鋼軌表面缺陷研究及控制

顧雙全

（河鋼邯鋼大型軋鋼廠，河北 邯鄲 056000）

當(dāng)前我國鐵道技術(shù)得到了全面的發(fā)展，同時鐵路運(yùn)輸憑借其高速運(yùn)輸優(yōu)勢，在整個交通運(yùn)輸行業(yè)當(dāng)中占據(jù)著十分重要的地位。目前，旅客在出行時大部分都會選擇以鐵路運(yùn)輸為主，據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)前每年鐵路輸送量都會超過25億人次，而貨物運(yùn)輸采用鐵路輸送的方式更甚。因此，可以認(rèn)為，鐵路運(yùn)輸已經(jīng)成為了當(dāng)前人們?nèi)粘３鲂新糜魏拓浳镞\(yùn)輸?shù)闹饕绞絒1]。鋼軌的質(zhì)量對于鐵路運(yùn)輸質(zhì)量而言有著直接的聯(lián)系，因此受到當(dāng)前鐵路運(yùn)輸安全性重視程度的不斷提高，針對鋼軌生產(chǎn)質(zhì)量提出了更加嚴(yán)格的要求，而在鋼軌質(zhì)量當(dāng)中，其表面缺陷問題是制約鋼軌生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素，并且在一定程度上抑制著鋼材的成材率。當(dāng)前，針對鋼軌表面缺陷問題進(jìn)行控制的方法主要包括電渦流法、超聲法等檢測技術(shù)，通過這些檢測技術(shù)找出鋼軌表面存在的缺陷問題，并針對不同缺陷類型找出相應(yīng)的控制措施[2]。但這種方法僅僅能夠在已經(jīng)出現(xiàn)鋼軌表面缺陷問題時，對其進(jìn)行控制，防止其進(jìn)一步的惡化造成更加嚴(yán)重的危害，無法針對未出現(xiàn)缺陷問題的鋼軌表面對其潛在缺陷問題進(jìn)行過程控制，防止缺陷產(chǎn)生。

1 軋制缺陷產(chǎn)生原因及措施

1.1 耳子

在鋼軌的外表面上沿長度方向出現(xiàn)一條金屬凸起稱為耳子，多出現(xiàn)在鋼軌頭踏面中央開口處及軌底邊端等部位，見圖1。

圖1 鋼軌金屬凸起耳子

造成耳子的主要原因：①軋機(jī)操作及調(diào)整不當(dāng)或成品前孔磨損嚴(yán)重，造成成品孔壓下量過大；②鋼坯溫度低，造成軋制過程中的寬展變大；③人口導(dǎo)衛(wèi)安裝偏斜、松動，造成軋件咬人不正。

1.2 裂紋

在鋼軌表面上呈現(xiàn)的軋制方向一致的直線形縫隙稱為裂紋，其長短不一，多出現(xiàn)在軌底腿尖處。

圖2 鋼軌表面裂紋

造成裂紋的主要原因：①鋼坯自身裂紋經(jīng)加熱軋制變形后，延伸至扎件表面上；②加熱工藝不合理，造成熱應(yīng)力，形成裂紋；③軋制過程中冷卻不當(dāng)，造成冷卻水量太大或冷卻時間較長，低溫軋制形成裂紋。

1.3 折疊

沿鋼軌的軋制方向出現(xiàn)的長條形金屬重疊缺陷稱為折疊。折疊呈直線狀、鋸齒狀，多出現(xiàn)在鋼軌頭部、底部邊沿等處，沿鋼軌全長或局部分布。

圖3 軌頭折疊

圖4 軌底鐵皮壓入

產(chǎn)生原因：①主要由于成品孔前某一道次出現(xiàn)耳子，經(jīng)后續(xù)道次軋制后形成折疊；②帽型孔壓下量過大，底部寬度過大，進(jìn)軌型切深孔形成耳子，再軋時形成折疊；③由于孔型磨損嚴(yán)重，將軋件表面啃傷后再軋時形成折疊；④導(dǎo)衛(wèi)安裝不當(dāng)或磨損嚴(yán)重，有棱角或粘有鐵皮使軋件劃傷，再軋后形成折疊。

2 鋼軌表面缺陷控制方法設(shè)計

2.1 鋼軌表面缺陷分析

為實現(xiàn)對鋼軌表面缺陷的合理控制，首先需要明確鋼軌表面缺陷類型，針對不同缺陷問題，引入一種適用性更高的控制方法。通過對某鋼鐵企業(yè)在近幾年生產(chǎn)過程中的實際情況進(jìn)行分析，并結(jié)合鋼軌表面缺陷形成機(jī)理得出，當(dāng)前鋼軌表面的缺陷問題主要包括夾雜、軋疤和軋痕，共三種典型缺陷類型。除此之外，還包含一種類似缺陷但不屬于缺陷類型的偽缺陷[3]。第一種缺陷問題產(chǎn)生的原因是由于在鋼軌的表面存在大量非金屬的夾雜和夾渣，在進(jìn)行鋼軌制備的過程中這一部分雜質(zhì)在冷軋階段出現(xiàn)了破裂。這種缺陷類型通常表現(xiàn)為大小和形狀均不規(guī)則的特點(diǎn)，并且紋理結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大部分呈現(xiàn)出灰白色或紅棕色。第二種缺陷問題的產(chǎn)生原因是在鋼渣生產(chǎn)的過程中受到了嚴(yán)重的磨損，并且在除磷過程中有部分金屬異物未被清除。這種缺陷類型通常表現(xiàn)為外形輪廓不規(guī)則特點(diǎn)，并且大多為“凹”狀，主要分布在鋼軌側(cè)表面上。第三種缺陷問題的產(chǎn)生原因是鋼軌的軋輥受到了嚴(yán)重的磨損或出現(xiàn)了鐵皮粘連的問題。通常以直線或弧形溝槽結(jié)構(gòu)存在，其深度不等并且與上述其他兩種表面缺陷問題相比長度更長。偽缺陷類型通常是在進(jìn)行鋼軌水洗的過程中出現(xiàn)了氧化鐵結(jié)構(gòu)的脫落所導(dǎo)致，這種缺陷面積較大、長度較長，并且在缺陷內(nèi)部產(chǎn)生的紋理十分均勻。這種缺陷問題對于鋼軌表面質(zhì)量不會造成影響，但通常會被認(rèn)為是鋼軌出現(xiàn)了表面缺陷問題。

2.2 優(yōu)化導(dǎo)衛(wèi)板結(jié)構(gòu)及安裝

導(dǎo)衛(wèi)板是控制鋼軌表面質(zhì)量的核心構(gòu)件，而傳統(tǒng)鋼軌兩小衛(wèi)板和大衛(wèi)板均采用軸連接的方式固定，但這種方式固定在實際應(yīng)用中會造成二者之間形成較大的空隙，當(dāng)鋼料下軋時，由于受力位置處于裂縫周圍，因此極易出現(xiàn)導(dǎo)衛(wèi)板事故，造成鋼軌表面出現(xiàn)缺陷問題。常見的軋疤和軋痕缺陷問題，大多都是由于導(dǎo)衛(wèi)板結(jié)構(gòu)不合理或安裝存在誤差所導(dǎo)致（如下圖所示）。

圖5 導(dǎo)衛(wèi)板結(jié)構(gòu)

圖6 導(dǎo)衛(wèi)板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

因此，針對這一問題，本文對導(dǎo)衛(wèi)板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并完成其合理安裝。在對導(dǎo)衛(wèi)板的設(shè)計和安裝高度進(jìn)行調(diào)整時，應(yīng)當(dāng)以確保軋機(jī)能夠準(zhǔn)確調(diào)入孔型作為標(biāo)準(zhǔn)。在對導(dǎo)衛(wèi)板設(shè)計時，軋輥與導(dǎo)衛(wèi)板之間的接觸結(jié)構(gòu)同樣重要，在對進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)板結(jié)構(gòu)設(shè)計時，槽底與導(dǎo)衛(wèi)板上表面的距離應(yīng)當(dāng)在5.0mm～10.0mm范圍以內(nèi)，而導(dǎo)衛(wèi)板的上表面到導(dǎo)衛(wèi)板尖端的距離應(yīng)當(dāng)在6.0mm～12.00mm范圍以內(nèi)[4]。通過對軋機(jī)的出口、入口導(dǎo)衛(wèi)板進(jìn)行調(diào)整的方式，盡可能減少軋件端部位置對孔型造成的沖擊，確保軋件能夠?qū)χ幸搿３酥猓粼趯嶋H應(yīng)用中，導(dǎo)衛(wèi)板結(jié)構(gòu)和安裝均合理，仍然出現(xiàn)了表面缺陷問題，則可能是導(dǎo)衛(wèi)板本身質(zhì)量存在問題所導(dǎo)致，產(chǎn)生這一問題的導(dǎo)衛(wèi)板表面可能毛刺較多，并且過度圓弧位置上的棱角過于鋒利。因此，針對這一類型導(dǎo)衛(wèi)板需要在使用前，利用拋光機(jī)對其進(jìn)行拋光處理，從而確保其表面光滑。同時，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況在過渡導(dǎo)衛(wèi)板之間增加滾動導(dǎo)向裝置，可以進(jìn)一步避免軋件、蓋板結(jié)構(gòu)與導(dǎo)衛(wèi)板發(fā)生直接接觸，以此減少鋼板表面出現(xiàn)缺陷的可能。

改造后的預(yù)彎頭消除了兩側(cè)及上端的棱角，并對整個平面進(jìn)行拋光處理；此后預(yù)彎頭在預(yù)彎過程中，預(yù)彎頭本身與軌底間由線接觸變?yōu)槊娼佑|，在小車本身同步性很好的情況下，基本杜絕了預(yù)彎頭造成的劃傷，特別是在弧形預(yù)彎段效果非常明顯。

3 結(jié)語

本文通過對導(dǎo)致鋼軌出現(xiàn)表面缺陷問題的原因進(jìn)行全面分析，并在此基礎(chǔ)上提出一種全新的控制方法，使得鋼軌表面質(zhì)量得到進(jìn)一步提升，充分滿足當(dāng)前交通運(yùn)輸建設(shè)的高速發(fā)展要求。在后續(xù)的研究中，還將針對影響鋼軌生產(chǎn)質(zhì)量的多種因素進(jìn)行全面分析，通過對造成鋼軌表面缺陷的研究，可以總結(jié)出鋼軌生產(chǎn)過程表面缺陷控制措施，使得生產(chǎn)鋼軌表面質(zhì)量更上一臺階，能夠滿足現(xiàn)代鐵路大提速的要求，從而在各個方面找出提升鋼軌生產(chǎn)和運(yùn)行質(zhì)量的控制方法。