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近年来,中国铁路运输的速度和载重不断提升,对于高速车轮钢的性能需求日益增加。前人的研可知,降低高速车轮钢中碳的偏析,改善钢的凝固结构,可以提高钢材的力学性能和加工性能。本文从两个方面研究了冷却凝固组织和碳元素偏析的变化趋势:利用ProCAST软件对高速车轮钢凝固过程进行模拟,通过改变凝固过程中二冷冷却水量和过热度,研究了铸坯组织的变化趋势。通过扩散退火处理,研究了热处理温度和时间对组织和元素偏析的影响,得到如下结论:（1）通过ProCAST对高速车轮钢凝固过程进行模拟计算,宏观上采用CAFé模型计算其宏观组织,使用KGT模型预测其微观组织变化。确定了微观组织的拟合参数。（2）模拟数值发现,低过热度可以增加等轴晶区域,有助于改善钢坯的质量,其最佳过热度为20℃。提高二冷区的冷却水量可以使得CET位置向钢坯边缘方向移动,减小柱状晶区域,应在适当的范围内增大的冷却水量。（3）长时间的保温处理,可以使得钢坯中心部位碳元素的富集区域减少,过长的保温时间对均匀化的影响不再明显。适当的范围内提高保温温度可以使得碳元素均匀化更加明显,而过高的保温温度会使得钢坯内部部分区域出现熔融区域,影响钢坯的质量。（4）计算得知,CL60高速车轮钢的扩散常数D0=8.5×10-5 mm2/s,保温时间超过15h后保温效果不再明显,此时再延长保温时间对减轻宏观碳偏析效果不明显。保温温度方面,保温温度越高,减轻碳偏析效果越好,但由于固相线和脱碳的影响,不宜超过1300℃。（5）经过扩散退火处理后的钢坯,其枝晶臂和枝晶间的界线逐渐消失,偏析现象减轻。在一定的保温温度范围内,提高保温温度和增加保温时间都能有效减轻枝晶偏析现象。由微观碳元素偏析的实验检测可知,1200℃时最佳保温时间为10小时,偏析比的变化量最大为15.6%。保温5小时情况下,1250℃,偏析比的变化量最大为13.9%。