鋼軌鋼情況調(diào)查

PD3 鋼軌生產(chǎn)中的損傷

王清泰針對(duì)攀鋼P(yáng)D3 鋼軌在大生產(chǎn)初期出現(xiàn)的鋼軌矯段、鋼坯斷裂及鋼坯過燒問題，運(yùn)用宏觀觀察和金相方法，分析了材料失效的主要原因。認(rèn)為是:

(1)鋼軌表面結(jié)疤和冷傷缺口以及擦傷產(chǎn)生的淬火馬氏體是鋼軌矯段的主要原因。減少各種表面缺陷和嚴(yán)重冷擦傷，可以有效地減少鋼軌矯段。

(2)鋼坯斷裂是鋼坯經(jīng)火焰清理產(chǎn)生的淬火馬氏體。在后來的鋼坯運(yùn)輸過程中所處位置受到過大彎曲拉應(yīng)力的結(jié)果，確保清理溫度和避免鋼坯受過大拉應(yīng)力，可減少鋼坯斷裂。此外，提高鋼坯表面質(zhì)量，減少清理面積，也能減少鋼坯斷裂的隱患。

(3)鋼坯過燒，主要是軋前的加熱操作不適當(dāng)造成。減少PD3 鋼坯過燒的方法，是比U71Mn 更嚴(yán)格控制加熱溫度和在高溫下的停留時(shí)間。

PD2 鋼軌的損傷

李建萍等 針對(duì)PD2 鋼軌在實(shí)際使用過程中出現(xiàn)的損壞開裂情況，對(duì)不同爐號(hào)、不同服役道路位置的鋼軌進(jìn)行了宏觀和微觀的全面檢測(cè)和分析。發(fā)現(xiàn)PD2 鋼軌表面損傷情況主要呈現(xiàn)為多處人字型傷損，兩個(gè)人字型傷損距離大小約為55 ～150 mm ，單個(gè)人字型傷損大約為60 mm ×30 mm×11 mm(長×寬×深)。出現(xiàn)這種損傷的原因是PD2 鋼軌的最終組織中含有硬度偏低組織———索氏體組織，鋼軌的硬度平均值為HB 311 ，低于GB2585-81 國際規(guī)定硬度值HB 390 ，造成了鋼軌材料的抗拉強(qiáng)度σb 性能下降，從而降低了鋼軌的疲勞極限σ-1 ；另外，鋼軌表面的晶粒變形嚴(yán)重，其晶粒已呈纖維狀，造成鋼軌橫向力學(xué)性能下降，即鋼軌承受主應(yīng)力方向力學(xué)性能變壞。

鋼軌斷裂

2001 年7 月，在黔桂線K9 595 m 處一鋼軌突然發(fā)生橫向斷裂。該鋼軌為U71Mn 60 kg/m ，25 m 螺栓孔定尺軌，于1999 年12 月鋪設(shè)在線路上使用至斷裂共服役19 個(gè)月，斷裂位置距軌端2.82 m 。

鄧建輝等采用電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡對(duì)該鋼軌進(jìn)行了宏、微觀檢驗(yàn)。結(jié)果表明，鋼軌斷裂起源于軌底一側(cè)軌腳外傷缺陷處，造成該鋼軌斷裂的原因是鋼軌一側(cè)軌腳的外傷缺陷及其馬氏體和萊氏體組織。

鋼軌裂縫

柳州鐵路局在進(jìn)行鋼軌線路焊接打磨時(shí)，發(fā)現(xiàn)一支U71Mn 60 kg/m 鋼軌端面軌底腳部位有一嚴(yán)重裂縫缺陷，鄧建輝經(jīng)研究認(rèn)為，鋼軌中的空洞型裂縫是與鋼軌表面不相通的封閉型缺陷，是鑄錠時(shí)保護(hù)渣卷入鋼水中形成的大型夾渣所造成的。由于鋼軌內(nèi)部軌底腳邊沿屬現(xiàn)行超聲波探傷盲區(qū)，探傷檢測(cè)難以發(fā)現(xiàn)；但這類缺陷危害極大，嚴(yán)重危及行車安全。因此對(duì)目前的超聲波探傷方法應(yīng)進(jìn)行改進(jìn)，在軌底腳部位設(shè)置探頭，以避免探傷檢測(cè)出現(xiàn)漏檢。

鋼軌使用后的表層組織與性能

鋼軌投入使用后，在鋼軌表面和車輪接觸部位呈現(xiàn)出肉眼可見的白色，該白色部位在侵蝕劑中不受侵蝕，故稱為白層。對(duì)白層的形成原因目前還沒有定論。一種觀點(diǎn)認(rèn)為白層的形成是高速列車區(qū)間由于車輪在鋼軌踏面上打滑而造成的，但在極少發(fā)生打滑區(qū)段的鋼軌表面同樣存在白層。另一研究認(rèn)為，高速列車區(qū)間鋼軌表面形成白層，其組織為納米結(jié)構(gòu)等。

趙秀娟等通過對(duì)使用后的U74 鋼軌表面形成的白層組織進(jìn)行分析表明，運(yùn)行約3 年的鋼軌，由表面至心部顯微組織變化為:第一層為白層(約40～ 70 μm)；第二層為珠光體變形層(約65 ～ 90μm)；第三層為珠光體未變形硬化層(約130 μm)；白層顯微硬度在距表面40 μm 處，硬度最高約達(dá)800 HV ，比心部硬度高2 倍多。通過X 射線衍射、透射電鏡形貌和選區(qū)電子衍射分析，確認(rèn)白層的組織為過飽和碳的單相的α-Fe 、晶粒顯著細(xì)化，有納米級(jí)晶粒形成，約40 nm(衍射花樣為球狀)。

國外學(xué)者對(duì)鋼軌滾動(dòng)接觸疲勞的認(rèn)識(shí)

2000 年底至2001 年初大面積鋼軌滾動(dòng)接觸疲勞引起了英國鐵路斷線。對(duì)此，英國皇家工程院院士史密斯認(rèn)為，鋼軌滾動(dòng)接觸疲勞由三部分組成:輪軌接觸面表面引起的初級(jí)裂紋；由接觸應(yīng)力場引起的淺腳裂縫的發(fā)展；鋼軌內(nèi)部深層次大面積的應(yīng)力場裂縫的延伸。這三個(gè)因素在轉(zhuǎn)換時(shí)就產(chǎn)生了開裂的可能。另外自然磨耗或打磨產(chǎn)生的磨耗也可能促進(jìn)裂紋的發(fā)展。

其他鋼軌損傷情況調(diào)查

1 　寶蘭二線鋼軌波浪彎曲情況

2002 年6 月發(fā)現(xiàn)鋪設(shè)于寶蘭二線的包鋼產(chǎn)U74 60 kg/m 鋼軌淬火后經(jīng)過半年多運(yùn)營，出現(xiàn)大量波浪彎曲，波長周期沒有規(guī)律性。目測(cè)有波浪彎曲鋼軌2192 支，占目測(cè)鋼軌的37.17 %。

2 　發(fā)現(xiàn)的其他線路鋼軌波浪狀彎曲傷損狀況

(1)上局蘇州工務(wù)段滬寧線下行K59 處鋪設(shè)使用的PD3 鋼軌，在運(yùn)營初期出現(xiàn)鋼軌的周期性垂直彎曲，造成線路不平順。

(2)廣深準(zhǔn)高速鐵路使用U71Mn 鋼軌段，自開通運(yùn)營以來鋼軌波浪狀不平順較為嚴(yán)重。

(3)鄭州鐵路局京廣線使用同一鋼廠生產(chǎn)的PD3 鋼軌，在低速時(shí)未發(fā)現(xiàn)異常，但自1999 年快速列車開行后，發(fā)現(xiàn)鋼軌軌面呈明顯的波浪狀不平順。

(4)青島工務(wù)段1998 、1999 年鋪設(shè)的U74 60kg/m 鋼軌部分路段，在運(yùn)營短時(shí)間內(nèi)并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的波浪彎曲。1999 年7 月檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼軌有明顯的波浪彎曲。隨著列車的提速，這種波浪彎曲表現(xiàn)愈來愈明顯。

(5)2001 年秦沈客運(yùn)專線綜合試驗(yàn)段，在鋪設(shè)攀鋼和鞍鋼P(yáng)D3 鋼軌試驗(yàn)段，年檢發(fā)現(xiàn)鋼軌有3 m 左右的周期性不平順，而對(duì)法國鋼軌試驗(yàn)段區(qū)間檢查未發(fā)現(xiàn)3 m 左右的周期性不平順 。

鋼軌鋼碳含量

對(duì)于鋼軌鋼生產(chǎn)，既要保證其具有足夠高的強(qiáng)度，又要致力于提高其韌性。為此，不能靠單獨(dú)提高含碳量，而是應(yīng)該采取合金化的途徑，即發(fā)展中碳多元合金化高強(qiáng)度高韌性鋼軌鋼。鋼軌淬火是提高鋼軌強(qiáng)度、韌性、耐磨性，延長使用壽命的有效途徑。國外熱處理鋼軌的實(shí)際碳質(zhì)量分?jǐn)?shù):日本為0.76 %～ 0.81 %，俄羅斯為0.71 %～0.80 %，盧森堡為0.78 % ～ 0.82 %，英鋼聯(lián)為0.76 %～ 0.77 %，奧鋼聯(lián)為0.75 %～ 0.81 %，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大波動(dòng)范圍為0.09 %，最小為0.01 %。我國鋼軌:U74 的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.67 %～ 0.80 %，U71Mn 為0.65 % ～ 0.77 %，PD3 為0.70 %～ 0.78 %，BNbRE 為0.70 %～ 0.82 %，最大波動(dòng)范圍0.13 %，最小為0.08 %。由于碳含量波動(dòng)范圍大，淬火工藝參數(shù)難以控制，不能充分發(fā)揮淬火的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，鋼軌的內(nèi)在性能未能通過淬火充分發(fā)揮出來，甚至稍有不慎就會(huì)出現(xiàn)馬氏體。因此，碳含量波動(dòng)范圍應(yīng)進(jìn)一步減小。

鋼軌鋼硫、磷含量

提高鋼軌純凈性必然伴隨著鋼軌成本的提高，因此不同線路用鋼軌往往對(duì)純凈性的要求不同。眾所周知，鋼中有害元素P 、S 含量可以從一個(gè)側(cè)面反映對(duì)純凈性的要求，日本JIS 鋼軌標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，抗拉強(qiáng)度等級(jí)為687 MPa 和736 MPa 的鋼軌，要求w [ P] ≤0.045 %，w[ S] ≤0.05 %，而對(duì)抗拉強(qiáng)度等級(jí)為804 MPa 的鋼軌，要求w [ P] ≤0.03 %，w [ S] ≤0.025 %。EN 鋼軌標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:對(duì)軌頭表面硬度為200HB 的鋼軌，P 、S 質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.035 %；對(duì)軌頭表面硬度為220 ～ 260HB 的鋼軌，P 、S 質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.025 %；而對(duì)合金軌及熱處理軌則要求w [ P] ≤ 0.020 %，w [ S] ≤0.025 %。

提高鋼軌純凈度可以進(jìn)一步提高鋼軌接觸疲勞性能，減小鋼軌使用中核傷的出現(xiàn)概率。目前國外先進(jìn)國家鋼軌硫、磷含量比較低，而我國目前還規(guī)定為w [ S] ≤0.040 %，w [ P] ≤0.035 %，需要進(jìn)一步降低S 、P 含量，向國際標(biāo)準(zhǔn)靠攏。

鋼軌鋼夾雜物

(1)夾雜物分布的影響

大量的鋼軌失效分析表明，夾雜物在鋼軌中的分布位置是影響鋼軌破損類型的主要因素:

①當(dāng)夾雜物出現(xiàn)在踏面表層或亞表層時(shí)，易在鋼軌局部踏面形成深層剝離掉塊類型的疲勞損傷，即“局部剝離” ，深度可達(dá)4 ～ 5 mm ，而局部剝離坑易產(chǎn)生橫向裂紋，從而形成“起源于軌頭表面的橫向疲勞裂紋型核傷” 。

②當(dāng)夾雜物位于踏面下5 ～ 12 mm 時(shí)，易形成“縱橫裂型核傷” 。

③當(dāng)夾雜物(主要是低倍夾雜和白點(diǎn))位于踏面下較深位置時(shí)，易形成“起源于軌頭內(nèi)部的橫向疲勞裂紋型核傷” 。

④當(dāng)夾雜物沿軌頭縱向分布時(shí)，易形成軌頭縱裂。

⑤當(dāng)夾雜物出現(xiàn)在軌腰時(shí)，易形成軌腰縱裂。

⑥當(dāng)夾雜物出現(xiàn)在軌底時(shí)，易形成軌底縱裂或橫向折斷。

(2)夾雜物種淚的影響

鋼軌中不同種類的夾雜物對(duì)鋼軌破損程度的影響不同:

①氧化鋁

在各類夾雜物中，鏈狀氧化鋁無疑最為有害。大量檢驗(yàn)分析結(jié)果表明，鏈狀氧化鋁夾雜是形成條狀疲勞裂紋源進(jìn)而導(dǎo)致核傷的主要原因，因而國外鋼軌標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氧化鋁夾雜物數(shù)量有嚴(yán)格要求。

②硅酸鹽

硅酸鹽的危害性也較大，除誘發(fā)核傷外，還是造成鋼軌局部深層剝離的主要原因，國外鋼軌標(biāo)準(zhǔn)對(duì)硅酸鹽數(shù)量也有限制。

③硫化物

相比之下，鋼軌疲勞損傷對(duì)硫化物的敏感程度不及上述兩類氧化物。因此，就提高鋼軌疲勞性能而言，改善氧化物夾雜的純凈度比改善硫化物的純凈度更為有效。

④低倍夾雜和白點(diǎn)等低倍缺陷

鋼軌中的低倍夾雜、白點(diǎn)等低倍缺陷，是形成內(nèi)部橫向疲勞裂紋的主要原因，嚴(yán)重危及行車安全，須嚴(yán)格加以限制。

(3)夾雜物尺寸或數(shù)量的影響

關(guān)于夾雜物導(dǎo)致內(nèi)疲勞缺陷的臨界尺寸，目前還無定論，但普遍認(rèn)為，隨著軸重提高或速度提高(即動(dòng)載荷增大)，引起鋼軌疲勞損傷的夾雜物臨界尺寸將減小。

結(jié)合現(xiàn)代鋼軌生產(chǎn)技術(shù)和高速鐵路發(fā)展制訂的EN 鋼軌標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)氧化物夾雜提出了嚴(yán)格要求，規(guī)定鋼中氧化鋁夾雜物里小于10 μm 的為95 %以上，而大于10 μm 小于20 μm 的不得超過5 %。

鋼軌的外形尺寸

由于速度的提高對(duì)鋼軌表面的平順性要求更加嚴(yán)格。在實(shí)際鋼軌交貨中，端頭不平順還要大些，特別是目前鋼軌端頭，矯直存在暗面，使鋼軌的焊接平順性達(dá)不到要求。目前規(guī)定快速線路鋼軌焊接表面平順性0.3 mm/m(向上)，實(shí)際上很難做到。輪軌動(dòng)力測(cè)試結(jié)果表明，在接頭處均出現(xiàn)應(yīng)力峰值。因此，提高鋼軌表面平順性是提速線路的迫切需要 。

目前，鋼軌鋼的主要質(zhì)量問題有二:一是在外觀質(zhì)量方面，鋼軌幾何尺寸公差大，軋痕、劃傷、裂痕等表面缺陷多；二是內(nèi)在質(zhì)量方面，存在夾雜、偏析等冶金缺陷。這些缺陷成為鋼軌鋼損傷的主要誘因。

鋼軌強(qiáng)度及軋制質(zhì)量

(1)磨耗與塑性變形問題突出

鐵路曲線段上鋼軌側(cè)磨問題突出。在石太線曲率半徑R =300 ～ 400 m 的曲線段上，最短的7～ 8 個(gè)月就磨耗到限；在津浦線R =500 ～ 600 m的曲線上，一年半左右鋼軌就要調(diào)邊使用，這遠(yuǎn)低于線路的大修周期。在直線段上，由于輪軌接觸應(yīng)力達(dá)到或接近鋼軌的屈服極限強(qiáng)度，有的新軌上道3 ～ 6 個(gè)月左右軌頭就過早地出現(xiàn)飛邊。

(2)剝離掉塊

由于輪軌接觸疲勞作用，產(chǎn)生疲勞層，從而引起剝離掉塊。主要出現(xiàn)在淬火軌上。隨著鐵路運(yùn)量和軸重的增加，鋼軌剝離傷快問題也日益突出。

產(chǎn)生鋼軌剝離掉塊主要是由于鋼軌材質(zhì)不純、淬火工藝不當(dāng)、軌底坡設(shè)置及涂油工藝不當(dāng)?shù)纫蛩匾鸬?。廣州、北京等鐵路局采取加楔形膠墊調(diào)整軌底坡、間斷涂油讓較輕剝離部位磨掉等措施來防止剝離掉塊的發(fā)生，取得了較好效果。

(3)波浪磨耗

波浪磨耗是指鋼軌踏面在全長出現(xiàn)周期性高低不平的波狀磨耗，而軌頭下顎和整個(gè)斷面仍保持平直。波浪磨耗在石太線、豐沙線、大秦線等運(yùn)煤專線上問題比較突出，在廣深準(zhǔn)高速線路上，也開始出現(xiàn)，并且表現(xiàn)較為嚴(yán)重。

影響波浪磨耗(簡稱波磨)的因素較多，第一類因素影響波磨的形成，即決定輪對(duì)粘滑振動(dòng)是否出現(xiàn)；第二類影響波磨的發(fā)展，即加劇或減緩粘滑的振動(dòng)強(qiáng)度、加強(qiáng)或減弱不均勻磨損的累加效應(yīng)。一般來講，許多在波磨形成過程中起作用的因素，對(duì)波磨的發(fā)展也有決定性影響。有些因素雖影響波磨發(fā)展速率，但并不決定波磨是否形成，控制這些因素也可有效減緩波磨。

預(yù)防波磨的關(guān)鍵，一是消除曲線地段輪對(duì)的粘滑振動(dòng)；二是消除由粘滑振動(dòng)引起的鋼軌不均勻磨損的累加效應(yīng)。

為了減緩波磨，常采用如下措施:

①減小軌道不平順。減小軌道不平順對(duì)減緩波磨及其他輪軌病害均十分有利。減小軌道不平順可減少粘滑振動(dòng)的發(fā)生的概率及鋼軌不均勻磨損的累加效應(yīng)，從而有效地控制波磨發(fā)展速率。減小軌道不平順主要是指減少諸如鋼軌接頭、軌面剝離、擦傷及鋼軌死彎等脈沖不平順。脈沖不平順導(dǎo)致輪軌沖擊，引發(fā)輪對(duì)粘滑振動(dòng)，是對(duì)波磨形成和發(fā)展影響最大的軌道不平順。計(jì)算表明，在完全平順的軌道上，貨車在半徑600 m 以上的曲線地段幾乎不會(huì)發(fā)生輪對(duì)粘滑振動(dòng)，但因接頭不平順的作用，在半徑2 000 m 的曲線上也可能發(fā)生輪對(duì)粘滑振動(dòng)。多數(shù)波磨從接頭附近始發(fā)的現(xiàn)象說明了這一點(diǎn)。

②加大軌道彈性、提高軌道阻尼。軌道增彈減振對(duì)減少輪軌其他病害也是有利的。增加軌道彈性可有效地減小輪對(duì)粘滑振動(dòng)發(fā)生的概率；而提高軌道阻尼則可明顯降低波磨的發(fā)展速率。

③適當(dāng)降低曲線地段外軌超高。過超高加大輪對(duì)粘滑振動(dòng)，而欠超高抑制甚至消除輪對(duì)粘滑振動(dòng)。車速較低且軸重較大的貨車對(duì)波磨形成和發(fā)展的影響最大。因此，在主要運(yùn)行貨車的線路上，外軌且主要出現(xiàn)磨損型波磨的曲線地段鋪設(shè)淬火軌，可采用盡量降低外軌超高的辦法減緩波磨。

④鋼軌倒換。輪對(duì)在曲線上可能發(fā)生粘滑振動(dòng)從而形成波磨，但在直線上，發(fā)生粘滑振動(dòng)的概率卻很小，說明直線地段波磨形成和發(fā)展的條件不充分。如將曲線地段的波磨軌倒換至直線上，因粘滑振動(dòng)消失，磨耗功顯著降低，波磨的發(fā)展將得到明顯抑制。

⑤鋼軌打磨。鋼軌打磨是減緩波磨最有效的措施之一。波磨一旦出現(xiàn)，又反過來激化和加劇輪對(duì)粘滑振動(dòng)，促進(jìn)波磨進(jìn)一步發(fā)展，波深越大則波磨發(fā)展越快，構(gòu)成惡性循環(huán)。鋼軌打磨中斷了這種惡性循環(huán)的發(fā)展過程，減緩了波磨發(fā)展速率。

⑥提高鋼軌材質(zhì)強(qiáng)度及耐磨性能。提高鋼軌耐磨性能，是最主要的減緩措施之一。輪對(duì)粘滑振動(dòng)是波磨的成因，但波磨的形成和發(fā)展卻表現(xiàn)為鋼軌不均勻磨損或不均勻塑性變形的逐步累積。能夠減緩軌頭磨損和塑性變形的措施就能減緩波磨，鋼軌耐磨性能的提高，無疑會(huì)延緩波磨的形成與發(fā)展過程。

⑦增大輪對(duì)軸的剛度。輪對(duì)軸的剛度偏小是易于激發(fā)輪對(duì)粘滑振動(dòng)的因素之一，如采用空心車軸，并增加軸徑，使軸剛度提高1 倍，可有效地抑制鋼軌波磨。

⑧增大一系懸掛阻尼。設(shè)置一系懸掛的機(jī)車和客車，一系無阻尼或阻尼偏小是激發(fā)輪對(duì)粘滑振動(dòng)的主要因素。因此，增設(shè)或加大一系阻尼是有效減緩波磨的措施之一。也是迅速衰減輪軌沖擊振動(dòng)，減緩輪軌系統(tǒng)中其他病害的重要技術(shù)措施。

⑨控制涂油潤滑。以減緩曲線外軌側(cè)磨為目的的輪緣或軌側(cè)涂油潤滑，對(duì)減緩波磨是不利的。同時(shí)，過量涂油對(duì)減緩鋼軌剝離也不利。因此，涂油潤滑絕不是越勤越好。但目前對(duì)合理的涂油工工藝還缺乏深入系統(tǒng)的研究。

(4)核傷

起源于軌頭走行面下一定深度范圍處的內(nèi)部疲勞裂紋，在鋼軌的傷損中占有一定的比例。鋼軌疲勞傷損以軌頭核傷為多，它隨著通過總重的增加而增多。疲勞裂紋源常由夾雜物開始，微裂紋逐漸發(fā)展為核傷且表面?zhèn)麚p貫通，氧化形成黑核。

因此，延長鋼軌使用壽命，減少核傷的關(guān)鍵在于提高鋼質(zhì)純凈度。核傷軌的特點(diǎn)是:高坡及曲線地段核傷較多，曲線磨損量較少及曲線鋼軌下股發(fā)生核傷較多。

橫向疲勞斷裂和脆性斷裂

雖然占的比例非常小，但客觀上存在危害極大，產(chǎn)生的原因:由鋼軌的低倍缺陷或表面缺陷引起的橫向疲勞裂紋；由馬氏體引起的鋼軌橫向疲勞斷裂；由鋼軌軌顎的輾堆造成的鋼軌橫向疲勞斷裂；由軌底存在的外傷引起鋼軌橫向疲勞斷裂。

螺栓孔裂紋

螺栓孔裂紋占重傷鋼軌的40 %以上，屬疲勞傷損。由于鋼軌螺栓孔部位存在冶金缺陷，其周邊易產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋萌生，疲勞擴(kuò)展，造成鋼軌斷裂。應(yīng)加強(qiáng)螺栓孔倒棱，引進(jìn)螺栓孔冷擴(kuò)張技術(shù)等來防止螺栓孔裂紋的產(chǎn)生。

軌頭踏面線紋，縱向裂紋及劈裂

所謂線紋是指在鋼軌表面存在微細(xì)裂紋，屬表面缺陷。這種裂紋在熱軋后的鋼軌上由于氧化鐵皮的覆蓋，在新軌上道初期有時(shí)難以發(fā)現(xiàn)；待使用一段時(shí)間后，經(jīng)列車車輪輾壓，表面氧化皮被磨掉而使線紋、裂紋暴露出來。線紋、裂紋的特征是呈現(xiàn)深淺不等、數(shù)量為一至多根成簇分布并沿軋制方向縱向排列。線紋的長度有0.5 ～ 18 m ，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)最深為7 mm ，一般在0.2 ～ 2 mm ，而且在軌頭發(fā)現(xiàn)，軌底數(shù)量少。

產(chǎn)生原因主要是鋼錠的皮下氣泡、超深的表面氣孔、淺的凹坑、鋼坯表面清理過深及軌溫不均或在軋制過程中出現(xiàn)的耳子等。若線紋、裂紋深度較淺，鋼軌磨耗速度大于裂紋擴(kuò)張速度時(shí)則軌頭表面的線紋有可能被磨掉；若線紋、裂紋較深，有可能逐漸擴(kuò)張為裂紋、剝離直至斷軌 。

鋼軌按中國國家標(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 。

從1997 年到2001 年，我國完成了鐵路的四次大提速。2004 年4 月，鐵道部將對(duì)鐵路進(jìn)行第五次全面大提速?！笆濉逼陂g， 鐵道部還將對(duì)我國28 條線路完成大規(guī)模提速。目前， 我國高速鐵路的建設(shè)和發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段，鐵路的行車速度普遍提高，秦沈客遠(yuǎn)專線時(shí)速已達(dá)200km/h ，京滬高速鐵路的運(yùn)行時(shí)速將達(dá)到300 ～350 km/h 。我國鐵路已經(jīng)形成了高密度、大軸重以及高速度并舉的局面。速度和軸重的同時(shí)提高，無疑地對(duì)鋼軌的使用性能也提出了更高的要求。鋼軌鋼的質(zhì)量問題越來越受到人們的廣泛關(guān)注 。

由于列車速度和重量的同時(shí)提高，使用部門對(duì)鋼軌綜合性能提出了越來越高的要求，要求鋼軌向重型化、強(qiáng)韌性、純凈化和高精度化發(fā)展。

鋼軌鋼重型化

鋼軌重型化增加了鋼軌的剛度，列車作用于鋼軌上的壓力可分散在較多的軌枕上，從而減少了軌枕、道床及路基的應(yīng)力。同時(shí)，由于鋼軌剛度的增加，其動(dòng)力縱斷面比較平順，產(chǎn)生的附加壓力相應(yīng)減弱，軌道結(jié)構(gòu)殘余變形積累也相應(yīng)減少。從對(duì)軌道的動(dòng)力測(cè)試結(jié)果及計(jì)算得出:鋼軌越重，鋼軌非接頭區(qū)的附加動(dòng)力值越小，若以50 kg/m鋼軌附加動(dòng)力值為1 ，則43 kg/m 鋼軌為1.08 ，60kg/m 鋼軌為0.89 ，75 kg/m 鋼軌為0.82 ?？梢?，采用重型鋼軌可以提高軌道結(jié)構(gòu)承載能力，延長線路大修周期，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

由于鋼軌重型化后，鋼軌接觸疲勞傷損占傷損總數(shù)的比例提高。因此，必須同時(shí)增加鋼軌抗磨性及抗接觸疲勞能力，對(duì)其材質(zhì)，尤其是軌頭部分進(jìn)行強(qiáng)韌化處理。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可概略地認(rèn)為43 kg/m 、50 kg/m 、60 kg/m 、75 kg/m 重軌每提高一級(jí)可提高運(yùn)量50 %或以上，軌重增加，不僅可以提高貨運(yùn)密度，延長重軌使用壽命，而且可以節(jié)約鋼材。 用60 kg/m 重軌代替50 kg/m重軌可以節(jié)約鋼材28 %，用75 kg/m 重軌代替50kg/m 重軌鋪設(shè)嚴(yán)重超負(fù)荷線路，可以節(jié)約鋼材35.71 %。

鋼軌鋼強(qiáng)韌化純凈化

經(jīng)實(shí)測(cè)，輪徑840 mm ，軸重21 t 的貨車在平順軌道上正常運(yùn)行時(shí)，其輪軌接觸應(yīng)力可達(dá)到1 230 MPa以上。而目前，普通碳素鋼軌極限強(qiáng)度U71Mn 為880 MPa ，U74 為780 MPa ，淬火后也只能達(dá)到1 100 ～ 1 200 MPa 。因此，即使在現(xiàn)有運(yùn)營情況下，鋼軌的強(qiáng)度已不適應(yīng)。

從鋼軌服役情況看，傷損情況較為嚴(yán)重，表現(xiàn)在軌頭側(cè)向和垂直磨耗速度過快，剝離、壓潰、波磨，甚至發(fā)生早期斷裂。在全國范圍內(nèi)，曲線上股鋼軌波磨范圍逐年增大，已成為影響鋼軌壽命和行車安全的重要因素。上述鋼軌存在的問題，從鋼軌材質(zhì)方面分析，主要是強(qiáng)度低、韌性差，夾雜物多，易形成疲勞裂紋源，導(dǎo)致鋼軌早期失效。因此，今后鋼軌應(yīng)從強(qiáng)韌化和純凈化作為主要努力方向。解決這個(gè)問題的出路應(yīng)從強(qiáng)韌化和純凈化入手。其主要措施:

(1)發(fā)展強(qiáng)度比U71Mn 高一等級(jí)的鋼軌，如攀鋼生產(chǎn)的PD3 高碳微釩軌和包鋼生產(chǎn)的含鈮稀土軌。這兩種鋼軌的抗拉強(qiáng)度已達(dá)980 MPa 的水平，可以滿足一般線路的需要。到目前為止，PD3 鋼軌已鋪設(shè)50 萬t ，稀土軌從1998 年推廣以來，已上道1.5 萬t ?？紤]到酸雨氣候和長大隧道的需要，研制高強(qiáng)耐蝕鋼軌也很有應(yīng)用前景。

(2)大力發(fā)展全長淬火鋼軌。這是鐵道部實(shí)行的一項(xiàng)主要技術(shù)路線。淬火軌比軋態(tài)軌成本增加不到10 %，但使用壽命延長一倍，這樣的技術(shù)路線符合低成本的要求。隨著列車軸重的增加，尤其要研制σb ≥1 300 MPa 、σs ≥980 MPa 的超高強(qiáng)度鋼軌，以滿足小半徑曲線及繁忙、重載線路的需要。PD3 鋼軌和稀土鋼軌經(jīng)全長淬火能夠適合鐵路重載、繁忙干線的需要。

(3)鋼質(zhì)的純凈化是鋼軌重型化、強(qiáng)韌化的基礎(chǔ)。我國鋼軌生產(chǎn)廠經(jīng)過技術(shù)改造，已具備了控制雜質(zhì)總量的條件。對(duì)夾雜物的要求:200 km/h 鋼軌A 類≤2.5 級(jí)，B 、C 、D 類≤1.5 級(jí)；300 km/h 鋼軌A 類≤2 級(jí)，B 、C 、D 類≤1 級(jí)。

(4)關(guān)于鋼軌金相組織。選擇鋼軌最佳金相組織越來越被世界鋼軌界重視?，F(xiàn)階段，就獲得較好的強(qiáng)度和韌性而言，細(xì)珠光體組織應(yīng)為理想選擇。從長遠(yuǎn)看，珠光體鋼軌組織進(jìn)一步細(xì)化應(yīng)為努力的方向。鑒于低碳貝氏體鋼研究活躍，因此，低碳貝氏體鋼軌也可作為基礎(chǔ)性研究開展，以解決珠光體鋼軌進(jìn)一步提高強(qiáng)度因其本身受到局限的問題。

(5)對(duì)冶金技術(shù)的其他要求。通過控軋控冷細(xì)化晶粒，防止晶界脆化，降低高強(qiáng)度鋼軌對(duì)延遲斷裂的敏感性；控制凝固過程，達(dá)到鋼軌材質(zhì)均勻化；調(diào)整化學(xué)成分，提高高強(qiáng)鋼軌的焊接性能；添加合金元素進(jìn)一步提高鋼軌耐磨性能等，都是提高鋼軌使用性能的有效措施。

此外，在發(fā)展高強(qiáng)和耐磨鋼軌問題上有兩點(diǎn)需要冶金行業(yè)和鐵路行業(yè)共同注意:一個(gè)是高強(qiáng)鋼軌的焊接問題。我國鋪設(shè)無縫線路已超過2.5萬km ，占我國鐵路延長長度的1/3 ，鋼軌在服役過程中折斷部位經(jīng)常發(fā)生在焊接區(qū)域。另一個(gè)是關(guān)于磨耗問題。要選擇輪軌關(guān)系的最佳配合，統(tǒng)籌考慮。鋼軌并非越硬越好，而是需要一定的磨耗速率，否則最大接觸應(yīng)力反復(fù)出現(xiàn)在鋼軌同一部位，會(huì)產(chǎn)生疲勞源而引起剝離掉塊。

鋼軌鋼高精度化

主要涉及兩方面問題:斷面尺寸公差和平直度。我國現(xiàn)有鋼軌標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于斷面尺寸公差、平直度、扭曲及鋸切、鉆孔公差比EN 標(biāo)準(zhǔn)落后，滿足不了提速和高速鐵路的要求。為此，1999 年鐵道部已出臺(tái)了200 km/h 和300 km/h 的鋼軌暫行技術(shù)條件。

應(yīng)該講，我國目前鋼軌軋制水平尚不能完全達(dá)到規(guī)定的要求，特別是斷面對(duì)稱性和平直度的要求。應(yīng)采取的基本措施包括:第一，采用萬能軋機(jī)軋制；第二，垂直、水平聯(lián)合矯直和軌端四面液壓矯直；第三，采用在線激光測(cè)試儀器嚴(yán)格監(jiān)控和檢查 。

迄今為止，我國已對(duì)鋼軌鋼的生產(chǎn)、材質(zhì)和性能等進(jìn)行了廣泛研究，鋼軌鋼的質(zhì)量明顯提高，但與國外同類產(chǎn)品相比，尚存在著較大差距。為了滿足我國鐵路重載、高速化的發(fā)展需求，跟上國際鋼軌鋼的發(fā)展潮流，提高我國鋼軌鋼產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量和市場競爭力，生產(chǎn)出內(nèi)部質(zhì)量高純凈度，斷面尺寸高精度，全長高平直度和良好可焊性的鋼軌鋼，將是我國鋼軌鋼發(fā)展永恒的主題 。2100433B

什么是低合金鋼軌鋼"para" label-module="para">

鋼軌是鐵路軌道的主要部件，是冶金產(chǎn)品中一個(gè)專用鋼材品種，鋼軌承受列車的重量和動(dòng)載，受力復(fù)雜，軌面磨耗，軌頭受沖擊，還要受較大的彎曲應(yīng)力，主要的損傷形式有：磨損主要是上股側(cè)磨和下股壓潰，屈服強(qiáng)度不足引起的波浪磨耗以及韌塑性低導(dǎo)致的脆斷、剝落、掉塊、軌頭劈裂、焊縫裂紋等。所以對(duì)鋼軌鋼的基本要求包括：耐磨性、抗壓潰性、抗脆斷性、抗疲憊和良好的焊接性。

按強(qiáng)度等級(jí)劃分鋼軌應(yīng)分為下列幾類：

(1)標(biāo)準(zhǔn)鋼軌，抗拉強(qiáng)度685～835MPa；

(2)耐磨鋼軌，抗拉強(qiáng)度880～1030MPa；

(3)特級(jí)鋼軌，抗拉強(qiáng)度1082～1225MPa；

(4)抗拉強(qiáng)度>1400MPa的鋼軌在研制中。

20世紀(jì)初采用的是50kg/m軌，現(xiàn)在國際標(biāo)準(zhǔn)軌為60kg/m，美國重軌為77kg/m，***和東歐各國為75kg/m軌。

鐵路運(yùn)輸和鐵道建設(shè)在我國國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，“十一五”期間和未來10年，對(duì)鋼軌的需求量會(huì)越來越大，質(zhì)量要求也會(huì)越來越高。

進(jìn)步鋼軌強(qiáng)度和綜合性能的途徑有哪些"para" label-module="para">

(1)熱處理強(qiáng)化。在碳素鋼或C—Mn鋼軌基礎(chǔ)上采用在線余熱淬火，離線的淬火回火處理或欠速淬火工藝。20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的在線熱處理方式，也叫做全長淬火工藝，節(jié)能省工、投資少、生產(chǎn)周期短。

(2)在0.7%～0.75%C鋼中添加Cr、Mn、Mo、Nb等合金元素，獲得980～1250MPa抗拉強(qiáng)度。比較兩種強(qiáng)化方法，熱處理軌表面耐磨，但內(nèi)部較差，耐蝕性不能改善。合金化軌里外質(zhì)量一致，可以考慮改善耐蝕性。

目前國內(nèi)執(zhí)行GB 2585—8l標(biāo)準(zhǔn)，主要的鋼種牌號(hào)有C—Mn鋼的U71Mn軌和微合金化的PD3軌和NbRE軌。

我國鐵路建設(shè)，在“六五”和“八五”期間，以解決運(yùn)輸能力制約國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展“瓶頸”題目，主攻“重載”，在現(xiàn)有設(shè)施基礎(chǔ)上擴(kuò)大編組。從“九五”起，提速和高速已成為鐵路科技進(jìn)步的主要體現(xiàn)。通過改造既有軌道結(jié)構(gòu)和研制新型機(jī)車車輛，使客車運(yùn)行速度進(jìn)步到200km/h，所謂“高速”，指建成200km/h以上的專線客運(yùn)列車的運(yùn)行速度。對(duì)“重載”列車的鋼軌要求耐磨損，抗疲憊。對(duì)“高速”列車的鋼軌則要求無缺陷和高平直度。

對(duì)于鋼軌的腐蝕問題，人們采取了多種方法。一是采用陰極保護(hù)的方法，重點(diǎn)是解決隧道內(nèi)鋼軌的銹蝕問題。通過此方法制作的耐腐蝕鐵路鋼軌，由于使用直流電，容易干擾鐵路信號(hào),控制操作也較復(fù)雜；二是采用有機(jī)涂料保護(hù)的方法，主要通過對(duì)鋼軌涂刷有機(jī)鋅涂料、焦油環(huán)樹脂和硝基甲酸乙脂漆制作成的耐腐蝕鐵路鋼軌,由于有機(jī)涂料層與鋼軌基體的結(jié)合力較低，容易脫落；三是采用電弧或火焰噴涂鋅、鋁或鋅—鋁合金的方法，由于該方法需要采用噴丸或噴砂清除表面氧化鐵皮，生產(chǎn)方法復(fù)雜，成本較高；四是在鋼軌鋼材中加入Cr、Mo、Cu、Ni、P、Re等合金元素以提高鋼耐腐蝕性能而得到的耐腐蝕鐵路鋼軌，該方法生產(chǎn)成本相對(duì)較高。

采用在鋼軌表面(包括軌頭、軌腰和軌底)自動(dòng)噴涂透明的鋼軌專用防銹油，油膜厚度宜控制在30～50 ±5 μm，涂裝后的鋼軌在野外大氣環(huán)境條件下，可在1年的時(shí)間(長途運(yùn)輸、焊軌堆放和鋪軌過程中)內(nèi)鋼軌踏面不完全銹蝕，軌腰和軌底無銹蝕的狀態(tài)，達(dá)到鋼軌在生產(chǎn)出廠后至鋪軌正式運(yùn)營的時(shí)間內(nèi)耐銹蝕的短期目標(biāo)。

待處理的鋼軌進(jìn)入預(yù)定工作位置，檢測(cè)裝置檢測(cè)到軌頭后，反饋信號(hào)給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制噴霧系統(tǒng)開始工作；鋼軌處理完后，鋼軌尾部離開制定位置后，檢測(cè)裝置反饋信號(hào)給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)立即關(guān)閉噴霧系統(tǒng)，停止噴霧；整個(gè)裝置工作期間油霧回收器均處于啟動(dòng)狀態(tài)。

鋼軌鋼性扣件(rigid rail fastening)是指具有剛性扣壓件的鋼軌與軌枕的緊固裝置零件。采用于大橋無縫線路的K式扣件也屬這一類型 。