貝氏體尖軌應(yīng)用前景分析

張俊輝

(鄭州鐵路裝備制造有限公司，河南 鄭州 450052)

0 引言

隨著鐵路快速發(fā)展，客貨分離、客運提速、貨運重載的發(fā)展格局基本確立，一些新技術(shù)、新材料、新工藝逐步轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，為鐵路技術(shù)轉(zhuǎn)型升級提供了技術(shù)支撐。鄭州鐵路裝備制造有限公司積極和中國鐵道科學(xué)院金屬及化學(xué)研究所、國內(nèi)道岔生產(chǎn)廠家合作，吸收轉(zhuǎn)化國內(nèi)道岔生產(chǎn)較前沿的新技術(shù)、新材料、新工藝，為鄭州局的貨運重載提供了先進的裝備和技術(shù)支撐。

1 貝氏體鋼軌基本情況

空冷貝氏體鋼屬于非調(diào)質(zhì)鋼的一類，在生產(chǎn)過程中可加熱成型與淬火工序合并，空冷自硬?？绽湄愂象w鋼具有良好的綜合力學(xué)性能，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，而且延長了產(chǎn)品的使用壽命。

2006年以來，為解決道岔尖軌不耐磨、剝離掉塊嚴重、使用壽命短等問題，中國鐵道科學(xué)院金化所與鞍山鋼鐵集團、齊齊哈爾工務(wù)機械廠等單位合作開展了貝氏體道岔鋼軌的研發(fā)，采用強度韌性高、抗表面?zhèn)麚p能力強的貝氏體鋼制造道岔尖軌、翼軌和基本軌，同時研發(fā)了貝氏體鋼軌與珠光體鋼軌的鋁熱焊技術(shù)，解決了道岔貝氏體鋼軌與區(qū)間鋼軌之間的焊接問題。

2014年中國鐵道科學(xué)院金化所指導(dǎo)我單位開始生產(chǎn)貝氏體尖軌，通過對跟鍛、鍛后熱處理、銑削加工、頂彎等工藝的優(yōu)化及貝氏體鋼軌后續(xù)穩(wěn)定化工藝的研究，我單位已具備生產(chǎn)貝氏體尖軌能力。

2 技術(shù)可行性分析

2.1 貝氏體鋼軌的主要技術(shù)指標

2.1.1 貝氏體鋼軌硬度

研究表明，鋼軌的硬度越高，耐磨性能越好。60AT貝氏體鋼軌全斷面硬度見圖1，軌頭由表及里約30mm內(nèi)的硬度為40～44HRC。60AT貝氏體鋼軌銑削成尖軌后，其尖端不同斷面的硬度見圖2。

圖1 60AT貝氏體鋼軌全斷面硬度(HRC)

圖2 貝氏體尖軌實物硬度(HRC)

貝氏體鋼軌硬化層深度大、硬度高且分布均勻，是提高道岔鋼軌使用壽命的重要保證。

2.1.2 貝氏體鋼軌沖擊韌性

對承受沖擊載荷的尖軌，其沖擊韌性的高低顯得十分重要。研究表明，沖擊韌性越高，抗剝離掉塊能力越強。

貝氏體鋼軌按軌頭、軌腰和軌底分別取樣，進行U型缺口沖擊性能試驗，結(jié)果表明，室溫沖擊值分別達到 81J/cm2、96J/cm2、103J/cm2，大于合金鋼心軌組合轍叉技術(shù)條件(運基線路［2005］230號)規(guī)定的大于70J/cm2的要求。貝氏體鋼軌的沖擊韌性為在線熱處理鋼軌的3～7倍。

強度/硬度高，并且韌性好是貝氏體鋼軌的重要特性之一，也是貝氏體鋼道岔具有較長使用壽命的根本保證。

2.1.3 貝氏體鋼軌拉伸試驗結(jié)果

研究表明，鋼軌的強塑性越好，抗剝離掉塊的能力就越強。不僅安全，而且使用性能好。

分別從貝氏體鋼軌軌頭、軌腰和軌底取樣，進行拉伸性能試驗，結(jié)果為，軌頭部位抗拉強度大于1300MPa，斷后伸長率大于14%，斷面收縮率大于50%，達到了極佳的強度、韌性和塑性的配合。

2.2 貝氏體尖軌的工藝研究

貝氏體尖軌的生產(chǎn)工序主要為跟鍛、正火、冷加工，省去了淬火工序，因此跟鍛和正火工序是保證貝氏體尖軌質(zhì)量的關(guān)鍵工序。

2.2.1 貝氏體尖軌跟鍛技術(shù)要求

貝氏體鋼軌的跟鍛，與現(xiàn)有60AT鋼軌跟鍛要求基本相同，加熱溫度:1150±20℃。(TB/T3066－2002)，見圖 3。

圖3 異型接頭跟鍛示意圖(單位:mm)

2.2.2 鍛后熱處理技術(shù)要求

①采用電感應(yīng)全斷面加熱，鍛后正火加熱時間控制在5～8分鐘范圍內(nèi);

②鍛后熱處理加熱區(qū)寬度大于900mm，應(yīng)完全覆蓋跟鍛時的加熱區(qū)，見圖3;

③鍛后正火開始加熱溫度應(yīng)低于300℃;

④鍛后正火加熱溫度950℃ ±10℃(以軌頭溫度為準，加熱區(qū)全長溫差低于50℃);

⑤加熱到溫后自然冷卻(空冷)至室溫。

2.2.3 鍛后熱處理跟鍛部位性能要求

①軌面硬度大于36HRC;

②軟化區(qū)寬度小于20mm(正火熱影響區(qū)即加熱交界過渡區(qū)中，軌頭硬度低于成型段軌面硬度90%的部分)。

通過我們反復(fù)驗證，該工藝操作簡單，質(zhì)量標準可控，樣品檢驗各種性能符合標準要求。

2.3 貝氏體鋼尖軌上道使用情況

自2008年以來，中國鐵道科學(xué)院、鞍山鋼鐵集團與齊齊哈爾工務(wù)機械廠合作研發(fā)貝氏體鋼尖軌先后在太原局、哈爾濱局等鋪設(shè)上道300余組。使用結(jié)果表明，貝氏體鋼尖軌在使用過程中基本無剝離掉塊，其耐磨性能比珠光體鋼尖軌提高3～5倍。

3 經(jīng)濟效益分析

據(jù)中國鐵道科學(xué)院資料顯示，朔黃鐵路自2010年陸續(xù)采用貝氏體鋼鋼軌、組合轍叉、尖軌、基本軌等，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。以黃驊港站60kg/m－25貝氏體鋼軌及西岔區(qū)140#道岔貝氏體鋼尖軌為例，2011年10月份在黃驊港站小曲線半徑線路采用60kg/m－25貝氏體鋼軌，使用至今效果良好，較使用U75v淬火軌壽命提高3倍以上。黃驊港站一場西岔區(qū)140#道岔為進港咽喉道岔，上行萬噸重車有70%由此通過。之前該道岔尖軌更換周期為20天左右，浪費大量人力、物力，對設(shè)備安全造成極大影響。2009年8月6日，140#道岔尖軌統(tǒng)一更換為貝氏體尖軌，到2010年7月15日，安全運行345天。從原材料成本來看，由于貝氏體鋼軌較之普通鋼軌性能優(yōu)越，冶煉成本增加，每噸貝氏體鋼軌比普通U75v鋼軌價格增加7000元。但是，從現(xiàn)場維修成本來看，由于貝氏體尖軌使用壽命大幅增加，更換次數(shù)減少，現(xiàn)場維修人工費用大幅減少;從安全性來看，由于貝氏體鋼材料的強度、韌性大幅提高，在養(yǎng)護不到位的情況下，經(jīng)過重車碾壓后鋼軌掉塊現(xiàn)象得以克服或明顯減輕，行車安全的可靠性顯著增加;從性價比來看，雖然原材料成本有所增加，但現(xiàn)場維修成本減少，特別是使用壽命增加幾倍，因而該產(chǎn)品具有很高的性價比。

4 結(jié)論

貝氏體鋼尖軌具有高強度、高韌性、抗延遲裂紋性高的特點，相對目前現(xiàn)有的產(chǎn)品，使用壽命長、綜合成本的性價比高、確保運輸安全的可靠性好、經(jīng)濟效益和社會效益佳。對重載線路的安全暢通以及降低工務(wù)維修成本具有重要意義，值得推廣使用。

［1］陳朝陽，周清躍，張銀花.貝氏體鋼軌及道岔用貝氏體鋼的研究與應(yīng)用［J］.鐵道工務(wù)，2014(1):58－61.

［2］劉豐收，陳朝陽，張銀花.高強耐磨貝氏體道岔尖軌的研制［J］.中國鐵道科學(xué)，2011，32(2):139 －143.