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铁路与轨道交通 |
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外伤钢轨断裂分析 |
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作者：攀钢(集团)公司钢铁研究院 徐权 梅东生 |
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摘要：本文针对断轨的损伤特征，采用宏观、微观分析方法，找出了钢轨断裂的原因。
关键词：钢轨断裂分析
随着国民经济的发展，我国铁路运输朝着重载、高速、大密度方向发展，从而增大了铁路钢轨的负荷，加速了钢轨的伤损。钢轨的伤损不仅发生在钢轨的生产和列车的运行过程中，就是在运输、装卸、堆放、焊接钢轨的过程中，也常常由于各种原因而发生钢轨损伤。本文中三支钢轨的断裂就既没有发生在列车的运行过程中，也没有发生在钢轨的生产过程中，而是发生在钢轨的焊前调直和焊前落锤抽捡过程中。
1钢轨断裂情况
焊轨厂在进行钢轨焊前三点弯曲调直时，一支钢轨在距轨端200mm处发生断裂。随后，焊轨厂按TB/T2344293钢轨供货技术要求，随机抽检了该批钢轨的落锤试验，落锤抽检结果为:除两支钢轨进行落锤试验时一锤断裂，其余抽检钢轨的落锤试验均合格(技术条件要求:一锤未断试验合格。其中落锤高度9.10m，锤重1004kg，刚性基础)。为找出钢轨断裂原因，预防此类断轨事故的再次发生，对钢轨断裂特征进行了分析。为方便起见，将三支断轨编号为1#、2#、3#。
2断口宏观和微观检验
1#断轨的断裂处距离钢轨端部约200mm;断口宏观形貌见照片1所示。从断口上放射状裂痕的收敛点可确定该轨断裂起源于轨头左上圆角，并发现裂纹源处有一横向摩擦痕，见照片2。随后用线切割机将裂纹源及裂纹源附近的断口切下，制成金相试样，在光学显微镜下观察其横断面，发现摩擦痕处的表面为白色发亮的马氏体组织，在靠近马氏体处有一层已发生明显变形且有一定方向的珠光体组织(钢轨钢的正常组织为全珠光体组织)，见照片3所示。
照片11#试样断口宏观形貌
照片21#试样摩擦痕形貌
照片31#试样摩擦痕处的金相组织
肉眼观察2#断轨的断口，发现其断口上“人”字形裂纹的收敛点在轨底右下角，见照片4所示，并在轨底右下角有一伤痕;用线切割机将裂纹源及裂纹源附近的断口切下，制成金相试样，在光学显微镜下观察其横断面，见照片5所示，发现伤痕处金相组为纤维状的珠光体组织。
照片42#断口宏观形貌
照片52#试样金相组织50×
肉眼观察3#断轨的断口，发现其断口上“人”字形裂纹的收敛点在轨底上表面与轨腰过渡处，该处有一发亮的焊点，见照片6所示;焊点附近还有几个滴珠状溅射金属点(照片7)，用线切割机将裂纹源及裂纹源附近的断口切下，制成金相试样，在光学显微镜下观察其横断面，金相检验发现焊斑组织是马氏体(照片8、9)，在焊点边缘处可见到与基体的过渡处轨面脱碳金属被焊斑包围的现象，焊点内侧具有高碳钢(钢轨本体)的马氏体特征，而外侧则是低碳马氏体。
照片63#试样断口宏观形貌
照片73#试样焊斑处附近的宏观形貌
照片83#试样焊斑处的金相组织
照片93#试样焊斑处的金相组织50×
3钢轨断裂原因分析
从上述三支断轨的宏观断口及金相组织检验结果来看，三支钢轨断裂的共同原因虽然都是由于钢轨本身有外伤，在受到一定应力后，而发生钢轨断裂，但导致三支钢轨产生外伤的原因又各不同。1#钢轨轨头上圆角是由于在冷态下被硬物擦伤，擦伤处的金相组织因摩擦受热发生奥氏体化相变后，在冷却过程中，由于钢轨其它部位为冷态，致使擦伤处金属的冷速过快，以致生成高碳马氏体组织，而高碳马氏体组织相对于珠光体组织的塑韧性较差，且摩擦痕本身也相当于一较为严重的裂纹缺陷，当受到一定调直力后，1#钢轨自擦伤处开始断裂。2#钢轨是由于轨底角受硬物碰伤所致。该碰撞仅仅致使伤痕处的组织发生变形，碰撞所产生的热量不足以使该处金相组织发生相变，所以金相检验该处金相组织为纤维状的珠光体组织，当钢轨进行落锤试验验时，其轨底角受到很大的拉应力，特别是伤痕处作为一较大的裂纹源，裂纹迅速扩展，致使2#钢轨落锤一锤断裂。3#钢轨是由于一低碳焊条在冷态钢轨上点焊所致。熔融焊条金属会对与其相接的钢轨组织产生热作用，在以后的冷却过程中，发生奥氏体相变的钢轨组织由于冷速过快，从而转变成高碳马氏体组织，而焊条金属冷却后则转变成低碳马氏体组织，当3#钢轨受到很大冲击力后，该处的马氏体组织就相当于一裂纹源，裂纹迅速扩展，致使钢轨发生断裂。
钢轨已经出厂检验合格，1#钢轨的擦伤、2#钢轨的碰伤是由于在钢轨的运输和装卸过程中被硬物作用而产生伤痕;而3#钢轨焊斑的产生则可能是在钢轨堆放期间，焊工在焊接其它工件时，不经意地在轨底、轨腰过渡处进行了一次点焊操作所致。
4结语
钢轨作为铁路的重要部件，其伤损的产生将严重威胁列车的安全运行。因此，钢轨生产、使用部门不仅要重视在钢轨的生产和列车的运行过程中产生的钢轨损伤，也要重视在钢轨运输、装卸、堆放等过程中产生的各种钢轨损伤，并采取积极措施，消灭一切可能造成钢轨损伤的因素。(end)
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(12/25/2006) |
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