铁路货运向着重载化方向发展，对车轮钢的质量与性能提出了更高的要求。目前，国内试制重载车轮与国外车轮产品相比还存在一定差距，突出表现在强度和硬度不高、耐磨性较差、强韧性匹配还不尽合理等方面。因此，为了满足我国重载货运发展的需要，必须对重载车轮钢的化学成分、热处理工艺进行研究，从而改善我国重载车轮钢的淬透性、力学性能、耐磨性等各方面的性能。本文针对重载车轮钢各方面性能特别是强度和韧性不能完全满足铁路重载化发展需求这个问题，以马鞍山钢铁股份有限公司冶炼的AAR系列的6种车轮钢为研究对象，利用末端淬透性试验机、GLEEBLE3500热/力模拟试验机、金相显微镜、扫描电镜、MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机等实验手段对不同化学成分的重载车轮钢进行综合性能分析，分析了重载车轮钢最佳成分配比以及各性能的影响因素，重点分析Cr元素对重载车轮钢综合性能的影响。最后，通过化学成分分析、优化热处理工艺参数、改善车轮钢组织形态，从而得到综合性能优良的重载车轮钢。本研究主要有以下结论：（1）通过提重载高车轮钢Cr元素的含量能显著地提高其淬透性，减小珠光体片层间距，细化晶粒，从而提高重载车轮钢的强度和硬度，降低车轮材料的磨损量。但铬微合金化高碳重载车轮钢的连续冷却转变的稳定性较差，组织受冷速的影响较大，对钢材轧后的冷却要求更高。研究结果表明铬微合金化高碳重载车轮钢的冷速控制在1.0～3.0℃/s可得到较为理想的显微组织。（2）重载车轮钢的含碳量应为0.70%左右，同时，Cr含量过高不利于提高重载车轮钢的综合性能，应严格控制Cr元素的含量。（3）合金元素（Si、Cr、Mn）总量的增加能显著地提高车轮钢的淬透性，Cr、Mn元素的综合加入比单一元素作用效果更为有效。（4）试验钢热处理温度在820～860℃之间时，车轮钢中沿晶界析出的铁素体体积分数越高、分布越均匀，化学成分相同的亚共析重载车轮试验钢的晶粒越细小，强度越高，塑性越好。热处理温度在840℃时试验钢的晶粒最细小，强度和塑性最好。（5）摩擦磨损实验表明，终处理采用回火工艺可以显著降低车轮钢材料的摩擦系数和磨损量。结合实际生产情况，确定加入一定量（0.24%）Cr元素的AAR-D重载车轮钢的热处理制度为：840℃×1.5h+沙冷+500℃×4h的热处理工艺。