1.2.2钢轨成分及微观组织

工业化社会以来，钢铁的使用量逐年攀升，至今为止已经成为现代工业最重要的耗材之一，钢铁主要是铁碳合金，一般还含有硅，磷，硫等元素，合金钢轨除此之外还包含了钒，钛，铬，钼等元素。钢轨的含碳量在0.55%-0.80%之间，其主要的钢轨组织为铁素体加珠光体，碳元素的增加会使得铁素体含量减少而珠光体成分增加。在含量到达0.8%时，珠光体会全部占据钢轨的显微组织。因此钢轨的生产过程中需要控制其含碳量在0.8%以下，但由此带来的问题则是其塑性韧性降低，因此如何控制碳含量范围在钢轨的生产过程中有极其重要的作用。锰是一种增益元素，含量一般0.70%-1.30%之间，锰含量的增加可以增加钢的强度，通常锰的加入会使珠光体转变温度降低，从而得到较细珠光体。相应的硅元素的增加也会提高钢轨的机械性能，能显著提高其耐磨性，但是相应的会导致钢轨塑性和韧性下降。磷元素和硫元素则是炼钢过程中残余的有害元素，必须严格加以控制，通常硫元素会和铁元素形成硫化铁夹杂于钢材中，降低钢轨的塑性和韧性。磷元素是炼钢时残留的元素，对钢轨有非常不利的影响，当其溶于铁素体时，会急剧降低钢轨材料室温下的韧性和塑性，并且会使得钢铁材料的脆性转化温度升高，这种现象被人们称为“冷脆”[3]。钒元素是攀钢开发使用的微合金元素，他在钢轨材料中有细化晶粒的作用，主要以碳化物形式存在以此加强钢轨材料的强度和韧性。铬元素的增加可以将钢轨材料中的珠光体成分转变温度显著降低，这样就能在其中形成细珠光体，从而加强其力学性能如提高强度和耐磨性能。

1.2.3钢轨主要力学性能指标

钢轨的主要力学性能指标包含了轨头表面硬度，抗拉强度，冲击韧性，断裂韧性，疲劳裂纹扩展速率等。他们分别衡量钢轨材料相应的力学性能指标。由于钢轨的运输必须安全可靠，因此对钢轨的力学性能指标要求极高，所铺设的钢轨必须有高耐磨性，耐疲劳性，抗压性，焊接性等。在投入到实际应用之前，必须对钢轨做相应的力学性能测试，保证其能承受外界的受力。最常用的力学性能指标使强度，可以进行强度实验，通常是从轨头，轨腰，及轨底分别取样，在力学性能试验机上测量。其强度不能低于钢轨质量保证书上的强度。在力学性能试验机上也可测得钢轨的随性指标，通常用伸长率来表征其塑性，同样伸长率的平均值不能低于钢轨质量保证书的伸长率。通常情况下抗拉强度不应低于880MPa。列车行驶中主要依靠轮轨之间的摩擦力前进，因此轨头顶面的耐磨性能是十分重要的力学指标，但是硬度过高容受到冲击损伤，所以钢轨韧性也是非常重要的力学性能指标。在列车长期行驶的过程中，钢轨会受到不断重复的外力作用，在周期性的受力过程中，会产生各种疲劳裂纹，因此，钢轨的抗疲劳裂纹扩展速率及抗疲劳性能也是衡量钢轨力学性能的重要参数[4]。除此之外，钢轨还会受到冲击力的影响，以及各种温度下的受力，其冲击韧性也是重要的力学指标。

1.3钢轨生产概述

1.3.1我国钢轨生产企业概述

我国钢轨生产企业一共有四家，他们主要包括攀枝花钢梁厂，鞍山钢梁厂，包头钢梁厂，武汉钢梁厂，各有竞争优势和特色。

攀钢轨梁厂建成于1974年，经过了几十年的发展和建设，依托当地特有的钒资源优势，生产出许多高性能的新一代钢轨，并且有着世界级的万能生产线，成功开发出上百种不同的品种系列，包括各种型号，其没奶呢产值可以达到200万吨左右。鞍山钢梁厂是中国最早建设的钢轨生产厂，于1933年建成，有着近百年的钢轨开发生产历史，其主要设备多数从国外高端厂商引进，经过长期发展具有了整套先进的钢轨生产系统，年产值达80万吨。包钢轨梁厂投产于1969年，是国内主要的型钢生产基地，包括道岔刚刚，H型钢轨，年产值达240万吨。武钢在2005年进行钢轨现代化生产改造后，采用了顶底复转炉，RH真空脱气炼钢等，主要产品是重轨和H型钢，年产能力达105万吨。本实验选取的则是攀钢PD360kg/m钢轨。