贝氏体钢轨组织性能研究

➢贝氏体钢轨的硬度达到了热处理珠光体钢轨的水平
贝氏体钢轨断裂力学性能 -20℃断裂韧性满足贝氏体钢轨KIC≥40 MPam1/2的 要求。
钢种
AB1 U75V 相关标准 TB2344
疲劳裂纹扩展速率 da/dn，mm/GC
△K= 10MPa
m1/2
△K= 13.5MPa
m1/2
14.5
31.2
10.1
16 12
40 32
76 72 88 78.7
79 86 86 83.7
363 375
-
1153
1312
17. 5
54. 5 53 56 72 56 58 61
20℃
1134
1306
16. 5
55. 5
60.3
58.3
-
➢➢有 ➢贝 在 -所440-氏-0提℃2℃体0高℃冲钢11、击轨1198-韧室488性0温℃比强11的33热韧10环处55性境理达中12珠到0590仍光..了保体较55持50钢69高..着轨的较4的水2高室23平的66温4韧冲0塑击4性韧6，44性97且（5拉4约伸20强J度）有很大提高
20μm
200nm
200nm
轨头金相组织
轨头贝氏铁素体形貌 轨头贝氏铁素体形貌
(111)
(131)
(0 0 0 )
[112]r-Fe Lλ=18.2mm·A
(220)
选区电子衍射花样及标定
试样状态
未变 形
残余奥氏体含量 14.8
拉伸产生 3%
塑性变形
11.8
试样疲劳试验500万次（-40℃） 交变应力：
陈昕 鞍钢股份有限公司技术中心
前言
➢国外贝氏体钢轨的研究已经经历了数十年，国内只是 在近几年才引起钢轨生产厂家及铁路部门的重视，并在 铁路辙叉叉心的生产和使用上积累了丰富的经验
➢经过多年研究，国内外基本形成共识： 贝氏体钢轨为解决钢轨的滚动接触疲劳问题带来希望，
但耐磨性能不尽如人意
➢开发耐磨及耐接触疲劳性能都优异的贝氏体钢轨
现阶段观测结果
该路况条件下，贝氏体钢轨踏面光洁，以手接触无刺 感，未出现剥离掉块和严重斜裂纹等疲劳伤损，与珠光 体热处理钢轨相比，贝氏体钢轨具有更好的抗剥离掉块 及耐磨性能；
试铺钢轨焊接接头表现良好，使用至今未出现伤损， 说明焊接质量良好，焊接工艺及接头性能比较稳定。
该路段贝氏体钢轨的试铺和观测还将继续。
轨与普通珠光体钢轨进行了较全面的、客观的分析 结论是：贝氏体钢轨的强韧性及疲劳性能明显优于
珠光体钢轨，有益地补偿了较高的残余应力；贝氏体 钢轨不会产生轨腰劈裂。
钢轨试铺的研究 贝氏体钢轨在既有铁路线路上试铺运营至今未发现
由于残余应力而引起的钢轨失效现象。
3.贝氏体钢轨在即有铁路上应用
沈阳铁路局焊接以后在沈山线（客货混运，年通过 总重约1亿吨）上试铺，铺设了两个试验段（曲线半 径分别为950m、600m），其中一个试验段已经过 了2年8个月的考验（两个冬季，最低环境温度达25℃），该区间由于大修换轨已经下道，计划再次铺 设使用，另一个试验段的钢轨仍在使用
轨底部位 350 342 317 343 ≤250
贝氏体钢轨残余应力的检定部位为轨底中心，轨底 中心的残余拉应力最高达350MPa，超过了现行珠光 体钢轨技术条件的要求。
控制贝氏体钢轨矫前弯曲度的研究 降低贝氏体钢轨的矫前弯曲度，贝氏体钢轨的残余
应力并没有明显降低 落锤性能的研究
残余应力对贝氏体钢轨的落锤性能未造成影响
哈局工务处决定推广这种辙叉，截止2007年8月该厂 已生产贝氏体翼轨锻焊辙叉400余组，除供局内使用外 还销往其它铁路局。
模拟钢轨轨底疲劳受力状态的研究 试验条件：
➢疲劳交变应力为±280MPa +350MPa ➢试验温度-40℃ ➢经500万次试验 试验结果： ➢试样完好无损 ➢试验后进行的残余奥氏体检验表明:残余奥氏体量与 试验前相比基本未发生转变 ➢贝氏体钢轨在铁路营运状态下组织中残余奥氏体基 本能够保持稳定
铁科院相关研究 铁科院就所掌握的有关残余应力的资料对贝氏体钢
线路上的贝氏体钢轨 线路上贝氏体钢轨焊接接头
哈局齐齐哈尔工务机械厂2005年底开始采用鞍钢生 产的贝氏体钢轨加工锻焊辙叉翼轨，现场观测表明，用 贝氏体钢轨加工翼轨的锻焊辙叉，翼轨的耐磨性能明显 提高，由于翼轨耐磨性的提高，有效减缓了叉心的磨损， 使辙叉的整体寿命明显提高。
该厂最早生产的第一批两组辙叉经1年半的铺设试验 时，通过总重已达1.6亿吨，当时专家预计还能使用12 个月，即预计使用寿命可达两年半（过去同一地点的锰 钢辙叉一年内要更换3-4次）。
20℃)
≥40
钢轨的特点： 强度级别达到淬火珠光体钢轨的水平，屈强比较高， 强韧性匹配比较好，韧塑性优于珠光体钢轨。
钢轨力学性能
试验 温度
Baidu Nhomakorabea
拉伸性能（轨头）
RP0.2 N/m m2
Rm N/m m2
A %
Z %
冲击韧性Aku，J
轨头 纵向
轨腰 横向
轨头踏面 硬度 HB
室温
1100 1070
1270 1250
±280MPa+350MPa
14.4
采用磁性法定量分析钢轨组织中的残余奥氏体量， 试样经3%塑性变形后残余奥氏体含量比拉伸前减少 了3%，说明未变形组织中20%的残余奥氏体发生了 转变
贝氏体钢轨性能指标
牌号
Rp0.2 N/mm2
Rm N/mm2
A %
AB1 ≥900 ≥1180 ≥12
KIC平均值 MPa m1/2(-
24.0
≤17
≤55
断裂韧性KIC，MPam1/2
室温
-20℃
-40℃
min av min av min av
68. 4
70.2 51.5
52.9
42. 6
43.2
35. 4
37.8 30.0 35.5
≥26 ≥29
2.贝氏体钢轨的残余应力及其研究
熔炼号 6D3117 6D4790 5D6857* 5D6857* 现行珠光体钢轨的技术要求
➢ 贝氏体钢轨组织及力学性能研究 ➢ 贝氏体钢轨的残余应力及其研究 ➢ 贝氏体钢轨在即有铁路上应用
1.贝氏体钢轨组织及力学性能研究
化学成分：C-Si-Mn-Mo合金系 钢轨组织研究 ➢组 织：无碳化物贝氏体 ➢透射电子显微镜观察：贝氏铁素体+（M-A）岛， 贝氏铁素体大多呈板条特征，所占比例在80%以上， 利用薄膜法和萃取复型的方法观察，均未发现任何形 式的碳化物。 ➢场发射透射电镜FEM-TEM（JEM-2010F）观察： 板条之间的组织形貌及衍射花样，确认板条之间的组 织是残余奥氏体。