第34卷，第2期中国铁道科学Vol.34 No.22013年3月CHINA RAILWAY SCIENCEMarch,2013文章编号：1001-4632(2013)02-0001-06U71Mn钢轨踏面剥离掉块缺陷分析周剑华，任安超，吉玉1，张银花2，刘丰收2(1.武汉钢铁（集团）公司研究院，湖北武汉430080：2.中国铁道科学研究院金属及化学研究所，北京100081)摘要：U71M血钢轨在铁路曲线线路外轨使用一段时间后，在钢轨踏面上出现不同程度的剥离掉块缺陷。对产生缺陷的钢轨进行性能检验的结果表明：钢轨的化学成分和氢氧含量、拉伸性能、脱碳层、金相组织、非金属夹杂物和踏面硬度等均满足TB/T2344一2012标准的要求，因此剥离掉块缺陷的产生与钢轨自身质量没有直接关系。对缺陷特征进行分析的结果表明：出现在曲线线路外轨踏面工作边轨距角圆弧区域的剥离掉块是一种典型的滚动接触疲劳伤损，这主要是由于轮轨长期在此区域接触导致该区域接触应力过大所致。通过改善轮轨匹配关系使轮轨形成共形接触，合理进行预防性和校正性打磨，并严格执行钢轨分级使用规定，可以有效预防和减轻钢轨剥离掉块缺陷的产生。中图分类号：U213.42:TG142.1文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1001-4632.2013.02.01作为铁路线路的重要组成部分，钢轨起着支撑冶炼→LF炉精炼→RH炉精炼→连铸→铸坯堆和导向列车行进的作用，是影响铁路行车安全的重垛→加热→BD1开坯→BD2粗轧→万能粗轧→万要因素。近年来，随着铁路运输向高速、重载和高能精轧→冷却→平立复合矫直→检查·入库。密度方向发展，钢轨踏面的接触疲劳伤损越来越严为找出钢轨伤损产生的原因，对钢轨试样的化重。这些钢轨伤损的大量出现，不仅使铁路部门每学成分和氢氧含量、拉伸性能、脱碳层、金相组年要花费巨资来维修线路和更换疲劳轮对)，大织、非金属夹杂物以及踏面硬度等性能进行检验，大增加了铁路的运营成本，而且严重时可能造成钢同时分析钢轨试样踏面剥离掉块缺陷的特征。轨断裂，直接危及行车安全3。为此，铁路部门采取了各种方法与措施来阻止和减少其不良2检验结果及分析本文选取成昆铁路上运行一段时间后的国内某2.1宏观形貌钢厂生产的60kg·m1U71Mn钢轨，通过对该钢轨试样踏面缺陷的宏观形貌如图1所示。由段钢轨的性能进行检验，剖析该段钢轨踏面剥离掉图1看出：剥离掉块缺陷分布在钢轨踏面工作边轨块缺陷的特征，讨论其产生原因，并提出改善距角R13一R80圆弧区域。裂纹长约30mm,裂纹措施。间距为2~5mm,从轨距角向踏面中心扩展，裂纹扩展方向与轨头侧边缘约成45°，车轮走行光亮1钢轨试样及检验内容带偏向轨距角，宽度约为50mm。2.2化学成分及氢、氧含量钢轨试样取自成昆铁路某曲线段线路外轨，且对钢轨试样进行化学成分及氢、氧含量测试，运行一段时间后踏面出现剥离掉块缺陷的60kg·结果见表1。由表1可知：钢轨母材化学成分及m1U71Mn钢轨。其生产工艺为铁水脱硫→转炉氢、氧含量均满足TB/T2344一2012)的要求。收稿日期：2012-04-30：修订日期：2012-12-12基金项目：武汉钢恢（集团）公司研究院新科研项目(04121201-6)作者简介：周剑华(1979一)，男，江西吉安人，高级工程师，博士。中国铁道科学第34卷(a)全貌图图1钢轨试样踏面缺陷宏观形貌表1钢轨母材化学成分及氢、氧含量测试结果化学成分（质量分数）/%H/项目Mn实测值0.720.261.170.0160.0150.7515标准值0.650.760.150.580.70-1.20≤0.030≤0.025≤2.00≤302.3拉伸性能及踏面硬度由检验结果可知：钢轨中A类（硫化物类）夹杂在室温条件下对钢轨试样的拉伸性能进行检物为2级，B类（氧化铝类）夹杂物为1级，C类验，拉伸试样取自钢轨断面的2个位置，结果见表(硅酸盐类)和D类（球状氧化物类）夹杂物为2。由表2可知：钢轨试样的室温拉伸性能均满足0.5级，均满足TB/T2344一2012的要求。TB/T2344一2012的要求表2钢轨试样的室温拉伸性能拉伸性能项目抗拉强度R./MPa断后伸长率A/%实测值194015.0实测值297513.5平均值95814.3标准值≥880≥10.0b)B类对钢轨试样踏面磨去0.5mm后，对其踏面中心线和轨距角R80圆弧区域布氏硬度进行测量，结果见表3。钢轨经运行使用后，钢轨踏面中心线平均硬度为319HB,而轨距角R80圆弧区域加工硬化较为严重，其平均硬度为432HB,均大于TB/T2344一2012中轨头顶面中心线硬度260~300HB的要求。表3钢轨试样踏面中心线和轨距角R80圆弧区域的硬度图2钢轨试样非金属夹杂物检验结果HB测量位置不同测试位置处的硬度实测值平均值由于钢轨踏面处的脱碳层已被车轮磨掉，因此12345322319318316322319对轨头两侧部位的脱碳层及其金相组织进行检验，轨距角R80圆孤区城427419410453450432结果如图3所示。由图3可以看出：脱碳层深度为0.243mm,轨头两侧部位的组织为珠光体加少量2.4非金属夹杂物、脱碳层及金相组织铁素体，满足TB/T2344一2012的要求。对钢轨试样进行非金属夹杂物、脱碳层及金相通过以上检验可知，产生剥离掉块缺陷钢轨的组织的检验。非金属夹杂物检验结果如图2所示。化学成分及氢氧含量、拉伸性能、非金属夹杂物、第2期U71Mn钢轨踏面剥离掉块缺陷分析金相组织及脱碳层等均满足TB/T2344一2012的接关系。要求。因此，该缺陷的产生与钢轨自身质量没有直国内外铁路发展也表明，随着钢轨生产技术的进步，钢轨钢纯净度的提高，钢轨中因非金属夹杂物和氢致裂纹而引起的滚动接触疲劳缺陷(RCF缺陷)已很难见到。但在高速客运、既有客货混运和重载线路上，起源于钢轨轨头表面或近表面（该处无材质缺陷和冶金杂质)的RCF缺陷却越来越严重。3剥离掉块缺陷特征(a)脱碳层3.1横断面缺陷特征钢轨试样横断面裂纹、辗边以及它们附近的组织和流变形貌如图4所示。由图4(a)可以看出：2条裂纹及辗边，它们均位于钢轨试样横断面轨距角R13圆弧区域，裂纹与起裂点处的圆弧切线夹角约为20°；由图4(b)可以看出：裂纹向轨头内部扩展，裂纹最深处距离钢轨踏面约2.5mm;由图4(c)可以看出：裂纹扩展方向与裂纹附近的流变形貌方向一致；由图4(d)可以看出：辗边厚度约为1.39mm;由图4(e)可以看出：辗边图3钢轨试样脱碳层和金相组织检验结果处的金属具有明显的辗压塑性流变特征。()横断面裂纹(c)裂纹处流变形貌图4钢轨试样横晰面裂纹、辗边及附近组织和流变形貌3.2纵断面缺陷特征扩展方向与钢轨踏面夹角为10°~20°；由图5(b)钢轨试样纵断面裂纹、二次扩展及附近组织和和(c)可以看出：2条较长裂纹尖端与钢轨踏面流变形貌如图5所示。由图5(a)肉眼可见4条的最大距离分别为2.35和2.38mm,裂纹在扩展裂纹，其中有2条裂纹较长，且裂纹均向下扩展，中出现向上和向下的二次分叉，而二次分叉裂纹向