國(guó)產(chǎn)PD3鋼軌與進(jìn)口鋼軌材質(zhì)性能的對(duì)比研究

1、文章編號(hào) : 100124632 (2003) 0620099206國(guó)產(chǎn) PD3 鋼軌與進(jìn)口鋼軌材質(zhì)性能的對(duì)比研究周清躍1 , 張銀花2 , 陳朝陽2 , 周鎮(zhèn)國(guó)2(11 鐵道科學(xué)研究院 研發(fā)中心 , 北京 100081 ; 21 鐵道科學(xué)研究院 金化所 , 北京 100081)摘 要 : 按照 “時(shí)速 200 km 客運(yùn)專線 60 kg·m - 1 鋼軌暫行技術(shù)條件”的要求 , UIC900A 、攀鋼 PD3 及鞍鋼 PD3的鋼軌材質(zhì)性能進(jìn)行對(duì)比研究 。結(jié)果表明 , 三種鋼軌的化學(xué)成分 , H , O 含量 , 非金屬夾雜物 , 低倍及顯微組織 、 斷裂韌性 、裂紋擴(kuò)展速率 、拉壓

2、疲勞以及軌底殘余應(yīng)力均符合 “暫行技術(shù)條件”的要求 。力學(xué)性能指標(biāo)超過規(guī)定值 , 鞍鋼 、攀鋼產(chǎn) PD3 軌的 KIC 基本相當(dāng) , 而 UIC900A 鋼軌的低溫 KIC 稍高于國(guó)產(chǎn) PD3 鋼軌 ; PD3 軌鋼的拉壓疲勞極限比 UIC900A 高出約 5 % ; 攀鋼 PD3 鋼軌軌底殘余應(yīng)力較鞍鋼 PD3 鋼軌略高 , 而 UIC900A 鋼軌最低 。另 外 , 進(jìn)口鋼軌的脫碳層深度較淺 , 攀鋼鋼軌脫碳層較為穩(wěn)定 , 而鞍鋼鋼軌脫碳層有的爐次超過了 “暫行技術(shù)條 件”的規(guī)定 。關(guān)鍵詞 : 鋼軌 ; 材質(zhì) ; 對(duì)比試驗(yàn)中圖分類號(hào) : U213141文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : A面上 , 根據(jù) GB

3、10561 中規(guī)定的 ASTM 評(píng)級(jí)圖 , 采用方法 A , 評(píng)定鋼軌中的非金屬夾雜物 。 疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)條件為 : 室溫環(huán)境 , 應(yīng)力比 R = 015 , 加載頻率為 15 Hz20 Hz , 采用撓度 法進(jìn)行測(cè)定 。根據(jù) GB307521982 “金 屬 軸 向 疲 勞 試 驗(yàn) 方 法 ” 的規(guī)定進(jìn)行 S2N 疲勞曲線的測(cè)定 , 采用成組法測(cè)定高載荷下的 S2N 數(shù)據(jù) , 采用升降法測(cè)定材料的條件疲勞極限 。試驗(yàn)在室溫條件下 , 在 MTS 上進(jìn)行 , 試 驗(yàn)頻率 30 Hz , 軸向循環(huán)載荷 , r = - 1 。采用鋸切法測(cè)定殘余應(yīng)力 , 其測(cè)點(diǎn)布置見文獻(xiàn)4。1試驗(yàn)內(nèi)容及方法根

4、據(jù)發(fā)展客運(yùn)專線及高速鐵路的需要 , “時(shí)速200 km 客運(yùn)專線 60 kg·m - 1 鋼軌暫行技術(shù)條件”和“時(shí)速 300 km 高速鐵路 60 kg·m - 1 鋼軌暫行技術(shù)條 件”首次對(duì)軌鋼中殘留元素 , 氫 、氧 、氮含量 , 軌頭頂面硬度 , 脫碳層深度 , 非金屬夾雜物 , 疲勞裂紋擴(kuò)展速率 d ad N , 試樣拉壓疲勞 , 斷裂韌性KIC以及軌底殘余應(yīng)力等提出了定量的要求 。本文從秦沈客運(yùn)專線鋼軌中取樣進(jìn)行上述各項(xiàng)性能的對(duì)比試 驗(yàn) 。其 試 樣 取 樣 部 位 及 尺 寸 均 采 用 “暫 行 技 術(shù) 條件”的規(guī)定 。采用化學(xué)分析法 , 從軌頭取 3 點(diǎn)鉆屑

5、 ( 鉆頭直 徑 Ø8 mm) 進(jìn)行化學(xué)成分分析 , 從軌頭 、軌腰 、軌底各取 3 點(diǎn)鉆屑進(jìn)行殘留元素分析 , 鉆屑部位見文獻(xiàn) 3。成品軌中氫含量試樣取自軌頭中心 , 試樣尺寸 為 Ø 5 mm ×50 mm 。氧 、氮 含 量 試 樣 取 自 軌 頭 部2211試驗(yàn)結(jié)果及討論化學(xué)成分及殘留元素隨機(jī) 選 擇 4 個(gè) 爐 次 , 對(duì) 國(guó) 產(chǎn) PD3 以 及 進(jìn) 口UIC900A 鋼軌的成品化學(xué)成分進(jìn)行試驗(yàn) , 隨機(jī)選擇2 個(gè)爐次對(duì)其殘留元素進(jìn)行試驗(yàn) 。結(jié)果如表 1 和表2 。為了便于分析 , 從鋼廠提供的質(zhì)保書中隨機(jī)選 取若干爐進(jìn)行化學(xué)成分統(tǒng)計(jì) , 結(jié)果見表 3

6、。從表 1 、表 2 和表 3 可以看出 , 所檢鋼軌的成品化學(xué) 成 分 和 殘 留 元 素 均 符 合 相 應(yīng) 技 術(shù) 條 件 的 要 求 , 并具有下列特點(diǎn) 。位3, 試樣尺寸為 Ø5 mm ×50 mm 。采用 RH2402 型H 分析儀和 TC2436 型 ON 分析儀進(jìn) 行 氫 、氧 、氮含量的分析 。在鋼軌頭部距軌頂面約 10 mm15 mm 處縱向 切取非金屬夾雜物試樣 , 在平行于軌頂面的金相磨收稿日期 : 2003202212作者簡(jiǎn)介 : 周清躍 (1960 ) , 男 , 浙江磐安人 , 研究員 , 博士生導(dǎo)師 。 基金項(xiàng)目 : 鐵道部科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目

7、(2001 G017)中國(guó)鐵道科學(xué)第 24 卷1001) 進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)鋼軌中的 P , S 含量有明顯的差別 。進(jìn)口軌中的 P 含量低 , 而 S 含量則較高 。軌鋼 中 P 含 量 越 低 越 好 , 而 S 由 于 具 有 抑 制 鋼 中 出 現(xiàn) “白點(diǎn)”的作 用5 , 并 不 是 越 低 越 好 。歐 洲 鋼 軌 標(biāo) 準(zhǔn) EN1367421 規(guī)定了 S 的下限為 01008 %6 ,7 。關(guān)于S 在軌鋼中的作用應(yīng)引起我國(guó)鋼軌生產(chǎn)部門的重視 。2) 從質(zhì)保書的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知 , 進(jìn)口軌鋼的主要化學(xué)成分波動(dòng)范圍均小于國(guó)產(chǎn)軌鋼 。3) 國(guó)產(chǎn)鋼 軌 的 殘 留 元 素 含 量 存 在 明 顯 區(qū) 別

8、 , 其中攀鋼 PD3 鋼軌中殘留元素如 Cr , Ni , Cu 等高 于鞍鋼 PD3 鋼 軌 。法 國(guó) UIC900A 鋼 軌 殘 留 元 素 中Mo 含量明顯高于國(guó)產(chǎn) PD3 鋼軌 ,攀鋼軌差不多 。其它殘留元素與表 1鋼軌成品化學(xué)成分 w/ %鋼種CSiMnSPV01730176017430172017601735017201750173501700178016501750155016301588015601600157801340136013480150017001100150018601870186501840190018831107110911078017511050180113

9、00100601010010080100401011010070101501018010160103001008010250101201019010170101001016010130100901014010110103001030010420106501051 8010480105101050 3攀鋼 PD3鞍鋼 PD3進(jìn)口鋼軌-國(guó)產(chǎn)軌要求進(jìn)口軌要求01040108-注 : 表中數(shù)據(jù)為最小最大平均值 , 后同 。表 2 化學(xué)成分的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果 ( 熔煉分析) w/ %鋼種CSiMnSPV備注017101760173301710178017510171017401723015401620158

10、201500168015720133013801357018101980186901800199018761104111011069010040101401008 6010060101901010 6010100101701013 2010120103001021 6010120102401017 4010100102001013 70105010801061 80104010601049 8攀鋼 PD3隨機(jī)統(tǒng)計(jì) 80 爐鞍鋼 PD3隨機(jī)統(tǒng)計(jì) 80 爐UIC900A-統(tǒng)計(jì) 50 爐表 3 成品軌殘留元素 w/ %Cu +10SnCr + Mo+ Ni + Cu鋼種AlCrMoNiCuSnSbT

11、iNb< 01005< 01005< 0100401004< 01005< 0100501004< 010320103701009 70103001030010330115< 01005< 01005< 01005010101002 501002 00102< 0103401028< 01005010101025010220110< 0103201037< 01005010101034010260115< 01000 8401001 7< 01000 501000 301005 601006 001040

12、< 01000 501000 8< 01000 50100101000 5301000 4901020< 01005< 01005< 01005010101001 201000 701025< 0101< 0101< 010101010< 0101< 01010101< 0104001054< 0101010130109010860135< 01103< 01107< 01011010601091 5010830135攀鋼 PD3鞍鋼 PD3進(jìn)口鋼軌技術(shù)要求212 氫 、氧及氮含量成品軌中 4 爐氫 、氧

13、及 2 爐氮含量試驗(yàn)結(jié)果見 表 4 。從質(zhì)保書中隨機(jī)抽取 50 爐80 爐進(jìn)行統(tǒng)計(jì) 分析 , 結(jié)果見表 5 。由結(jié)果可以看出 , 進(jìn)口及國(guó)產(chǎn) 鋼軌中氫 、氧含量基本符合技術(shù)條件要求 。但從質(zhì)1112 % ; UIC900A 鋼軌抗拉強(qiáng)度平均值為 960 MPa ,伸長(zhǎng)率為 1218 % 。與質(zhì)保書的統(tǒng)計(jì)結(jié)果 (表 7) 基 本相當(dāng) 。說明進(jìn)口軌強(qiáng)度稍低 , 而塑性稍好 。鋼軌中 H, O , N 試驗(yàn)結(jié)果 ( ×10 - 6 )表 4保書的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看 ,量比進(jìn)口軌低 。213 拉伸性能國(guó)產(chǎn)鋼軌尤其攀鋼軌鋼的氫含鋼種HON備注015411511180138110017701501120

14、171115檢測(cè) H , O4 爐 ,N2 爐檢測(cè) H , O4 爐 ,111916151321161812201716202944361530353219攀鋼 PD3鞍鋼 PD3檢測(cè) 3 個(gè)爐次的國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口鋼軌的拉伸性能 ,結(jié)果見表 6 和表 7 。由結(jié)果可以看出 , 國(guó)產(chǎn)鋼軌抗 拉強(qiáng)度 基 本 相 當(dāng) , 平 均 值 約 為 1 030 MPa 1 040MPa , 塑 性 也 差 不 多 , 成 品 軌 的 平 均 伸 長(zhǎng) 率 為N 爐2進(jìn)口 UIC900A-檢測(cè) H , O4 爐技術(shù)要求90© 1994-2014 China Academic Journal Electron

15、ic Publishing House. All rights reserved.第 6 期國(guó)產(chǎn) PD3 鋼軌與進(jìn)口鋼軌材質(zhì)性能的對(duì)比研究101O 含量 ( 熔煉分析) 統(tǒng)計(jì)結(jié)果 ( ×10 - 6 )表 5 鋼中 H,鐵素體 。對(duì)秦沈客運(yùn)專線用的 PD3 鋼 軌 至 少 抽 檢了 10 個(gè)爐次以上 , 無論是攀鋼的模鑄鋼軌 ( 在靠 近帽口部位取樣) 還是鞍鋼的連鑄鋼軌均未在大家 所擔(dān)心的軌腰部位出現(xiàn)如馬氏體 、貝氏體及游離滲 碳體等脆性組織 。217 脫碳層5 個(gè)爐次的國(guó)產(chǎn) PD3 、進(jìn)口 UIC900A 鋼軌軌頭 踏面及側(cè)面部位的脫碳層深度測(cè)定結(jié)果見表 9 。進(jìn) 口鋼軌的脫碳層

16、深度較淺 , 攀鋼鋼軌脫碳層比較穩(wěn) 定 , 而鞍鋼鋼軌脫碳層有的爐次超過規(guī)定要求 。國(guó)產(chǎn)鋼軌脫碳層較為嚴(yán)重的金相照片見圖 1 。鋼種HO備注013112015101821011831152152119910201015102101410614111019101517攀鋼 PD3隨機(jī)統(tǒng)計(jì) 80 爐鞍鋼 PD3隨機(jī)統(tǒng)計(jì) 80 爐進(jìn)口 UIC900A統(tǒng)計(jì) 50 爐表 6拉伸試驗(yàn)結(jié)果bMPa012MPa5%鋼種備注1 0101 0601 0401 0251 0451 030940980960國(guó)產(chǎn) 980進(jìn)口 88054365560053059759647548047810121112913111211

17、141218國(guó)產(chǎn) 9進(jìn)口 10162017141722191523242312攀鋼 PD3檢測(cè) 3 個(gè)爐號(hào)鞍鋼 PD3檢測(cè) 3 個(gè)爐號(hào)進(jìn)口 UIC900A檢測(cè) 3 個(gè)爐號(hào)技術(shù)要求-表 7 拉伸試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果bMPa5%鋼種備注1 0001 0901 0401 0001 1201 0409591 00698410141118912101211131210攀鋼 PD3隨機(jī)統(tǒng)計(jì) 80 爐鞍鋼 PD3隨機(jī)統(tǒng)計(jì) 80 爐(a)攀鋼鋼軌軌頭側(cè)面脫碳層 (0137 mm)( 爐號(hào) 301700)法國(guó) UIC900A隨機(jī)統(tǒng)計(jì) 50 爐214軌頭踏面中心線硬度經(jīng)測(cè)定軌頭踏面中心線硬度結(jié)果如表 8 所示 。 從

18、表中可以看出 , 雖然國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口鋼軌差一個(gè)強(qiáng)度 等級(jí) , 但兩者軌頂面硬度平均值只相差 13 HB21HB 。另外 , 無論是 進(jìn) 口 還 是 國(guó) 產(chǎn) 鋼 軌 , 同 一 爐 鋼軌的硬度值波動(dòng)較小 , 均小于 10 HB 。表 8軌頭踏面中心線硬度 ( HB)鋼種硬度備注282309296283297288271280275國(guó)產(chǎn) 280320進(jìn)口 260300攀鋼 PD3鞍鋼 PD3法國(guó) UIC900A檢測(cè) 5 爐數(shù)據(jù)檢測(cè) 4 爐數(shù)據(jù) 檢測(cè) 4 爐數(shù)據(jù)( b)鞍鋼鋼軌軌頭踏面脫碳層 (0152 mm)( 爐號(hào) 5D2161)技術(shù)要求圖 1 鋼軌表面脫碳層 ( ×100)表 9 脫碳層

19、深度測(cè)定mm215 低倍組織國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口鋼軌的低倍組織中均未見白點(diǎn) 、縮 孔殘余 、內(nèi)裂 、異金屬夾雜物 、翻皮 、分層和肉眼 可見的夾雜 , 也未見軌腰偏析和條紋超標(biāo)的情況 ,低倍組織正常 。216顯微組織在軌頭軌角部位和軌腰中和軸部位分別取樣進(jìn) 行顯微組織檢驗(yàn) 。顯微組織均為片狀珠光體及少量軌頭側(cè)面脫碳層軌頭踏面部位脫碳層鐵素體呈塊狀分布的脫碳層深度鋼廠012501450138012201620143011901400127015012501450138012701560141012101400121015011501350124011501500129010001250111-攀鋼 PD3

20、鞍鋼 PD3法國(guó) UIC900A技術(shù)要求© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.中國(guó)鐵道科學(xué)第 24 卷102從鋼軌脫碳層的典型照片可知 , “暫行技術(shù)條件”所規(guī)定的脫碳層可以分為兩個(gè)部分 : 即最表層 脫碳程度最嚴(yán)重 , 為近似全脫碳 , 鐵素體呈塊狀在 晶內(nèi)分布 , 硬度很低 , 對(duì)使用的影響也最大 ; 次表 層為鐵素體呈網(wǎng)狀分布在珠光體組織的晶界上 ; 根據(jù)加熱設(shè)備和工藝的不同 , 二者所占比例也不同 。 結(jié)果表明 , 進(jìn)口軌最淺 , 平均為 0111

21、 mm ; 攀鋼軌 次之 , 約為 0124 mm , 鞍鋼軌最深約為 0129 mm 。鋼軌的脫碳層深度主要與鋼坯加熱設(shè)備與工藝 有關(guān) 。鋼坯加熱溫度越高 , 時(shí)間越長(zhǎng) , 加熱次數(shù)越多 , 表面脫碳越深 。鞍鋼此次生產(chǎn)的鋼軌 , 由于軋 機(jī)能力所限 , 對(duì)連鑄鋼坯采用二次加熱 , 是造成脫 碳層深度超標(biāo)的主要原因 。盡管在生產(chǎn)中也對(duì)鋼坯 進(jìn)行了防脫碳涂層處理 , 但效果不夠理想 。進(jìn)口鋼 軌采用步進(jìn)式加熱爐加熱鋼坯 (一次加熱 , 并嚴(yán)格控制加熱溫度和 時(shí) 間) , 并 采 取 防 脫 碳 涂 層 處 理 ,脫碳程度最嚴(yán)重的層深基本控制在 0110 mm 以內(nèi) ,涂層處理 。218 非金屬

22、夾雜物從表 10 試驗(yàn)結(jié)果可以看出 , 國(guó)產(chǎn) PD3 、進(jìn) 口 UIC900A 鋼軌中的夾雜物等級(jí)均符合 “暫行技術(shù)條 件”規(guī)定 。研究表明 , 軌鋼中的夾雜物類別 、數(shù)量和分布 對(duì)鋼軌使用中的疲勞性能有著重要的影響 , 尤其是 B 類 (氧化鋁) 和 C 類 ( 硅酸鹽) 夾雜物 。因此 , 歐洲鋼軌標(biāo)準(zhǔn) ( EN1367421) 規(guī) 定 , 無 論 是 高 速 鐵 路用軌還是普通鐵路用軌 , 均要求 B 類和 C 類夾雜物 小 于 110 級(jí) ( 允 許 5 % 以 下 的 爐 次 小 于 115 級(jí)) 。隨著煉鋼技術(shù)的進(jìn)步 , 達(dá)到這樣的要求在技 術(shù)上是沒有問題的 。而所檢 鋼 軌 中

23、, 鞍 鋼 的 B 類 夾雜物達(dá)到了這一要求 ( 110 級(jí)) , C 類夾雜物有待努力 ;攀鋼的 B 類 、C 類夾雜物均有待努力 。表 10鋼軌鋼中夾雜物等級(jí)鋼廠A 類B 類C 類D 類備注2 , 2 ,2 , 1151 , 2 ,115115 , 115 ,015 , 11 , 015 ,110015 , 1國(guó)產(chǎn) 210 ,進(jìn)口 110115 , 115 ,015 , 1115 , 110 ,115015 , 1國(guó)產(chǎn) 210進(jìn)口 110115 , 115 ,015 , 1115 , 015 ,015少數(shù)情況達(dá)到 0120 mm0130 mm ,鋼軌仍有較大的差距 。相比之下國(guó)內(nèi)攀鋼 PD

24、34 爐鞍鋼 PD33 爐鋼軌表層脫碳 , 造成表面硬度降低 ,耐磨 、耐進(jìn)口 UIC900A2 爐剝離性能下降 , 會(huì)導(dǎo)致波狀磨損的過早出現(xiàn) , 這對(duì)要求平順性高的客運(yùn)專線或高速鐵路尤為重要 。因 此 , 在開通運(yùn)行前均應(yīng)采用打磨列車打磨 , 以除去 表層的脫碳層 , 避免或減緩波磨等傷損的出現(xiàn) 。而 打磨列車每次進(jìn)刀量一般不超過 0120 mm , 因此從打磨角度講 , 將鋼軌表層脫碳最嚴(yán)重的層深部分控 制在 0120 mm 以內(nèi)是非常有必要的 。若正常的鋼坯 加熱制度達(dá)不到這一要求 , 則應(yīng)對(duì)鋼坯進(jìn)行防脫碳技術(shù)要求國(guó)產(chǎn) 215國(guó)產(chǎn) 210219斷裂韌性常溫及 - 20 下國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口鋼軌的

25、斷裂韌性試 驗(yàn)結(jié)果按化學(xué)成分和不同的數(shù) 據(jù) 處 理 方 法 列 于 表11 。由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)有限 , 未能從統(tǒng)計(jì)角度來評(píng)價(jià)鋼 種 的 斷 裂 韌 性 , 但 從 試 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 中 不 難 看 出 , 國(guó) 產(chǎn)表 11 國(guó)產(chǎn) PD3 及進(jìn)口 UIC900A 軌鋼的斷裂韌性按 EN 規(guī)定的方法處理得到按國(guó)標(biāo)規(guī)定的方法處理得到的 K1CMPam12 (2)的 K1CMPam12(1)鋼種爐號(hào)化學(xué)成分常溫- 20 常溫- 20 20094306726D04264D0379F64265F64279C0174 , Si0157 , Mn0189C0177 , Si0162 , Mn0190C0174 , S

26、i0160 , Mn0183C0177 , Si0163 , Mn0192C0172 , Si0134 , Mn1107C0174 , Si0134 , Mn1107-32423518-374239173741391735443917353936172835301530383410313733173443381736413817-42- (37)4144353937103538 (37)3943411039414010攀鋼 PD3鞍鋼 PD3進(jìn)口 UIC900A注 : 11 歐洲鋼軌標(biāo)準(zhǔn) EN1367421 規(guī)定 , 在與 95 %的割線相交以前未發(fā)生 Pop2in 時(shí) , 判據(jù) PmaxPQ

27、 應(yīng)小于 1110 。對(duì)其他類型曲線不規(guī)定 PmaxPQ 的標(biāo)準(zhǔn) 。21 國(guó)標(biāo)規(guī)定 , 凡是 PmaxPQ 大于 1110 , 測(cè)定值無效 。顯然 , 按 EN 規(guī)定測(cè)得的斷裂韌性 KIC要比按國(guó)標(biāo)的低 。2110疲勞裂紋擴(kuò)展速率由表 12 可見 , 國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口鋼軌疲勞裂紋擴(kuò)展 速率均滿足 “暫行技術(shù)條件”規(guī)定的要求 。PD3 軌鋼 的 斷 裂 韌 性 基 本 處 于 同 一 水 平 , 而 進(jìn) 口UIC900A 鋼軌的斷裂韌性尤其低溫?cái)嗔秧g性要稍高 于國(guó)產(chǎn) PD3 鋼軌 。© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishin

28、g House. All rights reserved. 第 6 期國(guó)產(chǎn) PD3 鋼軌與進(jìn)口鋼軌材質(zhì)性能的對(duì)比研究103表 12軌鋼疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)結(jié)果12 K = 1315 MPam12時(shí)的 d ad N (mGc) K = 10 MPam鋼廠爐號(hào)時(shí)的 d ad N(mGc)61351051491061710131012191722135530672200944D0379F64279攀鋼鞍鋼法國(guó)技術(shù)要求PD3 ( 軋態(tài))UIC900A2111 試樣拉壓疲勞試驗(yàn)結(jié)果如圖 2 所示 。由此可知 , 攀鋼 PD3 、 法國(guó) UIC900A 鋼 軌 疲 勞 極 限 - 1 分 別 為 369

29、MPa ,351 MPa , 前者比后者提高約 5 % 。眾所周知 , 鋼的 疲勞極限主要取決于其強(qiáng)度 , 因 為 PD3 鋼 軌 強(qiáng) 度 等級(jí)比 UIC900A 高 , 因此疲勞極限也高 。2112 軌底殘余應(yīng)力國(guó) 產(chǎn) 及 進(jìn) 口 鋼 軌 殘 余 應(yīng) 力 測(cè) 試 結(jié) 果 見 表 1 3圖 2 攀鋼 PD3 與法國(guó) UIC900A 軌鋼拉壓疲勞曲線(負(fù)值為壓應(yīng)力) 。由結(jié)果可知 , 三種鋼軌的軌頭頂面和軌底面分布拉應(yīng)力 , 軌腰為壓應(yīng)力 , 是典型的 矯直應(yīng)力分布特征 。另外 , 攀鋼 、鞍鋼和進(jìn)口鋼軌 軌底最 大 拉 應(yīng) 力 分 別 為 15414 MPa , 12818 MPa 和1091

30、7 MPa , 均 小 于 250 MPa , 滿 足 “暫 行 技 術(shù) 條 件”的要求 。表 13鋼軌殘余應(yīng)力/ MPa軌頭部位軌腰部位軌底部位鋼廠爐號(hào)1234567891011121311110105184110681193188714561139171714131016181610- 119- 51022183614- 1915- 1910- 3811- 201715111319- 2017- 2010- 3715- 3317- 1315- 1812- 1714- 1913- 514- 6412- 3817- 2717- 3111- 8314- 1415- 7612- 6113- 841

31、9- 8617- 5419- 3915- 1118- 1016- 4216- 2517- 2312- 1519- 2814- 3319- 1517- 1712- 413- 1110- 817- 1415- 3219- 23185713721741813101611211714511154141281811712109171031830672307804D19964D19976426564279- 512- 2818- 5115- 2711- 2113攀鋼鞍鋼法國(guó)軌底殘余應(yīng)力均滿足 “暫行技術(shù)條件”的要求 , 鞍鋼 、攀鋼產(chǎn) PD3 軌的 KIC 基本相當(dāng) , 而 UIC900A 鋼軌的低溫 K

32、IC 稍高于國(guó)產(chǎn) PD3 鋼軌 ; PD3 軌鋼的拉 壓疲勞極限比法國(guó) UIC900A 高出約 5 % ; 攀鋼 PD3 鋼 軌 軌 底 殘 余 應(yīng) 力 較 鞍 鋼 PD3 鋼 軌 略 高 些 , 而 UIC900A 鋼軌最低 。3) 進(jìn)口鋼軌的脫碳層深度較淺 , 攀鋼鋼軌脫 碳層較為穩(wěn)定 , 而鞍鋼鋼軌脫碳層有的爐次超過了“暫行技術(shù)條件”的規(guī)定 。4) 與進(jìn)口鋼軌相比 , 國(guó)產(chǎn)鋼軌在化學(xué)成分波 動(dòng)范圍的控制 , 進(jìn)一步降低軌鋼中有害元素 P 及 B 類 、C 類夾雜物的含量 , 鋼軌表面脫碳層深度等方面仍有待努力 。3結(jié)論1) 所試 驗(yàn) 鋼 軌 的 化 學(xué) 成 分 , H , O 含 量 ,

33、 非金屬夾雜物 , 低倍及顯微組織均符合 “暫行技術(shù)條 件”的 要 求 , 力 學(xué) 性 能 指 標(biāo) 超 過 規(guī) 定 值 , 其 中 , UIC900A 的 b = 945 MPa 965 MPa , 5 = 11 % 14 % ; 攀鋼 PD3 的 b = 1 010 MPa1 060 MPa , 5= 10 %12 % ; 鞍鋼 PD3 的 b = 1 020 MPa1 060MPa , 5 = 9 %13 % ; UIC900A , 攀鋼及鞍鋼 PD3鋼軌的踏面硬度分別為 271 HB280 HB , 282 HB309 HB 和 283 HB297 HB 。2)斷裂韌性 、裂紋擴(kuò)展速率

34、、拉壓疲勞以及參考文獻(xiàn)鐵道部 . 時(shí)速 300 km 高速鐵路 60 kg·m - 1 鋼軌暫行技術(shù)條件鐵道部 . 時(shí)速 200 km 客運(yùn)專線 60 kg·m - 1 鋼軌暫行技術(shù)條件123Z, 1998.Z, 1998.劉學(xué)文 , 周清躍 , 張銀花 , 陳朝陽 , 周鎮(zhèn)國(guó) , 等 . 秦沈客運(yùn)專線綜合試驗(yàn)段進(jìn)口及國(guó)產(chǎn)鋼軌試驗(yàn)研究 (階段研究報(bào)告) R ,北京 : 鐵道科學(xué)研究院 , 2002.© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

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