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近年来,随着铁路高密度、大轴重以及高速并举的局面的形成,过共析钢轨（BG400）因其强度高、耐磨性好的特点,得到了广泛关注。但BG400仍存在一些技术问题,在热处理过程中,极易形成沿晶网状碳化物及马氏体等异常组织,异常组织的出现严重缩短了钢轨的使用寿命;热处理钢轨的珠光体片层间距较大,导致钢轨踏面硬度不足;因此,本文针对上述问题进行研究,结果如下:通过淬火膨胀仪L78测定了BG400相变临界温度,对其连续冷却转变曲线（CCT曲线）进行绘制并分析。结果表明,相变临界温度Ac1为702℃、Acm为772.4℃。热模拟工艺的奥氏体化温度应选定为900℃;最佳冷速范围在5℃/s10℃/s;最佳等温温度应选择600℃左右,波动不大于30℃;等温时间应大于20s。采用Gleeble-3500热模拟试验机,在冷速分别为0.1℃/s、0.5℃/s、1℃/s、3℃/s、5℃/s、8℃/s、10℃/s,等温温度分别为570℃、600℃、630℃,等温时间分别为20s、30s的条件下,进行热模拟实验,对不同热模拟工艺下的微观组织参数与硬度,进行统计分析及测定。结果表明,当冷速为5℃/s、8℃/s、10℃/s,等温温度600℃,等温时间30s时,组织为珠光体,无沿晶网状碳化物等异常组织,硬度均达到400HB以上,珠光体片层间距细化至130nm110nm,达到索氏体级别。随着珠光体片层间距的细化,单位长度渗碳体厚度与珠光体片层间距的变化规律相同,而单位面积渗碳体含量所占百分比与单位长度渗碳体厚度存在此消彼长的关系。最优的热模拟工艺是;冷速为8℃/s,等温温度600℃,等温时间30s。利用EBSD对不同等温温度下珠光体球团进行表征,并对碳化物颗粒及沿晶网状碳化物进行能谱分析并研究其机理。结果表明,不同等温温度下珠光体球团的大小关系为,600℃<630℃<570℃。珠光体的形核长大依靠界面扩散,受合金元素再分配的影响,局部合金元素的聚集会影响过冷奥氏体向珠光体转变的相变行为,这就是网状碳化物及特殊碳化物形成的原因。本研究为优化BG400钢轨生产工艺提供了科学、合理的理论依据,具有重要的指导意义。