PD3 钢轨生产中的损伤

王清泰针对攀钢PD3 钢轨在大生产初期出现的钢轨矫段、钢坯断裂及钢坯过烧问题，运用宏观观察和金相方法，分析了材料失效的主要原因。认为是:

(1)钢轨表面结疤和冷伤缺口以及擦伤产生的淬火马氏体是钢轨矫段的主要原因。减少各种表面缺陷和严重冷擦伤，可以有效地减少钢轨矫段。

(2)钢坯断裂是钢坯经火焰清理产生的淬火马氏体。在后来的钢坯运输过程中所处位置受到过大弯曲拉应力的结果，确保清理温度和避免钢坯受过大拉应力，可减少钢坯断裂。此外，提高钢坯表面质量，减少清理面积，也能减少钢坯断裂的隐患。

(3)钢坯过烧，主要是轧前的加热操作不适当造成。减少PD3 钢坯过烧的方法，是比U71Mn 更严格控制加热温度和在高温下的停留时间。

PD2 钢轨的损伤

李建萍等 针对PD2 钢轨在实际使用过程中出现的损坏开裂情况，对不同炉号、不同服役道路位置的钢轨进行了宏观和微观的全面检测和分析。发现PD2 钢轨表面损伤情况主要呈现为多处人字型伤损，两个人字型伤损距离大小约为55 ～150 mm ，单个人字型伤损大约为60 mm ×30 mm×11 mm(长×宽×深)。出现这种损伤的原因是PD2 钢轨的最终组织中含有硬度偏低组织———索氏体组织，钢轨的硬度平均值为HB 311 ，低于GB2585-81 国际规定硬度值HB 390 ，造成了钢轨材料的抗拉强度σb 性能下降，从而降低了钢轨的疲劳极限σ-1 ；另外，钢轨表面的晶粒变形严重，其晶粒已呈纤维状，造成钢轨横向力学性能下降，即钢轨承受主应力方向力学性能变坏。

钢轨断裂

2001 年7 月，在黔桂线K9 595 m 处一钢轨突然发生横向断裂。该钢轨为U71Mn 60 kg/m ，25 m 螺栓孔定尺轨，于1999 年12 月铺设在线路上使用至断裂共服役19 个月，断裂位置距轨端2.82 m 。

邓建辉等采用电子显微镜和光学显微镜对该钢轨进行了宏、微观检验。结果表明，钢轨断裂起源于轨底一侧轨脚外伤缺陷处，造成该钢轨断裂的原因是钢轨一侧轨脚的外伤缺陷及其马氏体和莱氏体组织。

钢轨裂缝

柳州铁路局在进行钢轨线路焊接打磨时，发现一支U71Mn 60 kg/m 钢轨端面轨底脚部位有一严重裂缝缺陷，邓建辉经研究认为，钢轨中的空洞型裂缝是与钢轨表面不相通的封闭型缺陷，是铸锭时保护渣卷入钢水中形成的大型夹渣所造成的。由于钢轨内部轨底脚边沿属现行超声波探伤盲区，探伤检测难以发现；但这类缺陷危害极大，严重危及行车安全。因此对目前的超声波探伤方法应进行改进，在轨底脚部位设置探头，以避免探伤检测出现漏检。

钢轨使用后的表层组织与性能

钢轨投入使用后，在钢轨表面和车轮接触部位呈现出肉眼可见的白色，该白色部位在侵蚀剂中不受侵蚀，故称为白层。对白层的形成原因目前还没有定论。一种观点认为白层的形成是高速列车区间由于车轮在钢轨踏面上打滑而造成的，但在极少发生打滑区段的钢轨表面同样存在白层。另一研究认为，高速列车区间钢轨表面形成白层，其组织为纳米结构等。

赵秀娟等通过对使用后的U74 钢轨表面形成的白层组织进行分析表明，运行约3 年的钢轨，由表面至心部显微组织变化为:第一层为白层(约40～ 70 μm)；第二层为珠光体变形层(约65 ～ 90μm)；第三层为珠光体未变形硬化层(约130 μm)；白层显微硬度在距表面40 μm 处，硬度最高约达800 HV ，比心部硬度高2 倍多。通过X 射线衍射、透射电镜形貌和选区电子衍射分析，确认白层的组织为过饱和碳的单相的α-Fe 、晶粒显著细化，有纳米级晶粒形成，约40 nm(衍射花样为球状)。

国外学者对钢轨滚动接触疲劳的认识

2000 年底至2001 年初大面积钢轨滚动接触疲劳引起了英国铁路断线。对此，英国皇家工程院院士史密斯认为，钢轨滚动接触疲劳由三部分组成:轮轨接触面表面引起的初级裂纹；由接触应力场引起的浅脚裂缝的发展；钢轨内部深层次大面积的应力场裂缝的延伸。这三个因素在转换时就产生了开裂的可能。另外自然磨耗或打磨产生的磨耗也可能促进裂纹的发展。

其他钢轨损伤情况调查

1 　宝兰二线钢轨波浪弯曲情况

2002 年6 月发现铺设于宝兰二线的包钢产U74 60 kg/m 钢轨淬火后经过半年多运营，出现大量波浪弯曲，波长周期没有规律性。目测有波浪弯曲钢轨2192 支，占目测钢轨的37.17 %。

2 　发现的其他线路钢轨波浪状弯曲伤损状况

(1)上局苏州工务段沪宁线下行K59 处铺设使用的PD3 钢轨，在运营初期出现钢轨的周期性垂直弯曲，造成线路不平顺。

(2)广深准高速铁路使用U71Mn 钢轨段，自开通运营以来钢轨波浪状不平顺较为严重。

(3)郑州铁路局京广线使用同一钢厂生产的PD3 钢轨，在低速时未发现异常，但自1999 年快速列车开行后，发现钢轨轨面呈明显的波浪状不平顺。

(4)青岛工务段1998 、1999 年铺设的U74 60kg/m 钢轨部分路段，在运营短时间内并没有发现明显的波浪弯曲。1999 年7 月检查时发现钢轨有明显的波浪弯曲。随着列车的提速，这种波浪弯曲表现愈来愈明显。

(5)2001 年秦沈客运专线综合试验段，在铺设攀钢和鞍钢PD3 钢轨试验段，年检发现钢轨有3 m 左右的周期性不平顺，而对法国钢轨试验段区间检查未发现3 m 左右的周期性不平顺 。