热轧钢轨中残余应力的测试与分析

通过对热轧钢轨中残余应力测试和评定方法的比较,以及对国产和进口钢轨的残余应力进行测试和分析,找出国产热轧钢轨在残余应力控制方面与国外钢轨存在的差距。根据影响热轧钢轨残余应力的因素,提出降低和优化钢轨中残余应力的措施。     

基于技术标准的钢轨残余应力测试与分析

在分析钢轨中残余应力产生原因的基础上,比较国内外相关标准对残余应力的评估和测试方法。通过测试近几年国内外不同类型钢轨中的残余应力,包括热轧U71Mn,U75V和U77Mn Cr钢轨,在线热处理钢轨,离线热处理钢轨,贝氏体钢轨以及进口热轧U75V钢轨等,分析残余应力测试结果,总结各种类型钢轨中残余应力的分布特点,探讨减小钢轨中残余应力的方法和途径。     

钢轨循环滚动接触过程残余应力-应变的变化规律研究

钢轨残余应力包括钢轨生产残余应力和轮轨循环滚动接触所产生的残余应力,两种残余应力共同决定了在役钢轨的损伤形式。提出了一种引入钢轨生产残余应力的有限元方法,采用Chaboche循环塑性本构模型,在接触表面施加循环移动的Kalker三维非赫兹接触法向、切向力和横向分布力模拟车轮运动,建立了曲线通过钢轨循环滚动接触有限元模型,并对钢轨循环滚动接触过程中残余应力-应变的变化规律进行研究。结果表明:随循环滚动次数的增加,钢轨生产残余应力很快重新分布并逐渐趋于稳定,而残余切应变则呈现近似线性增加;钢轨纵向残余应力和残余等效塑性应变随曲线半径的增加在数值上均逐渐减小、随摩擦系数的增加而逐渐增大、随纵向蠕滑率的增加而先增大后减小。     

钢轨内残余应力的危害及评价方法

钢轨内的残余应力的大小和分布将直接影响钢轨的使用性能。本文从钢轨的生产工艺入手，分析了钢轨内残余应力的产生原因和危害，并介绍了钢轨内残余应力的评价方法。     

钢轨中的残余应力

概述了钢轨中残余应力的产生原因、分布形态以及对钢轨使用性能的影响,同时简要介绍了测量钢轨中残余应力的几种常用方法.     

钢轨轨底残余应力限定值的研究

热轧钢轨中轨底残余拉应力的存在对钢轨性能有很大的影响，因而对轨底最大残余应力加以限定是非常必要的。通过对国产不同轨型、不同钢种和不同钢厂生产的钢轨残余应力分布状况的测定和分析，以及参考国外钢轨相关标准，建议目前国产钢轨轨底残余拉应力限定值最好小于200MPa。     

钢轨螺栓孔冷扩张后的残余应力分析

针对钢轨螺栓孔冷扩张过程，总结了相关的残余应力预测理论模型和研究结果，给出了一种基于冷扩张过程中应变场测量的半理论半实验应力分析方法，结合磁弹法和应力释放法，从实验的角度，测量并分析了钢轨螺栓孔冷扩张后残余应力场的大小、分布规律，建立了钢轨螺栓孔冷扩张后残余应力场的大小、分布与扩孔率的关系，为制定钢轨螺栓孔冷扩张工艺提供了依据。     

钢轨螺栓孔冷扩张对疲劳寿命的影响

建立了基于钢轨螺栓孔残余应力分布规律的局部应变，并考虑残余应力衰减的疲劳裂纹萌生寿命预测模型。分析了冷扩张对疲劳裂纹尖端应力强度因子分布的影响。结果实验探讨了冷扩张过程对钢轨螺栓孔疲劳寿命的影响方式和效果。结果表明，冷扩张过程所引入的切向残余压应力能保持足够的强度，以对钢轨螺栓孔到显著的防裂和止裂作用。     

钢轨轨腰水平脆断敏感性评定

通过采用锯切口法测定了几种进口高强度钢轨轨腰残余应力，阐述了残余应力对轨腰水平脆断的影响。并以切口尖端应力强度因子Ｋ１和轨腰材料断裂韧性Ｋ１作为判据，对这些钢轨轨腰脆断敏感性进行了评定。     

在线热处理贝氏体钢轨三维残余应力研究

采用锯切应变片法与X射线衍射法,对75 m定尺在线热处理贝氏体钢轨全断面三维残余应力进行表征,研究两种残余应力测量方法的适用范围.结果表明:通过两种方法测得的钢轨头部、中部、尾部纵向残余应力分布规律基本一致,均呈C形分布,即轨头和轨底为残余拉应力,轨腰为残余压应力;轨头轨面下30 mm深度范围内为纵向残余拉应力;内部残...     

贝氏体钢轨闪光焊接技术的研究

贝氏体钢轨闪光焊的焊接性与材质中Mn和Si含量成反比,降低Mn和Si含量有利于改善钢轨的焊接性,提高焊缝韧性和接头落锤强度。贝氏体钢轨焊缝及热影响区出现的主要缺陷为过热区带状成分偏析、过热区奥氏体晶界成分偏析和焊缝夹杂物(灰斑)缺陷,并与Mn含量密切相关,这些缺陷对接头韧性会产生较大的负面影响。但贝氏体钢轨总体力学性能与珠光体钢轨相当,其中接头拉伸强度、硬度和疲劳强度高于珠光体钢轨。贝氏体钢轨焊接热影响区空冷处理后出现马氏体组织是造成焊缝和过热区存在较高残余应力的主要原因,该残余应力降低了接头的滚动接触疲劳强度,使得部分接头容易出现焊缝水平裂纹。对接头进行500℃,3～5 min的回火热处理可以降低残余应力。现场应用表明,完善回火工艺可大幅度降低焊缝水平裂纹的出现。     

表面选区强化对钢轨波磨处轮轨滚动接触行为的影响

层流等离子体表面强化技术可大幅提高钢轨表面的硬度和耐磨性。为了揭示强化处理对轮轨滚动接触行为的影响,建立同时考虑钢轨表面选区强化和短波波磨的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,数值计算了车轮高速滚过一个波磨周期的轮轨力、接触斑黏滑分布和残余应力应变。对比发现:表面选区强化对轮轨力和接触斑黏滑分布的影响较小,不影响钢轨承载性能;对钢轨表面残余应力应变分布的影响明显,残余应力主要集中在屈服强度较高的强化斑内而残余应变主要集中在韧性较好的基体材料上,表面选区强化有效结合了强化斑和基体材料的力学性能,形成了一种强韧的良好匹配。结果可为现场生产服务提供一定的理论指导和应用参考。     

提高钢轨工厂焊接接头可靠性的研究

通过对影响钢轨焊接接头可靠性因素的分析,找出了焊接工艺过程中产生缺陷的原因,提出了消除应力集中点,减少和消除焊接过程中残余应力的控制措施,通过研发国内首创的轨腰焊缝自动化打磨机、轨底焊缝自动化打磨机和预拱度控制装置等设备,消除或减少了焊接过程中的残余应力和微细裂纹,减少了应力集中点,对于提高钢轨工厂焊接接头可靠性有显著效果。     

进口钢轨中马氏体组织的行为研究

通过对进口钢轨中马氏体组织的存在及其在使用中危害的分析，论述了马氏体组织存在的因素、确认方法、材质性能、残余应力等问题，并由此提出钢轨中马氏体组织是可以避免的理论依据及实践经验。从而进一步提出避免钢轨中马氏体组织的工艺措施和清除钢轨马氏体组织的有效途径———回火热处理     

大秦铁路重车线U78CrV钢轨锈蚀断裂原因分析

针对大秦铁路重车线U78CrV钢轨锈蚀断裂的问题,分析了钢轨锈蚀的原因,然后对不同材质钢轨的耐蚀及抗断裂性能进行试验研究,对钢轨断裂原因进行了探讨。试验结果表明:隧道漏水会导致局部钢轨轨底锈蚀;冬季使用含有Cl-的防冻液则会加剧钢轨的锈蚀;曾出现过断轨的U78CrV钢轨和其他材质钢轨相比有着相对较差的耐应力腐蚀性能及抗断裂性能;钢轨轨底在环境因素的影响下发生锈蚀并形成锈蚀坑,在钢轨内部拉应力(温度应力及残余应力)以及大轴重列车通过钢轨时产生的动弯曲应力的作用下,轨底锈蚀坑会成为应力集中点而形成裂纹源,当钢轨材质抗断裂性能不足时裂纹扩展较快,最终导致断裂。     

钢轨螺栓孔冷扩张过程弹塑性分析及其模拟计算

对钢轨螺栓孔冷扩张过程进行了弹塑性力学分析。通过简化的无限大平板的单孔模型的弹塑性理论计算，得出了冷扩张后的残余应力分布情况，证实冷扩张确实可产生预加压应力。为确定合适的扩孔率，分析多孔同时扩孔时塑性区的相互影响，建立了基于实际钢轨扩孔条件的轨端弹塑性有限元分析模型，对冷扩张过程的钢轨螺栓孔周边应力及变形情况进行了模拟计算。并结合对钢轨螺栓孔冷扩张及其加工过程的分析，考虑实测的钢轨螺栓孔没扩孔前的     

国产PD3钢轨与进口钢轨材质性能的对比研究

按照"时速200km客运专线60kg·m-1钢轨暂行技术条件"的要求,UIC900A、攀钢PD3及鞍钢PD3的钢轨材质性能进行对比研究。结果表明,三种钢轨的化学成分,H,O含量,非金属夹杂物,低倍及显微组织、断裂韧性、裂纹扩展速率、拉压疲劳以及轨底残余应力均符合"暂行技术条件"的要求。力学性能指标超过规定值,鞍钢、攀钢产PD3轨的KIC基本相当,而UIC900A钢轨的低温KIC稍高于国产PD3钢轨;PD3轨钢的拉压疲劳极限比UIC900A高出约5%;攀钢PD3钢轨轨底残余应力较鞍钢PD3钢轨略高,而UIC900A钢轨最低。另外,进口钢轨的脱碳层深度较浅,攀钢钢轨脱碳层较为稳定,而鞍钢钢轨脱碳层有的炉次超过了"暂行技术条件"的规定。     

超声波应力检测在铁路工业中的应用

介绍便携式超声波应力检测仪的工作原理及使用效果。由于该检测仪可在使用现场准确而快捷地测试车轮及钢轨的内应力，及时发现导致车轮及钢轨破损的残余应力，从而在提高行车安全上发挥重要作用。该仪器已在美国，欧洲及日本等地使用。     

典型生产工艺对无碳化物贝氏体钢轨组织与性能的影响

基于矫直、回火和在线热处理3种典型钢轨生产工艺,采用不同工艺组合工业试制5种无碳化物贝氏体钢轨;基于扫描电子显微镜、透射电子显微镜、背散射电子衍射法和X射线衍射法,分析无碳化物贝氏体钢轨的微观组织;采用布氏硬度、单轴拉伸、锯切应变片法、冲击韧性、断裂韧性和疲劳裂纹扩展速度测试等试验,研究典型生产工艺对无碳化物贝氏体钢轨组织和力学性能的影响。结果表明:矫直使无碳化物贝氏体钢轨中的残余奥氏体体积分数自12.44%降至10.6%,有利于促进亚稳态残余奥氏体的转变;回火稳定残余奥氏体,提升冲击韧性20%以上;在线热处理降低残余奥氏体体积分数,提高屈服强度19%以上,尤其能提高抗拉强度和冲击韧性,对轨底残余应力的影响不大。据此,为了综合提升无碳化物贝氏体钢轨的耐磨性和抗接触疲劳性能,在提高屈服强度和抗拉强度的同时增大残余奥氏体体积分数,以提升加工硬化能力和塑性。     

包钢连铸钢轨落锤断裂原因分析

包钢首批用连铸坯生产的75kg·m-1BNbRE钢轨进行接触焊试验时,出现母材落锤检验不合格。对该批钢轨进行较为全面的性能检验,包括成品钢轨化学成分,氢、氧、氮含量及残留元素复验,拉伸、冲击试验,轨头踏面中心线硬度试验,金相组织、奥氏体晶粒度、非金属夹杂物、低倍组织、脱碳层检验,断裂韧性试验,残余应力测定,落锤试验等。对落锤断裂的原因进行分析讨论。试验结果表明,该批钢轨的材质性能基本合格,成品钢轨轨底残余应力过大是落锤不合格的重要原因之一,而部分炉号钢轨韧塑性能偏低、表面有矫痕等也是影响因素之一。