重载铁路60kg·m~(-1)贝氏体钢轨试验及应用

为开发适应重载铁路发展和应用的高强高韧高耐磨钢轨,在对60 kg·m~(-1)贝氏体钢轨进行试制的基础上,利用蔡司倒置式光学显微镜、透射电镜及静态液压万能试验机,对钢轨母材和焊接接头的组织性能进行检验,并对钢轨和道岔辙叉翼轨、尖轨进行试铺,系统分析强韧和耐磨性能。结果表明:60 kg·m~(-1)贝氏体钢轨的母材组织均匀,基体为无碳化物贝氏体,存在少量稳定残余奥氏体和M/A组织,硬度较高,耐磨性良好,具有良好的强韧性匹配;焊接接头组织均匀,性能良好;铺设在重载线路曲线段的贝氏体钢轨服役时间达48个月、通过总重近6亿吨时,其使用寿命比珠光体钢轨提高1倍以上,道岔辙叉翼轨和尖轨的使用寿命比U75V钢轨提高3～4倍,且均未出现重伤问题,贝氏体钢轨还具有较强的抗剥离掉块能力。     

开发贝氏体钢轨的可行性研究

高速重载铁路对路轨提出更加严格的要求，而我国现使用的钢轨抗拉强度最高为１１００ＭＰａ，已不能完全满足实际需要，开发研制新一代钢轨迫在眉睫。我国使用的钢轨一般为珠光体钢轨，其机械性能开发将近极限，尽快开发贝氏体钢轨将填补这方面的空白。１国内外贝氏体钢研...     

高强耐磨贝氏体道岔尖轨的研制

在贝氏体钢轨及贝氏体辙叉研究的基础上,通过成分选择、精炼、精轧及稳定化处理,制成60AT贝氏体钢轨,再加工成贝氏体道岔尖轨。通过对60 AT贝氏体钢轨以及异型钢轨性能的检验可知:60 AT贝氏体钢轨以及异型钢轨全断面抗拉强度、屈服强度和伸长率等均达到相关标准规定的要求,并且强韧性配合非常好;贝氏体道岔尖轨强韧性指标明显地优于珠光体道岔尖轨,同时不需要进行淬火处理,就可以保证全断面具有高且均匀的硬度。通过大秦线的铺设试验可知:贝氏体道岔尖轨无严重的剥离掉块等疲劳伤损;耐磨性能相比珠光体尖轨具有明显优势,使用寿命约为珠光体道岔尖轨的2倍。     

30t轴重重载铁路钢轨轨型和材质对比试验

在某重载铁路铺设不同轨型、不同廓形、不同材质计8种组合的钢轨,通过实测和仿真,从轮轨接触几何关系、轨道结构动力学、货车动力学性能和钢轨使用性能等方面进行对比试验,对钢轨的廓形、轨型、材质进行分析和比选,提出30t轴重重载铁路的用轨策略。结果表明:与标准型面LM车轮接触时,60钢轨的轮轨接触光带偏向于轨距角一侧,60N和75N钢轨的则移向踏面中心部位,且轮轨接触应力显著降低;与实测廓形60,60N和75N钢轨接触时,车轮的等效锥度分别为与标准廓形75N钢轨接触的1.35~1.5,0.77~0.86和0.94~1倍;在8 000和12 000t载重条件下,60N和75N钢轨对轨道结构动力学指标的影响基本相当,60钢轨最大;3种廓形钢轨对货车动力学指标的影响不显著。建议在30t轴重重载铁路上,选用轨型为75kg·m~(-1)、廓形为75N的钢轨,在直线线路上铺设980 MPa级及以上、曲线线路上铺设1 300 MPa级及以上强度等级的钢轨,在小半径曲线且伤损形式以滚动接触疲劳为主的线路上可推广使用贝氏体钢轨。     

重载铁路固定辙叉区轮轨瞬态滚动接触行为分析

固定辙叉有害空间造成的轨线不连续及结构不平顺大幅加剧车辆与辙叉间的动态相互作用,进而引起道岔伤损劣化加剧及服役寿命缩短。以重载铁路12号固定辙叉为研究对象,基于显式积分算法,建立考虑材料弹塑性及轮轨真实几何廓形的车轮-辙叉三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,研究不同运营速度下车轮不同方向通过时车轮与固定辙叉动态相互作用及轮轨接触行为,详细分析轮载过渡区内辙叉钢轨应力、应变大小及分布规律,结合材料安定图及疲劳指数对轮轨接触疲劳伤损特性进行分析,得到了钢轨滚动接触疲劳伤损易发区域为心轨断面顶宽20～30 mm,与现场固定辙叉疲劳裂纹发生位置基本一致。所建立的模型及研究结论能够为固定辙叉结构优化及疲劳寿命预测提供理论支撑。     

轴重25t重载辙叉使用寿命延长技术

固定型辙叉是我国重载铁路轨道结构中的常用形式,具有结构简单、性能可靠、造价低等特点,但此类型辙叉轮轨冲击耐受性能较差,钢轨表面接触疲劳伤损和磨耗发展迅速,辙叉寿命较短。理论分析表明将心轨加宽可以延长辙叉寿命。试制心轨加宽辙叉,并在现场试铺。观测结果表明:采用心轨加宽技术可保证轮对安全通过辙叉区;与既有辙叉结构相比,心轨加宽后辙叉寿命可延长一倍以上。因此,心轨加宽措施可有效延长重载辙叉寿命,具有推广价值。     

焊接辙叉结构设计和焊接工艺

贝氏体钢焊接辙叉具有高强度和高韧性,良好的可焊性、热加工和切削性能,以及良好的耐磨性和接触疲劳性能。辙叉结构中设计的轻型间隔铁,保证了拼装辙叉的整体性,便于安装铺设,从根本上消除了嵌入式或拼接式合金钢辙叉心轨产生的接缝病害。     

大秦线75kg/m钢轨18号道岔可动心轨辙叉改造方案研究

随着重载铁路运量的增大,道岔区可动心轨辙叉养护维修工作量增大、使用寿命缩短。为了适应重载铁路运输的需求,将原18号可动心轨道岔更换为拼装式固定型辙叉,辙叉采用全贝氏体钢轨加工,现场改造方案中道岔的转辙器和导曲线部分不作改动,道岔扣件系统不作改动,改造过程中护轨垫板、胶垫、弹条等能够利用的部件尽量使用,只将可动心轨辙叉更换为固定型辙叉,试铺8个多月,通过总重达到3.01亿t,说明该改造方案可行。     

重载铁路高强钢轨的试验研究

为延长大秦重载铁路钢轨的使用寿命,研制适应重载铁路的高强钢轨。通过对高强钢轨的性能、热处理和焊接以及选用的新钢轨服役行为进行分析,结果表明,新钢种中加入合金元素Cr,可以提高轨钢的强度,推迟珠光体转变时间,使钢轨既易于热处理,又节省能源和降低成本,而且钢轨强度的提高还增加了曲线钢轨的耐磨性能和耐伤损能力;提高轨钢的纯净度,可增加钢轨的抗疲劳性能,延长钢轨的使用寿命;重载铁路曲线下股应铺设热处理钢轨;铺设新钢种PG4和U77MnCr的线路,钢轨打磨时间可延长至通过总重4亿t,而铺设U75V钢轨的线路在通过总重6000万t后就需打磨1次,才能有效抑制轨面剥离的产生和发展。新钢轨的综合使用性能良好,适合在重载铁路上使用。     

重载铁路道岔研究

重载铁路是我国铁路建设的又一发展方向,道岔作为铁路线路的关键设备,起着极为重要的作用.通过对我国重载铁路道岔实地调研,分析病害原因,从尖轨、辙叉、钢轨强化等方面介绍我国重载铁路道岔新技术的研究.     

辙叉与钢轨间采用奥氏体钢过渡的闪光焊工艺和设备

道岔相关技术是高速铁路关键技术之一。为提高铁路辙叉的使用寿命,采取了将辙叉和与之连接的钢轨焊连在一起的形式,取代了接头原有的螺栓连接。乌克兰国家科学院巴顿电焊研究所开展了相关研究,研发出了辙叉与钢轨焊接的连续闪光对焊设备,同时,开发了高锰钢辙叉心与普通钢轨之间插入奥氏体钢过渡段的脉动闪光焊接工艺,焊接接头不需要采取后续热处理即可达到相关要求。     

信息精萃

我国铁路建设用钢增长空间可观“十一五”期间,我国铁路运输的发展方向是重点建设客运专线、城际轨道交通、煤运通道,初步形成快速客运和煤炭运输网络;扩展西部地区路网,强化中部地区路网,完善东部地区路网;加强集装箱运输系统和主要客货枢纽建设。按照《中长期铁路网规划》,新建和既有线改造将增建线路正线延展长度6.5万km,加上站线,总长度约7.8万km,铁路建设需用钢轨约950万t,平均每年铁路建设用钢轨需60万t以上;铁路建设和大修用道岔的钢轨数量将达到约15万t/年;铁路大修维修用轨近几年的用量比较稳定,在80万t/年左右。考虑提速后线路磨…     

探讨重载铁路的运输组织及线路加强模式

研究目的：对铁路重载的两个重要方面——运输组织和既有线路加强进行分析探讨,力求概括总结出适合我国国情的一般模式,提出切实有效的方案. 研究方法：主要结合参与研究的我国大秦线、北同蒲线两条重载铁路的经验,列举已实施的案例,提炼出共性的特征,求证总结出重载铁路运输组织和线路加强可能的几种模式. 研究结果：根据重载铁路以煤炭运输为主的运输特点,运输组织应重点抓好重载列车的装车、运输、卸车及车辆回空、机车运用等各个环节;线路方面应对轨道、路基、桥涵采取适当有效的加强方式. 研究结论：本文根据重载线路的不同运输特点,提出重载铁路运输组织方式.在提高列车重量方面,应达到5 000 t、10 000 t、20 000 t;在装卸车组织方面,减少技术作业站的集结和分解时间,采用直接过翻车机整列卸车的循环拉运方式;技术作业站和中间站到发线长度应满足重载要求;采用客货分线.线路加强模式为采用无缝线路、高强度高质量的轨枕和钢轨、治理路基和桥涵病害、改建地段采用较高标准等措施.     

贝氏体钢轨在道岔中的应用与加工研究

对贝氏体钢轨组织及性能的稳定性等进行了全面的分析,重点对贝氏体钢轨的化学成分、机械性能、金相组织、氢氧含量、拉伸及冲击、硬度和实物疲劳方面进行研究,对高强度低碳贝氏体钢尖轨的跟端锻造、热处理方法等关键的工艺过程进行了研究。通过对同蒲和大秦重载线上道的试验结果证明,贝氏体钢尖轨轨头各项性能指标明显优于珠光体钢尖轨,贝氏体钢尖轨的使用寿命比原来铺设的珠光体钢尖轨提高3倍。由此可见,贝氏体尖轨是道岔尖轨的发展方向。     

贝氏体钢辙叉与珠光体钢车轮间磨损规律试验研究

为提高铁路道岔辙叉综合性能,在干摩擦条件下研究贝氏体钢辙叉与珠光体钢车轮间摩擦磨损规律.试验证明,循环次数、接触荷载、摩擦副的基体组织都会影响材料表面磨损形貌,在干摩擦中主要以粘着磨损、氧化磨损和磨粒磨损为主.珠光体组织状态下的试样基本以粘着磨损为主,随着循环次数和接触载荷的增加,会出现氧化物粘附的情况;贝氏体组织状态...     

大准铁路钢轨伤损焊补技术的研究与应用

大准铁路是我国主要的货运线路之一,随着运量的不断增加,其钢轨出现了不同程度的伤损。传统的焊补技术存在效率较低、焊接后钢轨质量不稳定等缺点。本文介绍了钢轨快速焊补技术,该技术在大准铁路上得到了广泛应用。通过长期的在线检验发现,采取快速焊补工艺修复的钢轨、辙叉、尖轨能够使用1～5年时间,且使用情况良好,能够保证铁路行车安全。与直接更换钢轨相比,钢轨焊补技术具有明显的经济效益,建议在重载铁路予以推广应用。     

30t轴重重载道岔合金钢组合辙叉应力分析

基于有限元法建立弹性基底约束条件下30 t轴重重载道岔合金钢组合辙叉结构的轮轨接触耦合计算模型,对重载铁路道岔中典型的12号和18号合金钢组合辙叉,分别取3个特征位置进行钢轨应力和轮轨接触应力计算分析。结果表明:模型中辙叉受力与实际情况一致;2种辙叉计算结果一致;翼轨、心轨上的应力最大值分别发生在咽喉区、心轨顶宽20 mm处;考虑到顶宽20 mm处心轨的钢轨应力超出合金钢强度极限,建议对该处进行适当加强,并调整翼轨与心轨相对位置以减小心轨承载比例;由于心轨顶宽不足,轮轨接触面积过小导致顶宽20 mm处心轨承担过大的接触应力。     

重载铁路用U77MnCr钢轨的试验研究

研究目的:含Cr低合金钢轨在国外重载铁路已得到了成功应用,而我国重载铁路在含Cr低合金钢轨使用方面还是一个空白.本文对U77MnCr钢轨的母材性能、焊接性能进行试验研究,并跟踪研究其在重载铁路上铺设的使用情况.研究结论:U77MnCr钢轨母材材质具有很好的纯净度和良好的强韧性,适合铺设在重载铁路的直线地段;U77MnCr钢轨不含贵重的钒合金,只加入较便宜的0.25%～0.40%的铬合金,强塑性较好,具有很好的性价比;U77MnCr钢轨母材具有良好的焊接性能,焊接接头具有自硬化性能,正火后无需进行喷风冷却,轨顶面的硬度就可与母材的硬度匹配;U77MnCr钢轨具有良好的抗接触疲劳伤损能力和焊接性能,对提高重载铁路钢轨使用寿命有一定的作用.     

30 t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究

论述国外重载铁路钢轨技术体系及标准,分析我国重载铁路钢轨使用现状,开展30t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究.针对轨型/单重研究、轨头廓形优化及新廓形75N钢轨的研发、重载铁路用新钢种钢轨研究、维修养护策略研究、30t轴重钢轨的选用、重载铁路钢轨标准研究进行分析,提出30t轴重铁路钢轨使用单重75 kg/m钢轨,直线铺设钢轨强度等级为980 MPa或1080 MPa,曲线铺设钢轨强度等级为1300MPa及以上;钢轨廓形选用新廓形75N钢轨廓面.建议设置试验段,对技术体系进行试验验证.     

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。