■ 蘇航

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60N新廓形鋼軌跟蹤觀測(cè)分析

■ 蘇航

摘 要：針對(duì)我國(guó)鋼軌使用情況，從輪軌接觸關(guān)系出發(fā)，研究更適合當(dāng)下輪軌接觸關(guān)系的60N新廓形鋼軌。根據(jù)新廓形鋼軌的尺寸，設(shè)計(jì)出一套新的孔型，并進(jìn)行試軋、試鋪。對(duì)新廓形鋼軌進(jìn)行定期上道跟蹤觀測(cè)對(duì)比，證明新廓形的實(shí)用性，并對(duì)跟蹤觀測(cè)中產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行檢驗(yàn)分析。

關(guān)鍵詞：60N；鋼軌；廓形；跟蹤觀測(cè)；低溫

0　引言

近年來(lái)，蘭州鐵路局管內(nèi)重傷鋼軌呈逐年成倍上升趨勢(shì)，核傷鋼軌數(shù)量增加尤為突出，特別是隴海線、包蘭線2008—2010年上線新鋼軌傷損較多，傷損呈周期短、發(fā)展快的特點(diǎn)。為確保行車安全，解決蘭州鐵路局隴海線、包蘭線鋼軌傷損多、傷損發(fā)展快的問(wèn)題，在隴海線、包蘭線20條小半徑傷損發(fā)生較多曲線，有選擇性地采用多種不同材質(zhì)的鋼軌進(jìn)行試鋪，開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)工作。

1　試驗(yàn)段鋼軌使用情況

蘭州鐵路局結(jié)合本局大修計(jì)劃，于2012年4月份開(kāi)始鋪設(shè)鋼軌，2012年5月底完成隴海線14條曲線試驗(yàn)段的鋪設(shè)，試驗(yàn)軌均鋪設(shè)在上行線。隴海線全年通車總質(zhì)量約1億t。截至2014年9月，蘭州鐵路局曲線試驗(yàn)段個(gè)別鋼軌出現(xiàn)核傷。

1.1斜裂紋和剝離掉塊

在試驗(yàn)段，包括攀鋼熱處理鋼軌在內(nèi)，均出現(xiàn)不同程度的斜裂紋。包鋼熱軋鋼軌個(gè)別有剝離掉塊，U76CrRE熱軋鋼軌的早期斜裂紋（未打磨）比U75V和熱處理鋼軌嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)合理打磨進(jìn)入正常磨耗后，熱軋鋼軌出現(xiàn)斜裂紋比熱處理鋼軌嚴(yán)重。

1.2磨耗

鋪設(shè)在小半徑曲線的鋼軌磨耗明顯較大，攀鋼熱處理鋼軌鋪設(shè)在300 m半徑曲線，側(cè)磨分別達(dá)到10.3 mm和9.0 mm。同一鋼種U76CrRE 60N與U76CrRE 60在相同使用條件（曲線半徑為800 m）下磨耗比較見(jiàn)表1。

表1　800 m曲線半徑鋼軌磨耗比較 mm

從表1可以看出，廓形修正后的鋼軌輪軌接觸點(diǎn)接近于踏面中心，而不是原來(lái)的軌距角附近，有效減少了鋼軌的側(cè)磨，廓形修正后的鋼軌側(cè)磨明顯降低。

1.3新廓形及打磨

工務(wù)段反饋，60N鋼軌比60鋼軌光帶更接近軌頭踏面中心，線路上打磨60N鋼軌也比60鋼軌更方便。打磨后的鋼軌更好地進(jìn)入輪軌磨耗期，減少了剝離掉塊等早期疲勞傷損的出現(xiàn)，綜合比較60N鋼軌的側(cè)磨要小于60鋼軌（同半徑的9#曲線側(cè)磨為0.5 mm，而10#曲線側(cè)磨為2 mm）。

1.4高純凈度鋼軌的表現(xiàn)

高潔凈度U75V鋼軌，使用至今并無(wú)核傷，早期疲勞傷損也較少，曲線上股鋼軌軌距角硬度為380～390 N/mm2，相比之下其他非高純鋼軌硬度達(dá)到450 N/mm2左右，表面也僅出現(xiàn)輕微斜裂紋，未見(jiàn)剝離掉塊，總體表現(xiàn)較好。其中蘭州鐵路局管內(nèi)曲線上U76CrRE鋼軌的應(yīng)用表明，在曲線半徑小于800 m的曲線上不宜應(yīng)用熱軋鋼軌。

2　跟蹤觀測(cè)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

現(xiàn)場(chǎng)取樣及探傷現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的實(shí)際考察，取樣及考察情況如下。

2.1取樣工作

此次共取樣9塊，均為60、60N鋼軌，具體取樣分類為：包鋼U76CrRE 60N鋼軌核傷樣3塊、U75V 60鋼軌核傷樣3塊、攀鋼U75V 60鋼軌核傷樣3塊。取樣鋼軌生產(chǎn)日期為2003—2012年，核傷軌取樣長(zhǎng)度100 mm。

2.2檢驗(yàn)工作

對(duì)傷軌進(jìn)行探傷定位工作，分別在計(jì)量處、軌梁廠和焊軌廠使用超聲波探傷，最終定位。探傷采用單晶多角度探頭檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)報(bào)警后，使用鏡面對(duì)報(bào)警的反射面進(jìn)行表面檢查，排除外部影響因素，如有報(bào)警的情況出現(xiàn)，判斷核傷的位置（見(jiàn)表2）。

確定位置后將軌頭切下，核傷位置處軌底開(kāi)3 mm的槽，使用壓力機(jī)將鋼軌壓斷，露出核傷形貌（見(jiàn)圖1）。

（1）白核電鏡及能譜檢驗(yàn)。包鋼U76CrRE鋼軌為典型的白核，核傷呈金屬色，沒(méi)有與外界接觸而發(fā)生氧化。采用掃描電鏡觀察斷口形貌。在斷裂源區(qū)發(fā)現(xiàn)兩處夾雜，對(duì)其中一處夾雜物進(jìn)行能譜分析（見(jiàn)圖2、表3）。分析可知，鋼軌使用過(guò)程中由于夾雜物引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂紋源，形成核傷[1]。

采用掃描電鏡觀察斷口形貌并進(jìn)行能譜分析（見(jiàn)圖3、表4）。通過(guò)斷口及能譜分析可知，由外部微裂紋向內(nèi)發(fā)展，在鋼軌內(nèi)部夾雜物處產(chǎn)生斷裂源，進(jìn)而形成核傷[2]。

（2）硬度梯度分析。對(duì)包鋼U75V、U76CrRE核傷樣附近進(jìn)行洛氏硬度檢驗(yàn)，測(cè)試點(diǎn)位置見(jiàn)圖4。

由圖4和表5的數(shù)據(jù)可知，2種鋼軌核傷附近的硬度比較平均，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有軟點(diǎn)或局部硬度偏高的情況出現(xiàn)。

圖1　核傷形貌

表2　核傷鋼軌探傷定位

圖2　包鋼U76CrRE夾雜物能譜分析

2.3鋼軌核傷原因分析

（1）從探傷結(jié)果來(lái)看，包鋼U75V、U76CrRE鋼軌與攀鋼U75V鋼軌核傷處壓開(kāi)后并不都存在核傷。分析由于線路探傷使用探傷小車，養(yǎng)護(hù)人員為確保鋼軌運(yùn)行安全，將探頭的靈敏度級(jí)別調(diào)整的比較高，通常是生產(chǎn)技術(shù)要求的2倍，因此即使鋼軌的夾雜物水平達(dá)到生產(chǎn)檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，線路探傷還是會(huì)報(bào)警。

（2）從電鏡和能譜分析結(jié)果來(lái)看，生產(chǎn)核傷的原因主要有兩種：一種是單純以?shī)A雜物作為斷裂源引起的核傷；另一種是由軌頭形貌改變、微裂紋等向內(nèi)擴(kuò)展，在鋼軌內(nèi)部夾雜物的位置產(chǎn)生斷裂源，形成核傷。這種由外傷引起的核傷多與線路的狀況及養(yǎng)護(hù)有關(guān)。

表3　包鋼U76CrRE元素分析表

圖3　包鋼U75V斷裂源電鏡掃描

圖4　包鋼U75V、U76CrRE核傷樣洛氏硬度測(cè)試圖

表4　包鋼U75V元素分析

表5　包鋼U75V、U76CrRE核傷樣洛氏硬度

3　結(jié)論

通過(guò)分析，得出如下結(jié)論：

（1）60N鋼軌的接觸光帶位置比60鋼軌更趨于踏面中心。未進(jìn)行打磨的U75V 60熱軋鋼軌在鋪設(shè)約一個(gè)月后工作邊軌距角R13 mm處產(chǎn)生2 mm左右的飛邊，并已出現(xiàn)剝離掉塊現(xiàn)象，未進(jìn)行打磨的U76CrRE 60N熱軋鋼軌踏面出現(xiàn)輕微斜裂紋，但在工作邊軌距角處未產(chǎn)生飛邊現(xiàn)象。表明60N鋼軌可較為明顯的改善曲線上股鋼軌的輪軌接觸關(guān)系，可明顯延緩軌角斜裂紋、剝離及核傷等接觸疲勞傷損出現(xiàn)的時(shí)間。

（2）60鋼軌在鋪設(shè)后進(jìn)行了預(yù)打磨，并重點(diǎn)打磨軌距角，打磨后廓形與60N鋼軌無(wú)明顯差異。觀測(cè)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)預(yù)打磨的60鋼軌軌距角處未出現(xiàn)飛邊、剝離掉塊及核傷等早期疲勞傷損。說(shuō)明按60N廓形進(jìn)行鋼軌打磨，可顯著改善鋼軌軌面的使用狀態(tài)。但是打磨60鋼軌，不僅打磨工作量大，且不容易達(dá)到廓形設(shè)計(jì)要求，而打磨60N鋼軌則很容易達(dá)到打磨廓面的要求。

（3）試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了中國(guó)鐵道科學(xué)研究院提出的解決小半徑曲線鋼軌問(wèn)題（剝離掉塊、核傷和側(cè)磨）的技術(shù)方案和措施（鋪設(shè)60N、高強(qiáng)耐磨鋼軌，按一定周期進(jìn)行打磨）是正確有效的。

4　參考文獻(xiàn)

[1] 鄒定強(qiáng)，楊其全，盧觀健，等．鋼軌失效分析和傷損圖譜[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

[2] 徐羅平，蔣克，徐莉，等. 進(jìn)口鋼軌核傷原因分析[J]. 理化檢驗(yàn)—物理分冊(cè)，1994，4(33)：35-36.

蘇航：內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司技術(shù)中心，助理工程師，內(nèi)蒙古 包頭，014010

責(zé)任編輯 苑曉蒙

中圖分類號(hào)：U213

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-061X（2016）02-0052-03