周清跃;张银花;陈朝阳;刘丰收
【摘 要】介绍我国铁路常用钢轨钢的化学成分、性能特点；研究我国高速铁路、160 km/h以下的既有铁路、重载铁路、高原铁路、城市轨道交通用钢轨的选用原则.分析和论述曲线路段钢轨的选用、不同钢种钢轨的焊接、焊接接头的硬度匹配、长定尺钢轨的选用、钢轨打磨和润滑方面注意的问题,提出高速、重载钢轨钢的研究方向.
【期刊名称】《中国铁路》
【年(卷),期】2011(000)011
【总页数】5页(P47-51)
【关键词】钢轨钢;化学成分;力学性能;高速铁路
【作 者】周清跃;张银花;陈朝阳;刘丰收
无线网关
中央日报【作者单位】中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京,100081;中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京,100081;中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京,100081;中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京,100081
【正文语种】中 文
1 我国钢轨钢化学成分及性能特点
目前，我国铁路线路上使用的钢轨钢种主要有880 MPa级的U71Mn，980 MPa级的U75V和1 180～1 280 MPa级的重载铁路用U77MnCr、PG4等高强耐磨钢轨。
（1）U71Mn钢轨。由鞍山钢铁集团公司研制完成，为我国至今使用时间最长的碳素钢轨。钢中含碳量较低，采用Mn元素提高轨钢强度，有较好的韧性、塑性和焊接性。钢中的Mn元素容易引起微观偏析，重新加热后在Mn偏析部位出现高碳马氏体组织，曾多次对U71Mn钢轨中的Mn含量进行调整。现行的铁路热轧钢轨化学成分及力学性能见表1。 为适应不同的运输条件，在优化U71Mn钢轨化学成分的基础上，形成了高速铁路用U71MnG、钢轨热处理用U71MnC和高原铁路用低碳U71Mn钢轨。 （2）U71MnG钢轨（G代表高速铁路）。U71MnG钢轨（2011年前称为U71Mnk）专用于高速铁路，其化学成分与欧洲高速铁路使用的UIC900A（欧洲标准为EN260或R260）相近。为优化性能，U71MnG钢轨减少了钢中碳含量，调整锰含量，降低有害元素S、P含量等。
（3）U71MnC钢轨（C代表淬火轨）。为满足钢轨热处理需要，《TB/T 2635—2004热处理钢轨技术条件》对热处理钢轨的化学成分进行调整，采用C、Mn的上限成分。热处理钢轨化学成分及力学性能见表2。
（4）低碳U71Mn钢轨。为满足青藏铁路地理、气候环境等对钢轨的特殊要求，对U71Mn钢轨低温性能进行试验研究[1]。含碳量为中、下限的U71Mn钢轨的冲击韧性、断裂韧性K1c明显高于含碳量为上限的U71Mn钢轨，其冷脆敏感性低，在-60 ℃的温度下仍能保持较高的塑性，断后伸长率平均值达到11%。为此青藏铁路采用低碳U71Mn钢轨，并以附加技术条件的形式予以实施。
（5）U75V钢轨。由攀钢集团有限公司（简称攀钢）20世纪90年代研制开发，2003年之前称为PD3（攀钢第三代钢轨），2003年纳入铁道行业标准后改为U75V。与U71Mn钢轨相
比，U75V钢轨碳、硅含量相对较高，Mn含量较低，并专门添加了细化组织的合金元素钒，热轧后强度达到980 MPa级。目前，已逐渐成为我国铁路的主型钢轨钢种。针对现场反映U75V钢轨耐磨、难焊、易断问题，1998年调整了U75V钢轨的化学成分，降低了钢中的碳、硅、钒含量，韧性、塑性明显提高，焊接性能改善，耐磨性有所下降。经在繁忙干线及重载铁路的多年使用，调整化学成分后的U75V钢轨性能良好，但在小半径曲线上耐磨性明显不足。在客运专线上使用因硬度偏高与车轮磨合困难，在打磨不及时或按钢轨原始廓形打磨情况下，容易出现滚动接触疲劳伤损[2]。
表1 铁路热轧钢轨化学成分及力学性能注：PG4含有≤0.70% Cr；AB1含有≤0.50% Mo等其他合金元素。钢牌号化学成分(质量分数)／% 力学性能C S i M n P S V R m/M P a A/% 硬度（H B W）U 7 1 M n 0.6 2～0.8 0 0.1 5～0.5 8 0.7 0～1.2 0 ≤0.0 3 0 ≤0.0 3 0 ≥8 8 0 ≥9 2 6 0～3 0 0 U 7 1 M n G 0.6 5～0.7 5 ≤0.0 2 5 ≤0.0 2 5 ≥1 2 U 7 5 V 0.7 1～0.8 0 0.5 0～0.8 0 0.7 0～1.0 5 ≤0.0 3 0 ≤0.0 3 0 0.0 4～0.1 2 ≥9 8 0 ≥9 2 8 0～3 2 0 U 7 5 V G 0.5 0～0.7 0 0.7 5～1.0 5≤0.0 2 5 ≤0.0 2 5 0.0 4～0.0 8 ≥1 0 P G 4 0.7 2～0.8 2 0.5 0～0.8 0 0.7 0～1.0 5 ≤0.1 2 ≥1 0 8 0≥8 3 2 0～3 6 0 U 7 7 M n C r 0.1 0～0.5 0 0.8 0～1.1 0 0.2 5～0.4 0 C r ≥9 8 0 ≥3 0 0 U 7 6 C r R E 0.7 1～0.8 1 0.5 0～0.8 0 0.2 5～0.3 5 C r ≥1 0 8
0 A B 1 0.2 0～0.4 0 1.5 0～2.0 0 1.5 0～2.0 0 ≤1.0 C r ≥1 2 4 0 ≥1 2 3 6 0～4 0 0
表2 热处理钢轨化学成分及力学性能注：PG4含有≤0.70% Cr。钢牌号化学成分(质量分数)／% 力学性能C S i M n P S V R m/M P a A/% 硬度（H B W）U 7 1 M n C 0.7 2～0.8 0 0.1 5～0.5 8 0.7 0～1.2 0≤0.0 2 5 ≤0.0 2 5≥1 1 8 0≥1 0 3 3 2～3 9 1 U 7 5 V 0.7 1～0.8 0 0.5 0～0.7 0 0.7 0～1.0 5 0.0 4～0.1 2 3 3 2～4 0 1 P G 4 0.7 2～0.8 2 0.5 0～0.8 0 ≤0.1 2 ≥1 2 8 0 3 7 0～4 1 5 U 7 7 M n C r 0.1 0～0.5 0 0.8 0～1.1 0 0.2 5～0.4 0 C r
（6）U75VG钢轨。为优化性能，在U75V钢轨的基础上，减少含碳量的波动范围及钢中有害元素P、S等含量，对断后伸长率A等指标提出了更高要求。
（7）U77MnCr钢轨。由中国铁道科学研究院和鞍山钢铁集团公司近年合作研发，为高强耐磨钢轨。采用铬合金化，钢中含铬0.25%～0.40%，热轧钢轨强度≥980 MPa，断后伸长率≥10%。热处理后轨头顶面硬度≥370 HB，抗拉强度≥1 280 MPa，断后伸长率≥12%，焊接性能良好。经大秦等重载铁路使用，综合性能较好[3-5]。
（8）PG4钢轨。由中国铁道科学研究院和攀钢集团有限公司近年合作研发，为高强耐磨钢
轨。采用铬、钒合金化，钢中含铬0.30%～0.50%，含钒0.08%～0.12%，热轧钢轨强度为1 080 MPa，断后伸长率≥8%，热处理后轨头顶面硬度≥370 HB，抗拉强度≥1 300 MPa。经大秦等重载铁路使用，耐磨性能优良[3-5]。PG4钢轨含有较高的铬、钒合金，抗擦伤能力较差，容易在擦伤部位形成脆性很大的高碳马氏体组织。高僧H粗热
（9）U76CrRE。由包头钢铁（集团）有限责任公司研制，为高强耐磨钢轨。采用铬合金化并进行稀土处理，钢中含铬0.25%～0.35%，稀土加入量约0.020%，热轧钢轨强度为1 080 MPa，断后伸长率≥9%。
（10）贝氏体钢轨。贝氏体为中温转变组织，发生转变的温度介于珠光体和马氏体之间。通过合金化，在轧制后很宽的冷速条件下可获得主要为贝氏体组织的钢，为贝氏体钢。不同合金配方和经过不同热处理的贝氏体钢，其性能差异很大。20世纪80年代发现合金元素硅在贝氏体钢中的特殊作用，国内外广泛开展了含硅贝氏体钢的组织性能、强韧化机理，以及在工业中的应用研究。研究表明，合金元素硅可强烈阻碍贝氏体转变时碳化物的析出，使贝氏体钢中残留奥氏体组织，从而提高贝氏体钢的强韧性。这种贝氏体钢称为无碳化物贝氏体或准贝氏体钢。2003年，中国铁道科学研究院与鞍山钢铁集团公司合作，在我
国率先试制成功无碳化物贝氏体钢轨，抗拉强度达到1 300 MPa，伸长率约15%，室温冲击功约100 J，全断面硬度达到38～43 HRC[6]。试制的贝氏体钢轨先后在沈山、成渝及石太线试铺，其抗接触疲劳性能、耐磨性能明显优于珠光体钢轨。
北京特冶工贸有限责任公司与包头钢铁（集团）有限责任公司等单位合作，通过合金化与热处理相结合的方法，研发了1 300 MPa级贝氏体钢轨，已在道岔部件上使用。
U75V钢轨热处理前后珠光体组织电镜扫描图像见图1，无碳化物空冷贝氏体钢轨轨头与轨底显微组织见图2。
图1 U75V钢轨热处理前后珠光体组织电镜扫描图像
图2 无碳化物空冷贝氏体钢轨轨头与轨底显微组织
唐山警示录2 钢轨选用原则
2.1 高速铁路
高速铁路列车速度高，但动车组轴重轻，且线路曲线半径大，钢轨磨耗轻微。考虑到轮轨
硬度匹配和轮轨磨合，高速铁路的钢轨硬度不宜太高。日本新干线采用强度等级为800 MPa、轨面硬度≥235 HB的热轧钢轨, 欧洲高速铁路包括客货混运的德国均采用强度等级为880 MPa、轨面硬度为260～300 HB的UIC900A热轧钢轨。借鉴国外经验，结合我国铁路实际，我国高速铁路200 km/h以上客运线路选用U71MnG钢轨，200～250 km/h客货混运线路选用U75VG钢轨。曲线半径≤1 200 m的线路，包括动车组运行入库和出库正线、联络线等均选用相应的热处理钢轨。采用U71MnG钢轨的线路选用U71MnC或U75V热处理钢轨，采用U75VG钢轨的线路选用U75V热处理钢轨。
yjh
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议