百米高速重軌脫碳層檢驗方法

陶 勇, 賈麗暉, 李繼康, 胡 濤, 李亞軒, 劉明輝, 雷波榮, 張彥文

(1.寶鋼股份武鋼有限質檢中心, 武漢 430080； 2.鋼鐵研究總院， 北京 100081；3.中鐵物總技術有限公司， 北京 100036;4.寶鋼股份武鋼有限制造管理部, 武漢 430080;5.寶鋼股份中央研究院武漢技術中心, 武漢 430083)

2008年筆者單位百米高速重軌線投產,遇到的第一個生產技術難題就是百米高速重軌的脫碳層深度出現批量不合格，超過當時《鐵科技120號》文件(2012年才有TB/T 2344-2012《43～75 kg·m-1鋼軌訂貨技術條件》標準)規定:深度不大于0.50 mm。脫碳層深度批量不合格的主要原因是公司新產線投產后，對生產百米高速重軌認識不足,雖然之前有豐富的低速、短尺重軌生產經驗，但是百米高速重軌產線是全新的技術、裝備，交貨技術指標也是全新的要求。建設這條百米高速重軌生產線，主要是滿足當時國家剛剛發展的“四縱四橫”高速鐵路網的建設，所以在百米高速重軌脫碳層的指標控制上經驗不足。雖然當時有國內同行在該方面做得較好，但是因屬于知識產權和技術保密范疇，公開資料無法得到。百米高速重軌技術質量攻關團隊后來通過不斷的技術摸索、研究和攻關,通過對加熱爐的爐內氣氛、加熱溫度、加熱時間等方面的技術參數控制，同時采取了對大尺寸連鑄坯表面涂刷防脫碳涂料的措施,最終從源頭上控制住了百米高速重軌的脫碳層深度批量不合格問題，這一生產技術質量難題解決后，為百米重軌產線的產能釋放、質量穩定、效益提升打下了堅實的基礎[1-6]。

筆者回顧百米高速重軌的脫碳層檢驗方法的攻關，介紹了TB/T 2344-2012標準規定的脫碳層深度測量方法與GB/T 224-2019《鋼的脫碳層深度測定法》標準中的方法不同的地方。

1 百米高速重軌的成分及生產工藝

百米高速重軌主要鋼種及化學成分見表1。

表1 百米高速重軌主要鋼種及化學成分(質量分數)Tab.1 Main steel grades and chemical compositions of 100 m high speed heavy rail (mass fraction) %

百米高速重軌生產工藝：高爐鐵液→轉爐冶煉→LF精煉→RH精煉→280 mm×320 mm 5機5流大方坯連鑄→大方坯步進式加熱爐加熱→BD1→BD2→萬能軋機軋制→熱打印→高壓水除磷→平交復合矯直機矯直→表面檢查→性能檢驗→冷床→入庫。

2 TB/T 2344-2012標準中的脫碳層取樣及檢驗方法

TB/T 2344-2012標準中對高速重軌脫碳層的取樣要求如圖1～圖4所示。

圖1 重軌表面脫碳層檢驗范圍示意圖Fig.1 Schematic diagram of inspection range of decarburization layer on heavy rail surface

圖2 重軌脫碳層深度檢驗的送檢試樣Fig.2 Submitted sample for depth inspection of decarburization layer of heavy rail

圖3 重軌脫碳層試樣的取樣位置Fig.3 Sampling position of heavy rail decarburization layer sample

圖4 重軌脫碳層深度檢驗試樣Fig.4 Decarburization layer depth inspection sample of heavy rail

由圖1可見，軌頭高度2/3區域以上的位置都是需要進行脫碳層測定的，按照60N軌型來計算，每個重軌試樣脫碳層的檢驗范圍的長度約為100 mm,遠遠大于GB/T 224-2019標準中“保證總檢測長度不小于35 mm”的規定要求。為便于組織生產和精確取樣制樣，一般對覆蓋該區域范圍的脫碳層檢驗試樣區域分為左軌角、踏面和右軌角3個區域，如圖5所示。

圖5 重軌脫碳層試樣金相鑲嵌圖Fig.5 Metallographic mosaic of decarburized layer sample of heavy rail

對這3個區域，按照標準規定測量從試樣表面到連續、封閉的鐵素體網的深度，如圖6所示。所以這一重軌脫碳層檢驗方法的核心就在于準確地確定脫碳層深度，找到連續、封閉的鐵素體網的位置。對于不連續的、不封閉的鐵素體網，不計入脫碳層深度測量。

圖6 重軌脫碳層深度檢驗示意圖(至連續封閉的鐵素體網)Fig.6 Schematic diagram for decarburization layer depth inspection of heavy rail (to continuous closed ferrite mesh)

3 GB/T 224-2019標準中脫碳層取樣及檢驗方法

GB/T 224-2019標準中對于高速重軌的脫碳層取樣及檢驗方法沒有具體規定。一般要求通過金相方法，測量最深處總脫碳層的深度，包括全脫碳層和部分脫碳層的深度。采用TB/T 2344-2012標準中脫碳層檢驗方法檢驗某高速重軌，連續封閉鐵素體網處的深度結果為0.47 mm；采用GB/T 224-2019標準檢驗最深處的總脫碳層深度，脫碳層深度結果為0.59 mm,兩種測量方法對于同一試樣的脫碳層測定結果如圖7和圖8所示。兩種方法相比，采用TB/T 2344-2012標準中檢驗出的脫碳層深度要小。

圖7 采用TB/T 2344-2012方法測量重軌脫碳層結果Fig.7 Measurement results of decarburization layer of heavy rail by TB/T 2344-2012 method

圖8 采用GB/T 224-2019方法測量重軌脫碳層結果Fig.8 Measurement results of decarburization layer of heavy rail by GB/T 224-2019 method

4 百米高速重軌的脫碳層盲樣檢測比對工作

筆者單位作為負責百米高速重軌的脫碳層深度檢驗的單位，承擔著準確測定百米高速重軌脫碳層深度的職責。為持續保持在這一領域的檢驗能力，經常參加脫碳層檢驗試驗室比對工作，脫碳層深度檢驗結果數據比對結果滿意。比對試驗是對同一塊百米重軌的脫碳層試樣，安排不同的職工進行盲樣檢測，最后對不同職工的檢驗結果進行匯總、比較、分析。圍繞盲樣的脫碳層深度檢驗結果的偏差進行再分析，盲抽比對試樣如圖9所示。

圖9 重軌脫碳層深度檢驗盲抽比對試樣Fig.9 Blind sampling comparison samples for decarburization layer depth inspection of heavy rail

中國鐵道研究院金屬及化學所每年都會對重軌進行抽樣檢驗，每年至少抽查6次，涉及的鋼種包括U71MnG和U75VG,其中有一項重要的項目是脫碳層的深度檢驗。每次抽查后都會定期發布重軌的性能抽查結果，然后對中國鐵道研究院金屬及化學所檢驗的脫碳層深度結果與筆者單位檢驗的同批號的脫碳層深度檢驗結果進行全面比對，確保高速重軌的脫碳層深度取樣方法、檢驗方法、評定方法與中國鐵道研究院金屬及化學所一致，保證重軌脫碳層深度檢驗方法完全一致，確保中國高鐵行車的質量安全。

5 百米高速重軌脫碳層取樣及檢驗崗位規程編制

TB/T 2344-2012標準中對重軌脫碳層檢驗的取樣頻次是1 000 t取樣一次，而根據重軌產品的特點，從安全的角度，為保證交貨質量，企業內部從嚴要求，規定正常生產時脫碳層檢驗取樣的頻次是500 t取樣一次，比鐵道部標準規定的檢驗頻次嚴格一倍。同時在重軌每次軋鋼初期，脫碳層取樣標準都是要求每一批都取樣，要保證連續3批的重軌脫碳層深度均低于0.50 mm,再執行每500 t取樣一次。如果有進行工藝調試、加熱爐出現故障或軋線出現故障的情況出現，重軌脫碳層深度檢驗執行批批取樣的制度。在百米高速重軌脫碳層取樣及檢驗崗位規程的編制上，將TB/T 2344-2012標準中的脫碳層取樣和檢驗的規定全部采納，同時把企業內部對重軌脫碳層的取樣頻次和檢驗要求納入崗位規程，以保證重軌脫碳層深度檢驗結果的可信度。