随着我国铁路事业的不断发展,铁路运输年通货量逐年攀升,钢轨磨耗量日益加剧,缩短了钢轨的服役寿命,故对钢轨耐磨性提出更高要求。热处理是提高钢轨耐磨性的手段之一,尤其在小半径曲线段热处理钢轨的耐磨性是普通钢轨的几倍,使用热处理钢轨可有效的减少钢轨的侧磨、剥离掉块、压溃及波磨等钢轨损伤。热处理技术与钢轨成分微合金化设计相结合,是满足当前钢轨发展遇到技术瓶颈的关键,合金元素的添加,对钢轨热处理工艺调试及优化提出更高要求,需要更为系统的分析钢轨热处理过程的参数控制,为热处理钢轨工艺参数调试提供理论指导。本文以380HB级别的稀土热处理钢轨的淬火过程为研究对象,对工业试制的钢轨成分进行优化设计,确定钢轨满足力学性能的最优化学成分范围。分析了380HB钢轨热处理过程,提出影响珠光体钢轨片层间距的因素不仅仅与冷速有关,还与材料的组织转变开始温度有关。钢轨热处理过程是一种鉴于等温转变与连续冷却转变之间的“连续等温转变过程”,计算表明:对于380HB级别热处理钢轨温降控制在200~250℃,该钢种轨头踏面相变孕育期在18s~22s之间,轨头抗拉强度取样位置相变孕育期在22~30s之间,应在此时间段内加强冷却强度,增加过冷度细化钢轨珠光体组织片层间距,降低珠光体组织相变开始温度。有利于钢轨轨头淬硬层的深化,是解决该级别热处理钢轨抗拉强度不足问题的关键。控制轨头踏面相变开始温度不应超过620℃,轨头抗拉强度取样处相变开始温度不应超过650℃,钢轨进入淬火线开始淬火温度控制在760℃±20℃的范围。通过本文的研究,对现场钢轨热处理工艺进行了指导,对该级别钢种的化学成分进行了优化设计,为企业节约了成本。本文对淬火过程的温度、组织、应力、应变进行了静态分析,对热处理过程温度控制及相变时间提供了理论计算范围。为工业试制中生产该级别热处理钢轨力学性能不满足要求问题,给出了理论解释,根据本文研究成果,为后续该级别钢轨热处理调试工艺优化提供了参考。