劉佳朋，杜涵秋，李英奇，任 屹，金紀(jì)勇，劉豐收

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 金屬及化學(xué)研究所，北京 100081；2.鞍鋼股份有限公司 技術(shù)中心，遼寧 鞍山 114009）

珠光體鋼是目前應(yīng)用最廣泛的鋼軌材質(zhì)，其抗拉強(qiáng)度可通過合金化與熱處理的方法［1?3］提升至1 400 MPa 以上。雖然高強(qiáng)珠光體鋼軌具有優(yōu)良的耐磨性，但是韌性儲(chǔ)備不足，沖擊功僅能達(dá)到10～30 J。重載鐵路鋼軌常存在較多的滾動(dòng)接觸疲勞傷損，增大了線路維修養(yǎng)護(hù)成本與安全風(fēng)險(xiǎn)［1?4］，因此需要綜合提高鋼軌的耐磨性與抗接觸疲勞性能，以滿足重載鐵路的發(fā)展需要。

近些年，無碳化物貝氏體鋼軌被認(rèn)為是適用于未來嚴(yán)苛服役環(huán)境的可選鋼軌之一［5］，國際上對其微觀組織與服役性能的關(guān)聯(lián)性開展了大量研究，如Hui 等［6］發(fā)現(xiàn)貝氏體鋼軌相比珠光體鋼軌具有更高的氫敏感性，Gui等［7］發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)接觸疲勞裂紋的產(chǎn)生與塊狀殘余奧氏體組織有關(guān)，Qi 等［8］認(rèn)為穩(wěn)定的奧氏體組織對貝氏體鋼強(qiáng)韌性的提升有益。許多學(xué)者還研究了貝氏體鋼軌與珠光體鋼軌的耐磨性差異，有些人［9?10］認(rèn)為貝氏體鋼軌由于加工硬化率低而呈現(xiàn)較差的耐磨性能，也有些人［11］通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)貝氏體鋼軌的耐磨性能優(yōu)于珠光體鋼軌。雖然上述研究工作探索了貝氏體鋼軌微觀組織與服役性能的關(guān)聯(lián)性，然而如何通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝以實(shí)現(xiàn)理想的微觀組織與力學(xué)性能配合，缺乏足夠的研究。

本文針對我國研發(fā)的無碳化物貝氏體鋼軌，重點(diǎn)研究矯直、回火及在線熱處理等典型生產(chǎn)工藝對其微觀組織與力學(xué)性能的影響，通過優(yōu)化鋼軌生產(chǎn)工藝進(jìn)一步提升無碳化物貝氏體鋼軌服役性能。

1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

無碳化物貝氏體鋼軌的主要生產(chǎn)流程如圖1所示。從圖1可以看出：通過3 種典型的鋼軌生產(chǎn)工藝，即矯直、回火與在線熱處理，工業(yè)試制5種不同狀態(tài)的無碳化物貝氏體鋼軌。其中，熱軋態(tài)鋼軌空冷后的樣品標(biāo)記為1#鋼軌（HR）；1#鋼軌經(jīng)過矯直后，標(biāo)記為2#鋼軌（HR+RS）；對2#鋼軌進(jìn)行回火，回火溫度約為593 K，記為3#鋼軌（HR+RS+T）；熱軋態(tài)鋼軌在空冷過程中進(jìn)行噴風(fēng)加速冷卻，即在線熱處理，再進(jìn)行矯直，記為4#鋼軌（Q+RS）；對4#鋼軌進(jìn)行回火，記為5#鋼軌（Q+RS+T）。

圖1 無碳化物貝氏體鋼軌的主要生產(chǎn)流程

5 種無碳化物貝氏體鋼軌具有相同的化學(xué)成 分，具體的主要化學(xué)成分見表1。

表1 無碳化物貝氏體鋼軌的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

1.2 試驗(yàn)方法

采用掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）以及背散射電子衍射法（EBSD），對無碳化物貝氏體鋼軌的微觀組織形貌進(jìn)行觀測。應(yīng)用X射線衍射技術(shù)（XRD），對無碳化物貝氏體鋼軌中的殘余奧氏體（RA）體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行測量。測量時(shí)選用Co-Kα 特征X 射線為入射X 射線，通過Lynxeye XE 探測器接收30°～115°的衍射信息，X 射線掃描步進(jìn)角度為0.02°。殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)的分析方法基于（200）α，（211）α，（200）γ，（220）γ與（311）γ衍射峰的積分強(qiáng)度，具體計(jì)算方法與方程式參見文獻(xiàn)［12］。

在力學(xué)性能測量方面，采用Intron-Rock?WELl 574 型硬度測量儀測量鋼軌踏面硬度；采用MTS-CMT5305 型多功能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn)，拉伸試驗(yàn)樣品為棒狀，直徑為10 mm，標(biāo)距長度為50 mm，試樣沿鋼軌軋制方向于軌頭切取；采用MTS-ZBC3302-A 型沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行沖擊韌性試驗(yàn)，Charpy U 型沖擊試樣尺寸為10 mm×10 mm×50 mm，取樣位置與試驗(yàn)方法按照GB/T 229—2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》進(jìn)行；斷裂韌性試驗(yàn)采用三點(diǎn)彎曲試樣，試樣的厚度為25 mm、寬度為40 mm，試驗(yàn)溫度為?20 ℃；采用鋸切應(yīng)變片法對鋼軌進(jìn)行殘余應(yīng)力測量，分別選取軌頭、軌腰及軌底中心作為測量點(diǎn)，測量3組；疲勞裂紋擴(kuò)展速率測試采用三點(diǎn)彎曲、單邊缺口試樣，試樣的厚度為20 mm、寬度為45 mm、切口長度為10 mm、預(yù)裂紋長度為2.5 mm，試驗(yàn)條件如下：室溫（20 ℃），應(yīng)力比R為0.5，加載頻率為15 Hz，應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍ΔK為10.0和13.5 MPa·m1/2。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 微觀組織形貌

由于不同生產(chǎn)工藝下的無碳化物貝氏體鋼軌微觀組織形貌具有相近性，選取3#鋼軌與5#鋼軌作為重點(diǎn)研究對象，基于SEM的微觀組織形貌如圖2所示。

圖2 SEM微觀組織形貌

從圖2可以看出：3#鋼軌與5#鋼軌微觀組織具有相似的典型特征，即薄膜狀殘余奧氏體（RA）位于貝氏體鐵素體（BF）片層間，而較粗大的塊狀殘余奧氏體（M/A）多分布于原奧氏體晶界處；5#鋼軌的BF 片長較3#鋼軌短，BF 片層的厚度更薄且更為致密，均說明在線熱處理可細(xì)化貝氏體組織。

為了更深入研究無碳化物貝氏體鋼軌中的復(fù)雜相組成結(jié)構(gòu)，3#鋼軌與5#鋼軌的TEM 微觀組織形貌如圖3所示。從圖3可以看到：不同生產(chǎn)工藝下的貝氏體鋼軌均存在2 種不同微觀形貌特征的殘余奧氏體組織，即薄膜狀RA 與塊狀M/A；此外，少量的孿晶馬氏體組織在3#鋼軌與5#鋼軌中均有所發(fā)現(xiàn)。

圖3 TEM微觀組織形貌

基于以上SEM 與TEM 的微觀表征，對5 種鋼軌的貝氏體鐵素體（BF）片間距進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，統(tǒng)計(jì)均值見表2。

表2 5種無碳化物貝氏體鋼軌BF片間距均值 μm

從表2可以看出：由于在線熱處理加快了冷卻速度，有利于貝氏體鐵素體片層的細(xì)化；另外，低溫（593 K）回火過程對貝氏體鐵素體片層的細(xì)化影響較小。

選取典型的5#鋼軌作為研究對象，采用EBSD微觀表征技術(shù)對其晶體取向分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)測量，結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出：5#鋼軌的相組成主要為貝氏體鐵素體片層與殘余奧氏體；殘余奧氏體的含量較少，分布較為分散。

圖4 5#鋼軌EBSD微觀組織晶體取向分布

5#鋼軌微觀組織的晶體取向極圖如圖5所示。從圖5可以看到：貝氏體鐵素體最大取向因子為2.13，傾向于各向異性，沒有明顯的晶粒取向；殘余奧氏體最大取向因子為8.87，存在較強(qiáng)的晶粒取向。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，殘余奧氏體的應(yīng)力誘發(fā)相轉(zhuǎn)變過程可能也具有一定的受力取向性。

圖5 5#鋼軌微觀組織晶體取向分布極圖

2.2 典型生產(chǎn)工藝對殘余奧氏體穩(wěn)定性影響

為了更好地觀測衍射斑的位置，不考慮衍射強(qiáng)度大小，采用縱向平移的方式，均勻排列5種無碳化物貝氏體鋼拉伸前軌頭組織的XRD 衍射譜如圖6（a）所示。從圖6（a）可以看出：不同生產(chǎn)工 藝下貝氏體鋼軌的（200）α，（211）α，（200）γ，（220）γ與（311）γ衍射峰峰位（即衍射角2θ）基本一致，僅衍射強(qiáng)度有所差別。為了評價(jià)殘余奧氏體在5種無碳化物貝氏體組織中的穩(wěn)定性，對無碳化物貝氏體鋼進(jìn)行3%拉伸應(yīng)變的加載，卸載后從拉伸試樣的標(biāo)距段切取橫截面試樣作為XRD 的測量樣品，其中1#鋼軌拉伸前后的XRD 衍射光譜對比如圖6（b）所示。從圖6（b）可以看出：通過X射線探測器計(jì)數(shù)可知，1#鋼軌殘余奧氏體的衍射峰強(qiáng)度在拉伸后明顯有所降低，即發(fā)生了殘余奧氏體相轉(zhuǎn)變。

圖6 5種無碳化物貝氏體鋼軌的XRD衍射光譜

通過對（200）α，（211）α，（200）γ，（220）γ與（311）γ衍射峰積分強(qiáng)度進(jìn)行擬合［12］，可定量計(jì)算5種無碳化物貝氏體鋼軌拉伸前后的殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)，結(jié)果如圖7所示。為了評價(jià)殘余奧氏體在不同貝氏體組織中的穩(wěn)定性，定義穩(wěn)定性因子α，即未轉(zhuǎn)變殘余奧氏體在初始?xì)堄鄪W氏體含量中的比重，具體如圖7所示。從圖7可以看到如下結(jié)果。

（1）1#鋼軌的殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)為12.44%，2#鋼軌的殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)為10.60%，說明矯直可促使部分殘余奧氏體發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變。這是由于塊狀殘余奧氏體相比薄膜狀殘余奧氏體更不穩(wěn)定，在應(yīng)力作用下，更易轉(zhuǎn)變。需要注意的是，由于奧氏體的儲(chǔ)氫能力較馬氏體強(qiáng)，亞穩(wěn)殘余奧氏體在服役中發(fā)生相變會(huì)導(dǎo)致氫溢出，降低貝氏體鋼軌的服役性能。因此，通過矯直提高無碳化物貝氏體鋼軌殘余奧氏體的穩(wěn)定性十分必要。

（2）比較2#鋼軌與3#鋼軌、4#鋼軌與5#鋼軌，可知回火后殘余奧氏體穩(wěn)定性更高。4 種經(jīng)過矯直的無碳化物貝氏體鋼軌，其殘余奧氏體穩(wěn)定性在93.3%～95.3%范圍內(nèi)，在線熱處理對殘余奧氏體穩(wěn)定性影響較小。

2.3 典型生產(chǎn)工藝對無碳化物貝氏體鋼軌力學(xué)性能的影響

2.3.1 踏面硬度

踏面硬度是重載鐵路鋼軌的重要力學(xué)性能指標(biāo)，其對鋼軌的耐磨性具有重要影響。5 種無碳化物貝氏體鋼軌的踏面布氏硬度統(tǒng)計(jì)均值見表3所示。從表3可以看出：矯直、回火及在線熱處理均有助于提高踏面硬度，其中在線熱處理提高的作用最大；矯直與回火促使不穩(wěn)定組織發(fā)生轉(zhuǎn)變，穩(wěn)定微觀組織結(jié)構(gòu)，也可少量提高硬度。

2.3.2 單軸拉伸性能

5 種無碳化物貝氏體鋼軌的工程應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖8所示。從圖8可以看出：5 種無碳化物貝氏體鋼軌的彈性階段基本重合，矯直與熱處理不改變彈性模量。

圖8 5種無碳化物貝氏體鋼軌的單軸拉伸工程應(yīng)力應(yīng)變曲線

通過分析可獲得工程應(yīng)力應(yīng)變曲線中的3 項(xiàng)典型拉伸性能參數(shù)，即屈服強(qiáng)度Rp0.2，抗拉強(qiáng)度Rm，斷后伸長率A。將工程應(yīng)力應(yīng)變曲線（圖8）轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎽?yīng)力應(yīng)變曲線，真應(yīng)力應(yīng)變曲線的塑性變形段可用Hollomon 公式（σ=kεn）擬合，其中σ為真應(yīng)力，k為強(qiáng)度因子，ε為真應(yīng)變，n為加工硬化系數(shù)。通過數(shù)值擬合，可計(jì)算獲得5 種無碳化物貝氏體鋼軌的加工硬化系數(shù)。

5 種無碳化物貝氏體鋼軌的屈服強(qiáng)度Rp0.2，抗拉強(qiáng)度Rm，斷后伸長率A及加工硬化系數(shù)n如圖9所示。

圖9 5種無碳化物貝氏體鋼軌拉伸性能指標(biāo)對比

從圖9（a）可以看出：熱軋態(tài)下1#鋼軌、2#鋼軌與3#鋼軌具有相近的抗拉強(qiáng)度等級(jí)（1 280～1 290 MPa），而在線熱處理后4#鋼軌與5#鋼軌具有更高的抗拉強(qiáng)度等級(jí)（1 410～1 420 MPa），說明無碳化物貝氏體鋼軌的抗拉強(qiáng)度與冷卻速度存在較大關(guān)系，在線熱處理不僅能提高屈服強(qiáng)度（提高19%以上），尤其能提高抗拉強(qiáng)度，是3 種生產(chǎn)工藝中唯一能夠提高抗拉強(qiáng)度的生產(chǎn)工藝；5 種無碳化物貝氏體鋼軌的屈服強(qiáng)度各不相同，說明屈服強(qiáng)度受生產(chǎn)工藝的影響較大，對比1#鋼軌與2#鋼軌的單軸拉伸性能，可知1#鋼軌具有較低的屈服強(qiáng)度（746 MPa）和較高的斷后伸長率（18%），這是因?yàn)?#鋼軌未經(jīng)歷矯直，其內(nèi)部組織存在較多的不穩(wěn)定殘余奧氏體，不穩(wěn)定殘余奧氏體含量越多，屈服強(qiáng)度越低，斷后伸長率則越高，因此矯直對屈服強(qiáng)度和斷后伸長率有較大影響，但對拉伸強(qiáng)度的影響較??；回火可明顯提高屈服強(qiáng)度，但對抗拉強(qiáng)度的影響很小，無碳化物貝氏體鋼軌的屈服強(qiáng)度與微觀組織的穩(wěn)定性密切相關(guān)，由于回火提高了無碳化物貝氏體組織的穩(wěn)定性，相當(dāng)于提高了殘余奧氏體發(fā)生相變的門檻值，從而提高了屈服強(qiáng)度。

從圖9（b）可以看出：加工硬化系數(shù)和斷后伸長率隨著殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)的降低而降低，這是由于殘余奧氏體在無碳化物貝氏體鋼軌變形中會(huì)發(fā)生相變誘發(fā)塑性效應(yīng)（TRIP），有助于提高無碳化物貝氏體鋼的延展性與加工硬化能力，而3 種生產(chǎn)工藝均可提高殘余奧氏體的穩(wěn)定性，從而減弱殘余奧氏體的TRIP效應(yīng)。

2.3.3 軌底殘余應(yīng)力

選取典型熱軋態(tài)3#鋼軌與在線熱處理態(tài)5#鋼軌為研究對象，進(jìn)行鋼軌不同部位殘余應(yīng)力測量，結(jié)果見表4。表中：負(fù)值表示壓應(yīng)力。

表4 3#鋼軌與5#鋼軌殘余應(yīng)力測試對比

從表4可以看到：3#鋼軌與5#鋼軌軌底殘余應(yīng)力相近，表明在相同矯直和回火工藝下，在線熱處理對軌底殘余應(yīng)力的影響不大。

鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB 2034—1988《鐵路軌道強(qiáng)度檢算法》規(guī)定：按最大可能載荷（動(dòng)載荷）作用下軌道各部件的一次破壞強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度檢算。無縫線路鋼軌檢算的強(qiáng)度條件要求軌頭和軌底的邊緣荷載應(yīng)力的最大可能值不超過鋼軌鋼的屈服強(qiáng)度σs除以一定的安全系數(shù)K安所得出的容許應(yīng)力［σ］，即

式中：σd為軌頭或軌底所受動(dòng)彎應(yīng)力；σt為溫度應(yīng)力；σ殘為殘余應(yīng)力。

在強(qiáng)度檢算時(shí)，K安取1.3。國內(nèi)外鋼軌生產(chǎn)和使用實(shí)踐表明，對珠光體鋼軌，當(dāng)軌底殘余應(yīng)力≤250 MPa時(shí)，鋪設(shè)無縫線路是安全的。U71MnG鋼軌的屈服強(qiáng)度為526 MPa，此時(shí)，U71MnG鋼軌的容許應(yīng)力［σ］為405 MPa。

目前，根據(jù)《1 380 MPa 級(jí)貝氏體鋼軌暫行技術(shù)條件》規(guī)定，貝氏體鋼軌軌底最大殘余應(yīng)力≤330 MPa。3#鋼軌與5#鋼軌的屈服強(qiáng)度分別為1 123和1 340 MPa，對應(yīng)的鋼軌容許應(yīng)力［σ］分別為864 和1 030 MPa，相比珠光體鋼軌的容許應(yīng)力，該增量大于400 MPa，足以滿足無碳化物貝氏體鋼軌殘余應(yīng)力的最大允許增量（80 MPa）。由此可見，鋼軌使用容許應(yīng)力的增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于殘余應(yīng)力的增加，從這一角度而言，鋼軌強(qiáng)度的安全儲(chǔ)備是足夠的。

2.3.4 斷裂韌性

鋼軌的韌性指標(biāo)與鋼軌安全使用有關(guān)，一般經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，韌性越好，抗斷裂性能越好。通過制備U型沖擊試樣，于室溫對5 種無碳化物貝氏體鋼軌軌頭、軌腰與軌底進(jìn)行沖擊功測量，結(jié)果見表5。

表5 5種無碳化物貝氏體鋼軌的沖擊功

從表5可以看出：相比于2#鋼軌，矯直前的1#鋼軌具有更高的沖擊功，這與1#鋼軌中具有更高體積分?jǐn)?shù)的殘余奧氏體有關(guān)；比較2#鋼軌與3#鋼軌、4#鋼軌與5#鋼軌，可知回火能夠明顯提升沖擊功，提升沖擊韌性20%以上；比較3#鋼軌與5#鋼軌，可以看到在線熱處理對提升沖擊功有明顯作用。

選取1 280 與1 380 MPa 強(qiáng)度等級(jí)下典型的無碳化物貝氏體鋼軌為研究對象，即3#鋼軌與5#鋼軌，進(jìn)行15 組斷裂韌性測試，試驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。從圖10可以看出：3#鋼軌在?20°C 的斷裂韌性平均值均大于49.7 MPa·m1/2，單個(gè)最小值均大于48.1 MPa·m1/2；5#鋼軌在?20 °C 的斷裂韌性平均值均大于75.9 MPa·m1/2，單個(gè)最小值均大于70.1 MPa·m1/2；通過比較3#鋼軌與5#鋼軌斷裂韌性可知，在線熱處理可顯著提高無碳化物貝氏體鋼軌的斷裂韌性。

圖10 -20 ℃下3#鋼軌與5#鋼軌的斷裂韌性對比

2.3.5 疲勞裂紋擴(kuò)展速率

選取1 280 與1 380 MPa 強(qiáng)度等級(jí)下典型的無碳化物貝氏體鋼軌為研究對象，即3#鋼軌與5#鋼軌，進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展速率（da/dN）測試，通過擬合擴(kuò)展速率方程計(jì)算給定不同應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔK下的da/dN；為了對比珠光體鋼軌的裂紋擴(kuò)展速率，與《攀鋼百米軌熱處理報(bào)告》 中給出的U78CrVH，U75VH 和U71MnH 在線熱處理鋼軌的da/dN測量值進(jìn)行對比，結(jié)果見表6。

表6 貝氏體鋼軌與珠光體鋼軌疲勞裂紋擴(kuò)展速率對比

從表6可以看出：裂紋擴(kuò)展速率與鋼軌強(qiáng)度等級(jí)正相關(guān)。5#鋼軌的強(qiáng)度等級(jí)最高，其裂紋擴(kuò)展速率最快；對于珠光體組織鋼軌，同樣符合上述規(guī)律，即U78CrVH>U75VH>U71MnH；5#鋼軌的疲勞裂紋擴(kuò)展速率明顯高于3#鋼軌，可知在線熱處理提高無碳化物貝氏體鋼軌強(qiáng)度等級(jí)的同時(shí)，也會(huì)加快的裂紋擴(kuò)展速率。

雖然在線熱處理加快了裂紋擴(kuò)展速率，負(fù)面上加速了裂紋的發(fā)展過程，但是也提升了斷裂韌性，從而增大了鋼軌抵抗疲勞斷裂的能力，更有力地保證了鋼軌服役的安全性。

3 提升無碳化物貝氏體鋼軌服役性能優(yōu)化方向

國外對貝氏體鋼軌的研究優(yōu)化分為3 個(gè)方向：①通過提高強(qiáng)度（以德美為代表，強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到1 300～1 400 MPa）增強(qiáng)耐磨性能；②通過提高鋼軌抗接觸疲勞傷損能力（以法日為代表，強(qiáng)度等級(jí)為1 100～1 200 MPa）減少鋼軌打磨費(fèi)用；③通過提高抗沖擊性能（以英美為代表）延長貝氏體道岔部件使用壽命。因此，對于我國貝氏體鋼軌的研發(fā)，需要根據(jù)不同的線路應(yīng)用需求（耐磨、抗接觸疲勞或抗沖擊），有針對性地調(diào)控生產(chǎn)工藝參數(shù)與化學(xué)成分，從而得到更適用于線路環(huán)境特征的貝氏體鋼軌性能指標(biāo)。

耐磨性能主要與材料的微觀組織與硬度有關(guān)［13?15］，對于相同類型的微觀組織（如珠光體），耐磨性主要由其實(shí)際服役的硬度決定。這里的“服役硬度”與其初始硬度及加工硬化能力相關(guān)。初始硬度與加工硬化系數(shù)越高，鋼軌服役過程中的硬度上限值越大，則耐磨性越好。對于在線熱處理無碳化物貝氏體鋼軌，雖然初始硬度值較高（440 HB），但是其加工硬化能力較珠光體鋼軌弱［14］，本文的試驗(yàn)結(jié)果也可驗(yàn)證此結(jié)論（如圖9所示）。根據(jù)前期研究可知，在線熱處理無碳化物貝氏體鋼軌加工硬化后的實(shí)際服役硬度低于U78CrVH 珠光體鋼軌，耐磨性不如U78CrVH鋼軌。

對于無碳化物貝氏體鋼軌的抗接觸疲勞性能，主要與其強(qiáng)韌性有關(guān)。屈服強(qiáng)度越高，鋼軌抵抗疲勞裂紋萌生的能力越強(qiáng)，然而屈服強(qiáng)度也不可過高，否則會(huì)犧牲一定的加工硬化能力與塑性。

因此，為了綜合兼顧無碳化物貝氏體鋼軌的耐磨性與抗接觸疲勞性能，需在提高屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的同時(shí)，提升加工硬化能力與塑性。在微觀組織與生產(chǎn)工藝優(yōu)化方面，具體可優(yōu)化的思路為：①通過成分設(shè)計(jì)適當(dāng)增加殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)；②通過優(yōu)化矯直及回火工藝，提高殘余奧氏體的穩(wěn)定性；③通過優(yōu)化在線熱處理工藝，細(xì)化貝氏體鐵素體片間距，提高強(qiáng)韌性。

4 結(jié) 論

（1）無碳化物貝氏體鋼軌包含4 種不同微觀形貌的物相，分別為貝氏體鐵素體、薄膜狀殘余奧氏體、塊狀殘余奧氏體及孿晶馬氏體。其中，殘余奧氏體具有較強(qiáng)的取向分布，取向因子達(dá)8.87。

（2）矯直使無碳化物貝氏體鋼軌中的殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)自12.44%降低至10.6%，說明矯直可促進(jìn)亞穩(wěn)態(tài)殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變。

（3）回火可穩(wěn)定無碳化物貝氏體鋼軌中的殘余奧氏體，提升沖擊韌性20%以上。

（4）在線熱處理可降低無碳化物貝氏體鋼軌中的殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)，提高屈服強(qiáng)度19%以上，尤其能提高鋼軌的抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性，而對軌底殘余應(yīng)力的影響不大。

（5）總體來看，為了綜合提升無碳化物貝氏體鋼軌的耐磨性和抗接觸疲勞性能，在提高屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的同時(shí)，需增大殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)，以增強(qiáng)加工硬化能力和塑性。