鋼軌的材質(zhì)和機(jī)械性能

1、鋼軌的材質(zhì)和機(jī)械性能鋼軌的材質(zhì)和機(jī)械性能主要取決于鋼軌的化學(xué)成分、物理力學(xué)性能、金屬組織及熱辦理工藝。鋼軌鋼的化學(xué)成分除含鐵（Fe）外，還含有碳（C）、錳（Mn）、硅（Si）及磷（P）、硫S）等元素。碳對(duì)鋼的性質(zhì)影響最大。提高鋼的含碳量，其抗拉強(qiáng)度、耐磨性及硬度均快速增加。比方，當(dāng)含碳量從%增加為%，可使平爐鋼軌的耐磨性能提高60%。但含碳量過(guò)高，也會(huì)使鋼軌的伸長(zhǎng)率、斷面縮短率和沖擊韌性顯著下降。因此，一般含碳量不超出%。錳可以提高鋼的強(qiáng)度和韌性，去除有害的氧化鐵和硫夾雜物，其含量一般為%。錳含量超出%者稱中錳鋼，其抗磨性能很高。硅易與氧化合，故能去除鋼中氣泡，增加密度，使鋼質(zhì)密實(shí)仔細(xì)。在碳素

2、鋼中，硅含量一般為%提.高鋼的含硅量也能提高鋼軌的耐磨性能。磷與硫在鋼中均屬有害成分。磷過(guò)多（超出%），使鋼軌擁有冷脆性，在冬季嚴(yán)寒地域，易突然斷裂。硫不溶于鐵，無(wú)論含量多少均生成硫化鐵，在985時(shí)，呈晶態(tài)結(jié)晶析出。這種晶體性脆易溶，使金屬在8001200時(shí)發(fā)脆，在鋼軌軋制或熱加工過(guò)程中簡(jiǎn)單出現(xiàn)大批廢品。因此磷、硫的含量必定嚴(yán)格加以控制。表中除U71、U74為碳素鋼外，其他均為提高錳、硅含量或增加銅含量的中錳、高硅或含銅合金鋼。鋼軌鋼的物理力學(xué)性能包括強(qiáng)度極限b、服氣極限s、疲備極限r(nóng)、伸長(zhǎng)率5、斷面縮短率、沖擊韌性(落錘試驗(yàn))h及硬度等。這些指標(biāo)對(duì)鋼軌的承載能力、磨損、壓潰、斷裂和其他傷損有

3、很大的影響。鋼軌接頭處輪軌沖擊力很大，為加強(qiáng)接頭處鋼軌的抗磨能力，在鋼軌兩頭3070mm范圍內(nèi)進(jìn)行軌頂淬火，淬火深度達(dá)8-12mm。為提高鋼軌耐磨和抗壓性能，還對(duì)付鋼軌進(jìn)行全長(zhǎng)淬火辦理。它是采用電感覺(jué)加熱的方法，以局部改變軌頭鋼的組織，從而提高鋼軌的強(qiáng)度和韌性。綜前所述，為適應(yīng)高速、重載的需要，鋼軌要重型化，但鋼軌重型化后，若不采用加強(qiáng)技術(shù)，又會(huì)帶來(lái)其他的問(wèn)題。由于重型鋼軌的剛度大，相應(yīng)曲折變形較小，列車車輪對(duì)鋼軌的動(dòng)力作用大多數(shù)作用在輪軌接觸區(qū)，同時(shí)由于重型鋼軌扭轉(zhuǎn)中心湊近軌底，軌尖產(chǎn)生的縱向正應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于軌底的縱向正應(yīng)力，從而加快了重型鋼軌軌頭病害的發(fā)展。一般來(lái)講，鋼軌愈重，鋼軌的傷損數(shù)量

4、減少，但接觸疲備傷損總數(shù)的比率提高。如前蘇聯(lián)實(shí)現(xiàn)鋼軌重型化后，鋼軌傷損總數(shù)量大批減少，但50kh/m、65kg/m、75kg/m鋼軌的軌頭傷損卻分別占傷損總數(shù)的75%、80%、94%。重型鋼軌的加強(qiáng)有兩種技術(shù)路線：一是鋼軌合金化，它生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，投資少，能源耗費(fèi)少，鋼軌整體加強(qiáng)，表層硬度均勻，可焊性好；二是碳素鋼熱辦理，這種方法也可獲得同樣的高強(qiáng)度和表面硬度，同時(shí)韌性好，節(jié)儉合金，適于大批量生產(chǎn)。冶金學(xué)原理及冶金工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐認(rèn)為：如不改變鋼種，單憑碳素鋼熱辦理，很難再大幅度地提高強(qiáng)度，唯有微合金與熱辦理相聯(lián)合，二者相輔相成，才可獲得既有更高強(qiáng)度，并有相應(yīng)韌性、硬度和可焊性的優(yōu)異鋼軌。當(dāng)前我國(guó)使用的鋼軌，抗拉強(qiáng)度約為900Mpa。還有部分PD2全長(zhǎng)淬火軌、PD3高碳微釩軌，抗拉薩市強(qiáng)度在1000Mpa以上。PD3高碳微釩軌，抗拉強(qiáng)度在1300Mpa，可延伸鋼軌使用壽命50%以上。淬火軌對(duì)材質(zhì)純凈度的要求比一般鋼軌更高，假如不提高鋼軌的純凈度，鋼軌重型化及強(qiáng)韌化的優(yōu)勢(shì)也不可以更好地發(fā)揮，因此材質(zhì)純凈化是重型化和強(qiáng)韌化的基礎(chǔ)。比方鋼軌中非金屬夾雜、鋼軌金屬單薄區(qū)的存在等，都是