U71Mn钢因其具备优良的使用性能而广泛应用于铁路运输中。但迅速发展的铁路运输业提高了钢轨的性能要求,微合金化是一种提高钢轨性能较为经济有效的方法。Nb元素作为铁矿石中残留的元素经常存在于重轨钢中,其存在对奥氏体晶粒尺寸,第二相析出及再结晶行为有一定影响。本文利用微合金化技术,在U71Mn钢中加入不同含量的Nb元素,通过分析Nb元素对U71Mn钢加热行为及再结晶过程的影响,可为实际生产中含Nb U71Mn钢的成分及生产工艺参数优化提供了理论依据。本文以U71Mn钢的成分配比为基础,添加不同比例的Nb（Nb含量分别为0%、0.015%、0.02%,质量分数）,通过冶炼获得不同Nb含量的实验钢（编号为1#、2#、3#）。首先,通过JMat Pro软件计算出实验钢中Nb C的完全固溶温度;在此基础上,设定热处理工艺,并对实验钢进行不同的热处理,对比研究Nb对实验钢不同热处理状态的显微组织和奥氏体晶粒尺寸的影响;结合生产工艺,分析了在1120℃下,不同保温时间对Nb C的固溶规律的影响。其次,结合实际生产,利用实验室二辊可逆轧机进行单道次轧制实验,探究Nb元素对再结晶行为影响。再者,利用Gleeble-3500热模拟机对实验钢进行高温热压缩实验,凭借应力应变曲线,研究Nb对高温下热变形行为的影响。最后,利用计算推演,研究了第二相Nb C在均匀形核、晶界形核和位错形核下沉淀析出动力学,并分析了Nb C析出量随温度和时间变化的规律。通过对比三种实验钢相同温度下淬火后的显微组织可知,淬火试样组织均为针状马氏体+残余奥氏体。在相同温度下平均晶粒尺寸随着钢中Nb含量的增加而减小,例如在1250℃下,与1#钢的晶粒尺寸相比,2#钢减小了20.7%,3#钢减小了31.5%。在相同保温时间下平均晶粒尺寸随Nb含量的增加而减小,例如在1120℃保温1h,3#钢比2#钢的晶粒尺寸减小了15.7%;同时Nb含量的增加也会使Nb的固溶占比减小,例如2#和3#钢在保温1h后的固溶占比分别为52.3%和42.6%。通过对第二相粒子进行TEM显微观察及衍射斑分析可知第二相为Nb C。单道次热压缩实验研究表明,在变形温度为870℃,变形量为70%,应变速率为0.1s-1下,1#钢和3#钢加工硬化占据主导地位,完全再结晶尚未完成,且相同应变下含Nb钢的应力较大。双道次热压缩实验表明,在相同保温时间下,软化率随着Nb含量的增加而减小,例如在120s下,1#钢软化率为86.1%,3#钢软化率为45.7%。通过对比不同实验钢在相同终轧温度空冷至室温的晶粒尺寸可知,平均晶粒尺寸随钢中Nb含量增加而减小,例如在870℃下,与1#钢的晶粒尺寸相比,2#钢减小了22.8%,3#钢减小了32.8%。第二相析出动力学研究表明,在析出量与温度和时间的关系曲线中,最快析出时间下所对应的温度,均匀形核约为760℃,晶界形核比其高180℃,位错形核时比其低40℃;提高形变储存能会使此温度升高。