钢轨自1767年发明至今，已经历240余年的发展历史，现被广泛应用于矿山运输、客货运铁路运输和起重机轨道运输等方面。目前我国所产的钢轨型号多样，性能各有侧重，而其内在质量直接关系着各项运输的安全。研究在现有的生产条件下如何提高钢轨的生产效率和成品质量，具有非常重要的意义。本文选用U71Mn钢作为钢轨材料，利用Gleeble-3500热力模拟试验机对材料试件进行了单道次压缩试验和双道次压缩试验，并对经淬火处理后的试件的微观组织进行了晶粒尺寸的测量，通过对实验数据的综合处理推导得出U71Mn钢在不同温度和变形条件下的动态再结晶和静态再结晶的规律及数学表达式。以50kg/m钢轨的横列式轧制生产线为研究对象，利用Pro/Engineer软件建立了轧辊和钢坯的三维实体模型，在DEFORM-3D有限元软件上模拟了钢轨从开坯轧制到终轧成形共12道次的生产过程。通过对轧制过程中热、力、微观组织等多场耦合的数值模拟，得到了各时刻的应力场、应变场、位移场、温度场和微观组织的演变等参数，对原孔型设计提出了改进意见，并确定了合适的初轧温度。对钢轨在冷却过程相变生成的微观组织进行了数值模拟，并通过钢轨成品的金相实验对模拟结果进行了验证。研究发现钢轨中除含珠光体组织外，还出现了异常组织——马氏体。对马氏体组织形成的原因和潜在危害进行了分析，并提出了消除马氏体、改善钢轨微观组织结构的具体措施。本文的研究结果有助于在钢轨生产中改进生产工艺、制定轧制规程、预测产品性能，并最终达到生产优质钢轨的目的。