一直以来钢铁腐蚀研究主要集中在近似单项组织的低碳和超低碳钢方面。作为能够形成众多微电池的高碳全珠光体的钢轨来说，在耐腐蚀方面的研究目前少见报导。针对隧道、海洋气候等恶劣环境用轨的迫切要求，从钢铁材料的角度开发高强度耐蚀钢轨既具有可行性，又具有重要的现实意义。本文以C-Si-Mn合金体系为基础，设计了Cu-Cr系、Cu-Nb系和Cr-Cu-Nb系，对所设计的钢在中试工厂利用ZGJ0.05-100-2.5A型50公斤真空感应电炉冶炼试验钢，轧钢是在Φ800mm二辊可逆式热轧机组上进行，为了模拟工业化生产冷却工艺，最终将轧制尺寸为16×200×L mm的钢板采用堆垛缓冷，冷速控制在0.8℃/s以下。根据实验室研究优化出高强度耐蚀钢轨的成分范围，进而采用工业化的方式生产3炉试验钢。用Gleeble1500热模拟实验机对试验钢进行奥氏体连续冷却转变、真应力-真应变等试验，借助于扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、光学显微镜（OM）以及力学性能测试等分析技术和测试设备，开展Cr、Nb对高碳珠光体钢强韧性的影响规律和机理进行系统深入的研究。结果表明：随着Cr含量增加，珠光体片层间距减小，硬度升高，但含量大于0.46%后，Cr对奥氏体冷却转变影响变弱；加入Nb也可以使高碳钢珠光体片层间距得到显著细化，硬度显著提高，同时还可提高材料的冲击韧性，若加入过量Nb，组织中有先共析铁素体，将使材料硬度降低，因此对于本试验钢Nb含量不宜过多；奥氏体连续转变试验表明，本试验钢在较低冷速条件下为索氏体组织，当速度大于0.73℃/s时钢中容易出现贝氏体转变，因此工业化生产中应控制其轧后冷速在0.73℃/s以下。针对高速比普速铁路用钢轨内、外在质量要求严的情况，在工业化生产中开展了脱硫、无铝脱氧、氧化物夹杂的形态控制以及大方坯连铸的质量控制等关键冶炼技术研究。结果表明：耐蚀轨的内、外在质量满足高速铁路用钢轨的要求，其全氧控制在10ppm左右，全铝控制在30ppm左右，钢中夹杂物数量和形态均控制在很高水平，夹杂物合格率稳定在99%以上，铸坯中心疏松≤1.0级，中心偏析≤1.0级，中心缩孔≤1.0级，中心裂纹≤0.5级，角部内裂≤0.5级，等轴晶率达到50%～70%，连铸坯合格率稳定在99.9%以上。采用共聚焦激光扫描显微镜对9#重轨铸坯中MnS夹杂在连续升温过程中的变化进行了动态原位观察。结果表明，由于扩散和固溶影响，随温度的升高MnS夹杂形态不断发生变化。当铸坯的加热温度为600-870℃或1150-1200℃之间时，有利于MnS夹杂的尺寸控制，过高的加热温度会引起MnS夹杂尺寸增大。用室内加速腐蚀周浸循环试验测试了试验钢在3%NaCl溶液中的耐蚀性，研究了普通轨（0#）和耐蚀轨（7#、8#和9#）的腐蚀速率。结果表明：普通轨和耐蚀轨的相对腐蚀率的变化规律是相似的，随着时间的延长，相对腐蚀率降低。以普通轨为基准，所设计耐蚀轨相对腐蚀率均超过普通轨40%以上，最高达58%。用原子力显微镜观察分析了0#钢和9#钢经不同浸泡时间后表面的3D形貌图与对应的表面粗糙度曲线，结果表明：在10min时观察，0#钢表面已比较粗糙，9#钢表面仅比初始时暗淡，到浸泡30min时，0#钢表面已存在许多腐蚀坑，而且其粗糙度曲线变化明显，最高峰已达110nm左右，而9#钢表面只是继续发暗，未观察到明显的腐蚀坑，其表面粗糙度曲线与0min和10min时差别不大，到浸泡60min时，0#钢和9#钢表面均存在明显的腐蚀坑，0#钢腐蚀坑要明显比9#钢的大而深。借助于扫描电镜、电子探针以及X衍射仪研究了锈层形貌以及锈层截面元素分布，同时对内、外在锈层物相进行了分析，结果表明：锈层表面大部分呈团球状结构，9#钢初始锈层的晶粒比0#钢细小，而且锈层间晶粒也要密集，到第五周期时9#钢锈层晶粒同样细小密集，而0#钢锈层晶粒不但较粗大疏松，同时还出现了裂纹；9#钢从外锈层到内锈层Cr、Cu、Nb富集逐渐增加，其外锈层基本没有Cr、Cu、Nb的富集，Cr在裂纹周围内锈层富集非常明显，其分布主要是面分布，Cu元素在内锈层成点状分布，Nb元素在内锈层以链条状分布为主，0#钢中没有Cu、Nb和Cr的富集及分布；0#钢和9#钢外锈层均含有γ-FeOOH、Fe3O4、α-Fe2O3和少量的α-FeOOH物相，内锈层除了含有外锈层物相外，还含有β-FeOOH，随着腐蚀时间的延长，9#钢各物相衍射峰强度均高于0#钢，相对应的波峰半高宽小且最尖锐，说明生成的物相稳定。采用电化学研究了试验钢的腐蚀电位、极化曲线、交流阻抗谱和噪声，研究结果表明：腐蚀初期（0～8h）9#钢腐蚀电位稍高于0#钢，两种钢的电位基本维持在-0.66V左右，随着腐蚀时间的延长，0#钢腐蚀电位开始急剧下降，9#钢的腐蚀电位下降缓慢，9#钢测得的电流密度增加也缓慢，而0#钢电流密度则急剧增加；0#钢和9#钢的电极表面的极化电阻Rp差别较大，分别为1049·cm~2和3121·cm~2，此外0#钢电阻峰不但高而且波动也大，而9#钢则Rn变化不大，一直稳定在1000Ω左右。9#钢与0#钢相比，9#钢易生成稳定的锈层，其耐蚀性明显优于0#钢。