高速鋼軌表面軋疤形成原因及控制技術(shù)

趙利永，陳立坷，付國龍，高文博

（河鋼邯鋼大型軋鋼廠，河北 邯鄲 056000）

鋼軌是鐵路運輸?shù)幕A(chǔ)，在軌道車輛的運行中起到了支撐與導(dǎo)向的雙重作用，直接關(guān)系到軌道車輛行駛的平穩(wěn)性與安全性。為了滿足我國不斷增長的鐵路交通運輸需求量，高速、重載逐漸成為鐵路運輸?shù)闹饕l(fā)展方向，作為其基礎(chǔ)的高速鋼軌因而也成為市場中較受關(guān)注的產(chǎn)品，對產(chǎn)品質(zhì)量和性能的要求也是越來越高。鋼軌生產(chǎn)需要經(jīng)過多道復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，也容易出現(xiàn)一些缺陷問題，其中軋疤便是一種較為常見的鋼軌表面質(zhì)量缺陷。鋼軌軋疤的存在不僅降低了鋼軌表面的平整度，而且嚴(yán)重影響鋼軌的力學(xué)性能，特別是在重載列車高速運行的動態(tài)荷載作用下，軋疤缺陷部位很容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的問題，導(dǎo)致產(chǎn)生鋼軌裂紋甚至是斷裂，嚴(yán)重危害行車安全。對此，應(yīng)在鋼軌的生產(chǎn)環(huán)節(jié)加強對軋疤缺陷的檢測，分析缺陷產(chǎn)生原因，以采取有效的防治措施，消除軋疤缺陷。

1 軋疤缺陷的宏觀特征和金相檢查

鋼軌軋疤缺陷是指粘附在鋼軌局部表面的金屬薄片狀疤皮，主要由氧化鐵皮組成，軌頭、軌腰、軌底等多個部位均可出現(xiàn)。軋疤的外形輪廓極不規(guī)則，與基體結(jié)合方式也有所不同，有的與鋼軌基體相連，一旦形成難以去除；有的則不與基體相連，并容易在鋼軌矯直時脫落，使該部位出現(xiàn)坑槽。軋疤缺陷不僅直接影響鋼軌表面質(zhì)量，并且與軌身裂紋存在一定的聯(lián)系，導(dǎo)致裂紋簇的產(chǎn)生，降低鋼軌力學(xué)性能，特別是在軋疤缺陷延伸至軌底較深位置時，則鋼軌容易在矯直時產(chǎn)生軌底裂。軋疤缺陷的危害程度主要與結(jié)疤面積、深淺及變化程度有關(guān)，按照其外形及分布特征，軋疤缺陷可分為鋸齒結(jié)疤、塊狀結(jié)疤、點狀夾結(jié)疤、折疤等不同類型。邯鋼公司曾在生產(chǎn)50kg/m規(guī)格鋼軌時，出現(xiàn)成批次的軋疤缺陷，通過對軋疤外貌、位置的觀察以及金相檢查，對軋疤的宏觀特征及分布規(guī)律進(jìn)行了研究。

1.1 缺陷宏觀特征

軋疤多分布在距離鋼軌端部4m的位置，最長不超過10m，外觀形貌不一，大多粘附在鋼軌表面與基體不相連。有的軋疤在鋼軌矯直，軌體形態(tài)發(fā)生改變后不再與軌體緊密粘連，并因此而脫落，原缺陷部位形成凹坑。

1.2 軋疤缺陷的分布規(guī)律

通過對存在軋疤缺陷鋼軌的分布統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，軋疤缺陷的多少與煉鋼澆次存在一定的關(guān)系；軋疤缺陷多集中在上、下腹腔，且上腹腔缺陷率要高于下腹腔。因此認(rèn)為除了下腹腔金屬異物因自重掉落外，除鱗效果也對其產(chǎn)生有較大的影響。

1.3 金相檢查

通過對缺陷部位的金相檢查發(fā)現(xiàn)，缺陷部位存在明顯的脫碳現(xiàn)象，金相組織異常粗大，缺陷與基體之間存在大量不同形態(tài)的氧化物夾雜其中。進(jìn)一步檢查可確定該氧化物質(zhì)為氧化鐵，組織類型為魏氏體和珠光體、鐵素體組織的混合物。對軋疤脫落后的凹坑進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)凹坑與脫落的氧化物的形態(tài)大小基本一致，脫碳層深度與正常基體位置脫碳深度一致；凹坑表面比較圓滑，未有明顯的折疊、裂紋等缺陷。由此也判斷該凹坑為外來金屬物質(zhì)壓入并脫落后形成。

2 鋼軌軋疤缺陷的原因分析

通過對軋疤缺陷的宏觀特征與金相組織檢查可發(fā)現(xiàn)，軋疤的形成為氧化鐵皮壓入所致，產(chǎn)生于鋼軌的軋制環(huán)節(jié)。結(jié)合鋼軌軋制工藝分析，產(chǎn)生軋疤缺陷的原因主要有以下。

2.1 鑄坯兩端殘留流渣較多

端頭金屬殘留渣主要產(chǎn)生于坯料的切割環(huán)節(jié)。如果存在缺陷的鑄坯入爐加熱，或者是出現(xiàn)坯料切割尺寸控制不良，切割端頭流渣清理不干凈等情況，均可能使兩端殘留流渣進(jìn)入到軋制環(huán)節(jié)，粘附在坯料或是軋輥表面，對其造成污染。軋制時，這些粘附在坯料和輥面的金屬殘留渣在巨大的軋制作用下會被壓入坯料中，繼而形成鋼軌表面軋疤。

2.2 軋件端頭彎曲或是導(dǎo)衛(wèi)板設(shè)計安裝不良

在軋制環(huán)節(jié)，軋件端頭彎曲和導(dǎo)衛(wèi)板設(shè)計安裝缺陷是造成鋼軌軋疤缺陷的幾個關(guān)鍵因素。如果軋件出現(xiàn)彎曲、扭轉(zhuǎn)，或者導(dǎo)衛(wèi)板設(shè)計安裝不良，未能起到應(yīng)有的穩(wěn)定支撐和導(dǎo)向作用的話，軋件頭部在被軋輥咬入的過程中很容易撞擊到軋輥輥面或是輥臺。在造成軋件變形損壞的同時，其撞擊部位掉落的金屬碎屑也會粘結(jié)在軋輥表面，從而在該部位產(chǎn)生粘肉現(xiàn)象。粘肉使得軋輥表面變得不再平整，這些粘附的金屬碎屑在軋輥旋轉(zhuǎn)到下一周期后將被壓入軋件下顎，繼而造成鋼軌表面的軋疤缺陷。

2.3 除鱗效果不佳

鑄坯在加熱的過程中會不可避免地與外界氧氣發(fā)生反應(yīng)，并在表面形成大量的氧化鐵皮。在坯料進(jìn)入軋制環(huán)節(jié)之前，必須采用高壓水除鱗將這些氧化鐵皮清理干凈，否則在軋制中，這些氧化鐵皮就會被軋輥壓入坯料中，繼而在坯料表面形成軋疤。

軋機的除鱗裝置主要起到了去除鋼軌表面金屬脫落物或是粘結(jié)力較小的金屬異物的作用，因此，機組除鱗效果的好壞也是影響鋼軌軋疤缺陷的關(guān)鍵。

3 高速鋼軌生產(chǎn)中軋疤缺陷控制的技術(shù)措施

3.1 嚴(yán)格控制鑄坯質(zhì)量，清除殘留流渣

首先，在進(jìn)入加熱爐和軋制工序之前，應(yīng)對鑄坯表面進(jìn)行檢查，通過清理和精整等措施避免存在質(zhì)量問題的鑄坯進(jìn)入軋制環(huán)節(jié)。同時還要準(zhǔn)確控制坯料的切割尺寸，將切割端頭的流渣等清理干凈，避免出現(xiàn)切割傷和金屬渣殘留。

通過對生產(chǎn)經(jīng)驗的總結(jié)，認(rèn)為軋制用鋼軌鑄坯應(yīng)達(dá)到以下技術(shù)要求：①鑄坯表面不得有深度大于1.5mm的劃痕、壓痕、凹坑、凸塊、氣孔；不得有肉眼可見的裂紋、夾雜、結(jié)疤、翻皮等；②鑄坯橫截面不得有裂紋、皮下氣泡、縮孔等影響使用的缺陷。其次是要加強鑄坯表面以及兩側(cè)殘留流渣的清除，可采用火焰清理法，清除后確保表面不得有厚度大于2mm的流渣。連鑄生產(chǎn)方面，應(yīng)嚴(yán)格控制和優(yōu)化工藝參數(shù)，減少鑄坯凹陷、肚鼓、劃傷等表面缺陷。最高則是要加強對鑄坯的檢查驗收，加大檢驗頻次，對不合格的鑄坯進(jìn)行退料處理，不得使存在質(zhì)量缺陷的鑄坯流入下道工序。

3.2 確保軋件端頭的平直度

對于因軋件端頭彎曲、撞擊而引起的軋疤缺陷，可在保證軋件尺寸不變的前提下，可通過調(diào)整軋機的頭、底的壓下量，調(diào)整萬能軋機軋制線高度、橫向位置等措施，以使軋件軋后保持平直，軋制線在同一水平。

3.3 合理設(shè)計和按照導(dǎo)衛(wèi)板

導(dǎo)衛(wèi)板的設(shè)計和高度調(diào)整應(yīng)以確保軋件準(zhǔn)確導(dǎo)入孔型為標(biāo)準(zhǔn)。通過調(diào)整萬能軋機的出口、入口衛(wèi)板的辦法，導(dǎo)正軋件位置，盡量減少軋件端部沖擊孔型的可能性，保證軋件對中咬入。

3.4 改善生產(chǎn)線除鱗效果

萬能軋機機組采用高壓水、高壓風(fēng)相結(jié)合的除鱗方式，生產(chǎn)線上共布置有4個除鱗點。首先應(yīng)對鋼軌軋疤缺陷進(jìn)行觀察，如缺陷部位存在大量壓入狀氧化鐵皮的話，則說明是生產(chǎn)線除鱗效果不佳，應(yīng)對除鱗裝置進(jìn)行改善，以優(yōu)化除鱗效果。

對各除鱗點的除鱗效果進(jìn)行觀察，檢查除鱗點左右噴嘴位置是否對中，下表面噴嘴是否處于孔型中心線上，否則則對噴嘴位置和角度予以調(diào)整，消除除鱗盲區(qū)，使軋件被噴嘴噴射范圍完全覆蓋。再者，可適當(dāng)增大除鱗的風(fēng)水壓力，改善除鱗效果，使附著力較強的氧化鐵皮得到清除。

4 結(jié)語

軋疤是鋼軌常見的表面質(zhì)量缺陷，其形成機理也主要與金屬異物的壓入有關(guān)。根據(jù)軋疤缺陷產(chǎn)生的原因，從消除殘留流渣，避免端頭撞擊，改善除鱗等幾個方面入手，可使軋疤缺陷得到有效根治，從而為鐵路運輸提供高質(zhì)量的鋼軌產(chǎn)品。