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）

當前我國鐵道技術得到了全面的發展，同時鐵路運輸憑借其高速運輸優勢，在整個交通運輸行業當中占據著十分重要的地位。目前，旅客在出行時大部分都會選擇以鐵路運輸為主，據統計，當前每年鐵路輸送量都會超過25億人次，而貨物運輸采用鐵路輸送的方式更甚。因此，可以認為，鐵路運輸已經成為了當前人們日常出行旅游和貨物運輸的主要方式[1]。鋼軌的質量對于鐵路運輸質量而言有著直接的聯系，因此受到當前鐵路運輸安全性重視程度的不斷提高，針對鋼軌生產質量提出了更加嚴格的要求，而在鋼軌質量當中，其表面缺陷問題是制約鋼軌生產質量和生產效率的關鍵因素，并且在一定程度上抑制著鋼材的成材率。當前，針對鋼軌表面缺陷問題進行控制的方法主要包括電渦流法、超聲法等檢測技術，通過這些檢測技術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的控制措施[2]。但這種方法僅僅能夠在已經出現鋼軌表面缺陷問題時，對其進行控制，防止其進一步的惡化造成更加嚴重的危害，無法針對未出現缺陷問題的鋼軌表面對其潛在缺陷問題進行過程控制，防止缺陷產生。

1 軋制缺陷產生原因及措施

1.1 耳子

在鋼軌的外表面上沿長度方向出現一條金屬凸起稱為耳子，多出現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軋機操作及調整不當或成品前孔磨損嚴重，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人口導衛安裝偏斜、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，造成熱應力，形成裂紋；③軋制過程中冷卻不當，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

產生原因：①主要由于成品孔前某一道次出現耳子，經后續道次軋制后形成折疊；②帽型孔壓下量過大，底部寬度過大，進軌型切深孔形成耳子，再軋時形成折疊；③由于孔型磨損嚴重，將軋件表面啃傷后再軋時形成折疊；④導衛安裝不當或磨損嚴重，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計

2.1 鋼軌表面缺陷分析

為實現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。通過對某鋼鐵企業在近幾年生產過程中的實際情況進行分析，并結合鋼軌表面缺陷形成機理得出，當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，在進行鋼軌制備的過程中這一部分雜質在冷軋階段出現了破裂。這種缺陷類型通常表現為大小和形狀均不規則的特點，并且紋理結構復雜，大部分呈現出灰白色或紅棕色。第二種缺陷問題的產生原因是在鋼渣生產的過程中受到了嚴重的磨損，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為外形輪廓不規則特點，并且大多為“凹”狀，主要分布在鋼軌側表面上。第三種缺陷問題的產生原因是鋼軌的軋輥受到了嚴重的磨損或出現了鐵皮粘連的問題。通常以直線或弧形溝槽結構存在，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行鋼軌水洗的過程中出現了氧化鐵結構的脫落所導致，這種缺陷面積較大、長度較長，并且在缺陷內部產生的紋理十分均勻。這種缺陷問題對于鋼軌表面質量不會造成影響，但通常會被認為是鋼軌出現了表面缺陷問題。

2.2 優化導衛板結構及安裝

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

圖5 導衛板結構

圖6 導衛板結構優化

因此，針對這一問題，本文對導衛板結構進行優化，并完成其合理安裝。在對導衛板的設計和安裝高度進行調整時，應當以確保軋機能夠準確調入孔型作為標準。在對導衛板設計時，軋輥與導衛板之間的接觸結構同樣重要，在對進口導衛板結構設計時，槽底與導衛板上表面的距離應當在5.0mm～10.0mm范圍以內，而導衛板的上表面到導衛板尖端的距離應當在6.0mm～12.00mm范圍以內[4]。通過對軋機的出口、入口導衛板進行調整的方式，盡可能減少軋件端部位置對孔型造成的沖擊，確保軋件能夠對中咬入。除此之外，若在實際應用中，導衛板結構和安裝均合理，仍然出現了表面缺陷問題，則可能是導衛板本身質量存在問題所導致，產生這一問題的導衛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，針對這一類型導衛板需要在使用前，利用拋光機對其進行拋光處理，從而確保其表面光滑。同時，根據現場的實際情況在過渡導衛板之間增加滾動導向裝置，可以進一步避免軋件、蓋板結構與導衛板發生直接接觸，以此減少鋼板表面出現缺陷的可能。

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

3 結語

本文通過對導致鋼軌出現表面缺陷問題的原因進行全面分析，并在此基礎上提出一種全新的控制方法，使得鋼軌表面質量得到進一步提升，充分滿足當前交通運輸建設的高速發展要求。在后續的研究中，還將針對影響鋼軌生產質量的多種因素進行全面分析，通過對造成鋼軌表面缺陷的研究，可以總結出鋼軌生產過程表面缺陷控制措施，使得生產鋼軌表面質量更上一臺階，能夠滿足現代鐵路大提速的要求，從而在各個方面找出提升鋼軌生產和運行質量的控制方法。