目前，我国的钢轨研发和生产能力远远不能满足铁路交通运输行业迅猛发展的需求，在钢轨质量、种类、规格、产量、技术等方面都与国外有着很大差距。U71Mn钢是目前国内应用最广泛的重轨钢之一，因此，对其成材率、表面质量、内部质量、力学性能和外观尺寸提出了更高要求。钢在热处理过程中，在钢坯表面发生氧化和脱碳是不可避免的。研究表明，钢坯表面生成氧化膜和脱碳层，会降低钢的成材率，并使钢的强度、硬度、疲劳性能等机械性能受到很大影响，这造成了极大的能源损耗和资源浪费。因此，如何在实际生产中减少钢的氧化和脱碳，成为专家学者研究和关注的焦点。U71Mn重轨钢在加热过程中会发生严重的氧化与脱碳现象，本文通过分析不同气氛、不同温度、不同时间条件对U71Mn钢的氧化与脱碳作用，研究U71Mn钢在高温加热过程中的氧化与脱碳机理。本文主要采用实验的方法，系统研究了U71Mn钢在空气气氛和氧气气氛下的恒温氧化与脱碳行为。对U71Mn钢分别进行空气气氛下与氧气气氛下950℃、1050℃、1150℃和1250℃温度条件下的恒温氧化，采用连续称重法获取相应的氧化动力学曲线，并计算出在该条件下U71Mn钢的氧化速率常数值，以及氧化激活能，分析加热温度、保温时间、炉内气氛等各个因素对U71Mn钢高温氧化的影响，从而把握U71Mn钢的高温氧化动力学规律。用线切割将加热后的试样切成合适尺寸并制成金相试样，经3%体积分数的硝酸酒精腐蚀后，放在金相显微镜下观察，用金相法测量脱碳层深度，获得脱碳层深度随加热温度与保温时间的变化曲线，计算脱碳过程中碳原子的扩散速率，以及扩散激活能，分析加热温度、保温时间、炉内气氛以及钢的氧化等各个因素对U71Mn钢高温脱碳的影响。实验结果表明，U71Mn重轨钢在空气中950-1250℃的高温条件下，随着加热温度的升高和保温时间的延长，氧化量与脱碳层逐渐增加，氧化动力学遵循抛物线规律，氧化速率Kp值随温度升高而增大，氧化激活能为211.25kJ/mol，碳的扩散激活能为133.08kJ/mol。在氧气中950-1250℃的高温条件下，U71Mn钢随着加热温度的升高和保温时间的延长，氧化量也逐渐增加，氧化动力学遵循直线规律，氧化激活能为106.93kJ/mol；脱碳层深度在1150℃时出现峰值，在950-1150℃下，脱碳层深度随温度升高以及时间延长而逐渐增大，碳的扩散激活能为87.41kJ/mol。在1150-1250℃过程中，氧化急剧恶化，原有氧化皮出现严重破损，原有脱碳层被氧化掉，生成新的致密的氧化膜。在相同的温度和时间条件下，氧气对U71Mn钢的氧化和脱碳作用要比空气强的多。通过对U71Mn重轨钢在热处理过程发生的氧化与脱碳现象的研究，为实际生产过程中减少氧化烧损、降低脱碳层深度、优化加热工艺、提高钢的质量提供了实验依据和理论支撑。