贝氏体钢轨具有刚度大、耐磨性好、寿命长等优点，但是由于贝氏体轧后热处理过程中容易出现组织转变的不均匀、弯曲变形程度过大、残余应力较高等突出问题，因此对贝氏体钢轨轧后的热处理强化过程成为近年来研究的热点。本文通过实验测得贝氏体钢轨在不同温度下的应力应变曲线，得到贝氏体钢轨杨氏模量和热膨胀系数等贝氏体钢轨的热物性参数；通过试验获得贝氏体钢轨的TTT曲线和CCT曲线；并且通过钢轨空冷实验，测定了60kg/m贝氏体钢轨和60AT道岔钢轨.轧后空冷过程的换热系数。本文采用有限元方法，模拟60kg/m贝氏体钢轨和60AT道岔钢轨热处理过程温度场、组织场、纵向应力场以及弯曲变形的演变规律，为今后60kg/m贝氏体钢轨和60AT道岔钢轨轧后空冷优化工艺的制定，以及如何保证钢轨组织转变均匀、减少弯曲变形量、降低残余应力等关键问题的解决提供了十分重要的理论依据。钢轨轧后空冷过程温度场、组织场和纵向应力场模拟计算结果表明：在钢轨轧后冷却过程中，钢轨的高温区主要贯穿轨头，造成组织转变的不均匀；纵向应力场与组织转变有关系密切，与温度变化关系次之；终冷时，60kg/m贝氏体钢轨属于轴对称几何图形，其断面残余最大拉应力150MPa，最大压应力-110MPa，60AT道岔钢轨属于非对称轴几何图形，断面残余最大拉应力250MPa，最大压应力-150MPa；弯曲变形受组织转变影响较大，终冷时，60kg/m贝氏体钢轨属于轴对称几何图形，只在z方向（正弯）发生弯曲变形，在z方向弯曲挠度为0.287mm，最终钢轨向轨头方向弯曲，然而60AT道岔钢轨属于非对称轴几何图形，在y方向（侧弯）和z方向都有弯曲变形，在y方向弯曲挠度为-0.075mm，最终向钢轨轨底短边方向弯曲，在z方向弯曲挠度为0.255mm，最终向钢轨轨头方向弯曲。