钢轨探伤工电子版2

第二章 钢轨和钢轨伤损

第一节  钢轨知识

一、钢轨的作用和要求

钢轨是轨道结构的重要部件，直接承受机车、车辆荷载的作用，它的强度和状态，直接关系到铁路运输的安全、平稳和畅通。

（一）钢轨的作用

支持并引导机车车辆按规定的方向运行，将来自车轮的荷载和冲击传布于轨枕和扣件之上；在自动闭塞区段，钢轨又成为轨道电路中的一部分，起到信号电流的传输作用；在电气化区段，钢轨还作为电力机车牵引电流的回流导线作用。

（二）钢轨的要求

钢轨必须为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面，又为机车提供最大的粘着牵引力，因而要求钢轨顶面具有相应的摩擦系数，能产生一定的摩擦力；钢轨受到车轮辗压会产生弯曲，为抵抗弯曲，钢轨应具有相当的强度。但因钢轨是承受冲击的受力体，为了减轻车轮对钢轨的冲击作用，减少机车、车辆走行部分及钢轨的裂损，钢轨又必须具有一定的可挠性；为使钢轨不至被巨大压力压溃或迅速磨耗，钢轨应具有足够的硬度。但硬度太高时，钢轨又容易被车轮的动力冲击所折断，因此，钢轨又应具有一定的断裂韧性。

此外，钢轨还应具有较强的抗剥离性和抗疲劳性，一定的耐腐蚀性，良好的可焊性等。

二、钢轨的分类和断面尺寸*

（一）钢轨的分类

目前我国定型生产的钢轨分类如下：

1．按钢种分  碳素轨和合金轨。碳素轨主要以碳(C)、锰(Mn)两元素来提高强度，改善韧性。如U71Mn、AP1、U74。合金轨是以碳素轨为基础，添加适量合金元素钒(V)、钛(Ti)、铬(Cr)、钼(Mo)等，来提高钢轨的强度和韧性。如PD1、PD3、V－Ti轨。

2．按钢轨的重量分  38 kg/m（P38）、43 kg/m（P43）、45 kg/m（P45）、50 kg/m（P50）、60 kg/m（P60）和75 kg/m（P75）。

3．按力学性能分  普通轨、高强轨、耐磨轨。普通轨它是指抗拉强度不小于800 MPa的钢轨；高强轨它是指抗拉强度不小于900 MPa的钢轨；耐磨轨它是指抗拉强度不小于1100 MPa的钢轨。

（二）钢轨的截面尺寸

钢轨断面为左右对称的工字型（图2－1），从上往下分为轨头、轨腰和轨底三部分。不同型号的钢轨，其截面尺寸和螺孔位置各不相同（表2－1）。

图2－1   钢轨截面、侧面示意图

表2－1  部分钢轨外形几何尺寸（mm）表

轨型 

项目		钢轨类型（kg/m）
		38	43	45	50	60	75
a	钢轨高度	134	140	145	152	176	192
b	轨头宽度	68	70	67	70	73	75
c	轨腰厚度	13	14.5	14.5	15.5	16.5	20
d	轨底宽度	114	114	126	132	150	150
e	轨底边缘厚度	9	11	10	10.5	12	13.5
f	轨头内高	39	42	44	42	48.5	55.3
g	轨底内高	24	27	26	27	30.5	32.3
h	螺栓孔直径	29	29	29	31	31	31
i	轨端至1孔中心距	56	56	76	66	76	96
j	1孔至2孔中心距	110	110	140	150	140	220
k	2孔至3孔中心距	160	160	140	140	140	130

（三）AT钢轨的截面尺寸（图2－2）

图2－2  AT钢轨截面图

三、钢轨的标志及说明**

钢轨出厂时应有制造厂标、钢轨类型、钢种符号、钢轨制造年月、熔炼号、品级号等标志，了解和掌握钢轨标志的内含，可为今后有针对性地进行钢轨探伤、判断伤损形成原因和发展方向提供依据。

（一）国内外钢轨生产厂家名称代号及炉罐号说明

钢轨标志一般均轧制于钢轨一侧轨腰上，有两种类型，一种是辊轧凸字，字体凸出于轨腰表面；另一种为热轧凹字，字体凹陷在轨腰表面以下。

1．国产钢轨生产厂家名称、代号（辊轧凸字）见表2－2。

表2－2  国产钢轨生产厂家名称、代号（辊轧凸字）

顺号	厂  名	厂   标	主要生产钢种
1	攀枝花钢铁公司		U71Mn、PD1、PD2、PD3
2	鞍山钢铁公司		AP1、U71Mn
3	武汉钢铁公司		WP1、WP2
4	包头钢铁公司		P75、U74

2．国产钢轨炉罐号说明（热轧凹字）见表2－3。

表2－3  国产钢轨炉罐号说明（热轧凹字）

顺号	厂  名	炉  罐  号  及  说  明
1	攀 枝 花 钢铁公司	P 09 2 15026 2 3 A P－攀钢代号，09－2009年生产，2－第2号转炉，15024－第15026炉钢， 2－连铸机第2流，3－第3支钢坯，A－第1根钢轨（钢轨分切号，一个铸坯轧成钢轨后根据定尺要求再次分切的顺序，用英文表示，从A向Z顺序编号）
2	鞍    山 钢铁公司	4 2053 3 5 B 4－第4号转炉，2053－第2053炉钢（超过一万炉时，第一位编号为A）， 3－连铸机第3流，5－第5支钢坯，B－第2根钢轨（钢轨分切号）
3	武    汉 钢铁公司	A 9 4 1304 B 03 025 C A－武钢厂代号，9－2009年（年号均用1位表示），4－第4号转炉， 1304－第1304炉钢（超过一万炉时，第一位编号为Y），B－连铸机第B流，03－第3支钢坯，025－轧制顺序为第025号，C－第3根钢轨（钢轨分切号）
4	包    头 钢铁公司	09 1 25361 1 22 D △ 09－2009年，1－第1号转炉，25361－第25361炉钢，1－连铸机第1流， 32－第32支钢坯，D－第4根钢轨（百米轨无分切号，25米轨从A向Z顺序编号），△－乙班作业

3．进口钢轨生产厂家名称代号（辊轧凸字）见表2－4。

表2－4  进口钢轨生产厂家名称代号（辊轧凸字）

顺号	国    别	厂名 (厂标或代号)	汉译厂名	附注
1	奥地利	DO	奥钢联(多纳维吹厂)	50U普钢轨
2	日  本	NKK	钢管厂	50N普钢轨
3	日  本	(NSC)	新日铁公司	50N普钢轨
4	法  国	HY	海洋什厂	50F普钢轨
5	卢森堡	MR	奥唐什厂	50F普碳轨
6	德  国	THYSSEN	蒂森厂	43G普碳轨
7	英  国	BRITISHSTEEL	英钢联公司	60B全淬轨
8	澳大利亚	BHP	布罗希尔厂	50S全淬轨
9	津巴布韦		津斯柯篦厂	50Z铬合金轨
10	法  国	MR（厂址在卢森堡)	奥唐什厂	60F全淬轨
11	日  本	NIPPON NTEEL	日钢联公司	60N全淬轨 油浸全长
12	加拿大	SYDNEY	悉尼	50cAR合金轨
13	西班牙	ENS	埃沙蒂违	50xAR合金轨

4．进口钢轨炉罐号说明（热轧凹字）见表2－5。

表2－5  进口钢轨炉罐号说明（热轧凹字）

顺序	国   别	厂   名	轨型 （kg/m）	炉  罐  号  及  说  明
1	澳大利亚	BHP	50	05678  12  F  U75  05678－该炉本年度熔炼号，12－12号钢锭，F－第6根钢轨， U75－平均含碳量为0.75%级别（或钢号）的钢轨。
2	德    国	THYSSEN	43	1  2  2  1011 1－1号连铸坯，2－第2个坯段，2－第2根钢轨，1011 －熔炼号。
3	德    国	THYSSEN	60	4586  A  15 4586－熔炼号， A－钢轨号，15－钢坯号。
4	法    国	HY	50	C71  C4567  B  6  10    C71－平均含碳量为0.71%，C4567－熔炼号，B－第2根钢轨， 6－6号连铸坯，10－第10个坯段。
5	法    国 （卢森堡）	MR	50	52391  A  5  09  52391－熔炼号，A－第1根钢轨，5－5号连铸坯，09－第9坯段.
			60 (淬火轨)	49  A  15      49－热处理号，A－第A(B、C)坯段，15－15号连铸坯 。
6	津巴布韦	z	50	AR    0012345     06    A  AR－合金钢，0012345－熔炼号， 06－号钢锭，A－第1根钢轨。
7	英    国	BRITISH STEEL	60	1234  58  A  U78  1234－熔炼号，58－58号连铸坯，A－第1根钢轨，U78－平均含碳量为0.78%级别（或钢号）的钢轨。
8	日    本	NKK	50	3  1  03  C4567  C71   3－第3根钢轨，1－第1号连铸坯，03－第3个坯段， C4567－熔炼号，C71－平均含碳量为0.71%。
10	日    本	NSC	60	4  3  L  T09702  C78   4－第4根钢轨，3－第3号连铸坯，L－第12个坯段， T09702－熔炼号，C78－ 平均含碳量为0.78%。
11	西 班 牙	ENS	50	1~3         1~5       1~6        4567 钢轨号     钢坯号    坯段号      熔炼号
12	加 拿 大	SYDNEY	50	34500       P…S      1.2.3…      12（L） 熔炼号     钢轨号     坯段号     连铸坯号
13	奥 地 利	DO	50	233  A(Z)  3  2 233－熔炼号，A(Z)－第1(最后)根钢轨，3－第3个坯段， 2－第2号连铸坯。
14	乌 克 兰	A	65	V  66   P65  A  293 V－亚速冶金厂，66－1966年5月生产，P65－65kg/m钢轨，A－A号炉，293－熔炼号。
15	俄 罗 斯	K	65	K  M76B   P293   Cn123 K－库兹列茨厂， M76B－钢号，P293－熔炼号，Cn123－钢轨号

（二）炼钢炉、炼钢工艺、钢种及热处理标志说明

1．炼钢炉种类及炼钢工艺代号说明（辊轧凸字）见表2－6。

表2－6  炼钢炉种类及炼钢工艺代号说明（辊轧凸字）

顺号	标志字母	含    义    与    说    明
1	LD	转炉吹氧。如：奥地利、日本、德国产普通碳素轨
2	LDVT	转炉吹氧，真空处理。如：英国、日本产全长热处理轨
3	LDCB	转炉复合吹氧。如：澳大利亚产全长热处理轨
4	EAVT	电弧炉、真空处理。如：津巴布韦产铬合金轨
5	OLP	转炉吹氧。如：法国普通碳素钢
6	OLPVT	转炉吹氧、真空处理。如：法国产全长热处理轨
7	PL	平炉铝脱氧。如：鞍钢产50kg/m普通碳素轨
8	“→”	连铸坯段头部方向

2．钢种、炉种代号及生产时间说明（辊轧凸字）见表2－7。

表2－7  钢种、炉种代号及生产时间说明（辊轧凸字）

内容	代    号	说          明
钢 种	U	中国钢轨钢
	P	前苏联钢轨钢
炼 钢 炉 种 类	P	中国平炉
	D	中国顶吹转炉
	M	前苏联平炉
	Б	前苏联转炉
	OH	美国平炉
	OA	美国转炉
	E	美国、津巴布韦电弧炉
钢 号	AP1、U71Mn	中国平均含碳量为0.71%的中锰钢
	P74、U74	中国平均含碳量为0.74%的碳素钢
	WP1	武钢含铜碳素钢
	WP2	武钢含铜高硅钢
	PD1	攀钢残余钒钛钢
	PD2	攀钢中锰全长淬火轨
	PD3	攀钢高碳微钒轨
	U75、U78	平均含碳量0.75%、0.78%级别的进口钢轨钢
	AR	进口合金钢轨钢
	CR	进口铬合金钢轨钢

生产

时间	9 2 X I	92－1992年，X I－11月
	1992  I I I I	1992 －1992年，I I I I－4月

3．热处理（淬火）工艺代号说明（辊轧凸字或热轧凹字）见表2－8。

表2－8  热处理（淬火）工艺代号说明（辊轧凸字或热轧凹字）

顺号	标志字母	含    义    与    说    明
1	EH	轨端淬火
2	SQ	全长缓慢淬火，如：攀钢PD2轨及澳大利亚全淬轨
3	NHH	全长缓慢淬火，如：日本钢管厂全淬轨
4	DHH	全长余热淬火，如：日本新日铁全淬轨
5	THH	全长余热淬火，如：日本钢管厂全淬轨
6	CHHR	全长余热淬火，如：法国、卢森堡全淬轨
7	MHH	微合金轨全长淬火，如：法国此类全淬轨
8	SHH	普通碳素轨全长淬火，如：法国此类全淬轨
9	HT	全长余热淬火，如：英钢联的全淬轨
10	QT	淬火回火工艺
11	HSH、HR	头部热处理，如：奥钢联强韧化轨

4．国内各厂淬火轨标记见表2－9。

表2－9  国内各厂淬火轨标记

顺号	单位名称	打印标记（统一编号）
1	攀枝花钢铁公司	PD2－SQ,PD3轨底涂绿色
2	呼铁局工务工厂	HHC
3	京铁局保定工务器材厂	BBC
4	郑铁局郑州工务机械厂	ZZC
5	上海局工务工厂	SHC
6	成铁局成都焊轨厂	CDC
7	广铁公司衡阳机械厂	GHC
8	铁科院钢轨热处理中心	TKC
9	部物总鞍山工务器材厂	ASC
10	瓦房店铁路工务器材厂	WFC

四、钢轨生产过程***

钢轨制造应采用平炉、氧气转炉冶炼的镇静钢制造，为保证钢轨没有缩孔和有害的偏析，相当于钢锭头、尾的钢坯应进行充分切除，并应采用使钢轨中不产生白点的生产工艺。目前，世界上主要采用长流程艺和短流程两种生产钢轨的工艺。

（一）钢轨长流程工艺

以矿石为原料，经高炉、转炉冶炼，再经炉外精炼、真空脱气、连铸机铸成一定尺寸的钢坯等14道工序（表2－10）来完成钢轨的制造。

表2－10  钢轨生产的长流程工艺

工序	项目	内                             容
1	冶炼	通过高炉和转炉冶炼出铁水。
2	精炼	吹氧化钙（CaO）粉进行铁水预脱硫（S），吹氧（O）降低磷（P）和其他夹杂物。
3	脱气	真空脱气处理控制钢中含氢（H）量，调整成分，降低非金属夹杂物含量。
4	浇铸	用模铸法或连铸法，铸成一定尺寸的钢锭或钢坯。
5	加热	将钢锭或钢坯加热到轧制温度1320℃。
6	开坯	形成钢轨雏形（仅用于钢锭）。
7	轧制	通过万能轧机，经粗轧、中轧、精轧成钢轨成品。
8	打印	用轮式打印机在热状态下，在钢轨轨腰打上炉罐号等。
9	锯切	成品钢轨在热状态下由热锯按要求锯成一定长度的钢轨。
10	冷却	在步进式冷床上按要求降低钢轨温度达到50°C左右。
11	矫直	在矫直机上进行矫直。矫直方法有压力矫直、辊式矫直、拉伸矫直。
12	探伤	用涡流探伤方法检查钢轨表面缺陷，用超声波探伤方法检查钢轨内部缺陷。
13	检测	使用线性扫描相机和激光测距仪，对成品钢轨进行外观尺寸检查。
14	加工	根据要求对钢轨进行铣头和钻孔。

（二）钢轨短流程工艺

以废钢为主要原料，经电炉粗炼，LF炉精炼，VD炉脱气后送连铸机铸成所需尺寸的钢坯。其后部工艺与长流程工艺第5~14道工序相同。

随着连铸技术的进步，自动化检测和控制技术的结合，钢轨生产工艺采用连铸异形坯，直接送万能轧机轧制，使钢轨制造工艺流程会更短，生产效率和钢轨质量会更高。

五、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%

（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：

（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 (%)		C	Si	Mn	P	S	H
中 国	U71Mn	≥882	8	50	0.65~ 0.77	0.15~ 0.35	1.10~ 1.50	≤0.040	≤0.040		普通轨 GB25 85－81
奥地利	U71Mn	≥980	≥10	50	0.67~ 0.77	0.60~ 0.80	1.25~ 1.50	≤0.030	≤0.030	≤1.0ppm	合同规定
日 本	U71Mn	≥911	≥10	50	0.65~ 0.77	0.15~ 0.30	1.10~ 1.45	≤0.040	≤0.040	≤1.5ppm	合同规定
法 国	U71Mn	≥911	≥10	50	0.63~ 0.77	0.15~ 0.30	1.10~ 1.45	≤0.025	≤0.030	≤1.5ppm	合同规定
德 国	U71Mn	≥931	≥10	43	0.65~ 0.77	0.10~ 0.35	1.15~ 1.50	≤0.040	≤0.040	≤1.5ppm	合同规定
中 国	PD2－SQ	≥1176	≥12	50	0.74~ 0.82	0.15~ 0.35	0.7~ 1.00	≤0.040	≤0.040		全长淬火轨 （两部协议）
澳 大 利 亚	U75－SQ	≥1180 (实测)	≥13.5	50	0.78	0.25	0.90	0.023	0.016		全长淬火轨 （合同规定）
英 国	U78－HT	≥1176	≥10	60	0.74~ 0.82	0.15~ 0.50	0.7~ 1.0	≤0.030	≤0.030		同上
日 本	NHH	≥1176	≥12	60	0.74~ 0.82	0.15~ 0.35	0.7~ 1.0	≤0.030	≤0.030	≤1.5ppm	同上
津 巴 布 韦	AR (含金轨)	≥1080	≥10	50	0.67~ 0.82	0.30~ 0.90	0.90~ 1.30	≤0.03	≤0.03	≤1.5ppm	Cr=0.8%~1.3%
法 国	U78 CHHR	≥1175	≥11	60	0.74~ 0.82	0.15~ 0.35	0.7~ 1.00	≤0.03	0.025	≤1.5ppm	全长淬火轨 （合同规定）
中 国	PD3	≥980	≥8	60	0.72~ 0.82	0.65~ 0.90	0.75~ 1.05	<0.04	<0.04	(V) 0.05%~0.12%	（企业标准） 高碳微钒
前苏联	M76	≥900	≥6.3	65	0.71~ 0.82	0.18~ 0.40	0.75~ 1.05	≤0.035	≤0.045		ΓOCT 24182－80
中 国	PD3－SQ	≥1275	≥11	60	0.72~ 0.82	0.65~ 0.90	0.75~ 1.05	<0.04	<0.04	(V) 0.05%~0.12%	企业标准

第二节  钢轨伤损

一、钢轨伤损的定义、标准和标记*

钢轨缺陷包括制造中遗留的缺陷（白点、气泡、缩孔、偏析、非金属夹杂等）和使用过程发生的缺陷两类，后者简称为钢轨伤损。

（一）钢轨伤损定义

钢轨伤损是指钢轨在使用过程中发生的折断、裂纹及其他影响和钢轨使用性能的各种状态。

1．钢轨折断是指发生下列情况之一者：

（1）钢轨全截面至少断成两部分；

（2）裂纹已经贯通整个轨头截面；

（3）裂纹已经贯通整个轨底截面；

（4）允许速度小于160km/h区段，钢轨顶面上有长度大于50mm且深度大于10mm的掉块；允许速度大于160km/h区段，钢轨顶面上有长度大于30mm且深度大于5mm的掉块。

断裂分两种形式：钢轨折断后在断口上能观察到较明显的疲劳断口时称为疲劳断裂；钢轨折断后在断口上没有明显的疲劳断口时称为脆性断裂。

2．钢轨裂纹是指钢轨表面或内部的部分金属发生分离。

3．钢轨其它伤损是指除裂纹、折断以外，影响钢轨使用性能的磨耗、压溃、压陷（或凹陷）、波浪磨耗、弯曲变形、表面缺陷、外伤腐蚀等伤损。

（二）钢轨伤损标准

1．钢轨轻伤标准

（1）钢轨头部磨耗超过表2－13 所列限度之一者。

表2－13  钢轨头部磨耗轻伤标准

钢轨

（kg/m）	总 磨 耗（mm）				垂 直 磨 耗（mm）				侧 面 磨 耗（mm）
	Vmas＞160km/h正线	160km/h≥Vmas＞120km/h正线	Vmas≤ 120km/h正线及到发线	其他站线	Vmas＞160km/h正线	160km/h≥Vmas＞120km/h正线	Vmas≤ 120km/h正线及到发线	其他站线	Vmas＞160km/h正线	160km/h≥Vmas＞120km/h正线	Vmas≤ 120km/h正线及到发线	其他站线
75	9	12	16	18	8	9	10	11	10	12	16	18
75以下~60	9	12	14	16	8	9	9	10	10	12	14	16
60以下~50			12	14			8	9			12	14
50以下~43			10	12			7	8			10	12
43以下			9	10			7	7			9	11

注：①总磨耗=垂直磨耗+1/2侧面磨耗；②垂直磨耗在钢轨顶面宽1/3处（距标准工作边）测量；③侧面磨耗在钢轨踏面（按标准断面）下16 mm处测量。

（2）钢轨伤损达到表2－14 所列限度之一者。

表2－14  钢轨伤损轻伤标准

伤损项目	运行速度
	250km/h≥Vmas＞200km/h	200km/h≥Vmas＞160km/h	160km/h≥Vmas＞120km/h	Vmas≤120km/h
钢轨头部磨耗	磨耗量超过表2－15所列限度之一者
轨端或轨顶面剥离掉块	长度超过15mm且深度超过3mm			长度超过15mm且深度超过4mm
钢轨顶面擦伤	深度超过0.5mm			深度超过1mm
钢轨低头		超过1mm	超过1.5mm	超过3mm
波浪形磨耗	谷深超过0.2mm	谷深超过0.3mm	谷深超过0.3mm	谷深超过0.5mm

2．钢轨重伤标准

（1）钢轨头部磨耗超过表2－15所列限度之一者。

表2－15  钢轨头部磨耗重伤标准

钢轨

（kg/m）	垂直磨耗（mm）			侧面磨耗（mm）
	Vmas＞160km/h	160km/h≥Vmas＞120km/h	Vmas≤ 120km/h	Vmas＞160km/h	160km/h≥Vmas＞120km/h	Vmas≤ 120km/h
75	10	11	12	12	16	21
75以下~60	10	11	11	12	16	19
60以下~50			10			17
50以下~43			9			15
43以下			8			13

（2）钢轨伤损达到表2－16 所列限度之一者。

表2－16  钢轨伤损重伤标准

伤损项目	运行速度				备      注
	250km/h ≥Vmas＞200km/h	200km/h ≥Vmas＞160km/h	160km/h ≥Vmas＞120km/h	Vmas≤ 120km/h
钢轨头部磨耗	磨耗量超过表3.4.3－3所列限度之一者
轨端或轨顶面剥离掉块	长度超过25mm且深度超过3mm		长度超过30mm且深度超过8mm
钢轨顶面擦伤	深度超过1mm		深度超过2mm
钢轨低头		超过1.5mm	超过2.5mm	超过3.5mm	用1m直尺测量最低处矢度，包括轨端轨顶面压伤和磨耗在内
波浪形磨耗	－	－	－	－	1m波长范围内
钢轨表面裂纹	有	有	有	有	包括螺孔裂纹、轨头下颚水平裂纹（透锈）、轨腰水平裂纹、轨头纵向裂纹、轨底裂纹等（不含轮轨接触疲劳引起轨顶面表面或近表面的鱼鳞裂纹)
钢轨内部裂纹	有	有	有	有	包括核伤（黑核、白核）、钢轨纵向裂纹等
钢轨变形	有	有	有	有	轨头扩大、轨腰扭曲或鼓包等，经判断确认内部有暗裂
钢轨锈蚀	经除锈后，轨底厚度不足8mm或轨腰厚度不足14mm		经除锈后，轨底厚度不足5mm或轨腰厚度不足8mm

（三）钢轨伤损标记

按《铁路线路维修规则》规定，钢轨伤损标记见表2－17。

表2－17  钢轨伤损标记

伤损种类	伤 损 范 围 及 标 记		说         明
	连续伤损	一点伤损
轻      伤	|←△→|	↑△	用白铅油作标记
轻伤有发展	|←△△→|	↑△△	用白铅油作标记
重      伤	|←△△△→|	↑△△△	用白铅油作标记

二、钢轨伤损分类**

为了规范钢轨伤损分类，铁道部1986年发布TB/T1778标准《钢轨伤损分类》，该标准将钢轨伤损采用两位数字编号进行分类，十位数表示伤损在钢轨断面上的位置和伤损状态，个位数表示造成伤损的原因。随着钢轨伤损分类要求的提高，2009年重新发布TB/T1778标准，新标准规定了铁路钢轨各种伤损的分类和编号、伤损描述、伤损原因、检测方法及采取措施，它适用于统计钢轨伤损情况，分析钢轨伤损原因及钢轨伤损信息处理。以下简要介绍TB/T1778－2009标准。

（一）钢轨伤损分类编号规则

钢轨伤损分类编号采用四位数字及一位英文字母表示。

第一位为数字，有0~7和9共9个数，分别表示伤损在钢轨长度上的起始位置（注：凡属于与接头状态、接头质量及焊接质量等有关的伤损，在伤损编号中按在夹板接头和焊接接头区域形成的伤损进行分类和登记；凡属于与轨身相同原因形成的伤损，在伤损编号中，按轨身处形成的伤损进行分类和登记。）；

第二位为数字，有0~6共7个数，分别表示伤损在钢轨横截面上的起始位置；

第三位为数字，有0~ 9共10个数，分别表示不同的伤损状态；

第四位为数字，表示对伤损状态的细化，细化顺序以1、2、3、4…编号依次类推，没有细化的可以不写。

第五位为为英文字母，有A~E共5个字母，分别表示不同的伤损程度。

（二）钢轨伤损分类编号结构

钢轨伤损分类编号结构见表2－18。

表2－18  TB1778－2009钢轨伤损编号结构

第一位（数字）	第二位（数字）	第三位（数字）	第四位（数字）	第五位（字母）
伤损在钢轨长度上的位置	伤损在钢轨横截面上的位置	伤损状态	伤损状态的细化	伤损程度
0－钢轨全长范围（或全长的大部份） 1－轨身的局部区域 2－夹板接头（轨端、夹板孔和夹板长度范围的钢轨）区域 3－焊补区域 4－接续线焊接区域 5－闪光焊接头 6－铝热焊接头 7－气压焊接头 9－其它形式焊接的焊缝和热影响区	0－整个钢轨截面或截面的任何部分 1－轨头表面（踏面、轨距角、轨头侧面） 2－轨头内部 3－轨头下颚 4－轨腰 5－夹板孔 6－轨底（轨底下表面、轨底边缘或轨底角侧面）	0－弯曲变形 1－磨耗、压溃、压陷（或凹陷） 2－波浪磨耗 3－接触疲劳裂纹（剥离裂纹）及其引起的掉块和疲劳断裂 4－内部裂纹或内部缺陷（白点、夹杂物、成份偏析、淬火缺陷、焊接缺陷、焊补缺陷等）及其引起的核伤 5－表面缺陷及其引起的疲劳断裂 6－外伤（擦伤、碰伤等）及其引起的疲劳断裂 7－锈蚀及其引起的疲劳断裂 8－没有明显疲劳裂纹的脆性断裂 9－其它	各伤损状态的细化顺序以1、2、3、4…；没有细化时没有数字。	A－不到轻伤 B－轻伤 C－轻伤有发展 D－重伤 E－折断

（三）钢轨伤损分类编号对比

TB/T1778－2009钢轨伤损编号与TB/T 1778－1986钢轨伤损编号、TB/T2172－1990钢轨伤损代码对照表（表2－19）。

表2－19  TB/T1778－2009与1778－1986、TB/T2172对照表

序号	伤   损    名   称	TB/T1778－2009	TB/T 1778－1986	TB/T2172 －1990
1	钢轨全长波浪状弯曲变形	000	99	10204
2	全断面锈蚀	007		12××9
3	曲线外股轨头磨耗超限	0111	44	162×4
4	曲线内股轨头压溃和辗边	0112	43	152×3
5	直线交替不均匀侧面磨耗	0113	43	161×9
6	曲线钢轨轨头踏面波浪形磨耗	012	40、49	102×0、172×9
7	钢轨踏面全长接触疲劳伤损	013	11	14101
8	轨距角处鱼鳞状剥离裂纹、掉块和疲劳断裂	0131	21	203×1、303×1
9	曲线内股轨头踏面剥离裂纹和浅层剥离掉块	0133	11	141×1
10	轨头表面纵向线纹（裂纹）	015	10	141×0
11	钢轨局部弯曲变形	100	99	102×4
12	钢轨脆性断裂	108	79	300×9
13	踏面局部凹陷和辗边	111	41	152×1
14	踏面局部范围的接触疲劳裂纹及其引起的伤损	113	11	141×1
15	轨头表面缺陷	115	10	141×0
16	轨头外伤	116	14、24	182×4、182×4
17	轨头外伤	116	95	19××9
18	轨头内部核伤	124	20	203×0
19	轨头下颚纵向水平裂纹	135	52	224×2

20	轨端下颚纵向水平裂纹	135	52	22432
21	轨腰表面裂纹	145	50、55	2×5×0、2×5×5
22	轨底表面缺陷	165	60	136×0
23	轨底外伤引起的横向疲劳裂纹和断裂	166	65	206×5
24	轨底锈蚀横向疲劳断裂	167	83	300×9
25	轨端旁弯	200	99	19××4
26	轨端低接头和鞍形磨耗	211	41、47	152×1、162×7
27	轨端踏面裂纹和碎裂掉块	215	17	142×7
28	轨端轨头纵向水平裂纹、碎裂掉块或揭盖	224	30	223×0、272×0
29	轨端轨腰裂纹	245	55	2×535
30	夹板孔裂纹	255	53	24513
31	焊补层表面裂纹、碎裂掉块和横向疲劳断裂	315	18	142×8
32	焊补层处轨头内部裂纹和横向疲劳断裂	324	26	203×7
33	接续线焊接部位处表面裂纹和横向疲劳断裂	405	38	20318
34	闪光焊接头脆性断裂	508	96	30046
35	闪光焊接头轨头踏面局部压陷	511	46	153×6
36	闪光焊接头踏面表面裂纹和碎裂掉块	515	14	14146
37	闪光焊接头轨头内部核伤	524	26	203×6
38	闪光焊接头轨头下颚横向疲劳裂纹	535	26	20446
39	闪光焊接头轨腰纵向裂纹	545	56	22546

40	闪光焊接头轨底横向疲劳裂纹	565	66	206
41	铝热焊接头脆性断裂	608	96	30056
42	铝热焊接头轨头踏面局部压陷	611	46	153×6
43	铝热焊接头踏面表面裂纹和碎裂掉块	615	14	14156
44	铝热焊接头轨头内部核伤	624	26	203×6
45	铝热焊接头轨头下颚横向疲劳裂纹	635	26	20456
46	铝热焊接头轨腰纵向裂纹	5	56	22556
47	铝热焊接头轨底横向疲劳裂纹	665	66	20656
48	气压焊接头脆性断裂	708	96	30066
49	气压焊接头轨头踏面局部压陷	711	46	153×6
50	气压焊接头踏面表面裂纹和碎裂掉块	715	14	14166
51	气压焊接头轨头内部核伤	724	26	203×6
52	气压焊接头轨头下颚横向疲劳裂纹	735	26	20466
53	气压焊接头轨腰纵向裂纹	745	56	22566
54	气压焊接头轨底横向疲劳裂纹	765	66	20666

三、钢轨伤损产生原因及分布情况*

钢轨伤损从超声波钢轨探伤专业上可分为五大类。有钢轨核伤；钢轨接头部位伤损；钢轨纵向水平和垂直裂纹；钢轨轨底裂纹；钢轨焊缝缺陷。现分别介绍其产生原因及分布情况（钢轨焊缝缺陷在第五章中介绍）。

（一）钢轨核伤

钢轨核伤从超声波探伤专业上称为轨头横向裂纹。钢轨核伤产生原因：由于钢轨冶炼和轧制过程中材质不良或使用过程中的缺陷，在列车重复荷载作用下形成应力集中，疲劳源不断扩展，逐渐发展而形成。核伤主要产生的部位在钢轨头部内侧，随着核伤直径增大，钢轨承载能力急剧下降，在高速重载的使用环境下极易发生钢轨折断，因此，它是钢轨伤损中危害最大者之一。

1．材质缺陷形成的核伤

钢轨在制造过程中，由于冶金缺陷和钢锭切除不够，钢锭内部存在白点、气泡、非金属夹杂物、偏析和缩孔残余等缺陷，经辊轧后成片状存在于轨头中，在列车载荷的重复作用下，这些缺陷生产的疲劳源逐步扩展，形成有危害的核伤。这类核伤断面具有平坦光亮的表面，通常为白核，当白核发展到轨面与空气接触氧化后成黑核。如果疲劳源系白点引起，则同一炉罐号的钢轨都可能有白点存在。有多处白点的钢轨在使用过程中极易形成多处横向疲劳裂纹，致使钢轨突然折断为几段甚至几十段，每段钢轨断口横向裂纹的形貌基本一致，只是裂纹面积大小不同，对行车安全危害极大。照片2－1是由白点形成的核伤形貌，照片2－2是由缩孔形成的核伤形貌。

照片2－1（2T）  白点形成的核伤形貌

照片2－2（2T）  缩孔形成的核伤形貌

2．接触疲劳形成的核伤

大运量重载区段，由于车轮与钢轨间接触应力过大，在列车荷载多次作用下，先产生轨头顶面剥离或其他表面伤损，然后发展成核伤。一般核源位于轨头内侧上角距顶面和侧面5~15mm的范围内（照片2－3）

照片2－3  表面接触疲劳形成的核伤

照片2－4  侧磨严重下颏尖端微裂边形成的核伤

3．侧磨严重形成的核伤

目前部分客车与货车运行速度相差较大，曲线地段超高设置无法满足各种车速的要求，因此，造成钢轨偏载现象，使钢轨承载量上升。曲线上股钢轨侧磨严重，轮缘对轨颏的挤压，以及水平推力与挠曲应力的复合作用，使下颏尖端产生微裂纹，成为疲劳源，在列车往复作用下，裂纹扩展形成核伤（照片2－4）。

照片2－5  鱼鳞破损形成的核伤

4．鱼鳞破损形成的核伤

车流密度高，行车速度快的重载区段。由于列车在复线中单向运行，小半径曲线上股轨头内侧表面经常发生鱼鳞状破损（照片2－5）。它不同于一般的轨头金属碎裂和剥离，常以裂纹尖端为疲劳源，逐步形成核伤，其特点是发展快，且呈多面核（照片2－5）。疲劳周期从1.7×108 t至5.6×108 t不等，一般为3×108 t左右。

照片2－6  焊补不良形成的核伤 

5．擦伤（焊补）形成的核伤

机车起动或爬坡时车轮空转，以及机车制动滑行时车轮与钢轨间剧烈摩擦产生高温，使轨顶面金属组织变硬、变脆，在列车荷载作用下，形成网状裂纹，并向下发展成为核伤。当焊补轨面擦伤和掉块时，因焊面未打磨干净，留有微裂纹或焊补工艺不良产生缺陷，这些缺陷在机车荷载作用下，极有可能在焊补层下形成核伤（照片2－6）。

照片2－7  焊补不良形成的核伤

除上述原因外，轨腰纵向裂纹向轨头延伸、钢轨淬火工艺不良导致轨头碎裂和钢轨制造时产生的重皮等缺陷，在机车荷载作用下，裂纹端部都是疲劳源很容易形成核伤。钢轨核伤的产生和发展不仅与材质有关，而且与钢轨所处的使用环境有关，凡受冲击力大，轨面状态不良地段的钢轨。如曲线上股，大坡道地段，钢轨小腰和道岔基本轨等，最容易产生疲劳核伤，这些地段在钢轨探伤中应引起重视。

（二）钢轨接头伤损

钢轨接头是线路的薄弱环节，车轮作用在钢轨接头上的最大惯性力要比其他部位大60%左右。钢轨接头的主要伤损是螺孔裂纹，其次是下颏裂纹和马鞍型磨耗等。

1．螺孔裂纹产生原因

螺孔裂纹产生的主要原因是钻孔不当、接头冲击过大、线路养护不良等。

（1）钻孔不当  钢轨轨腰在钻螺栓孔后，强度被削弱，螺孔周边产生较高的局部应力；其次螺孔钻制不良，螺孔周边有毛边缺口或钢轨锈蚀，螺孔周边有锈蚀缺口；以及螺孔钻制位置不对，有高度误差，这些缺陷都会使螺孔周边产生应力集中，进而形成螺孔裂纹。

（2）接头冲击力过大  在有缝线路中，机车车轮跃过钢轨轨缝时，对迎端轨产生较大的冲击力，从钢轨接头受力状态（图2－3）中，可看出P1 、P2 大于静态力P3，因此，接头区钢轨本已因钻螺孔强度被削弱，又承受更大的冲击荷载力，致使裂纹发生率上升。 

 

图2－3（2T3）  钢轨接头受力状态

（3）线路养护不良  由于钢轨接头养护工作不到位，造成道床板结、低接头、轨枕空吊、高低错牙，接头螺栓扭力不够或线路爬行，产生大轨缝等，这些不良的接头状态都会增加机车对接头的冲击力，从表2－20各种条件下螺孔拉应力增量中，充分说明养护不良使螺孔承载力加大，螺孔裂纹产生率升高。

表2－20  各种条件下螺孔拉应力增量

  接头状态

螺孔位置	高  低 错  牙 1mm	低接头 >2mm	鞍  型 磨  耗 0.75mm	鞍  型 磨  耗 1mm	道  床 板  结	钢筋混凝土 枕与木枕 (板结状态)
第一孔	40%	30%			81.5%	102%
第二孔			4.3%	17.1%

图2－3表示接头应力分布情况，第一螺孔的荷载力处于最高值区域，裂纹的生产与受力成正比关系，因此，第一螺孔的裂纹，比其他螺孔产生裂纹的比例更高。从统计资料上显示，第一螺孔裂纹占螺孔裂纹的78%，尤其是岔后引轨、复线区段迎着列车运行方向轨端第一螺孔裂纹的发生频率更高，而且在第一螺孔上不同象限螺孔裂纹的发生率相差很大，Ⅰ、Ⅲ象限螺孔裂纹发生率最高（图2－4），占总数的60.1%，这些是钢轨探伤中应重视之处。

图2－4（2T4）  第一螺孔各象限产生螺孔裂纹概率（%）

2．轨头下颏裂纹的形成

接头钢轨下颏裂纹的形成，主要是长期受到过大的偏载，水平推力以及轨头挠曲应力的复合作用；其次是钢轨接头采用斜坡支承夹板，使轨颏承受向上拉力（图2－5a）；再加上养护作业不良，以及机车车辆的蛇形运动产生的横向作用力等多方面因素同时作用的结果。由于外侧应力大于内侧，因此，下颏裂纹往往具有从外向内逐步扩展的特点（图2－5b）。

图2－5（2T5）  钢轨轨颏受力与裂纹

3．马鞍型磨耗的特征

钢轨轨端接头淬火工艺不良，淬火区与非淬火区之间硬度过渡不均匀，在列车荷载多次作用下，该部分产生压陷，形成钢轨接头区两侧凸，中间凹下的马鞍形（图2－6）。

 

图2－6（2T6）  马鞍型磨耗轨外貌

（三）钢轨纵向水平和垂直裂纹

由于钢轨制造工艺不良，没有切除钢锭中带有严重偏析、缩孔、夹杂等缺陷，在钢锭轧制成钢轨后，缺陷成片状残留在轨头、轨腰、轨底中，与钢轨纵向平行，呈水平或垂直状态出现（图2－7）。纵向垂直的裂纹经机车长时荷载作用后，会向外膨起成为膨泡裂纹。无缝线路区段，曲线地段钢轨长期受到过大的偏载，在钢轨颏部或轨腰上会产生水平裂纹（图2－8）。

图2－7（2T7）  钢轨水平和纵向裂纹

图2－8（2T8）  焊接接头下颏水平裂纹

（四）钢轨轨底裂纹

轨底裂纹的形成原因有以下种：

1．轨腰垂直纵向裂纹向下发展成轨底裂纹（图2－9a）；

图2－9（2T9）  钢轨轨底裂纹

2．轨底锈坑或划痕发展形成的轨底横向裂纹（图2－9b）；

3．在制造钢轨时，轨底存在轧制缺陷或因轨底与垫板轨枕间不密贴，使用中轨底局部产生过大的应力，造成轨底横向裂纹或破裂；

4．焊接工艺不良，产生过烧、未焊透、气泡、夹杂，以及光斑或灰斑等内部缺陷，造成轨底横向裂纹（图2－9c）。

复 习 思 考 题

1．钢轨的作用、要求和分类有哪些？ 

2．分别说出P50、P60钢轨断面及轨端侧面尺寸各为多少？

3．了解和掌握钢轨标志有何意义？简述国产钢轨的标记、代号和炉罐所包含的含义。

4．目前钢轨生产过程有几种工艺，长流程工艺的工序有哪些？ 

5．钢轨的化学成份对钢轨有什么影响？各类元素对钢轨的性能具有哪些影响？

6．通常所说的钢轨机械性能包括哪些？它们的含义是什么？ 

7．钢轨伤损如何定义？哪些情况属于钢轨折断？ 

8．钢轨顶面擦伤的重伤标准是什么？如何对伤损钢轨做标记？

9．钢轨其它伤损包含哪几类？ 

10．钢轨伤损分类编号由几层组成？它们分别表示什么？ 

11．从钢轨超声波探伤分析，钢轨伤损有哪几类？其中核伤形成的原因有哪些？ 

12．钢轨接头螺孔裂纹产生的原因有哪些？轨头下颏裂纹形成的原因和特点是什么？ 

13．钢轨纵向水平和垂直裂纹产生原因是什么？ 

14．钢轨轨底裂纹产生原因有哪些？