鋼軌白點(diǎn)斷口特征

將小白點(diǎn)和“小麻點(diǎn)”試樣經(jīng)820℃淬火處理, 作橫向斷口試驗(yàn), 其結(jié)果是小白點(diǎn)的斷口上出現(xiàn)銀灰色小斑點(diǎn), 而“小麻點(diǎn)”試樣斷口上無(wú)此特征 。

粗看起來(lái)小白點(diǎn)和“ 小麻點(diǎn)” 低倍形貌很相似。它們均處于鋼軌軌頭通常產(chǎn)生白點(diǎn)的區(qū)域內(nèi), 寬度約有20mm。缺陷異常細(xì)小,多數(shù)只有0.1-1mm, 肉眼很難看清它們的真實(shí)形貌。但在放大鏡下可清楚地看出兩者的宏觀外形是不同的。小白點(diǎn)多數(shù)垂直于軋制方向呈鋸齒狀裂紋,而“小麻點(diǎn)”是有一定深度的如蟲(chóng)蛀的小孔穴, 其分布無(wú)規(guī)律 。

冶標(biāo)YB32-60指出鐵道用鋼軌中如發(fā)現(xiàn)白點(diǎn), 則該爐罐號(hào)的鋼軌就要全部作廢?？梢?jiàn), 白點(diǎn)對(duì)鋼軌質(zhì)量影響的嚴(yán)重性。由此感到對(duì)白點(diǎn)能否作出正確判斷, 這不僅直接關(guān)系到鋼軌的能否使用, 而且事關(guān)鐵路的安全運(yùn)輸。

一般地說(shuō), 鋼軌中白點(diǎn)是易于判斷的,但有時(shí)也會(huì)遇到特殊情況, 使人難于判定。近來(lái)我們作鋼軌低倍檢驗(yàn)時(shí)就曾遇到過(guò)兩種情況一種低倍缺陷, 稱小白點(diǎn)另一種低倍缺陷, 稱“小麻點(diǎn)”。兩者低倍特征十分相似。當(dāng)時(shí), 對(duì)“小麻點(diǎn)”的認(rèn)識(shí)很不一致。有的認(rèn)為它就是小白點(diǎn), 有的認(rèn)為是疏松, 夾雜物等。都沒(méi)有足夠的科學(xué)依據(jù)給予解釋。經(jīng)過(guò)研究, 肯定了它是不同于小白點(diǎn)性質(zhì)的一種低倍現(xiàn)象 。

鋼軌白點(diǎn)(crack formed by entrapped hydragen gas)是指鋼軌鋼冶煉過(guò)程中殘留于金屬晶格的游離氫氣引起金屬細(xì)微內(nèi)裂的材質(zhì)缺陷 。它是形成嚴(yán)重危及行車安全的鋼軌核傷根源?？捎每刂评鋮s或真空鑄錠等先進(jìn)冶煉技術(shù)將其消除。

1.鋼軌中的小白點(diǎn)和“小麻點(diǎn)”雖然低倍特征很相似, 但經(jīng)仔細(xì)觀察和比較其實(shí)質(zhì)是完全不同的, 小白點(diǎn)具有一般白點(diǎn)所固有的特征, 不過(guò)細(xì)小而已。而“小麻點(diǎn)”沒(méi)有白點(diǎn)任何特征, 它只是一種析出相。因此對(duì)兩種低倍缺陷應(yīng)嚴(yán)加區(qū)分 。

2.這種析出相很易被試劑浸蝕, 此時(shí)易被認(rèn)為顯微裂紋。

3.該析出相經(jīng)熱處理可消除。對(duì)析出相的確切形成原因以及對(duì)使用有何影響, 尚不清楚, 有待進(jìn)一步深入研究。2100433B

鋼軌按中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和冶金工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)分為鐵路用鋼軌、輕軌、導(dǎo)電鋼軌和起重機(jī)鋼軌等。

(1)鐵路用鋼軌

在碳素鋼軌基礎(chǔ)上發(fā)展了低合金鋼軌。高碳低合金鋼軌比碳素鋼軌強(qiáng)度高，耐磨性、耐壓性、抗脆斷性和抗疲勞斷裂性更好。鐵路用鋼軌品種用38、43、50、60、75kg/m等。在鋼軌生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)特別注意防止白點(diǎn)的產(chǎn)生。

(2)輕軌

主要用于礦業(yè)和林業(yè)，其品種有5、8、11、15、18、24kg/m。輕軌主要由碳素鋼制造，少部分使用低合金鋼制造。在礦山、井下以及林區(qū)等處用的輕軌要求耐腐蝕，為此鋼中加入適量的銅、鉻、磷、釩等合金元素。

(3)導(dǎo)電軌

用于地下鐵路導(dǎo)電的鋼軌，要求有良好的導(dǎo)電性，即15℃ 時(shí)電阻率小于0.125μΩ.m.它采用優(yōu)質(zhì)低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼制造。

(4)起重機(jī)鋼軌

用于各種起重機(jī)導(dǎo)軌用的特種截面鋼軌，其化學(xué)成分和制造工藝與鐵路用鋼軌相同。品種有QU70、QU80、QUl00、QUl20等 。

鋼軌樁設(shè)置時(shí)，將舊鋼軌放置在事先準(zhǔn)備好的鉆孔中，放置時(shí)應(yīng)使鋼軌軌底正對(duì)滑坡推力方向(如圖2所示)。鋼軌置人鉆孔以后，需用混凝土或水泥砂漿充填鋼軌與孔壁間的空間，使鋼軌與混凝土或砂漿以及孔壤巖石聯(lián)成一體。這樣可充分發(fā)揮鋼軌的抗滑作用并可防止鋼軌的銹蝕。鋼軌樁適用于滑坡推力不大，巖體較完整的巖質(zhì)邊坡，它比大斷面鋼筋混凝土抗滑樁有輕便、靈活、便于施工等優(yōu)點(diǎn)。因此在國(guó)內(nèi)外露天礦滑坡防治工程中廣泛應(yīng)用。

鋼軌樁鋼軌樁的受力狀況

隨巖體結(jié)構(gòu)不同，鋼軌樁的受力狀態(tài)也不同。堅(jiān)硬巖體沿一很薄的滑面滑動(dòng)時(shí)[如圖3中(a)所示]，抗滑樁主要承受剪切應(yīng)力；如果巖體沿一層軟弱的破碎帶或一弱層滑動(dòng)[如圖3中(b)所示]，由于在滑面處出現(xiàn)塑性變形，而使樁體承受彎曲產(chǎn)生的拉壓應(yīng)力；如果滑體是松散體或碎裂巖體[如圖3中(c)所示]，則樁體也是承受彎曲產(chǎn)生的拉壓應(yīng)力。

總的說(shuō)來(lái)，鋼軌樁的受力狀態(tài)還研究得很不夠，如鋼軌上外力的具體分布至今仍不十分清楚，有待進(jìn)一步研究分析。

鋼軌樁鋼軌樁主要設(shè)計(jì)參數(shù)

鋼軌樁抗滑力計(jì)算原則

如前所述，當(dāng)巖體堅(jiān)硬，滑動(dòng)面很薄時(shí)，樁體受剪力較大，可考慮樁體是受剪切，但在一般情況下都是受彎曲的。在計(jì)算鋼軌樁抗滑力時(shí)，一般可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，有條件時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)樁體應(yīng)力測(cè)試、模型試驗(yàn)等，得出樁體的應(yīng)力狀態(tài)，分析樁體的受力形式，進(jìn)而確定按剪切或彎曲條件計(jì)算。例如，阜新海州露天煤礦的鋼軌樁是按受彎曲來(lái)計(jì)算的。也有人將鋼軌樁視為是彈性地基上的彈性地基梁用連桿法求解樁體內(nèi)力。必須說(shuō)明，鋼軌樁的設(shè)計(jì)計(jì)算方法是不成熟的。在實(shí)際工程中，必須結(jié)合具體條件分析應(yīng)用。

錨固深度和樁長(zhǎng)

錨固深度即為樁埋人滑面以下穩(wěn)定基巖中的深度，它應(yīng)以樁體在滑坡推力作用下不被拔出以及在樁底不會(huì)產(chǎn)生新的滑面為條件。一般情況下，當(dāng)滑床巖體較完整，強(qiáng)度較大時(shí)，錨固深度可取小些。阜新海州露天煤礦▽86站錨固深度取3～5m。

樁的錨固深度與樁在滑面以上的長(zhǎng)度之和即為樁長(zhǎng)。樁長(zhǎng)應(yīng)保證不會(huì)產(chǎn)生越過(guò)樁頂?shù)幕?。但在一般情況下為施工方便而易于鋼軌定位，常使樁長(zhǎng)能露出滑體表面。這樣也為地面觀測(cè)提供了方便條件。

樁距和排距

穩(wěn)定一個(gè)滑體通常需沒(méi)置許多樁。樁成排布置，而且常是雙排或多排，排與排之間的樁位相互錯(cuò)開(kāi)。

樁距取決于樁的總數(shù)和巖體強(qiáng)度。要防止軟質(zhì)土巖自樁間擠出，如滑坡推力較小，土巖強(qiáng)度又較大，則樁距可適當(dāng)大些。

粘土巖易被水浸潤(rùn)而軟化滑動(dòng)，宜選用較大直徑的鋼軌樁或管樁。隨樁徑增大，柱后形成堅(jiān)實(shí)的粘土巖楔(如圖4所示)，它將阻止樁間巖土向樁外擠出。阻止巖體擠出的阻力為：

樁間巖體的穩(wěn)定條件應(yīng)滿足：

由上式得：

雙排或多排孔時(shí)排距一般近似取樁距。對(duì)于露天礦采場(chǎng)邊坡，由于施工條件的限制，一般每個(gè)臺(tái)階設(shè)1～2排樁。

鋼軌傷損大致可分為五大類：鋼軌核傷，鋼軌接頭部位傷損，鋼軌的水平、垂直、斜向裂紋，鋼軌軌底裂紋，鋼軌焊接接頭傷損等。

1.鋼軌核傷

鋼軌核傷又稱黑核或白核，大多數(shù)發(fā)生在鋼軌軌頭內(nèi)，它是各類傷損中危害最大的鋼軌傷損之一。

核傷形成原因：由于鋼軌本身存在白點(diǎn)、氣泡和非金屬夾雜物或嚴(yán)重偏析等，在列車動(dòng)荷載的重復(fù)作用下，這些微細(xì)疲勞源逐步擴(kuò)展，使這些疲勞斷面具有平坦光亮的表面、通常稱作白核。當(dāng)白核發(fā)展至軌面時(shí)，疲勞斑痕受氧化逐漸發(fā)展成了黑核。

除材質(zhì)因素外還有其他因素產(chǎn)生的核傷：接觸疲勞形成的核傷、軌面剝離形成的核傷、擦傷(焊補(bǔ))形成的核傷、魚鱗傷損形成的核傷、焊接不良形成核傷。

2.鋼軌接頭傷損

鋼軌接頭是線路上最薄弱的環(huán)節(jié)，車輪作用在鋼軌接頭上的最大慣性沖擊力比其他部位大60%左右，鋼軌接頭的主要傷損是螺孔裂紋，其次是下顎裂紋、接頭掉塊、馬鞍形磨耗等。

(1)螺孔裂紋產(chǎn)生的主要原因有：軌道結(jié)構(gòu)不合理，接頭沖擊過(guò)大，養(yǎng)護(hù)狀態(tài)不良等。

(2)下顎裂紋形成主要原因是：軌頭長(zhǎng)期受到過(guò)大的偏載，水平推力以及軌頭撓曲應(yīng)力的復(fù)合作用等。

(3)接頭掉塊、馬鞍形磨耗形成主要原因是：鋼軌淬火層與鋼軌母材間硬度相差很大，而且沒(méi)有均勻過(guò)渡，大軌縫部位軌端承受車輪沖擊力大、線路暗坑吊板等，促使鋼軌掉塊、壓陷和不均勻磨耗。

3.鋼軌的水平、垂直、斜向裂紋

(1)鋼軌在制造過(guò)程中工藝不良，沒(méi)有切除鑄錠中帶有的嚴(yán)重偏析、縮孔、夾雜物等，使之在軌頭或軌腰中形成水平、垂直(縱向)或鼓包等裂紋。

(2)在無(wú)縫長(zhǎng)軌地段，長(zhǎng)期受到大的偏心負(fù)載、水平推力及軌頭撓曲應(yīng)力的復(fù)合作用，在焊接接頭下顎會(huì)產(chǎn)生水平裂紋。

(3)高硬度、耐磨的合金鋼軌、含碳量較高的淬火鋼軌因車輪的輾壓，在軌頭表面形成魚鱗斜向裂紋。

4．鋼軌軌底裂紋

軌底裂紋的表現(xiàn)形式大體有三種：軌底坑洼(或劃痕)發(fā)展形成的軌底橫向裂紋，軌腰縱向裂向下發(fā)展形成的軌底裂紋，焊接工藝不良造成的軌底橫向裂紋。在軌底熱影響區(qū)極容易產(chǎn)生軌底橫向裂紋。

5．鋼軌焊接接頭傷損

國(guó)內(nèi)長(zhǎng)軌焊接方式有接觸焊、鋁熱焊、氣壓焊三種。焊接設(shè)備、材料、氣溫和操作工藝等諸多因素都會(huì)影響焊接質(zhì)量。

(1)鋁熱焊焊縫缺陷有夾渣、氣孔、夾砂、縮孔、疏松、未焊透和裂紋等，其中夾渣、氣孔可產(chǎn)生在焊縫中的任何部位，夾砂等多存在于軌底兩側(cè)，疏松多存在于軌底三角區(qū)，裂紋多產(chǎn)生在焊縫與母材之間。

(2)接觸焊焊縫缺陷有灰班、裂紋、燒傷，其中灰班可存在于鋼軌中的任何部位，特別是軌底邊居多，裂紋存在于軌腰和熱影響區(qū)，燒傷存在于離焊縫130～133 mm的區(qū)域。

(3)氣壓焊常見(jiàn)缺陷有光班、過(guò)燒、未焊透，其中光班存在于軌頭或軌底部位，過(guò)燒存在于軌底兩側(cè)和軌頭與軌腰結(jié)合處的凸出部位，未焊透存在于焊縫的任何部位。