1100 MPa级热处理钢轨开发及使用

通过对线路钢轨伤损特点的研究分析,认为开发碳含量相对较低、抗拉强度1100 MPa级韧性较好的热处理钢轨,在快速客货混运线路上使用有利减少其接触疲劳伤损,提高钢轨综合使用效果.通过钢轨钢成分、热处理工艺与组织性能的研究,开发出了抗拉强度1080～1150 MPa、断裂韧性KIC为45～51 MPa·m1/2,裂纹萌生和扩展速率低于既有钢轨的碳素在线热处理钢轨.钢轨在160 km/h、年运量达7200万t的客货混运线路上试用,表现出优良的抗接触疲劳伤损性能和较好的耐磨性能,钢轨使用1年后轮轨作用面光亮,未出现接触疲劳裂纹,耐磨性能优于抗拉强度1000 MPa级U75V热轧钢轨.     

核伤突出路段的钢轨合理选用研究

通过对核伤突出路段钢轨伤损特点和伤损原因的研究,以及在成昆线、陇海线的钢轨核伤突出路段进行U75V、U76CrRe热轧钢轨和U75V、PG4热处理钢轨的铺设使用试验,提出了核伤突出路段的钢轨合理选用建议。结果表明,热处理钢轨具有较好的抗疲劳核伤伤损性能,在钢轨核伤突出路段不宜使用热轧钢轨,而应该使用热处理钢轨。     

车速对钢轨接触疲劳伤损的影响及高速线路钢轨选用

采用专门的试验机对不同线路条件钢轨的接触疲劳伤损特点进行模拟试验研究.结果表明,车速在200km/h以下时,随车速提高钢轨的磨损量减小、接触疲劳伤损加剧;车速达300km/h时,钢轨的磨损量和接触疲劳伤损均减轻.该试验结果得到了计算机仿真计算结果相符.通过对试验结果的分析,认为车速在200km/h以下的客货共运快速线路,宜选用强度为1 100MPa级的热处理钢轨;车速达300km/h左右的高速客运专线,应考虑选用强度较低、但裂纹萌生和扩展速率较低、KIC值相对较高的U71Mn热轧钢轨,或成分性能与之相类似的其它钢轨.     

钢轨的抗接触疲劳伤损性能研究

研究了一种与常规的金属材料接触疲劳性能试验不同的,更接近线路钢轨轮轨接触状态的钢轨接触疲劳试验方法,对不同钢轨在车速160 km/h、半径800 m、轴重25 t条件的抗接触疲劳伤损性能进行模拟试验研究.结果表明,在一定的试验(工况)条件下,裂纹萌生和扩展速率较低、磨损量大的钢轨接触疲劳伤损相对较轻.在试验的几种钢轨中1 000 MPa级的U75V热轧钢轨接触疲劳伤损最重.根据各钢轨的接触疲劳伤损特点,1 300 MPa级热处理钢轨适宜在小半径的重载线路上使用,强度和裂纹扩展速率低的钢轨适宜在高、快速线路上使用.     

880和980 MPa级热轧钢轨曲线段应用性能研究

对铺设在曲线半径为500m铁路的880MPa(U71Mn)和980MPa(U75V/U68CuCr)两种强度级别的热轧钢轨的服役性能进行跟踪,研究了试验段钢轨宏观形貌、光亮带宽度、工作面硬度和廓型的变化规律。结果表明:在相同条件下,980MPa级别钢轨各项使用指标均高于880MPa级别钢轨,在小曲线半径线路上宜选用980MPa级别钢轨。     

PD3 75 kg/m含钒微合金热处理钢轨

采用双频电感应加热、压缩空气欠速淬火技术研制的PD375kg/m含钒微合金热处理钢轨,钢轨成分(%)C0.74～0.81,Si0.60～0.90,Mn0.70～1.05,V0.05～0.12。热处理钢轨硬化层深度≥15mm,HRC≥36.0,硬化层组织为全细珠光体,σ0.2=890～1010MPa,σb=1290～1390MPa,δ5=10%～13%,常温aku=20～32J/cm2,KIC平均值为46.3MPa*m1/2。该钢轨强度高、韧性好。使用寿命比同线路的U74和U71Mn热轧钢轨大幅度延长。     

U71Mn和U75V钢轨钢疲劳短裂纹的扩展行为

在扫描电镜下对U71Mn和U75V钢轨钢的Ⅰ型低周疲劳加载和准静态加载下裂纹扩展的过程进行了观察.研究发现,从整体上看材料没有产生明显的宏观塑性变形,属准解理断裂.但从微观上看,裂纹的微观扩展路径曲折、不连续,常伴有分枝裂纹的形成.可观察到局部有韧窝、滑移线等典型的韧性断裂特征.尤其是U71Mn钢轨钢中还伴有局部的撕裂等更强烈的变形.钢轨钢U71Mn比U75V的抗疲劳裂纹扩展性能和韧性略优.     

U75V钢轨鱼鳞伤及剥离掉块缺陷分析

针对U75V钢轨在曲线段使用一段时间后发生鱼鳞伤损及剥离掉块缺陷的情况,对其进行化学成分、力学性能、金相和扫描电镜检测分析。结果表明,伤损与钢轨的性能质量无关,鱼鳞伤及剥离掉块是轮轨受较大接触应力下产生的滚动接触疲劳损伤。通过优化轮轨型面、设置欠超高、及时打磨和涂油、合理选轨等措施可以减少滚动接触疲劳损伤的产生。     

攀钢PD3热处理钢轨及展望

攀钢在研究出含钒舍金PD3热轧钢轨基础上，先后成功研究了该钢轨的双频电感应加热、压缩空气欠速淬火技术和钢轨轧后直接淬火技术，生产了PD3离线和在线热处理钢轨。钢轨抗拉强度分别为Rm≥1275MPa和Rm≥1175MPa，延伸率均为Ａ５≥10％。在相同线路条件的小半径曲线上，PD3离线热处理钢轨的使用寿命比U71Mn和U74热轧钢轨提高三倍以上，PD3在线热处理钢轨的使用性能也明显优于U71Mn钢轨，与英国U78处理钢轨使用性能相当。     

U75V 60kg/m钢轨接触疲劳裂纹伤损分析

针对U75V 60 kg/m钢轨在重载小半径线路中出现的探伤报警,对报警钢轨进行了宏观形貌、非金属夹杂物检验、低倍和显微组织检验等分析。分析结果表明,该钢轨在重载小半径曲线上,通过量达到4亿吨,使用状况良好。钢轨试样为接触疲劳裂纹伤损,与钢轨使用条件和线路运营情况有关,与钢轨材质无关。     

攀钢1300MPa级重载铁路钢轨开发

通过采用V、Cr微合金化及在线热处理技术,攀钢成功开发出强度级别1 300 MPa,轨型75 kg/m,韧塑性与现有U75V钢轨相当的第四代钢轨新产品。金相组织、常规性能、特殊性能及磨损性能测试结果表明,钢轨各项指标均满足铁道行业相关标准要求,热处理后在踏面下15 mm处的轨头深层硬度仍保持与踏面处相当的硬度值,有利于延长钢轨的使用寿命。应用结果表明,通过总重5亿t后,钢轨服役状态良好,特别适用于重载铁路小半径曲线使用。     

980 MPa耐蚀钢轨U68CuCr的开发和应用

通过制定合理成分和铁水脱硫-120 t顶底复吹转炉-吹氩-LF—RH-280 mm×380 mm坯连铸-轧制工艺,开发了980 MPa热轧耐蚀钢轨U68CuCr（/%:0.65~0.75C,0.40~0.80Si,1.00~1.30Mn,≤0.030P,≤0.025S,≤0.50Cu,≤0.50Cr,≤0.05Nb）。试验结果表明,耐蚀钢轨U68CuCr抗拉强度≥1060 MPa,伸长率≥12%,踏面硬度HB值为300~310,珠光体片间距为0.2μm,耐磨性能优于同一强度级别的U75V钢轨。2%NaCl溶液腐蚀试验显示,耐蚀钢轨U68CuCr腐蚀速率为U75V钢轨的57%。在京广线使用3年,通过总重量超过3亿吨,耐蚀钢轨U68CuCr使用性能良好,其各项指标均满足铁路运输要求。     

重轨钢连铸凝固末端位置研究及工艺优化

根据武钢第一炼钢厂重轨钢连铸生产条件,建立380 mm ×280 mm方坯凝固传热数学模型,并采用射钉法验证及修正。模拟结果表明,U71Mn和U75V钢的凝固末端各自位于距结晶器液面16.96～21.68 m和16.50～21.17 m;减弱二冷强度或增大拉速,U71Mn和U75V钢凝固终点均会明显后移。根据计算结果,二冷制度由弱冷(0.346 L/kg)改为超弱冷(0.218 L/kg),拉速采用0.7 m/min,应用1～4~#机架轻压下,压下量为5～7 mm,U71Mn和U75V钢凝固终点延长至21 m以上。连铸工艺优化后,重轨钢大方坯中心疏松Ⅰ级内平均合格率由89.64%提高到99.50%。     

重轨钢浇次第一炉钢冶金质量的研究

对100 t LD-LF-VD-280 mm×380 mm连铸坯流程生产的U71Mn和U75V重轨钢第一炉钢的冶金质量进行了研究。统计结果表明,虽然第一炉钢过热度(21～38℃)较高,但第一炉钢中后半炉的最大氢、氧含量较前半炉分别降低0.2×10^-6和5×10^-6,夹杂物亦降低0.5级,后半炉钢的冶金质量可以满足重轨钢的要求,因此可将后半炉钢由原来的吊车轨改为重轨,该工艺实施后每年重轨钢可增产6万t以上。     

高强度高韧性贝氏体钢轨研究

采用合金化方法生产的高强度高韧性贝氏体钢轨及道岔,其热轧态抗拉强度大于1 250 MPa,比U75V提高25%;轨腰冲击韧性大于30 J/cm2,比U75V提高3倍以上.介绍了热轧贝氏体钢轨的强化机理、生产工艺及各项检验结果.用贝氏体钢制作的铁路道岔在线路运行已一年半以上,货运量达2亿t,目前仍在使用.在北京铁路局铺设的全贝氏体组合道岔,其使用寿命进一步提高,高强度高韧性贝氏体钢在铁路使用将得到较大的社会和经济效益.     

重轨端部热处理缺陷白线层的研究及分析

针对武汉钢铁集团公司生产的U71Mn重轨端部横截面出现白线层的现象,采用不同冷却工艺的热处理实验研究,应用扫描电镜和金相显微镜对其试样进行了观察与分析.结果表明,白线层缺陷是由于加热时间过长或冷却速度过快,出现贝氏体组织所致.鉴此,提出了改进措施.     

轻压下改善重轨钢铸坯成分均匀性的生产试验

包钢在5~#280 mm×380 mm方坯连铸机上安装了一套国产动态轻压下设备、对重轨钢U71 Mn和U75V进行了一年多的生产试验。结果表明,在合理工艺条件下,采用轻压下可显著改善重轨钢的中心碳偏析,横断面中心碳偏析指数≤1.08,铸坯纵向中心线碳偏析指数波动明显减小,钢轨成分偏差也随之减小。     

重轨钢铸坯热装影响因素分析和数值模拟

采用有限差分法建立了钢水从结晶器至二冷区和空冷区冷却过程以及280 mm ×380 mm连铸坯热装热送的温度模型,并分析了重轨钢U71Mn(%:0.66～0.76C、0.15～0.35Si、1.10～1.40Mn)和U75V(%:0.70～0.78C、0.50～0.70Si、0.75～1.05Mn、0.04～0.08V)中的氧、氮含量、铸坯低倍组织和加热炉人口处铸坯输送辊道等对该钢热装的影响。模拟结果表明,重轨钢铸坯热装可缩短加热时间40 min,铸坯输送辊道的工作温度为250℃。     

U68CuCr与U75V钢轨的摩擦磨损行为对比

 通过在MM-200摩擦磨损试验机上轮对滚动摩擦模拟试验,研究U68CuCr、U75V两种钢轨分别与ER8车轮钢轮对滚动摩擦磨损行为。U68CuCr、U75V是相同强度级别,不同硬度的钢轨。结果表明：U68CuCr钢轨硬度略低于U75V钢轨的硬度,但U68CuCr钢轨试样及其ER8匹配车轮的试样的磨耗量显著小于U75V钢轨试样及其ER8匹配车轮试样的磨耗量。同时,U68CuCr钢轨的塑性变形层和白层都比U75V钢轨的厚。