[其他]能够防止失稳断裂扩展的耐磨钢轨

说明书

本发明涉及一种在铁路转弯部分使用的高强度耐磨钢轨，特别是一种能够防止失稳断裂扩展的高质量耐磨钢轨。

钢轨断裂常常引起严重的交遍事故。引起断裂的原因其中有：由于钢轨与车轮接触造成的剪切损伤、钢轨接头裂纹，刹车在钢轨上引起的裂纹、大的氧化物和深度表面缺陷。当钢轨使用时间过长时，由于疲劳，在钢轨各个部分存在的各种裂纹导致了横向或纵向缺陷。这种缺陷随着时间的延长而扩展。最终，达到特定的断裂韧性值（例如：由ASTM（即美国标准实验方法）E399所规定的K_IC值）。结果，产生迅速的失稳断裂，从而钢轨裂断。在造成大量伤亡的脱轨事故中，当检查含有在气体切割时产生裂纹的耐磨合金钢钢轨的端部时，发现由于车轮引起的冲击负荷所导致的失稳断裂扩展，如图5所示，在钢轨10的轨腰11上沿纵向超过10米。这样的裂纹向轨头12或轨底13扩展，从而导致了意外的断裂。

用于防止这些缺陷的现有技术耐磨钢轨中，与车轮接触的轨头12的耐磨性是由具有比普通钢轨有更高强度的细珠光体组织来实现的。

虽然这种细珠光体组织具有极好的耐磨性，但是它很脆，所以它阻止产生失稳断裂的可能性小。为此，当使用这种钢轨时，必需时时防止表面缺陷和内部缺陷在这种缺陷有可能产生的部分形成，在失稳断裂发生前，必需用超声波探伤器定期地检查这种缺陷，以发现并除掉缺陷部分。

虽然采取了各种措施，例如：增加对由疲劳引起的失稳断裂的抗力，对特殊部位产生的缺陷（如：轨腰和轨底）的抗力、以及增加探测缺陷的成功率，但这些措施不总是有效的。在任何情况下，都必需时时注意缺陷的形成和失稳破坏性裂纹的扩展。否则这种缺陷的产生及其扩展是不可避免的。

因此，本发明的目的之一是提供一种能够防止失稳裂纹扩展的耐磨钢轨。

本发明的更为具体的目的是提供一种具有高耐磨性和高强度的细珠光体组织的，并能用于铁路转弯处的钢轨。

本发明的另一目的是提供一种能够防止疲劳裂纹向轨头和轨腰扩展的钢轨，从而防止重大事故发生。

按照本发明，提供的耐磨钢轨含碳0.50～0.85%（重量百分比），含硅0.10～1.0%（重量百分比），含锰0.50～1.50%（重量百分比），含磷少于0.035%（重量百分比），含硫少于0.035%（重量百分比），含铝0.050%（重量百分比），其余为铁和杂质，钢轨的轨腰为回火贝式体组织并具有高韧性，钢轨的轨头为高强度的细珠光体组织。

由于含碳量高于0.5%（重量百分比），所以具有耐磨性。当硅含量增加到0.10%（重量百分比）以上时和锰含量增加到0.50%（重量百分比）以上时，能够改善强度。当选用的含碳量低于0.85%（重量百分比）和选用的含硅量低于1.00%（重量百分比）时，能够防止降低塑性。当选用的磷和硫含量分别为0.03%（重量百分比）时，能够防止塑性和韧性变差。当选用的锰含量低于1.50%（重量百分比）时，能避免可焊性变差。此外，当选用的铝低于0.050%（重量百分比）时，能防止耐疲劳性变差。

轨腰为高韧性的回火贝氏体组织或回火马氏体组织或回火贝氏体-马氏体混合组织的地方，能够有效地防止失稳断裂的扩展。另外，由于轨头有高强度的细珠光体组织，能够增加钢轨的耐磨性。

在附图中：

图1为钢轨的横断面视图;

图2是带有切口的钢轨弯曲试验试样的透视图;

图3为沿着切口所取钢轨的局部断面视图;

图4为示出水平断裂试验试样的轨腰侧视图;

图5是钢轨的透视图，显示了试验试样从中取出的部分;

图6为示出轨腰水平断裂试验方法的透视图。

现已发现，由于疲劳引起的轨头或轨腰上的水平裂纹扩展能造成重大事故。特别是轨腰产生的裂纹向轨头和轨底扩展并造成重大事故，例如：轨头折断。所以，给予轨腰一种能够阻止失稳破坏性裂纹高速扩展的能力是很重要的。为了给予轨腰一种能够阻止失稳破坏性裂纹高速扩展的能力，我们已通过各种改变钢轨的成份和组织的办法进行了很多研究并发现金属组织，特别是由回火贝氏体组织，回火马氏体组织以及它们的混合组织构成的金属组织表现出极好的这种能力，还发现耐磨钢轨的轨腰采用这些组织比珠光体组织或回火珠光体组织要好的多。我们准备的试验钢轨，其轨头由具有高强度的细珠光体组织组成，其轨腰由回火贝氏体组织或回火马氏体组织或混合的回火贝氏体和回火马氏体组织组成，旨在进行钢轨断裂试验。试验的结果表明，这些试验钢轨阻止失稳破坏性裂纹扩展的能力得到显著改善，从而防止了钢轨破裂或断裂。

限制钢轨化学成份的理由如下：