陶 勇, 賈麗暉, 李繼康, 胡 濤, 李亞軒, 劉明輝, 雷波榮, 張彥文

(1.寶鋼股份武鋼有限質(zhì)檢中心, 武漢 430080； 2.鋼鐵研究總院， 北京 100081；3.中鐵物總技術(shù)有限公司， 北京 100036;4.寶鋼股份武鋼有限制造管理部, 武漢 430080;5.寶鋼股份中央研究院武漢技術(shù)中心, 武漢 430083)

2008年筆者單位百米高速重軌線投產(chǎn),遇到的第一個(gè)生產(chǎn)技術(shù)難題就是百米高速重軌的脫碳層深度出現(xiàn)批量不合格，超過當(dāng)時(shí)《鐵科技120號(hào)》文件(2012年才有TB/T 2344-2012《43～75 kg·m-1鋼軌訂貨技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn))規(guī)定:深度不大于0.50 mm。脫碳層深度批量不合格的主要原因是公司新產(chǎn)線投產(chǎn)后，對(duì)生產(chǎn)百米高速重軌認(rèn)識(shí)不足,雖然之前有豐富的低速、短尺重軌生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，但是百米高速重軌產(chǎn)線是全新的技術(shù)、裝備，交貨技術(shù)指標(biāo)也是全新的要求。建設(shè)這條百米高速重軌生產(chǎn)線，主要是滿足當(dāng)時(shí)國(guó)家剛剛發(fā)展的“四縱四橫”高速鐵路網(wǎng)的建設(shè)，所以在百米高速重軌脫碳層的指標(biāo)控制上經(jīng)驗(yàn)不足。雖然當(dāng)時(shí)有國(guó)內(nèi)同行在該方面做得較好，但是因?qū)儆谥R(shí)產(chǎn)權(quán)和技術(shù)保密范疇，公開資料無(wú)法得到。百米高速重軌技術(shù)質(zhì)量攻關(guān)團(tuán)隊(duì)后來(lái)通過不斷的技術(shù)摸索、研究和攻關(guān),通過對(duì)加熱爐的爐內(nèi)氣氛、加熱溫度、加熱時(shí)間等方面的技術(shù)參數(shù)控制，同時(shí)采取了對(duì)大尺寸連鑄坯表面涂刷防脫碳涂料的措施,最終從源頭上控制住了百米高速重軌的脫碳層深度批量不合格問題，這一生產(chǎn)技術(shù)質(zhì)量難題解決后，為百米重軌產(chǎn)線的產(chǎn)能釋放、質(zhì)量穩(wěn)定、效益提升打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1-6]。

筆者回顧百米高速重軌的脫碳層檢驗(yàn)方法的攻關(guān)，介紹了TB/T 2344-2012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的脫碳層深度測(cè)量方法與GB/T 224-2019《鋼的脫碳層深度測(cè)定法》標(biāo)準(zhǔn)中的方法不同的地方。

1 百米高速重軌的成分及生產(chǎn)工藝

百米高速重軌主要鋼種及化學(xué)成分見表1。

表1 百米高速重軌主要鋼種及化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab.1 Main steel grades and chemical compositions of 100 m high speed heavy rail (mass fraction) %

百米高速重軌生產(chǎn)工藝：高爐鐵液→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→RH精煉→280 mm×320 mm 5機(jī)5流大方坯連鑄→大方坯步進(jìn)式加熱爐加熱→BD1→BD2→萬(wàn)能軋機(jī)軋制→熱打印→高壓水除磷→平交復(fù)合矯直機(jī)矯直→表面檢查→性能檢驗(yàn)→冷床→入庫(kù)。

2 TB/T 2344-2012標(biāo)準(zhǔn)中的脫碳層取樣及檢驗(yàn)方法

TB/T 2344-2012標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)高速重軌脫碳層的取樣要求如圖1～圖4所示。

圖1 重軌表面脫碳層檢驗(yàn)范圍示意圖Fig.1 Schematic diagram of inspection range of decarburization layer on heavy rail surface

圖2 重軌脫碳層深度檢驗(yàn)的送檢試樣Fig.2 Submitted sample for depth inspection of decarburization layer of heavy rail

圖3 重軌脫碳層試樣的取樣位置Fig.3 Sampling position of heavy rail decarburization layer sample

圖4 重軌脫碳層深度檢驗(yàn)試樣Fig.4 Decarburization layer depth inspection sample of heavy rail

由圖1可見，軌頭高度2/3區(qū)域以上的位置都是需要進(jìn)行脫碳層測(cè)定的，按照60N軌型來(lái)計(jì)算，每個(gè)重軌試樣脫碳層的檢驗(yàn)范圍的長(zhǎng)度約為100 mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于GB/T 224-2019標(biāo)準(zhǔn)中“保證總檢測(cè)長(zhǎng)度不小于35 mm”的規(guī)定要求。為便于組織生產(chǎn)和精確取樣制樣，一般對(duì)覆蓋該區(qū)域范圍的脫碳層檢驗(yàn)試樣區(qū)域分為左軌角、踏面和右軌角3個(gè)區(qū)域，如圖5所示。

圖5 重軌脫碳層試樣金相鑲嵌圖Fig.5 Metallographic mosaic of decarburized layer sample of heavy rail

對(duì)這3個(gè)區(qū)域，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測(cè)量從試樣表面到連續(xù)、封閉的鐵素體網(wǎng)的深度，如圖6所示。所以這一重軌脫碳層檢驗(yàn)方法的核心就在于準(zhǔn)確地確定脫碳層深度，找到連續(xù)、封閉的鐵素體網(wǎng)的位置。對(duì)于不連續(xù)的、不封閉的鐵素體網(wǎng)，不計(jì)入脫碳層深度測(cè)量。

圖6 重軌脫碳層深度檢驗(yàn)示意圖(至連續(xù)封閉的鐵素體網(wǎng))Fig.6 Schematic diagram for decarburization layer depth inspection of heavy rail (to continuous closed ferrite mesh)

3 GB/T 224-2019標(biāo)準(zhǔn)中脫碳層取樣及檢驗(yàn)方法

GB/T 224-2019標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于高速重軌的脫碳層取樣及檢驗(yàn)方法沒有具體規(guī)定。一般要求通過金相方法，測(cè)量最深處總脫碳層的深度，包括全脫碳層和部分脫碳層的深度。采用TB/T 2344-2012標(biāo)準(zhǔn)中脫碳層檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)?zāi)掣咚僦剀墸B續(xù)封閉鐵素體網(wǎng)處的深度結(jié)果為0.47 mm；采用GB/T 224-2019標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)最深處的總脫碳層深度，脫碳層深度結(jié)果為0.59 mm,兩種測(cè)量方法對(duì)于同一試樣的脫碳層測(cè)定結(jié)果如圖7和圖8所示。兩種方法相比，采用TB/T 2344-2012標(biāo)準(zhǔn)中檢驗(yàn)出的脫碳層深度要小。

圖7 采用TB/T 2344-2012方法測(cè)量重軌脫碳層結(jié)果Fig.7 Measurement results of decarburization layer of heavy rail by TB/T 2344-2012 method

圖8 采用GB/T 224-2019方法測(cè)量重軌脫碳層結(jié)果Fig.8 Measurement results of decarburization layer of heavy rail by GB/T 224-2019 method

4 百米高速重軌的脫碳層盲樣檢測(cè)比對(duì)工作

筆者單位作為負(fù)責(zé)百米高速重軌的脫碳層深度檢驗(yàn)的單位，承擔(dān)著準(zhǔn)確測(cè)定百米高速重軌脫碳層深度的職責(zé)。為持續(xù)保持在這一領(lǐng)域的檢驗(yàn)?zāi)芰?，?jīng)常參加脫碳層檢驗(yàn)試驗(yàn)室比對(duì)工作，脫碳層深度檢驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)比對(duì)結(jié)果滿意。比對(duì)試驗(yàn)是對(duì)同一塊百米重軌的脫碳層試樣，安排不同的職工進(jìn)行盲樣檢測(cè)，最后對(duì)不同職工的檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行匯總、比較、分析。圍繞盲樣的脫碳層深度檢驗(yàn)結(jié)果的偏差進(jìn)行再分析，盲抽比對(duì)試樣如圖9所示。

圖9 重軌脫碳層深度檢驗(yàn)盲抽比對(duì)試樣Fig.9 Blind sampling comparison samples for decarburization layer depth inspection of heavy rail

中國(guó)鐵道研究院金屬及化學(xué)所每年都會(huì)對(duì)重軌進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，每年至少抽查6次，涉及的鋼種包括U71MnG和U75VG,其中有一項(xiàng)重要的項(xiàng)目是脫碳層的深度檢驗(yàn)。每次抽查后都會(huì)定期發(fā)布重軌的性能抽查結(jié)果，然后對(duì)中國(guó)鐵道研究院金屬及化學(xué)所檢驗(yàn)的脫碳層深度結(jié)果與筆者單位檢驗(yàn)的同批號(hào)的脫碳層深度檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行全面比對(duì)，確保高速重軌的脫碳層深度取樣方法、檢驗(yàn)方法、評(píng)定方法與中國(guó)鐵道研究院金屬及化學(xué)所一致，保證重軌脫碳層深度檢驗(yàn)方法完全一致，確保中國(guó)高鐵行車的質(zhì)量安全。

5 百米高速重軌脫碳層取樣及檢驗(yàn)崗位規(guī)程編制

TB/T 2344-2012標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)重軌脫碳層檢驗(yàn)的取樣頻次是1 000 t取樣一次，而根據(jù)重軌產(chǎn)品的特點(diǎn)，從安全的角度，為保證交貨質(zhì)量，企業(yè)內(nèi)部從嚴(yán)要求，規(guī)定正常生產(chǎn)時(shí)脫碳層檢驗(yàn)取樣的頻次是500 t取樣一次，比鐵道部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗(yàn)頻次嚴(yán)格一倍。同時(shí)在重軌每次軋鋼初期，脫碳層取樣標(biāo)準(zhǔn)都是要求每一批都取樣，要保證連續(xù)3批的重軌脫碳層深度均低于0.50 mm,再執(zhí)行每500 t取樣一次。如果有進(jìn)行工藝調(diào)試、加熱爐出現(xiàn)故障或軋線出現(xiàn)故障的情況出現(xiàn)，重軌脫碳層深度檢驗(yàn)執(zhí)行批批取樣的制度。在百米高速重軌脫碳層取樣及檢驗(yàn)崗位規(guī)程的編制上，將TB/T 2344-2012標(biāo)準(zhǔn)中的脫碳層取樣和檢驗(yàn)的規(guī)定全部采納，同時(shí)把企業(yè)內(nèi)部對(duì)重軌脫碳層的取樣頻次和檢驗(yàn)要求納入崗位規(guī)程，以保證重軌脫碳層深度檢驗(yàn)結(jié)果的可信度。