鋼在不同的溫度下具有不同的內部組織結構，而內部組織結構發生變化必然使鋼的力學性能也發生改變。鋼軌的wC=0.5％-0.8％，屬于亞共析鋼，在AC1線(723℃)以下時，鋼的內部組織是鐵索體和珠光體，這種鋼表面淬火后形成馬氏體組織，具有很高的強度和硬度。
在焊接之前，鋼軌先預熱到230-250℃，做一次低溫回火處理，使焊縫部位的金屬冷卻后不開裂，這時硬化層的結構由馬氏體向回火馬氏體轉變，使鋼的內應力局部消除，韌性有所增加，而硬度幾乎不降低，也可保證鋼軌在預熱溫度下不變形。如果預熱溫度過高，會使原表而硬化層的馬氏體組織轉變成其他組織，比如索氏體，導致鋼軌硬度降低。
在鋼軌對接焊時，隨著焊接溫度的升高，焊接部位的回火馬氏體開始向其他組織轉變。焊接要間斷進行，盡量減少焊接部位的熱量，使鋼軌焊接過程中始終保持230-250℃的溫度。當這一部位焊接結束，如在空氣中迅速冷卻到230-250℃，回火脆性是經常遇到的問題。對一般碳鋼而言，馬氏體開始形成溫度為200-350℃，而鋼軌是含錳元素的合金鋼，鋼軌的馬氏體形成溫度應為100-200℃。這就要求鋼軌全部對接焊接后，應加熱到230-250℃后在空氣中緩慢地冷卻，經過≥0.5h，溫度從230-250℃緩慢地冷卻到室外溫度，這樣焊縫金屬才能逐步轉變成馬氏體組織。由于焊縫部位合金與軌道整體緩慢冷卻到室外溫度，所以使焊縫部位的內應力減小，表面不產生裂紋。另外，經硬度計測試，養路機具軌道頂部焊縫達到了軌道頂部表面原來的硬度，說明表面硬度也達到了要求。
