷却、矫直等工艺完成热轧贝氏体钢轨工业生产。钢铁厂将热轧贝氏体钢轨送到道岔厂,经回火处理后加工成贝氏体辙叉用于铁路线路,使用寿命较现有产品提高2倍以上。