该文综合采用试验、理论与数值分析方法，对PD3珠光体重轨钢的成分、工艺、组织结构和性能之间的关系进行了较为广泛的研究。其目的是为PD3珠光体重轨的成分优化和最佳工艺参数的选择提供必要的分析基础与计算手段。根据电镜组织观察和工艺试验的结果，对PD3钢珠光体转变过程进行了分析研究。利用电镜组织观察并结合化学分析试验测定了PD3钢中各相的钒含量，分析了碳化钒的析出规律和钒在PD3钢中的作用机理。提出了PD3钢温度场计算及热处理过程模拟的数值方法，开发了相关的软件。用宏/细观相结合的分析方法对具有铁素体/渗碳体叠层复合结构的珠光体钢进行了综合力学分析，提出了渗碳体片强度分析的原理与方法，推导出了开裂应力与其层厚的平方根成反比的解析式，从而定量地解释了珠光体片间距对屈服强度及疲劳寿命的有利影响。