重载铁路是提升铁路货运能力的最有效途径,也是我国铁路发展的重要方向,随着重载铁路轴重、运量的增加,钢轨的磨损和接触疲劳问题日益突出,我国现有钢轨已经不能完全满足使用要求。贝氏体钢轨由于其具有优异的强度和韧性已得到国内外铁路部门、研究院校的关注。本文以国内某钢厂生产的贝氏体钢轨为研究对象,对服役后的贝氏体钢轨进行伤损分析,揭示贝氏体钢轨的磨损机理,并系统研究了钢轨的热处理工艺、显微组织、常规力学性能之间的关系,最后对不同热处理工艺处理的钢轨进行滚动磨损试验,分析影响贝氏体钢轨磨损性能的关键因素,为新一代贝氏体钢轨的工业化生产提供试验和理论依据。通过对在大秦线某小半径(R1000 m)曲线服役后的贝氏体钢轨取样进行分析,发现钢轨侧磨处的磨耗要比垂磨处的严重,垂磨处的磨损形貌主要以犁沟为主,其磨损机制为磨料磨损并伴随着黏着磨损;侧磨位置的磨损形貌主要是以疲劳裂纹为主,并伴随着剥离现象,其磨损机制主要是表层/亚表层疲劳磨损。在钢轨垂磨和侧磨处的磨损表层下都存在塑性变形层和加工硬化。经过电子探针分析,发现微裂纹容易在Mn偏析条带组织中萌生并沿着条带方向扩展。钢轨基体组织和服役条件对其耐磨性影响比较显著,目前钢轨的生产工艺为热轧后自然冷却+回火,而轧后冷却速度在自然环境下波动较大,不利于钢轨耐磨性的提升。根据贝轨的相变行为和钢厂的生产条件,制定了8种不同热处理工艺(3种BAT(bainite austempering)工艺和5种BQP(bainite-based quenching plus partitioning)工艺)。分析了不同工艺的组织及常规力学性能,发现经过BAT工艺处理后的钢轨,随着等温温度的升高,钢轨强度和韧性均下降,残余奥氏体含量降低,且其形貌以块状为主,形成马/奥岛,不利于贝氏体钢轨综合性能的改善。钢轨经BQP工艺处理后,随着淬火、配分温度的增加,强度降低,BQP残余奥氏体形貌以薄膜状为主;因此,整体上BQP工艺性能优于BAT工艺,具有更好的强韧性。滚动接触疲劳试验结果显示,不同工艺下钢轨磨损形式都主要是表层疲劳磨损,疲劳剥离产生的磨屑也造成一定程度的磨料磨损。随着转变温度降低,钢轨硬度逐渐增大,磨损量减少,钢轨耐磨性提升。通过对比不同工艺发现BQP工艺处理贝氏体钢轨的耐磨性优于传统BAT工艺。此基础上,试制了新型BQP控冷贝氏体钢轨,与传统自然冷却+回火贝氏体钢轨相比,通过BQP控冷工艺生产的钢轨耐磨性能更优。