钢在不同的温度下具有不同的内部组织结构，而内部组织结构发生变化必然使钢的力学性能也发生改变。钢轨的wC=0.5％-0.8％，属于亚共析钢，在AC1线(723℃)以下时，钢的内部组织是铁索体和珠光体，这种钢表面淬火后形成马氏体组织，具有很高的强度和硬度。
在焊接之前，钢轨先预热到230-250℃，做一次低温回火处理，使焊缝部位的金属冷却后不开裂，这时硬化层的结构由马氏体向回火马氏体转变，使钢的内应力局部消除，韧性有所增加，而硬度几乎不降低，也可保证钢轨在预热温度下不变形。如果预热温度过高，会使原表而硬化层的马氏体组织转变成其他组织，比如索氏体，导致钢轨硬度降低。
在钢轨对接焊时，随着焊接温度的升高，焊接部位的回火马氏体开始向其他组织转变。焊接要间断进行，尽量减少焊接部位的热量，使钢轨焊接过程中始终保持230-250℃的温度。当这一部位焊接结束，如在空气中迅速冷却到230-250℃，回火脆性是经常遇到的问题。对一般碳钢而言，马氏体开始形成温度为200-350℃，而钢轨是含锰元素的合金钢，钢轨的马氏体形成温度应为100-200℃。这就要求钢轨全部对接焊接后，应加热到230-250℃后在空气中缓慢地冷却，经过≥0.5h，温度从230-250℃缓慢地冷却到室外温度，这样焊缝金属才能逐步转变成马氏体组织。由于焊缝部位合金与轨道整体缓慢冷却到室外温度，所以使焊缝部位的内应力减小，表面不产生裂纹。另外，经硬度计测试，养路机具轨道顶部焊缝达到了轨道顶部表面原来的硬度，说明表面硬度也达到了要求。