高速铁路因其安全、高效、环保及低能耗的特点成为目前世界各国最重要的交通运输工具。钢轨作为轨道结构的重要部件，其段面尺寸精度、平直度直接影响铁路的行车安全和钢轨的使用寿命。目前运用的钢轨万能轧制过程延伸和宽展的解析公式都是直接或间接应用板带材轧制过程经验公式得到，而且均没有考虑轧制过程中轨头和轨腰以及轨底和轨腰断面交界处金属的横向流动，这种横向流动对轧后钢轨纵向延伸、断面尺寸以及轧后弯曲度都有直接影响。因此，分析钢轨万能轧制过程中金属的横向流动和纵向流动机理，建立准确的金属横向流动体积、体积流动速率以及纵向延伸系数预测模型，以制定合理的轧制规程，对高性能钢轨的生产具有非常重要的理论和实际意义。首先，对轧制模型进行必要、合理的简化并给出钢轨万能轧制总功率计算公式。在此基础上运用遗传算法以及真实速度场使总消耗功率最小的刚塑性变分原理，以轧制总功率为目标函数、轨头和轨底的延伸系数为优化系数求解出功率最小时钢轨的延伸系数。其次，根据轨头、轨底和轨腰接触变形区长度不一致，但在出孔型时这三部分又是作为一个统一的整体和整体体积不可压缩性条件，求解推导出钢轨三部分的延伸系数公式、金属横向流动体积计算公式。并在此基础上推导出金属横向体积流动速度公式。最后利用MATLAB软件求出不同变形工艺参数条件下的钢轨三部分延伸系数、金属横向流动体积以及金属横向体积流动速度变化曲线。最后，使用Pro/ENGINEER三维建模软件建立钢轨的轧件和轧辊的三维模型，导入到MARC有限元分析软件中，建立钢轨万能轧制的热力耦合有限元模拟计算模型，并进行有限元模拟得到钢轨万能轧制过程中的各部分宽展、延伸以及断面间金属横向位移。通过将理论计算结果与数值模拟结果进行对比可知：理论公式计算结果与钢轨万能轧制模拟结果比较接近，可以应用于钢轨实际生产对钢轨万能轧制三维塑性流动进行预测。