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介绍
分类
质量问题
产生钢轨剥离掉块主要是由于钢轨材质不纯、淬火工艺不当、轨底坡设置及涂油工艺不当等因素引起的。广州、北京等铁路局采取加楔形胶垫调整轨底坡、间断涂油让较轻剥离部位磨掉等措施来防止剥离掉块的发生，取得了较好效果。
(3)波浪磨耗
波浪磨耗是指钢轨踏面在全长出现周期性高低不平的波状磨耗，而轨头下颚和整个断面仍保持平直。波浪磨耗在石太线、丰沙线、大秦线等运煤专线上问题比较突出，在广深准高速线路上，也开始出现，并且表现较为严重。
影响波浪磨耗(简称波磨)的因素较多，第一类因素影响波磨的形成，即决定轮对粘滑振动是否出现；第二类影响波磨的发展，即加剧或减缓粘滑的振动强度、加强或减弱不均匀磨损的累加效应。一般来讲，许多在波磨形成过程中起作用的因素，对波磨的发展也有决定性影响。有些因素虽影响波磨发展速率，但并不决定波磨是否形成，控制这些因素也可有效减缓波磨。
预防波磨的关键，一是消除曲线地段轮对的粘滑振动；二是消除由粘滑振动引起的钢轨不均匀磨损的累加效应。
为了减缓波磨，常采用如下措施:
①减小轨道不平顺。减小轨道不平顺对减缓波磨及其他轮轨病害均十分有利。减小轨道不平顺可减少粘滑振动的发生的概率及钢轨不均匀磨损的累加效应，从而有效地控制波磨发展速率。减小轨道不平顺主要是指减少诸如钢轨接头、轨面剥离、擦伤及钢轨死弯等脉冲不平顺。脉冲不平顺导致轮轨冲击，引发轮对粘滑振动，是对波磨形成和发展影响最大的轨道不平顺。计算表明，在完全平顺的轨道上，货车在半径600 m 以上的曲线地段几乎不会发生轮对粘滑振动，但因接头不平顺的作用，在半径2 000 m 的曲线上也可能发生轮对粘滑振动。多数波磨从接头附近始发的现象说明了这一点。
②加大轨道弹性、提高轨道阻尼。轨道增弹减振对减少轮轨其他病害也是有利的。增加轨道弹性可有效地减小轮对粘滑振动发生的概率；而提高轨道阻尼则可明显降低波磨的发展速率。
③适当降低曲线地段外轨超高。过超高加大轮对粘滑振动，而欠超高抑制甚至消除轮对粘滑振动。车速较低且轴重较大的货车对波磨形成和发展的影响最大。因此，在主要运行货车的线路上，外轨且主要出现磨损型波磨的曲线地段铺设淬火轨，可采用尽量降低外轨超高的办法减缓波磨。
④钢轨倒换。轮对在曲线上可能发生粘滑振动从而形成波磨，但在直线上，发生粘滑振动的概率却很小，说明直线地段波磨形成和发展的条件不充分。如将曲线地段的波磨轨倒换至直线上，因粘滑振动消失，磨耗功显著降低，波磨的发展将得到明显抑制。
⑤钢轨打磨。钢轨打磨是减缓波磨最有效的措施之一。波磨一旦出现，又反过来激化和加剧轮对粘滑振动，促进波磨进一步发展，波深越大则波磨发展越快，构成恶性循环。钢轨打磨中断了这种恶性循环的发展过程，减缓了波磨发展速率。
⑥提高钢轨材质强度及耐磨性能。提高钢轨耐磨性能，是最主要的减缓措施之一。轮对粘滑振动是波磨的成因，但波磨的形成和发展却表现为钢轨不均匀磨损或不均匀塑性变形的逐步累积。能够减缓轨头磨损和塑性变形的措施就能减缓波磨，钢轨耐磨性能的提高，无疑会延缓波磨的形成与发展过程。
⑦增大轮对轴的刚度。轮对轴的刚度偏小是易于激发轮对粘滑振动的因素之一，如采用空心车轴，并增加轴径，使轴刚度提高1 倍，可有效地抑制钢轨波磨。
⑧增大一系悬挂阻尼。设置一系悬挂的机车和客车，一系无阻尼或阻尼偏小是激发轮对粘滑振动的主要因素。因此，增设或加大一系阻尼是有效减缓波磨的措施之一。也是迅速衰减轮轨冲击振动，减缓轮轨系统中其他病害的重要技术措施。
⑨控制涂油润滑。以减缓曲线外轨侧磨为目的的轮缘或轨侧涂油润滑，对减缓波磨是不利的。同时，过量涂油对减缓钢轨剥离也不利。因此，涂油润滑绝不是越勤越好。但目前对合理的涂油工工艺还缺乏深入系统的研究。
(4)核伤
起源于轨头走行面下一定深度范围处的内部疲劳裂纹，在钢轨的伤损中占有一定的比例。钢轨疲劳伤损以轨头核伤为多，它随着通过总重的增加而增多。疲劳裂纹源常由夹杂物开始，微裂纹逐渐发展为核伤且表面伤损贯通，氧化形成黑核。
因此，延长钢轨使用寿命，减少核伤的关键在于提高钢质纯净度。核伤轨的特点是:高坡及曲线地段核伤较多，曲线磨损量较少及曲线钢轨下股发生核伤较多。
横向疲劳断裂和脆性断裂
虽然占的比例非常小，但客观上存在危害极大，产生的原因:由钢轨的低倍缺陷或表面缺陷引起的横向疲劳裂纹；由马氏体引起的钢轨横向疲劳断裂；由钢轨轨颚的辗堆造成的钢轨横向疲劳断裂；由轨底存在的外伤引起钢轨横向疲劳断裂。
螺栓孔裂纹
螺栓孔裂纹占重伤钢轨的40 %以上，属疲劳伤损。由于钢轨螺栓孔部位存在冶金缺陷，其周边易产生局部应力集中，导致裂纹萌生，疲劳扩展，造成钢轨断裂。应加强螺栓孔倒棱，引进螺栓孔冷扩张技术等来防止螺栓孔裂纹的产生。
轨头踏面线纹，纵向裂纹及劈裂
所谓线纹是指在钢轨表面存在微细裂纹，属表面缺陷。这种裂纹在热轧后的钢轨上由于
氧化铁皮
的覆盖，在新轨上道初期有时难以发现；待使用一段时间后，经列车车轮辗压，表面氧化皮被磨掉而使线纹、裂纹暴露出来。线纹、裂纹的特征是呈现深浅不等、数量为一至多根成簇分布并沿轧制方向纵向排列。线纹的长度有0.5 ～ 18 m ，现场发现最深为7 mm ，一般在0.2 ～ 2 mm ，而且在轨头发现，轨底数量少。
产生原因主要是钢锭的皮下气泡、超深的表面气孔、浅的凹坑、钢坯表面清理过深及轨温不均或在轧制过程中出现的耳子等。若线纹、裂纹深度较浅，钢轨磨耗速度大于裂纹扩张速度时则轨头表面的线纹有可能被磨掉；若线纹、裂纹较深，有可能逐渐扩张为裂纹、剥离直至断轨
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钢轨的纯净度
对于钢轨钢生产，既要保证其具有足够高的强度，又要致力于提高其韧性。为此，不能靠单独提高含碳量，而是应该采取合金化的途径，即发展中碳
多元合金
化高强度高韧性钢轨钢。钢轨淬火是提高钢轨强度、韧性、耐磨性，延长使用寿命的有效途径。国外热处理钢轨的实际碳质量分数:日本为0.76 %～ 0.81 %，俄罗斯为0.71 %～0.80 %，卢森堡为0.78 % ～ 0.82 %，英钢联为0.76 %～ 0.77 %，奥钢联为0.75 %～ 0.81 %，碳质量分数最大波动范围为0.09 %，最小为0.01 %。我国钢轨:U74 的碳质量分数为0.67 %～ 0.80 %，U71Mn 为0.65 % ～ 0.77 %，PD3 为0.70 %～ 0.78 %，BNbRE 为0.70 %～ 0.82 %，最大波动范围0.13 %，最小为0.08 %。由于碳含量波动范围大，淬火工艺参数难以控制，不能充分发挥淬火的技术优势，钢轨的内在性能未能通过淬火充分发挥出来，甚至稍有不慎就会出现马氏体。因此，碳含量波动范围应进一步减小。
①氧化铝
在各类夹杂物中，链状氧化铝无疑最为有害。大量检验分析结果表明，链状氧化铝夹杂是形成条状疲劳裂纹源进而导致核伤的主要原因，因而国外钢轨标准对氧化铝夹杂物数量有严格要求。
②硅酸盐
硅酸盐的危害性也较大，除诱发核伤外，还是造成钢轨局部深层剥离的主要原因，国外钢轨标准对硅酸盐数量也有限制。
③硫化物
相比之下，钢轨疲劳损伤对硫化物的敏感程度不及上述两类氧化物。因此，就提高钢轨疲劳性能而言，改善氧化物夹杂的纯净度比改善硫化物的纯净度更为有效。
④低倍夹杂和白点等低倍缺陷
钢轨中的低倍夹杂、白点等低倍缺陷，是形成内部横向疲劳裂纹的主要原因，严重危及行车安全，须严格加以限制。
(3)夹杂物尺寸或数量的影响
关于夹杂物导致内疲劳缺陷的临界尺寸，目前还无定论，但普遍认为，随着轴重提高或速度提高(即动载荷增大)，引起钢轨疲劳损伤的夹杂物临界尺寸将减小。
结合现代钢轨生产技术和高速铁路发展制订的EN 钢轨标准中，对氧化物夹杂提出了严格要求，规定钢中氧化铝夹杂物里小于10 μm 的为95 %以上，而大于10 μm 小于20 μm 的不得超过5 %。
钢轨的外形尺寸
由于速度的提高对钢轨表面的平顺性要求更加严格。在实际钢轨交货中，端头不平顺还要大些，特别是目前钢轨端头，矫直存在暗面，使钢轨的焊接平顺性达不到要求。目前规定快速线路钢轨焊接表面平顺性0.3 mm/m(向上)，实际上很难做到。轮轨动力测试结果表明，在接头处均出现应力峰值。因此，提高钢轨表面平顺性是提速线路的迫切需要
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情况调查
钢轨裂缝
柳州铁路局在进行钢轨线路焊接打磨时，发现一支U71Mn 60 kg/m 钢轨端面轨底脚部位有一严重裂缝缺陷，邓建辉经研究认为，钢轨中的空洞型裂缝是与钢轨表面不相通的封闭型缺陷，是铸锭时保护渣卷入钢水中形成的大型夹渣所造成的。由于钢轨内部轨底脚边沿属现行
超声波探伤
盲区，探伤检测难以发现；但这类缺陷危害极大，严重危及行车安全。因此对目前的超声波探伤方法应进行改进，在轨底脚部位设置探头，以避免探伤检测出现漏检。
钢轨使用后的表层组织与性能
钢轨投入使用后，在钢轨表面和车轮接触部位呈现出肉眼可见的白色，该白色部位在侵蚀剂中不受侵蚀，故称为白层。对白层的形成原因目前还没有定论。一种观点认为白层的形成是高速列车区间由于车轮在钢轨踏面上打滑而造成的，但在极少发生打滑区段的钢轨表面同样存在白层。另一研究认为，高速列车区间钢轨表面形成白层，其组织为
纳米结构
等。
赵秀娟等通过对使用后的U74 钢轨表面形成的白层组织进行分析表明，运行约3 年的钢轨，由表面至心部显微组织变化为:第一层为白层(约40～ 70 μm)；第二层为珠光体变形层(约65 ～ 90μm)；第三层为珠光体未变形硬化层(约130 μm)；白层显微硬度在距表面40 μm 处，硬度最高约达800 HV ，比心部硬度高2 倍多。通过X 射线衍射、透射电镜形貌和选区电子衍射分析，确认白层的组织为过饱和碳的单相的α-Fe 、晶粒显著细化，有纳米级晶粒形成，约40 nm(衍射花样为球状)。
国外学者对钢轨滚动接触疲劳的认识
2000 年底至2001 年初大面积钢轨滚动接触疲劳引起了英国铁路断线。对此，
英国皇家工程院
院士史密斯认为，钢轨滚动接触疲劳由三部分组成:轮轨接触面表面引起的初级裂纹；由接触应力场引起的浅脚裂缝的发展；钢轨内部深层次大面积的应力场裂缝的延伸。这三个因素在转换时就产生了开裂的可能。另外自然磨耗或打磨产生的磨耗也可能促进裂纹的发展。
其他钢轨损伤情况调查
1 宝兰二线钢轨波浪弯曲情况
2002 年6 月发现铺设于宝兰二线的包钢产U74 60 kg/m 钢轨淬火后经过半年多运营，出现大量波浪弯曲，波长周期没有规律性。目测有波浪弯曲钢轨2192 支，占目测钢轨的37.17 %。
2 发现的其他线路钢轨波浪状弯曲伤损状况
(1)上局苏州工务段沪宁线下行K59 处铺设使用的PD3 钢轨，在运营初期出现钢轨的周期性垂直弯曲，造成线路不平顺。
(3)郑州铁路局京广线使用同一钢厂生产的PD3 钢轨，在低速时未发现异常，但自1999 年快速列车开行后，发现钢轨轨面呈明显的波浪状不平顺。
(4)青岛工务段1998 、1999 年铺设的U74 60kg/m 钢轨部分路段，在运营短时间内并没有发现明显的波浪弯曲。1999 年7 月检查时发现钢轨有明显的波浪弯曲。随着列车的提速，这种波浪弯曲表现愈来愈明显。
(5)2001 年秦沈客运专线综合试验段，在铺设攀钢和鞍钢PD3 钢轨试验段，年检发现钢轨有3 m 左右的周期性不平顺，而对法国钢轨试验段区间检查未发现3 m 左右的周期性不平顺
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钢轨钢的发展趋势
(4)关于钢轨金相组织。选择钢轨最佳金相组织越来越被世界钢轨界重视。现阶段，就获得较好的强度和韧性而言，细珠光体组织应为理想选择。从长远看，珠光体钢轨组织进一步细化应为努力的方向。鉴于
低碳贝氏体钢
研究活跃，因此，低碳贝氏体钢轨也可作为基础性研究开展，以解决珠光体钢轨进一步提高强度因其本身受到局限的问题。
(5)对冶金技术的其他要求。通过控轧控冷细化晶粒，防止晶界脆化，降低高强度钢轨对延迟断裂的敏感性；控制凝固过程，达到钢轨材质均匀化；调整化学成分，提高高强钢轨的焊接性能；添加合金元素进一步提高钢轨耐磨性能等，都是提高钢轨使用性能的有效措施。
此外，在发展高强和耐磨钢轨问题上有两点需要冶金行业和铁路行业共同注意:一个是高强钢轨的焊接问题。我国铺设无缝线路已超过2.5万km ，占我国铁路延长长度的1/3 ，钢轨在服役过程中折断部位经常发生在焊接区域。另一个是关于磨耗问题。要选择轮轨关系的最佳配合，统筹考虑。钢轨并非越硬越好，而是需要一定的磨耗速率，否则最大接触应力反复出现在钢轨同一部位，会产生疲劳源而引起剥离掉块。
