百米高速重轨脱碳层检验方法

陶 勇, 贾丽晖, 李继康, 胡 涛, 李亚轩, 刘明辉, 雷波荣, 张彦文

(1.宝钢股份武钢有限质检中心, 武汉 430080； 2.钢铁研究总院， 北京 100081；3.中铁物总技术有限公司， 北京 100036;4.宝钢股份武钢有限制造管理部, 武汉 430080;5.宝钢股份中央研究院武汉技术中心, 武汉 430083)

2008年笔者单位百米高速重轨线投产,遇到的第一个生产技术难题就是百米高速重轨的脱碳层深度出现批量不合格，超过当时《铁科技120号》文件(2012年才有TB/T 2344-2012《43～75 kg·m-1钢轨订货技术条件》标准)规定:深度不大于0.50 mm。脱碳层深度批量不合格的主要原因是公司新产线投产后，对生产百米高速重轨认识不足,虽然之前有丰富的低速、短尺重轨生产经验，但是百米高速重轨产线是全新的技术、装备，交货技术指标也是全新的要求。建设这条百米高速重轨生产线，主要是满足当时国家刚刚发展的“四纵四横”高速铁路网的建设，所以在百米高速重轨脱碳层的指标控制上经验不足。虽然当时有国内同行在该方面做得较好，但是因属于知识产权和技术保密范畴，公开资料无法得到。百米高速重轨技术质量攻关团队后来通过不断的技术摸索、研究和攻关,通过对加热炉的炉内气氛、加热温度、加热时间等方面的技术参数控制，同时采取了对大尺寸连铸坯表面涂刷防脱碳涂料的措施,最终从源头上控制住了百米高速重轨的脱碳层深度批量不合格问题，这一生产技术质量难题解决后，为百米重轨产线的产能释放、质量稳定、效益提升打下了坚实的基础[1-6]。

笔者回顾百米高速重轨的脱碳层检验方法的攻关，介绍了TB/T 2344-2012标准规定的脱碳层深度测量方法与GB/T 224-2019《钢的脱碳层深度测定法》标准中的方法不同的地方。

1 百米高速重轨的成分及生产工艺

百米高速重轨主要钢种及化学成分见表1。

表1 百米高速重轨主要钢种及化学成分(质量分数)Tab.1 Main steel grades and chemical compositions of 100 m high speed heavy rail (mass fraction) %

百米高速重轨生产工艺：高炉铁液→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→280 mm×320 mm 5机5流大方坯连铸→大方坯步进式加热炉加热→BD1→BD2→万能轧机轧制→热打印→高压水除磷→平交复合矫直机矫直→表面检查→性能检验→冷床→入库。

2 TB/T 2344-2012标准中的脱碳层取样及检验方法

TB/T 2344-2012标准中对高速重轨脱碳层的取样要求如图1～图4所示。

图1 重轨表面脱碳层检验范围示意图Fig.1 Schematic diagram of inspection range of decarburization layer on heavy rail surface

图2 重轨脱碳层深度检验的送检试样Fig.2 Submitted sample for depth inspection of decarburization layer of heavy rail

图3 重轨脱碳层试样的取样位置Fig.3 Sampling position of heavy rail decarburization layer sample

图4 重轨脱碳层深度检验试样Fig.4 Decarburization layer depth inspection sample of heavy rail

由图1可见，轨头高度2/3区域以上的位置都是需要进行脱碳层测定的，按照60N轨型来计算，每个重轨试样脱碳层的检验范围的长度约为100 mm,远远大于GB/T 224-2019标准中“保证总检测长度不小于35 mm”的规定要求。为便于组织生产和精确取样制样，一般对覆盖该区域范围的脱碳层检验试样区域分为左轨角、踏面和右轨角3个区域，如图5所示。

图5 重轨脱碳层试样金相镶嵌图Fig.5 Metallographic mosaic of decarburized layer sample of heavy rail

对这3个区域，按照标准规定测量从试样表面到连续、封闭的铁素体网的深度，如图6所示。所以这一重轨脱碳层检验方法的核心就在于准确地确定脱碳层深度，找到连续、封闭的铁素体网的位置。对于不连续的、不封闭的铁素体网，不计入脱碳层深度测量。

图6 重轨脱碳层深度检验示意图(至连续封闭的铁素体网)Fig.6 Schematic diagram for decarburization layer depth inspection of heavy rail (to continuous closed ferrite mesh)

3 GB/T 224-2019标准中脱碳层取样及检验方法

GB/T 224-2019标准中对于高速重轨的脱碳层取样及检验方法没有具体规定。一般要求通过金相方法，测量最深处总脱碳层的深度，包括全脱碳层和部分脱碳层的深度。采用TB/T 2344-2012标准中脱碳层检验方法检验某高速重轨，连续封闭铁素体网处的深度结果为0.47 mm；采用GB/T 224-2019标准检验最深处的总脱碳层深度，脱碳层深度结果为0.59 mm,两种测量方法对于同一试样的脱碳层测定结果如图7和图8所示。两种方法相比，采用TB/T 2344-2012标准中检验出的脱碳层深度要小。

图7 采用TB/T 2344-2012方法测量重轨脱碳层结果Fig.7 Measurement results of decarburization layer of heavy rail by TB/T 2344-2012 method

图8 采用GB/T 224-2019方法测量重轨脱碳层结果Fig.8 Measurement results of decarburization layer of heavy rail by GB/T 224-2019 method

4 百米高速重轨的脱碳层盲样检测比对工作

笔者单位作为负责百米高速重轨的脱碳层深度检验的单位，承担着准确测定百米高速重轨脱碳层深度的职责。为持续保持在这一领域的检验能力，经常参加脱碳层检验试验室比对工作，脱碳层深度检验结果数据比对结果满意。比对试验是对同一块百米重轨的脱碳层试样，安排不同的职工进行盲样检测，最后对不同职工的检验结果进行汇总、比较、分析。围绕盲样的脱碳层深度检验结果的偏差进行再分析，盲抽比对试样如图9所示。

图9 重轨脱碳层深度检验盲抽比对试样Fig.9 Blind sampling comparison samples for decarburization layer depth inspection of heavy rail

中国铁道研究院金属及化学所每年都会对重轨进行抽样检验，每年至少抽查6次，涉及的钢种包括U71MnG和U75VG,其中有一项重要的项目是脱碳层的深度检验。每次抽查后都会定期发布重轨的性能抽查结果，然后对中国铁道研究院金属及化学所检验的脱碳层深度结果与笔者单位检验的同批号的脱碳层深度检验结果进行全面比对，确保高速重轨的脱碳层深度取样方法、检验方法、评定方法与中国铁道研究院金属及化学所一致，保证重轨脱碳层深度检验方法完全一致，确保中国高铁行车的质量安全。

5 百米高速重轨脱碳层取样及检验岗位规程编制

TB/T 2344-2012标准中对重轨脱碳层检验的取样频次是1 000 t取样一次，而根据重轨产品的特点，从安全的角度，为保证交货质量，企业内部从严要求，规定正常生产时脱碳层检验取样的频次是500 t取样一次，比铁道部标准规定的检验频次严格一倍。同时在重轨每次轧钢初期，脱碳层取样标准都是要求每一批都取样，要保证连续3批的重轨脱碳层深度均低于0.50 mm,再执行每500 t取样一次。如果有进行工艺调试、加热炉出现故障或轧线出现故障的情况出现，重轨脱碳层深度检验执行批批取样的制度。在百米高速重轨脱碳层取样及检验岗位规程的编制上，将TB/T 2344-2012标准中的脱碳层取样和检验的规定全部采纳，同时把企业内部对重轨脱碳层的取样频次和检验要求纳入岗位规程，以保证重轨脱碳层深度检验结果的可信度。