热预弯冷却是钢轨生产过程中的重要工艺环节，由于钢轨截面形状比较复杂，在冷却过程中温度分布不均匀，使各部分收缩量不同，导致钢轨产生较大的弯曲变形。后续的矫直工艺与预弯冷却工艺密切相关，钢轨经冷却后的矫前弯曲度越小，平直度越好，矫直后钢轨的断面尺寸变化越小、残余应力越小，直接影响钢轨性能。因此，研究钢轨矫前弯曲度控制机理，得到理想的热预弯工艺参数，对提高和改善钢轨性能具有重要的理论和实际意义。本文首先基于有限差分法建立了钢轨冷却过程的断面温度场数学模型，得到了不同终轧断面温度值以及终轧断面温差条件下钢轨冷却过程中的断面温度；在此基础上推导出了考虑钢轨终轧弯曲度和终轧断面温度以及终轧断面温差的钢轨矫前弯曲度的计算公式和断面尺寸变化模型，并且应用C语言编写程序计算出了钢轨冷却过程中的温度场，在此基础上计算出钢轨的矫前弯曲度；其次，根据计算出的矫前弯曲度得到了合理的预弯量；最后，应用有限元分析软件ANSYS模拟了钢轨的冷却过程，分别对平直钢轨、有终轧弯曲的钢轨和具有不同初始温度的钢轨进行了模拟，并且得到了不同终轧状态下钢轨断面尺寸的变化值。通过程序计算和模拟分析得到，钢轨的终轧最高温度一定时，钢轨断面温差越大，冷却后矫前弯曲度越大；钢轨的终轧断面温差一定时，钢轨的终轧温度越高，冷却后断面尺寸收缩的越大，矫前弯曲度越高；钢轨断面温差一定时，弯向轨头的终轧弯曲度越大，矫前弯曲度越大；弯向轨底的弯曲度与矫前弯曲度越相近时，矫前弯曲度较小；相差越大，矫前弯曲度越大。经过分析，热预弯的预弯量等于无预弯时的矫前弯曲度时，钢轨冷却后平直度最好。解析计算结果和有限元模拟结果经过对比，二者结果相近。利用解析计算程序能快速计算出钢轨的矫前弯曲度，便于施加热预弯量，实现在线计算调整。