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对于轻轨重轨生产,既要保证其具有足够高的强度

发布者:钢轨|道轨钢|轨道钢|铁轨

对于轻轨重轨生产,既要保证其具有足够高的强度,又要致力于提高其韧性。为此,不能靠单独提高含碳量,而是应该采取合金化的途径,即发展中碳多元合金化高强度高韧性钢轨钢。钢轨淬火是提高钢轨强度、韧性、耐磨性,延长使用寿命的有效途径。国外热处理钢轨的实际碳质量分数:日本为0.76 %~ 0.81 %,俄罗斯为0.71 %~0.80 %,卢森堡为0.78 % ~ 0.82 %,英钢联为0.76 %~ 0.77 %,奥钢联为0.75 %~ 0.81 %,碳质量分数最大波动范围为0.09 %,最小为0.01 %。我国钢轨:U74 的碳质量分数为0.67 %~ 0.80 %,U71Mn 为0.65 % ~ 0.77 %,PD3 为0.70 %~ 0.78 %,BNbRE 为0.70 %~ 0.82 %,最大波动范围0.13 %,最小为0.08 %。由于碳含量波动范围大,淬火工艺参数难以控制,不能充分发挥淬火的技术优势,钢轨的内在性能未能通过淬火充分发挥出来,轻轨钢轨甚至稍有不慎就会出现马氏体。因此,碳含量波动范围应进一步减小。
硫、磷含量
提高钢轨纯净性必然伴随着钢轨成本的提高,因此不同线路用钢轨往往对纯净性的要求不同。众所周知,钢中有害元素P 、S 含量可以从一个侧面反映对纯净性的要求,日本JIS 钢轨标准规定,抗拉强度等级为687 MPa 和736 MPa 的钢轨,要求w [ P] ≤0.045 %,w[ S] ≤0.05 %,而对抗拉强度等级为804 MPa 的钢轨,要求w [ P] ≤0.03 %,w [ S] ≤0.025 %。EN 钢轨标准规定:对轨头表面硬度为200HB 的钢轨,P 、S 质量分数不大于0.035 %;对轨头表面硬度为220 ~ 260HB 的钢轨,P 、S 质量分数≤0.025 %;而对合金轨及热处理轨则要求w [ P] ≤ 0.020 %,w [ S] ≤0.025 %。
提高钢轨纯净度可以进一步提高钢轨接触疲劳性能,减小钢轨使用中核伤的出现概率。目前国外先进国家钢轨硫、磷含量比较低,而我国目前还规定为w [ S] ≤0.040 %,w [ P] ≤0.035 %,需要进一步降低S 、P 含量,向国际标准靠拢。
夹杂物
(1)夹杂物分布的影响
大量的钢轨失效分析表明,夹杂物在钢轨中的分布位置是影响钢轨破损类型的主要因素:
①当夹杂物出现在踏面表层或亚表层时,易在钢轨局部踏面形成深层剥离掉块类型的疲劳损伤,即“局部剥离” ,深度可达4 ~ 5 mm ,而局部剥离坑易产生横向裂纹,从而形成“起源于轨头表面的横向疲劳裂纹型核伤” 。
②当夹杂物位于踏面下5 ~ 12 mm 时,易形成“纵横裂型核伤” 。
③当夹杂物(主要是低倍夹杂和白点)位于踏面下较深位置时,易形成“起源于轨头内部的横向疲劳裂纹型核伤” 。
④当夹杂物沿轨头纵向分布时,易形成轨头纵裂。
⑤当夹杂物出现在轨腰时,易形成轨腰纵裂。
⑥当夹杂物出现在轨底时,易形成轨底纵裂或横向折断。
(2)夹杂物种泪的影响
钢轨中不同种类的夹杂物对钢轨破损程度的影响不同:
①氧化铝
在各类夹杂物中,链状氧化铝无疑最为有害。重轨钢轨大量检验分析结果表明,链状氧化铝夹杂是形成条状疲劳裂纹源进而导致核伤的主要原因,因而国外钢轨标准对氧化铝夹杂物数量有严格要求。
②硅酸盐
硅酸盐的危害性也较大,除诱发核伤外,还是造成钢轨局部深层剥离的主要原因,国外钢轨标准对硅酸盐数量也有限制。
③硫化物
相比之下,钢轨疲劳损伤对硫化物的敏感程度不及上述两类氧化物。因此,就提高钢轨疲劳性能而言,改善氧化物夹杂的纯净度比改善硫化物的纯净度更为有效。
④低倍夹杂和白点等低倍缺陷
钢轨中的低倍夹杂、白点等低倍缺陷,是形成内部横向疲劳裂纹的主要原因,严重危及行车安全,须严格加以限制。
(3)夹杂物尺寸或数量的影响
关于夹杂物导致内疲劳缺陷的临界尺寸,目前还无定论,但普遍认为,随着轴重提高或速度提高(即动载荷增大),引起钢轨疲劳损伤的夹杂物临界尺寸将减小。
结合现代钢轨生产技术和高速铁路发展制订的EN 钢轨标准中,对氧化物夹杂提出了严格要求,规定钢中氧化铝夹杂物里小于10 μm 的为95 %以上,而大于10 μm 小于20 μm 的不得超过5 %。
钢轨的外形尺寸
由于速度的提高对钢轨表面的平顺性要求更加严格。在实际钢轨交货中,端头不平顺还要大些,特别是目前钢轨端头,矫直存在暗面,使钢轨的焊接平顺性达不到要求。目前规定快速线路钢轨焊接表面平顺性0.3 mm/m(向上),实际上很难做到。轮轨动力测试结果表明,在接头处均出现应力峰值。因此,提高钢轨表面平顺性是提速线路的迫切需要 [1]  。


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