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激光强韧化工艺可以显著提高钢轨的使用寿命。然而,激光强韧化处理的钢轨在服役过程中容易萌生疲劳裂纹。随着服役时间的延长,淬火斑内的裂纹会扩展并出现局部剥落的现象。为了解决钢轨表面微小裂纹定量检测的问题,确保钢轨运行的安全性,本文系统研究了钢轨表面微小裂纹的涡流检测方法。在激励频率500KHz、增益19dB,探头扫查方夹角90°、扫查速度1m/min的条件下,总结制定了信号幅度对比关系图和时基线波宽对比关系图,并推导了计算公式。在上述规定的检测参数下,根据这两个对比关系图和计算公式,可以获得裂纹的类别和量化参数。该方法解决了钢轨表面微小裂纹定量检测的技术难题。对服役钢轨检测结果表明,表面淬火斑内的裂纹为同深度的密集小裂纹(1.288mm)。金相切片分析表明,该类裂纹深度1.188mm,检测结果与实际裂纹情况较吻合。铁路允许有3mm以下的裂纹存在。上述检测结果表明,钢轨淬火斑内的裂纹在安全范围内,不影响铁路的安全运行。为了优化钢轨激光强韧化处理工艺,本研究设计了硬度分别为30HRC、40HRC、50HRC、60HRC的激光强韧化工艺。试验结果表明硬度为50HRC的淬火组织的抗拉强度最高为1593MPa,延伸率也优于60HRC的淬火组织。采用ANSYS模拟软件对不同工艺强韧化钢轨上淬火斑及附近基体的应力分布进行了分析。当轴重为20t时,随着淬火斑硬度的增加,淬火斑附近应力集中越大。淬火斑附近的最大拉伸应力分别为324MPa、327MPa、340MPa、346MPa。滚动接触疲劳试验结果表明,随着淬火斑硬度的增加,强韧化钢轨耐磨性增强。综合分析各工艺下淬火组织力学性能及淬火斑附近的应力状态,结果表明,淬火斑硬度为50HRC的强韧化钢轨具有最佳综合性能,与60HRC的激光强韧化钢轨相比,更有利于延长钢轨的使用寿命。