柴 志 強(qiáng)

(大秦鐵路股份有限公司大同工務(wù)段，山西 大同 037005)

重載條件下PG4鋼軌擦傷監(jiān)控對(duì)策研究

柴 志 強(qiáng)

(大秦鐵路股份有限公司大同工務(wù)段，山西 大同 037005)

結(jié)合工程實(shí)例，分析了重載條件下PG4鋼軌擦傷斷軌的特點(diǎn)及形成原因，并從建立有效防控聯(lián)絡(luò)機(jī)制，建立探傷監(jiān)控制度、探傷數(shù)據(jù)對(duì)比分析等方面，闡述了鋼軌擦傷的監(jiān)控及處理措施，從而杜絕斷軌隱患發(fā)生，保證行車安全。

重載，PG4鋼軌，斷軌，監(jiān)控制度

1 概述

大秦鐵路是我國(guó)第一條雙線電氣化重載運(yùn)煤專線，全長(zhǎng)653 km，設(shè)計(jì)年運(yùn)量是1億t，但為了保證西煤東運(yùn)能力的最大化，從2004年起對(duì)大秦線實(shí)施逐年擴(kuò)能改造，年運(yùn)輸任務(wù)也逐年攀升。同時(shí)，在大秦線增開(kāi)1萬(wàn)t，2萬(wàn)t等組合重載列車，在2014年年初，成功實(shí)驗(yàn)開(kāi)行了3萬(wàn)t組合列車。在如此條件下，大秦線運(yùn)量近年來(lái)一直保持在4.5億t范圍，這就給我們的線路養(yǎng)護(hù)維修帶來(lái)巨大壓力，特別是在如此繁忙運(yùn)營(yíng)條件下，鋼軌疲勞傷損發(fā)展較快，鋼軌磨耗傷損十分嚴(yán)重。大同工務(wù)段管轄大秦重車線K2+100～K164+000,全長(zhǎng)范圍內(nèi)鋪設(shè)了攀鋼產(chǎn)第四代鋼軌，簡(jiǎn)稱“PG4鋼軌”。PG4鋼軌上線以來(lái)，以其突出的耐磨性深受現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)可，但隨著硬度的提高，鋼軌脆性增大，造成傷損的發(fā)展速率加快，特別是擦傷后監(jiān)控難度大，傷損發(fā)展無(wú)規(guī)律可循，超出了常規(guī)的處理及監(jiān)控手段，給行車安全帶來(lái)隱患。

2 問(wèn)題的提出

我段大秦重車線所鋪設(shè)的PG4鋼軌，使用初期，以其高耐磨性解決了現(xiàn)場(chǎng)曲線上股側(cè)磨軌更換頻繁問(wèn)題，同時(shí)在鋼軌的修理上也減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，得到了現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)可，但在PG4鋼軌高硬度特點(diǎn)的另一面，也表現(xiàn)出脆性增大，鋼軌脆斷的情況時(shí)有發(fā)生，特別表現(xiàn)在鋼軌表面輕微擦傷后，一是容易發(fā)生脆斷，二是軌面打磨后軌面向下仍迅速發(fā)展形成核傷，造成斷軌，給日常的監(jiān)控、處理帶來(lái)了巨大難度。下面是我段擦傷的幾起實(shí)例。

2.1 鋼軌擦傷后迅速折斷

2014年1月14日，大秦重車線K93+500 m處出現(xiàn)機(jī)故，當(dāng)機(jī)車再次啟動(dòng)時(shí)，車輪空轉(zhuǎn)造成大秦重車線K93+20號(hào)左股鋼軌頂面長(zhǎng)150 mm、最大深度1.2 mm的擦傷(見(jiàn)圖1)。1月16日，該擦傷處鋼軌折斷，此時(shí)距擦傷尚不足48 h，此次擦傷造成了軌頭內(nèi)緊貼擦傷下有一與擦傷同寬度的12 mm×23 mm的核傷(見(jiàn)圖2)。

2.2 鋼軌擦傷后迅速發(fā)展為核傷

2016年3月3日，大秦重車線K94+500 m～K94+800 m處，由于機(jī)車停車，再次啟動(dòng)時(shí)，左右股鋼軌共擦傷24處，最大深度為0.7 mm，當(dāng)天上午我們對(duì)擦傷處所進(jìn)行打磨處理，打磨后經(jīng)探傷檢測(cè)，軌頂面下已存在核傷5處，在后續(xù)一周內(nèi)又相繼發(fā)現(xiàn)傷損8處且傷損發(fā)展4處，其中重車線K94+29號(hào)左股9 d后探傷檢測(cè)發(fā)現(xiàn)核傷發(fā)展接近軌頭全斷面，我段切除后掰開(kāi)傷損已發(fā)展為68 mm×36 mm(見(jiàn)圖3)。

由于PG4鋼軌的特性，在每次鋼軌擦傷后，雖然深度不深，甚至未達(dá)到輕傷標(biāo)準(zhǔn)，但鋼軌擦傷處頂面核傷的形成及發(fā)展快，常規(guī)的手段不能很好地監(jiān)控傷損的發(fā)展，現(xiàn)已成為我段目前防斷的重點(diǎn)、難點(diǎn)。為此建立一個(gè)完善的監(jiān)控制度，合理的維修養(yǎng)護(hù)手段十分必要。

3 鋼軌擦傷的形成和特點(diǎn)

3.1 鋼軌擦傷的形成

鋼軌的擦傷主要是由于機(jī)車牽引功率達(dá)不到啟車條件以及緊急制動(dòng)過(guò)程中，機(jī)車車輪空轉(zhuǎn)或滑動(dòng)，在輪軌接觸面產(chǎn)生高溫，接觸應(yīng)力急速增大，造成局部過(guò)熱和粘著，在列車通過(guò)后急速冷卻形成的金屬塑變和分離。

3.2 PG4鋼軌擦傷的特點(diǎn)

1)鋼軌裂紋形成速度快。

從以上多起PG4鋼軌擦傷導(dǎo)致斷軌的情況看，在數(shù)小時(shí)內(nèi)，鋼軌的擦傷處所就形成裂紋，在極短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致鋼軌脆斷，完全不同于以往其他類型鋼軌擦傷后傷損的發(fā)展規(guī)律。

2)鋼軌核傷形成速度快。

通過(guò)多起擦傷案例，PG4鋼軌在擦傷后，普遍在擦傷部位迅速形成核傷，按照以往及時(shí)進(jìn)行打磨處理程序，也不能從根本上解決已形成的核傷。

3)鋼軌傷損發(fā)展速度快。

PG4鋼軌擦傷后，形成的核傷在發(fā)展過(guò)程中，均無(wú)明顯發(fā)展痕跡，均是由極小傷損短時(shí)間內(nèi)直接發(fā)展為軌頭全斷面(見(jiàn)圖3)；同時(shí)，PG4鋼軌擦傷產(chǎn)生的核傷均為垂直傷損，這也不同于我們以往其他材質(zhì)鋼軌核傷一般存在傾斜角度的特點(diǎn)。

4 PG4鋼軌擦傷斷軌原因

4.1 強(qiáng)度的影響

1)含碳量的提高。PG4鋼軌含碳量達(dá)到0.78%(見(jiàn)表1)，明顯高于其他任何類型鋼軌，隨著含碳量的增加，鋼軌的強(qiáng)度、硬度上升，但塑性、韌性下降。

2)Cr—V合金的運(yùn)用。PG4鋼軌加入Cr—V合金，有效地減小珠光體的團(tuán)尺寸、片間距和滲透碳厚度的效果，同時(shí)提高了鋼軌的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。

綜合各項(xiàng)成分材料，雖然PG4鋼軌的強(qiáng)度級(jí)別達(dá)到了1 300 MPa以上，但鋼軌的韌塑性性能也大大下降。

4.2 合金元素含量的影響

PG4鋼軌中控制Cr—V合金含量不得超過(guò)0.7%(見(jiàn)表1)。因?yàn)殡S著Cr元素含量提高后，將降低珠光體的開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度，不利于組織控制，尤其是在熱處理時(shí)，如處理不當(dāng)，將產(chǎn)生馬氏體組織。同時(shí)鋼軌在熱處理后，當(dāng)冷卻速度超過(guò)一定值時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)貝氏體或馬氏體。

表1 PG4,U75V鋼軌主要元素成分含量百分比 %

4.3 斷軌的誘因

由于鋼軌擦傷時(shí)，接觸應(yīng)力急速增大，在輪軌接觸面產(chǎn)生高溫，導(dǎo)致鋼軌局部金屬溫度瞬間升高，并達(dá)到奧氏體化溫度，而由于PG4鋼軌特殊的化學(xué)成分，在隨后的快速冷卻中生成了硬而脆的馬氏體組織，而馬氏體具有較大的裂紋敏感性，加之PG4鋼軌與其他鋼軌相比較韌性較差、裂紋擴(kuò)展速率相對(duì)較快，導(dǎo)致了PG4鋼軌擦傷快速發(fā)展為核傷并導(dǎo)致鋼軌脆斷。因此，擦傷時(shí)的高溫是造成PG4鋼軌脆斷的主要誘因。

5 鋼軌擦傷的監(jiān)控及處理手段

5.1 牢固樹立PG4鋼軌擦傷就意味著斷軌的意識(shí)

通過(guò)對(duì)PG4鋼軌多起擦傷情況的現(xiàn)場(chǎng)分析，由于其特有的性能決定了傷損的迅速發(fā)展，短則數(shù)小時(shí)就會(huì)發(fā)生脆斷。因此，要牢固樹立擦傷就意味著斷軌的意識(shí)，不得掉以輕心，特別是針對(duì)擦傷程度輕微地段，也要及時(shí)作出處理，并要有計(jì)劃進(jìn)行更換，防止傷損擴(kuò)散造成斷軌。

5.2 建立有效防控聯(lián)絡(luò)機(jī)制

鋼軌的擦傷主要是由于機(jī)車功率不足，牽引過(guò)程中車輪空轉(zhuǎn)，還有就是司機(jī)操作不當(dāng)，緊急制動(dòng)車輪滑行，因此從源頭上卡控擦傷的影響顯得尤為重要。所以說(shuō)，首先要加大與機(jī)務(wù)段聯(lián)系，建立鋼軌擦傷相互溝通機(jī)制，機(jī)務(wù)段與工務(wù)段都要定部門、定專人負(fù)責(zé)此事，加強(qiáng)信息溝通，保證第一時(shí)間掌握擦傷信息。其次，機(jī)務(wù)段要加大對(duì)司機(jī)操作的培訓(xùn)，減少人為因素造成的鋼軌擦傷，如發(fā)現(xiàn)操作中車輪空轉(zhuǎn)、采取緊急制動(dòng)等情況，要立即向工務(wù)段提供可能發(fā)生擦傷的具體地點(diǎn)位置，由工務(wù)段及時(shí)安排進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，確?，F(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)處理。

對(duì)于長(zhǎng)大坡道、區(qū)間停車標(biāo)、曾經(jīng)發(fā)生過(guò)擦傷等易發(fā)生擦傷的地段，工務(wù)段及車間要建立臺(tái)賬，線路車間在日常巡檢中要當(dāng)作重點(diǎn)地段來(lái)巡視，探傷作業(yè)通過(guò)時(shí)，要密切注意鋼軌狀態(tài)，保證擦傷病害的及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

5.3 鋼軌擦傷后的處理

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)鋼軌擦傷后，要立即進(jìn)行處理。對(duì)PG4鋼軌擦傷的判定不能再以《鐵路線路修理規(guī)則》中對(duì)擦傷輕、重傷標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判別?！惰F路線路修理規(guī)則》中規(guī)定“線路允許速度小于等于120 km/h的軌頂面擦傷，輕傷標(biāo)準(zhǔn)為深度超過(guò)1 mm；重傷標(biāo)準(zhǔn)為深度超過(guò)2 mm”，而PG4鋼軌多數(shù)擦傷雖未達(dá)到重傷標(biāo)準(zhǔn)，甚至未達(dá)到輕傷時(shí)，擦傷處軌頂面下已形成核傷。因此，我們要采取“嚴(yán)格”的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)待PG4鋼軌擦傷的處理。

1)打磨鋼軌處理。

打磨處理主要針對(duì)擦傷程度較輕，一般對(duì)于PG4鋼軌來(lái)說(shuō)，未達(dá)到輕傷標(biāo)準(zhǔn)，擦傷深度在1 mm以下時(shí)，采取打磨方式進(jìn)行處理。采用打磨機(jī)進(jìn)行擦傷面的打磨處理時(shí)，要保證打磨處所出現(xiàn)新的鋼軌晶體組織，將擦傷表面的馬氏體組織及細(xì)小裂紋清除干凈，徹底清除裂紋源。如擦傷處所已形成核傷，則需及時(shí)安排進(jìn)行更換處理。

2)更換鋼軌處理。

當(dāng)擦傷深度較深，對(duì)于PG4鋼軌來(lái)說(shuō)，達(dá)到輕傷標(biāo)準(zhǔn)1 mm以上時(shí)，雖然為輕傷，但由于PG4鋼軌的特性，打磨處理已不能夠解決裂紋源的問(wèn)題，只能作為臨時(shí)處理方式，打磨后做好臨時(shí)加固，密切監(jiān)控傷損的發(fā)展，在后續(xù)48 h內(nèi)要及時(shí)安排更換鋼軌處理。如擦傷深度達(dá)到2 mm及以上時(shí)，鋼軌隨時(shí)都有脆斷的可能，必須及時(shí)安排進(jìn)行換軌處理。

5.4 建立嚴(yán)密探傷監(jiān)控制度

5.4.1 探傷現(xiàn)場(chǎng)傷損監(jiān)控

在探傷監(jiān)控手段上，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)PG4鋼軌有擦傷時(shí)，探傷作業(yè)人員要立即進(jìn)行逐處復(fù)核。探測(cè)時(shí)，一是要提高增益、放慢速度，注意調(diào)整70°探頭的位置，發(fā)現(xiàn)異常波形及時(shí)用多種方法進(jìn)行校對(duì)(側(cè)校、鄂校)；二是要加大水量，提高探頭的耦合度，確保儀器波形顯示完整。

對(duì)于探傷檢測(cè)波形異常地段，探傷車間要將存在傷損的處所精確定位，由線路車間及時(shí)安排打磨處理。打磨后，由探傷車間進(jìn)行再次復(fù)探，對(duì)仍存在異常波形的處所，由線路車間安排換軌處理。對(duì)于一時(shí)無(wú)法處理的處所，由線路車間采取臨時(shí)加固的措施，并派人不間斷巡視，直至進(jìn)行換軌處理。在此期間，探傷車間保證不少于24 h進(jìn)行一次探測(cè)，密切注意傷損的發(fā)展。

5.4.2 探傷數(shù)據(jù)回放對(duì)比分析

在探傷現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)后，要立即將數(shù)據(jù)進(jìn)行回傳，由三級(jí)回放人員分別進(jìn)行回放對(duì)比分析。同時(shí)，各級(jí)回放人員要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)傷損判別情況，分析傷損發(fā)展趨勢(shì)，加大對(duì)傷損發(fā)展的監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)傷損有發(fā)展跡象時(shí)，要立即通知探傷現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控人員，必要時(shí)要縮短復(fù)查時(shí)間，加密探測(cè)頻次，對(duì)發(fā)展速率明顯加快的處所要立即進(jìn)行上報(bào)，由線路車間組織及時(shí)進(jìn)行換軌處理。

6 結(jié)語(yǔ)

重載線路較之于普通線路由于列車軸重大，更容易產(chǎn)生鋼軌擦傷，且PG4鋼軌是重載線路主要鋼軌材質(zhì)，我們通過(guò)以上一系列加強(qiáng)措施，使得每次擦傷后，傷損的發(fā)展均在監(jiān)控范圍以內(nèi)，有效地杜絕了斷軌隱患的發(fā)生，取得了良好效果。

[1] 鐵運(yùn)[2006]200號(hào)，鋼軌探傷管理規(guī)則[Z].

[2] TB/T 2340—2012,鋼軌超聲波探傷儀[S].

[3] TB/T 2658.9—1995,工務(wù)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋼軌超聲波探傷作業(yè)[S].

[4] 鋼軌探傷工[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2010.

[5] 鋼軌失效分析傷損圖譜[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2010.

[6] 鐵路線路修理規(guī)則[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2006.

[7] 張銀花，周清躍，陳朝陽(yáng)，等.重載鐵路高強(qiáng)鋼軌的試驗(yàn)研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué),2010，31(4)：20-26.

On monitoring strategies for PG4 rail burns under heavy loading

Chai Zhiqiang

(DatongTrackMaintenanceDivision,Datong-QinhuangdaoRailwayCo,Ltd,Datong037005,China)

Combining with the engineering cases, the paper analyzes the features of broken rails of PG4 rail burn under the heavy loading and its reasons, and illustrates the monitoring over the rail burn and treatment from the establishment of the effective prevention and control liaison mechanism, construction of burn monitoring regulation, and comparative analysis of the burn data, so as to avoid the hidden hazards of broken rails and ensure the safety of the traffic.

heaving loading, PG4 rail, broken rail, monitoring regulation

1009-6825(2017)21-0118-03

2017-05-17

柴志強(qiáng)(1979- ),男，工程師

U213.4

A