道軌鋼是啥材質

　　軌道鋼常用碳素鋼或中錳鋼制造，其斷面為工字形，用以承受機車車輛的車輪荷載，并將承受的荷載傳給軌枕;同時為車輪的滾動提供連續、平順的表面和引導車輪運行，這種軌道部件稱為鋼軌。在電氣化鐵路和自動閉塞信號線路上，鋼軌還可兼作電路導體。鋼軌的種類通常以每米鋼軌的重量表示。中國鐵路的鋼軌有每米75、60、50、45、43公斤等種類。

　　鋼軌鋼(rail steel)，是用于制造機車、起重機等軌道的專業用型鋼。鋼軌按中國國家標準和冶金工業部標準分為鐵路用鋼軌、輕軌、導電鋼軌和起重機鋼軌等。我國鐵路已經形成了高密度、大軸重以及高速度并舉的局面。速度和軸重的同時提高，無疑地對鋼軌的使用性能也提出了更高的要求。鋼軌鋼的質量問題越來越受到人們的廣泛關注。

　　分類

　　鋼軌按中國國家標準和冶金工業部標準分為鐵路用鋼軌、輕軌、導電鋼軌和起重機鋼軌等。

　　(1)鐵路用鋼軌

　　在碳素鋼軌基礎上發展了低合金鋼軌。高碳低合金鋼軌比碳素鋼軌強度高，耐磨性、耐壓性、抗脆斷性和抗疲勞斷裂性更好。鐵路用鋼軌品種用38、43、50、60、75kg/m等。在鋼軌生產過程中應特別注意防止白點的產生。

　　(2)輕軌

　　主要用于礦業和林業，其品種有5、8、11、15、18、24kg/m。輕軌主要由碳素鋼制造，少部分使用低合金鋼制造。在礦山、井下以及林區等處用的輕軌要求耐腐蝕，為此鋼中加入適量的銅、鉻、磷、釩等合金元素。

　　(3)導電軌

　　用于地下鐵路導電的鋼軌，要求有良好的導電性，即15℃ 時電阻率小于0.125μΩ.m.它采用優質低碳鋁鎮靜鋼制造。

　　(4)起重機鋼軌

　　用于各種起重機導軌用的特種截面鋼軌，其化學成分和制造工藝與鐵路用鋼軌相同。品種有QU70、QU80、QUl00、QUl20等 。

　　質量問題

　　目前，鋼軌鋼的主要質量問題有二:一是在外觀質量方面，鋼軌幾何尺寸公差大，軋痕、劃傷、裂痕等表面缺陷多;二是內在質量方面，存在夾雜、偏析等冶金缺陷。這些缺陷成為鋼軌鋼損傷的主要誘因。

　　鋼軌強度及軋制質量

　　(1)磨耗與塑性變形問題突出

　　鐵路曲線段上鋼軌側磨問題突出。在石太線曲率半徑R =300 ～ 400 m 的曲線段上，最短的7～ 8 個月就磨耗到限;在津浦線R =500 ～ 600 m的曲線上，一年半左右鋼軌就要調邊使用，這遠低于線路的大修周期。在直線段上，由于輪軌接觸應力達到或接近鋼軌的屈服極限強度，有的新軌上道3 ～ 6 個月左右軌頭就過早地出現飛邊。

　　(2)剝離掉塊

　　由于輪軌接觸疲勞作用，產生疲勞層，從而引起剝離掉塊。主要出現在淬火軌上。隨著鐵路運量和軸重的增加，鋼軌剝離傷快問題也日益突出。

　　產生鋼軌剝離掉塊主要是由于鋼軌材質不純、淬火工藝不當、軌底坡設置及涂油工藝不當等因素引起的。廣州、北京等鐵路局采取加楔形膠墊調整軌底坡、間斷涂油讓較輕剝離部位磨掉等措施來防止剝離掉塊的發生，取得了較好效果。

　　(3)波浪磨耗

　　波浪磨耗是指鋼軌踏面在全長出現周期性高低不平的波狀磨耗，而軌頭下顎和整個斷面仍保持平直。波浪磨耗在石太線、豐沙線、大秦線等運煤專線上問題比較突出，在廣深準高速線路上，也開始出現，并且表現較為嚴重。

　　影響波浪磨耗(簡稱波磨)的因素較多，第一類因素影響波磨的形成，即決定輪對粘滑振動是否出現;第二類影響波磨的發展，即加劇或減緩粘滑的振動強度、加強或減弱不均勻磨損的累加效應。一般來講，許多在波磨形成過程中起作用的因素，對波磨的發展也有決定性影響。有些因素雖影響波磨發展速率，但并不決定波磨是否形成，控制這些因素也可有效減緩波磨。

　　預防波磨的關鍵，一是消除曲線地段輪對的粘滑振動;二是消除由粘滑振動引起的鋼軌不均勻磨損的累加效應。

　　為了減緩波磨，常采用如下措施:

　　①減小軌道不平順。減小軌道不平順對減緩波磨及其他輪軌病害均十分有利。減小軌道不平順可減少粘滑振動的發生的概率及鋼軌不均勻磨損的累加效應，從而有效地控制波磨發展速率。減小軌道不平順主要是指減少諸如鋼軌接頭、軌面剝離、擦傷及鋼軌死彎等脈沖不平順。脈沖不平順導致輪軌沖擊，引發輪對粘滑振動，是對波磨形成和發展影響最大的軌道不平順。計算表明，在完全平順的軌道上，貨車在半徑600 m 以上的曲線地段幾乎不會發生輪對粘滑振動，但因接頭不平順的作用，在半徑2 000 m 的曲線上也可能發生輪對粘滑振動。多數波磨從接頭附近始發的現象說明了這一點。

　　②加大軌道彈性、提高軌道阻尼。軌道增彈減振對減少輪軌其他病害也是有利的。增加軌道彈性可有效地減小輪對粘滑振動發生的概率;而提高軌道阻尼則可明顯降低波磨的發展速率。

　　③適當降低曲線地段外軌超高。過超高加大輪對粘滑振動，而欠超高抑制甚至消除輪對粘滑振動。車速較低且軸重較大的貨車對波磨形成和發展的影響最大。因此，在主要運行貨車的線路上，外軌且主要出現磨損型波磨的曲線地段鋪設淬火軌，可采用盡量降低外軌超高的辦法減緩波磨。

　　④鋼軌倒換。輪對在曲線上可能發生粘滑振動從而形成波磨，但在直線上，發生粘滑振動的概率卻很小，說明直線地段波磨形成和發展的條件不充分。如將曲線地段的波磨軌倒換至直線上，因粘滑振動消失，磨耗功顯著降低，波磨的發展將得到明顯抑制。

　　⑤鋼軌打磨。鋼軌打磨是減緩波磨最有效的措施之一。波磨一旦出現，又反過來激化和加劇輪對粘滑振動，促進波磨進一步發展，波深越大則波磨發展越快，構成惡性循環。鋼軌打磨中斷了這種惡性循環的發展過程，減緩了波磨發展速率。

　　⑥提高鋼軌材質強度及耐磨性能。提高鋼軌耐磨性能，是最主要的減緩措施之一。輪對粘滑振動是波磨的成因，但波磨的形成和發展卻表現為鋼軌不均勻磨損或不均勻塑性變形的逐步累積。能夠減緩軌頭磨損和塑性變形的措施就能減緩波磨，鋼軌耐磨性能的提高，無疑會延緩波磨的形成與發展過程。

　　⑦增大輪對軸的剛度。輪對軸的剛度偏小是易于激發輪對粘滑振動的因素之一，如采用空心車軸，并增加軸徑，使軸剛度提高1 倍，可有效地抑制鋼軌波磨。

　　⑧增大一系懸掛阻尼。設置一系懸掛的機車和客車，一系無阻尼或阻尼偏小是激發輪對粘滑振動的主要因素。因此，增設或加大一系阻尼是有效減緩波磨的措施之一。也是迅速衰減輪軌沖擊振動，減緩輪軌系統中其他病害的重要技術措施。

　　⑨控制涂油潤滑。以減緩曲線外軌側磨為目的的輪緣或軌側涂油潤滑，對減緩波磨是不利的。同時，過量涂油對減緩鋼軌剝離也不利。因此，涂油潤滑絕不是越勤越好。但目前對合理的涂油工工藝還缺乏深入系統的研究。

　　(4)核傷

　　起源于軌頭走行面下一定深度范圍處的內部疲勞裂紋，在鋼軌的傷損中占有一定的比例。鋼軌疲勞傷損以軌頭核傷為多，它隨著通過總重的增加而增多。疲勞裂紋源常由夾雜物開始，微裂紋逐漸發展為核傷且表面傷損貫通，氧化形成黑核。

　　因此，延長鋼軌使用壽命，減少核傷的關鍵在于提高鋼質純凈度。核傷軌的特點是:高坡及曲線地段核傷較多，曲線磨損量較少及曲線鋼軌下股發生核傷較多。

　　橫向疲勞斷裂和脆性斷裂

　　雖然占的比例非常小，但客觀上存在危害極大，產生的原因:由鋼軌的低倍缺陷或表面缺陷引起的橫向疲勞裂紋;由馬氏體引起的鋼軌橫向疲勞斷裂;由鋼軌軌顎的輾堆造成的鋼軌橫向疲勞斷裂;由軌底存在的外傷引起鋼軌橫向疲勞斷裂。

　　螺栓孔裂紋

　　螺栓孔裂紋占重傷鋼軌的40 %以上，屬疲勞傷損。由于鋼軌螺栓孔部位存在冶金缺陷，其周邊易產生局部應力集中，導致裂紋萌生，疲勞擴展，造成鋼軌斷裂。應加強螺栓孔倒棱，引進螺栓孔冷擴張技術等來防止螺栓孔裂紋的產生。

　　軌頭踏面線紋，縱向裂紋及劈裂

　　所謂線紋是指在鋼軌表面存在微細裂紋，屬表面缺陷。這種裂紋在熱軋后的鋼軌上由于氧化鐵皮的覆蓋，在新軌上道初期有時難以發現;待使用一段時間后，經列車車輪輾壓，表面氧化皮被磨掉而使線紋、裂紋暴露出來。線紋、裂紋的特征是呈現深淺不等、數量為一至多根成簇分布并沿軋制方向縱向排列。線紋的長度有0.5 ～ 18 m ，現場發現最深為7 mm ，一般在0.2 ～ 2 mm ，而且在軌頭發現，軌底數量少。

　　產生原因主要是鋼錠的皮下氣泡、超深的表面氣孔、淺的凹坑、鋼坯表面清理過深及軌溫不均或在軋制過程中出現的耳子等。若線紋、裂紋深度較淺，鋼軌磨耗速度大于裂紋擴張速度時則軌頭表面的線紋有可能被磨掉;若線紋、裂紋較深，有可能逐漸擴張為裂紋、剝離直至斷軌 [3] 。

　　鋼軌的純凈度編輯 播報

　　碳含量

　　對于鋼軌鋼生產，既要保證其具有足夠高的強度，又要致力于提高其韌性。為此，不能靠單獨提高含碳量，而是應該采取合金化的途徑，即發展中碳多元合金化高強度高韌性鋼軌鋼。鋼軌淬火是提高鋼軌強度、韌性、耐磨性，延長使用壽命的有效途徑。國外熱處理鋼軌的實際碳質量分數:日本為0.76 %～ 0.81 %，俄羅斯為0.71 %～0.80 %，盧森堡為0.78 % ～ 0.82 %，英鋼聯為0.76 %～ 0.77 %，奧鋼聯為0.75 %～ 0.81 %，碳質量分數最大波動范圍為0.09 %，最小為0.01 %。我國鋼軌:U74 的碳質量分數為0.67 %～ 0.80 %，U71Mn 為0.65 % ～ 0.77 %，PD3 為0.70 %～ 0.78 %，BNbRE 為0.70 %～ 0.82 %，最大波動范圍0.13 %，最小為0.08 %。由于碳含量波動范圍大，淬火工藝參數難以控制，不能充分發揮淬火的技術優勢，鋼軌的內在性能未能通過淬火充分發揮出來，甚至稍有不慎就會出現馬氏體。因此，碳含量波動范圍應進一步減小。

　　硫、磷含量

　　提高鋼軌純凈性必然伴隨著鋼軌成本的提高，因此不同線路用鋼軌往往對純凈性的要求不同。眾所周知，鋼中有害元素P 、S 含量可以從一個側面反映對純凈性的要求，日本JIS 鋼軌標準規定，抗拉強度等級為687 MPa 和736 MPa 的鋼軌，要求w [ P] ≤0.045 %，w[ S] ≤0.05 %，而對抗拉強度等級為804 MPa 的鋼軌，要求w [ P] ≤0.03 %，w [ S] ≤0.025 %。EN 鋼軌標準規定:對軌頭表面硬度為200HB 的鋼軌，P 、S 質量分數不大于0.035 %;對軌頭表面硬度為220 ～ 260HB 的鋼軌，P 、S 質量分數≤0.025 %;而對合金軌及熱處理軌則要求w [ P] ≤ 0.020 %，w [ S] ≤0.025 %。

　　提高鋼軌純凈度可以進一步提高鋼軌接觸疲勞性能，減小鋼軌使用中核傷的出現概率。目前國外先進國家鋼軌硫、磷含量比較低，而我國目前還規定為w [ S] ≤0.040 %，w [ P] ≤0.035 %，需要進一步降低S 、P 含量，向國際標準靠攏。

　　夾雜物

　　(1)夾雜物分布的影響

　　大量的鋼軌失效分析表明，夾雜物在鋼軌中的分布位置是影響鋼軌破損類型的主要因素:

　　①當夾雜物出現在踏面表層或亞表層時，易在鋼軌局部踏面形成深層剝離掉塊類型的疲勞損傷，即“局部剝離” ，深度可達4 ～ 5 mm ，而局部剝離坑易產生橫向裂紋，從而形成“起源于軌頭表面的橫向疲勞裂紋型核傷” 。

　　②當夾雜物位于踏面下5 ～ 12 mm 時，易形成“縱橫裂型核傷” 。

　　③當夾雜物(主要是低倍夾雜和白點)位于踏面下較深位置時，易形成“起源于軌頭內部的橫向疲勞裂紋型核傷” 。

　　④當夾雜物沿軌頭縱向分布時，易形成軌頭縱裂。

　　⑤當夾雜物出現在軌腰時，易形成軌腰縱裂。

　　⑥當夾雜物出現在軌底時，易形成軌底縱裂或橫向折斷。

　　(2)夾雜物種淚的影響

　　鋼軌中不同種類的夾雜物對鋼軌破損程度的影響不同:

　　①氧化鋁

　　在各類夾雜物中，鏈狀氧化鋁無疑最為有害。大量檢驗分析結果表明，鏈狀氧化鋁夾雜是形成條狀疲勞裂紋源進而導致核傷的主要原因，因而國外鋼軌標準對氧化鋁夾雜物數量有嚴格要求。

　　②硅酸鹽

　　硅酸鹽的危害性也較大，除誘發核傷外，還是造成鋼軌局部深層剝離的主要原因，國外鋼軌標準對硅酸鹽數量也有限制。

　　③硫化物

　　相比之下，鋼軌疲勞損傷對硫化物的敏感程度不及上述兩類氧化物。因此，就提高鋼軌疲勞性能而言，改善氧化物夾雜的純凈度比改善硫化物的純凈度更為有效。

　　④低倍夾雜和白點等低倍缺陷

　　鋼軌中的低倍夾雜、白點等低倍缺陷，是形成內部橫向疲勞裂紋的主要原因，嚴重危及行車安全，須嚴格加以限制。

　　(3)夾雜物尺寸或數量的影響

　　關于夾雜物導致內疲勞缺陷的臨界尺寸，目前還無定論，但普遍認為，隨著軸重提高或速度提高(即動載荷增大)，引起鋼軌疲勞損傷的夾雜物臨界尺寸將減小。

　　結合現代鋼軌生產技術和高速鐵路發展制訂的EN 鋼軌標準中，對氧化物夾雜提出了嚴格要求，規定鋼中氧化鋁夾雜物里小于10 μm 的為95 %以上，而大于10 μm 小于20 μm 的不得超過5 %。

　　鋼軌的外形尺寸

　　由于速度的提高對鋼軌表面的平順性要求更加嚴格。在實際鋼軌交貨中，端頭不平順還要大些，特別是目前鋼軌端頭，矯直存在暗面，使鋼軌的焊接平順性達不到要求。目前規定快速線路鋼軌焊接表面平順性0.3 mm/m(向上)，實際上很難做到。輪軌動力測試結果表明，在接頭處均出現應力峰值。因此，提高鋼軌表面平順性是提速線路的迫切需要 。