钢轨的化学成分和机械性能 4页

钢轨的化学成分和机械性能（一）钢轨的化学成分**钢轨的组织与性能，主要取决于它的化学成分。合适的化学成分是保证钢轨质量，提高钢轨的机械性能的主要因素之一，而钢材冶金过程中难以除去的有害元素，又对钢材性能产生不良的影响，表2－11是钢轨中除铁以外的主要化学元素和作用。为了进一步改善钢轨的机械性能，冶金部门开发了微合金轨，即在碳素钢中加入铬（Cr）可提高钢的强度、硬度、耐磨性、淬透性和耐磨蚀性；加入钒（V）可提高钢的强度、耐磨性和淬透性，改善钢的塑性和韧性；加入钛（Ti）可细化钢的晶粒，提高强度，改善韧性；加入稀土可细化有害的非金属杂质的粒径，改善钢的耐磨性和韧性。表2－11 钢轨中除铁以外的主要化学元素和作用序元  素作      用      和      含      量1碳（C）可以提高钢轨的强度、硬度和耐磨性。国产钢轨含碳量在0.65%~0.82%，但钢中含碳量偏高，钢质变脆，其塑性指数会显著降低，同时，还会增加钢中产生白点的机会2硅（Si）易与氧（O）化合，能起到除去钢中气泡的作用。钢中含有适量的硅，能提高钢的硬度和耐磨性。国产钢轨钢含硅量一般为0.15%~0.9%，但含量过多，会使钢质硬而脆，容易在焊缝中产生气孔、夹碴3锰（Mn）属有益元素，可提高钢的强度和耐磨性，增加钢的韧性。它可以除去钢内有害氧化铁和硫化夹杂物，其锰含量一般控制在0.6%~1.54%之间，含锰量超过1.2%的钢称为中锰钢，它的抗磨性很高4铜（Cu）属有益元素，钢中含有少量的铜化合物，可提高钢的抗疲劳和耐腐蚀性能。国产钢轨含铜量一般在0.10%~0.40%之间。如果含铜轨的轧制工艺不良，在钢轨表面会产生鱼鳞状态开裂5磷（P）属有害元素，磷化物的最大危害是降低钢的塑性和韧性，特别在低温条件下，钢的冷脆性增大，易导致断轨，其含量控制在不大于0.04%6硫（S）属有害元素，硫化物常以颗粒状残留于钢中,在钢轨轧制时与钢一起被压延成片状,造成钢轨内分层或纵向裂纹。其含量控制在不大于0.05%\n（二）钢轨的机械性能**1．强度钢轨在载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力。常以强度极限，屈服极限等指标来表示。强度极限（抗拉强度）是指金属材料抵抗拉伸载荷作用而不至破坏的最大应力，用бb表示；屈服极限（屈服强度）是指金属材料在载荷不增加的情况下，仍能产生明显塑性变形时的应力，用бs表示，它们的单位为MPa。2．塑性金属材料在载荷作用下，产生显著的变形而不致破坏，并在载荷取消后，仍能保持变形后的形状。常以伸长率和断面收缩率等指标来表示。伸长率是试样拉断后，标定长度的伸长量与原始标定长度之比值的百分点，用δ表示；断面收缩率是试样断口面积的缩减量与原截面积之比值的百分数，用ψ表示。3．硬度金属材料抵抗另一种更硬物体（材料）压入其表面的能力。根据测定方法的不同，可分为布氏硬度（HB）和洛氏硬度（HRC）等。实践证明，硬度和强度之间有一定对应关系，可以根据布氏硬度值近似地换算出该材料的抗拉强度值。如：低碳钢бb≈0.36HB，高碳钢бb ≈0.34HB。4．韧性金属材料抵抗冲击载荷作用而不致破坏的能力。金属材料韧性的好坏，可通过冲击试验测定，用冲击韧性值αk表示，单位kJ/m2。5．疲劳在交变载荷的作用下，材料发生断裂的现象。金属材料抵抗疲劳的能力，用疲劳强度来衡量。疲劳强度就是金属材料在无数次重复的交变载荷作用下，而不致破坏的最大应力，用б－1表示。碳素钢的疲劳强度与抗拉强度之间的近似关系：\n（三）部分国家对钢轨化学成分和机械性能的规定（表2－12）****表2－12 部分国家对钢轨化学成分和机械性能的规定国别钢种机械性质轨型(kg/m)化     学     成     分  （%）附   注σb(MPa)δ5(%)CSiMnPSH中国U71Mn≥8828500.65~0.770.15~0.351.10~1.50≤0.040≤0.040普通轨GB2585－81奥地利U71Mn≥980≥10500.67~0.770.60~0.801.25~1.50≤0.030≤0.030≤1.0ppm合同规定日本U71Mn≥911≥10500.65~0.770.15~0.301.10~1.45≤0.040≤0.040≤1.5ppm合同规定法国U71Mn≥911≥10500.63~0.770.15~0.301.10~1.45≤0.025≤0.030≤1.5ppm合同规定德国U71Mn≥931≥10430.65~0.770.10~0.351.15~1.50≤0.040≤0.040≤1.5ppm合同规定中国PD2－SQ≥1176≥12500.74~0.820.15~0.350.7~1.00≤0.040≤0.040全长淬火轨（两部协议）澳大利亚U75－SQ≥1180(实测)≥13.5500.780.250.900.0230.016全长淬火轨（合同规定）\n英国U78－HT≥1176≥10600.74~0.820.15~0.500.7~1.0≤0.030≤0.030同上日本NHH≥1176≥12600.74~0.820.15~0.350.7~1.0≤0.030≤0.030≤1.5ppm同上津巴布韦AR(含金轨)≥1080≥10500.67~0.820.30~0.900.90~1.30≤0.03≤0.03≤1.5ppmCr=0.8%~1.3%法国U78CHHR≥1175≥11600.74~0.820.15~0.350.7~1.00≤0.030.025≤1.5ppm全长淬火轨（合同规定）中国PD3≥980≥8600.72~0.820.65~0.900.75~1.05<0.04<0.04(V)0.05%~0.12%（企业标准）高碳微钒前苏联M76≥900≥6.3650.71~0.820.18~0.400.75~1.05≤0.035≤0.045ΓOCT24182－80中国PD3－SQ≥1275≥11600.72~0.820.65~0.900.75~1.05<0.04<0.04(V)0.05%~0.12%企业标准