高鐵車輪用鋼是碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%左右的中碳鋼，提高其韌性一直是研究的重點(diǎn)。對車輪鋼韌性的研究表明，車輪鋼的斷裂韌性正比于(鐵素體體積分?jǐn)?shù))1/3/(奧氏體晶粒尺寸)1/2。可見，細(xì)化奧氏體尺寸，調(diào)控鐵素體-珠光體比例是提高中碳鋼韌性的關(guān)鍵。高鐵車輪采用鍛軋成型后正火（踏面噴水加速冷卻）＋回火的特殊熱處理工藝。鍛軋態(tài)組織、正火（奧氏體化）溫度、車輪踏面噴水工藝對最終的組織和性能有重要影響。
科研工作者針對碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.47%中碳高鐵車輪鋼，研究了鈮微合金化對前驅(qū)體為鐵素體-珠光體的組織發(fā)生奧氏體逆相變的影響。結(jié)果表明，鐵素體-珠光體鋼的逆相變是一個由碳原子擴(kuò)散控制的過程，奧氏體優(yōu)先在珠光體內(nèi)的鐵素體與滲碳體（α/Fe3C）片層界面處形核，并且沿平行于珠光體片層方向的長大速率比垂直于珠光體片層方向更快。含鈮車輪鋼細(xì)化的珠光體組織可以提高奧氏體的形核率，有利于細(xì)化奧氏體晶粒。
隨著再加熱溫度的提高，含鈮車輪鋼的奧氏體混晶溫度（960℃）比不含鈮的鋼高80℃，因此通過鈮微合金化可擴(kuò)大再加熱奧氏體化溫度窗口。結(jié)合Thermal-Calc熱力學(xué)計(jì)算和透射電鏡分析，鈮在中碳鋼中主要以析出物的形式存在，析出釘扎作用是其細(xì)化奧氏體晶粒、推遲混晶現(xiàn)象出現(xiàn)的主要機(jī)制。