【正文】 紹， LD轉(zhuǎn)爐鋼的氮含量為 0． 003％～ 0． 006％，電爐鋼的氮含量為 0． 008％～0． 0016％。當游離氮含量高的鋼，從高溫下較快 冷卻時，鐵素體將會被飽和。 要降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，就要減小鋼中氮含量和硅含量。而在晶粒細化鋼中氮含量應(yīng)最大，以利于充分形成氮化物，使游離氮含量降下來。通過控制軋制，當游離氮含量為 0． 008％時，其胎陛轉(zhuǎn)變溫度 FATT 為一 5℃。 718．怎樣提高珠光體鋼軌鋼的性能 ? 主要是搞好鋼種成分設(shè)計。以美國為代表的北美國家采用高碳鋼軌鋼，歐洲一些國家則采用低中碳中錳鋼軌鋼， UIC吸收了美國高碳鋼軌鋼耐磨的優(yōu)點和歐洲低碳中錳鋼軌鋼韌性好的優(yōu)點，設(shè)計了 UIC900MPa級鋼軌鋼。 為改進中錳 C的韌性，克服 其因有游離 FeC 析出而造成韌性降低的不足，而對碳、錳上限加以限制，即 C+Mn／ 15≤ 0． 05％ C+Mn／ 4≤ 1． 21％ 欲同時滿足以上兩式，則需 C=0． 84％、 Mn=1． 67％。對于碳含量為 0． 88％的過共析鋼，其抗裂紋穩(wěn)定性與合金化與未經(jīng)強化的熱軋鋼差不多。 一般鋼軌鋼在室溫下其斷裂韌性處于 1100～ 1300N／ mm3/2之間， 而加入硅后，其斷裂韌性明顯提高，但硅的合金化量在不大于 0． 7％時對提高鋼軌鋼抗裂紋穩(wěn)定性不會超過28％。 719．稀土能改善鋼軌鋼性能嗎 ? 由于稀土元素與氧的親合力強，鋼液經(jīng)稀土處理后，能改變鋼中夾雜物形態(tài)，提高鋼的疲勞壽命，同時也能細化低倍組織和細化晶粒。有關(guān)稀土加入方法的美國專利規(guī)定，鋼液在罐內(nèi)用鋁、硅和錳鐵進行完全脫氧后，經(jīng)過凈化并保持一定溫度 (最佳鋼液溫度為 1540～ 1590℃ ，稀土最佳加人量在 0． 02％～ 0． 007％之間 )，把稀土包在鐵皮內(nèi)，固定在一根棒上，往鋼水罐內(nèi)注入效果最佳。 720．世界各國在提高鋼軌清潔度上采取了哪些措施 ? (1)法國聯(lián)合金屬 (UniMetal)公司在連鑄過程中采用了電磁攪拌的方法。 要控制好出鋼溫度、 中間 罐溫度和澆鑄溫度，同時在連鑄機的 二次水冷區(qū)控制好冷卻強度，以便獲得最佳冷卻速度。其偏析從開始澆鑄到澆鑄末期一直均勻分布在鋼坯中心部位，從而可以使連鑄坯軋成的鋼軌的性能沿全長均勻。中間罐溫度應(yīng)控制在略高于液相線之上 20℃之內(nèi)，實際操作應(yīng)控制在液相線之上 10～ 20℃為佳，這樣可以使連鑄坯中心偏析減到最小。為保證質(zhì)量，鋼坯需緩慢冷卻；同時為降低中心偏析，還需控制最小鋼液過熱。 (4)日本新日鐵八幡廠認為，鋼軌的性能主要取決于冶煉工藝。對于用于連鑄法的鋼液，硫含量要控制在 0． 02％以下，因為硫是造成偏析、夾雜和裂紋的主要因素。磷會降低鋼軌的韌性。控制冶煉過程中的吹氧速度、氧槍高度都可以降低磷含量。這樣可以保證在出鋼前增碳程度最小。檢修后的爐子和鋼色，不首先用于冶煉鋼軌鋼；用于冶煉鋼軌鋼的 廢鋼和鐵合金要經(jīng)過烘干；用于生產(chǎn)單重超過 45kg／ m鋼軌的鋼液必須經(jīng)過真空脫氣處理。欲克服鋼軌在車輪作用下產(chǎn)生塑性變形，各國學者認為最有效的辦法是提高鋼軌鋼的屈服強度。 世界各國開發(fā)的珠光體合金鋼軌鋼主要有三種類型： (1)Cr— Nb— V合金鋼軌鋼。其成分 (質(zhì)量分數(shù) )為 C 0． 7％一 0． 8％、 Mn 1． 25％～ 1． 35％、Si0． 2％～ 0． 4％、 P≤ 0． 04％、 S≤ 0． 03％、 Cr0． 75％～ 0． 85％、 V 0． 1％～ 0． 13％，其屈服強度可達 740MPao (3)Cr— M合金 鋼軌鋼。 需要特別指出的是，上述三類合金鋼軌鋼無論是熱軋后冷卻，還是焊接后冷卻，如對其冷卻速度控制不當，均會出現(xiàn)馬氏體或貝氏體組織。對 Cr— V鋼軌鋼，當其冷卻速度大于 0． 5℃／ s時，也要生成較多的馬氏體、貝氏體。有的認為只有形成 5％以上馬氏體組織時，才要對鋼軌鋼進行回火處理； 有的認為只要有馬氏體組織，無論其含量多少，均要進行回火處理。 722．世界高速鐵路用鋼軌的斷面與鋼種有哪些 ? 1964年 日本的第一條高速鐵路是從東京到大阪的東海道新干線。后來的法國、德國、意大利、西班牙、澳大利亞等國家學習了日本的經(jīng)驗，都采用了 UIC60kg／ m斷面。 高速鐵路用鋼軌在鋼種上，由于高速鐵路的設(shè)計大多數(shù)是專門從事客運，雖然速度快，但軸重輕，再加上考慮到高速鐵路需要采用無縫線路，對鋼軌的焊接性能的要求，世界各國的高速鐵路用鋼軌全部采用普通碳素鋼鋼軌，其成分和性能如表 46所示。由于各國的設(shè)計參數(shù)不同，線路的工作環(huán)境不同，在質(zhì)量的標準上有所區(qū)別。 (2)對鋼軌斷面尺寸公差的要求見表 48。 (4)對鋼軌鋼的鋼質(zhì)純凈度的要求見表 410。為保證旅客乘坐的舒適性和軌道的平順性，高速鐵路都是采用無縫線路設(shè)計，一般是采用長尺軌焊接成無縫線路，焊接質(zhì)量是保證高速鐵路運行安全的重要因素。 724．世界各國在生產(chǎn)高速鐵路用鋼方面采取了哪些措施來保證質(zhì)量 ? 為了保證高速鐵路的建設(shè)質(zhì)量，對鐵路采用的主要鋼材 —— 鋼軌、車輪和車軸的生產(chǎn)，各國都采取了嚴格的生產(chǎn)工藝和先進的檢測技術(shù)，以此來保證鋼材的質(zhì)量和鐵路行車的安 全。為了達到上述要求，冶金工廠必須做到“三精”，即精煉、精軋和精整。采用鐵水預(yù)處 理技術(shù)的主要目的是在冶煉前進一步降低鐵水中的有害雜質(zhì)含量。有的也采取雙連法煉鋼，即首先在一個轉(zhuǎn)爐上對鐵水進行脫磷、脫硫，然后在另一個爐子內(nèi)進行冶煉。采用爐外精煉技術(shù)的主要作用是進一步調(diào)整鋼水成分和鋼水溫度，降低夾雜含量，保證出鋼時鋼水成分的精度。通常是采用 VD 法脫氣，也有采用 RH法脫氣的。這樣更有利于改善鋼的韌性。連鑄工藝在近 20年來已逐步完善，由于在連鑄時采用保護澆鑄，能有效地防止在澆鑄中鋼液被二次氧化，大大減少了鋼中的夾雜，同時還能顯著改善鋼坯表面質(zhì)量。 采取了上述冶金措施，已使鋼軌鋼的冶煉水平達到了很高的純凈度，如：碳的成分波動控制在 0． 06％ (質(zhì)量分數(shù) )左右， [H]1． 5 104％， [O]20 104％， [S]0． 015％， [P]0． 020％，硫化物夾雜長度小于 13μm，鏈狀氧化物長度小于 200μm，球狀氧化物直徑小于 13μm，我國鐵路部門曾對進口的鋼軌進行檢驗，也發(fā)現(xiàn)凡是采用鐵水預(yù)處理、爐外精煉、真空脫氣和連鑄技術(shù)的廠商，其鋼軌的實物質(zhì)量都很好，氫、氧、磷、硫含量都很低，夾雜物含量： A類夾雜物小于 1． 5級， B、 C、 D類夾雜物小于 1． 0級。特別是傳統(tǒng)工藝所固有的缺陷如幾何尺寸上的不對稱、軌高、底低寬超差等，表面存在的軋痕、劃傷、脫碳等，外觀的平直度和內(nèi)在質(zhì)量檢查的盲區(qū)等問題，嚴重困擾著鋼軌質(zhì)量的提高。以法國發(fā)明的萬能法軋制為代表的新的鋼軌生產(chǎn)工藝一經(jīng)問世，就受到各國技術(shù)部門的歡迎，從 20世紀 60年代開始，這一工藝經(jīng)歷生產(chǎn)和鐵路使用部門的多年驗證，結(jié)論是成功的、可靠的。 (2)采用連鑄大方坯，這主要是為了改善鋼坯的低倍組織。 (4)采用高壓水除鱗技術(shù)，可以最大限度地降低因氧化鐵皮所造成的軋痕等缺陷的發(fā)生。 (6)采用長尺軋制、長尺冷卻、反向預(yù)彎和長尺矯直工藝，提高成材率 ，減小矯前彎曲度和降低矯后殘余應(yīng)力，提高鋼軌的疲勞壽命。 (8)采用帶硬質(zhì)合金的鋸鉆機床對鋼軌進行端頭加工和鉆 孔 ，可以獲得高的加工精度。這種方法雖然對改善由于鋼水凝固時所形成的樹枝狀晶造成的鋼軌腿部質(zhì)量不好有一定幫助，但這種方法因其在變形過程 中的不均勻變形會造成鋼軌斷面對稱性不佳，軌高、底寬和腹高等尺寸精度不夠。 隨著日本和法國高速鐵路的建設(shè)，鐵路部門對鋼軌的斷面精度提出了更高的要求，法國鋼鐵集團的杰克廠長斯坦莫達先生在 1964年發(fā)明了鋼軌的萬能法軋制技術(shù)。經(jīng)過近四十年的生產(chǎn)實踐和研究改進，萬能法得到了進一步的完善。 日本在 1970 年購買了法國的萬能法技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上又進行了進一步的改進。在 BDl上軋 7道，在 BD2上軋 3道，在 U1El上軋 3道，在 U2E2上軋 l道，最后在 UF上軋 1道， UF是半萬能道次。 后來隨著計算機技術(shù)的進步和推廣應(yīng)用，連軋技術(shù)的成熟，使采用更少的萬能道次軋 制鋼軌成為可能，所以在 20世紀 80年代后，建廠的企業(yè)多數(shù)采用了在萬能軋機上進行連軋的技術(shù)，其布置如下： BDl+BD2+Ul+E1+UF，即在 BDl上軋 5道次，在 BD2上軋 3道次，在U1E1上軋 3道次，在 UF上軋 1道次。 美國的惠林匹茲堡廠、南非的伊斯科廠、澳大利亞的希爾廠和加拿大的悉尼廠均采用了上述工藝。軋痕是鋼軌在熱軋過程中，由于軋輥上粘有氧化鐵皮或 孔型掉肉，而在鋼軌表面形成的凹坑或凸起。軋痕可以出現(xiàn)在軋件的任何表面部位，具體軋痕形態(tài)可參見圖 415。鋼軌結(jié)疤是在冶煉澆鑄過程中，飛濺鋼液的急冷后，鑲在鋼錠、鋼坯或鋼材表面上的一種呈片狀的表面缺陷。 (3)折疊。折疊多是因孔型設(shè)計不當或軋機調(diào)整不當先造成耳子，再經(jīng)軋制將耳子壓平后形成的。 (4)耳子。耳子形態(tài)如圖 4— 16所示。底裂是指出現(xiàn)在鋼軌底部的縱向裂紋。產(chǎn)生 底裂的原因通常有兩種：一是冶煉澆鑄不正常，鑄速過快、鑄溫過低造成鋼坯表面裂紋，再經(jīng)軋制后不能焊合而在軌底形成一條縱向裂紋；二是孔型在相當于軌底部位處過度磨損形成尖棱凸起或?qū)l(wèi)板在相應(yīng)處磨損，使軋件表面完整性受到破壞而形成一種呈縱向的裂紋。 (6)縮孔。通?？s孔應(yīng)在軋制后被切除干凈。經(jīng)多次壓軋，在軌腰上縮孔多呈現(xiàn)為平行于腰部的裂紋，這種裂紋常常會擴大發(fā)展成腰劈裂。氫裂是因為冶煉及澆鑄過程不正常，造成鋼中氫含量過大，鋼坯被軋制成鋼軌后，在鋼軌內(nèi)部形成的微小散粒狀裂紋。 (8)軌頭垂直裂紋。這種裂紋或條紋常常擴展到軌頭踏面。軌頭水平裂紋是一種存在于軌頭內(nèi)部的水平漸近的平面缺陷，通常發(fā)生在距鋼軌踏面下 6． 35mm深處，在它擴 展到軌頭側(cè)面時，呈一種線性裂紋狀態(tài)。復合型裂紋是指一種發(fā)生在軌頭垂直面內(nèi)的裂紋經(jīng)向上或向下擴展后造成鋼軌與其長度方向成直角的斷裂，其斷口呈光滑、光亮或暗斑狀，但無裂紋核心。這種缺陷可能在同一支鋼軌上出現(xiàn)多次，在其斷開之前沒有任何可見缺陷出現(xiàn)，直到出現(xiàn)完全折斷。鋼軌彎曲是指鋼軌全長沿 x軸方向的均勻彎曲 (也叫旁彎 )和沿 y軸方向的均勻彎曲 (也叫上旁 )兩種，彎曲形態(tài)見圖 417。鋼軌波浪彎是指鋼軌全長或局部所出現(xiàn)的一種如水波一樣的彎曲缺陷，當這種缺陷出現(xiàn)在鋼軌全長時，稱之為“波浪彎”。波浪彎的形態(tài)見圖 418。鋼軌端頭翹彎是指出現(xiàn)在鋼軌端頭局部的一種彎曲。 (4)扭轉(zhuǎn)。 729．鋼軌常見低倍缺陷有哪些 ? 鋼軌低倍缺陷通常指鋼軌試樣經(jīng)酸腐蝕后在其全斷面內(nèi)所暴露出的經(jīng)肉眼 (或低倍放大鏡 )可見的冶金缺陷。氫裂是指鋼軌經(jīng)酸腐蝕后，出現(xiàn)在其斷面內(nèi) (通常多出現(xiàn)在頭部 )的斑點。白點是由于冶煉或澆鑄過程中脫氣不良，隨著溫度的降低，氫在鋼中溶解度變小后析出所形成的 一個個微小氣 孔 ，其形態(tài)見圖 42l。 (2)縮孔。其形態(tài)見圖 422。皮下氣泡是指鋼軌經(jīng)酸腐蝕后，在其斷面距表面很近區(qū)域內(nèi)存在類似于蟻窩樣的針狀空洞。造成這種缺陷 的原因有多種，如冶煉過程脫氣不充分；爐料、鐵合金或鋼錠模烘燒不良等。 (4)偏析。 (5)紋理。這些條紋常出現(xiàn)在鋼軌頭部、腿部或腰部中央等處。 730．鋼軌在線路上發(fā)生的常見損傷有哪些 ? 鋼軌損傷是指鋼軌在鐵路線路上、在列車和環(huán)境多種因素作用下所產(chǎn)生的宏觀破損。 孔 裂是指鋼軌在列車沖擊載荷作用下，在螺栓孔邊角處，由于存在應(yīng)力集中或其他缺陷而造成的裂紋。其形態(tài)見圖426。擦傷是指發(fā)生在鋼軌踏面的一種金屬塑 l生變形和分離缺陷。造成擦傷的原因主要是隨機車牽引力的增大，在機車啟動和制動過程中，伴 隨車輪打滑空轉(zhuǎn)或滑動，使輪軌接觸區(qū)應(yīng)力急速增大，產(chǎn)生高溫，造成鋼軌踏面局部過熱和黏著，在列車駛過后，又急速冷卻形成的金屬塑變和分離。 (3)軌底破碎。它主要發(fā)生在墊板處的軌底處，該處的軌底由于過度磨損或由于軌距螺栓造成軌底邊緣硬傷形成應(yīng)力集中后，逐漸發(fā)展成該種破碎；也有的是因軌底處存在裂紋夾雜或其他冶金缺陷所致。 (4)軌頭磨耗。軌頭磨耗 分為垂直磨耗和側(cè)面磨耗，它使鋼軌強度下降，傷損增加，它一般多出現(xiàn)在曲線外緣鋼軌的頭部。 (5)軌頭壓潰。造成軌頭壓潰的原因由于列車給予鋼軌的壓應(yīng)力和離心力，使軌頭金屬產(chǎn)生塑性流變。 (6)剝離。剝離多發(fā)生在鐵道曲線外軌上，鋼軌接觸應(yīng)力大于鋼軌屈服強度時是造成剝離的外因；鋼軌軌頭踏面存在夾雜 物是造成剝離形成的內(nèi)因。 (7)銹蝕。造成鋼軌銹蝕的誘因 主要是大氣腐蝕和電化學腐蝕。 731．鋼軌焊接缺陷有哪些 ? (1)接觸焊不良引起鋼軌斷裂 (The Rail Break After the Contact Welding Process) 接觸焊不良常常造成鋼軌焊縫端面不能完全焊合，而形成局部熔融狀表面和未熔融區(qū)，在行車中鋼軌從焊縫中發(fā)生脆斷。引起鋼軌宏觀斷裂的鑄造缺陷為結(jié)晶裂縫、夾渣、晶粒粗大。光斑是指未能焊合的這種缺陷，其斷口