Die Beziehung zwischen der Gleichmäßigkeit der Schienenmikrostruktur bei geringer Vergrößerung und der Entstehung von Schienenkopfschäden
Warum werden zentrale Porositätsdefekte innerhalb der Schiene zu Ausgangspunkten für interne Defekte am Schienenkopf?
Bei der zentralen Porosität handelt es sich um eine Ansammlung innerer Mikroporen, die sich beim Schienenwalzen bilden, ein typischer Volumendefekt. Unter wiederholten Rad-{1}}Schienenbelastungen werden diese Mikroporen zu Spannungskonzentrationskernen, die dazu führen, dass sich Versetzungen im Metallgitter an den Porenrändern anhäufen und nach und nach Mikrorisse bilden. Mit zunehmender Lastwechselzahl breiten sich Mikrorisse entlang des porösen Bereichs bis zur Schienenkopfoberfläche aus und bilden schließlich sichtbare innere Defekte. Solche durch innere Porosität verursachten Defekte sind verborgen und können bei der Oberflächeninspektion im Frühstadium nicht erkannt werden. Oft werden sie erst nach der Erweiterung entdeckt, was eine große Gefahr für die Verkehrssicherheit darstellt.
Was sind die Hauptunterschiede in den Grenzwerten von Schienenmakrostrukturdefekten zwischen chinesischen Standards und internationalen Standards (UIC/EN)?
Internationale Normen stellen strengere Anforderungen an die Schienenmakrostruktur, mit wesentlichen Unterschieden bei der Kontrolle von Entmischungsbändern und Schrumpfungshohlräumen. Die UIC-Norm schreibt vor, dass die Trennbandgüte im Schienenkopf die Güteklasse 1 nicht überschreiten darf und eine kontinuierliche Netztrennung nicht zulässig ist; Normale -Hochgeschwindigkeitsschienen nach chinesischem Standard erlauben Trennungsbänder bis zum Grad 2 mit einer gewissen Toleranz für leichte Netztrennungen. Im Hinblick auf die Lunkerbeherrschung fordern internationale Normen keine verbleibenden Lunker im Schienenkopf- und -stegbereich, während chinesische Normen leicht verteilte Lunker im Schienenfuß zulassen. Darüber hinaus sehen internationale Normen eine „White-Band“-Inspektion vor, um strukturelle Anomalien zu verhindern, die durch ungleichmäßige Wärmebehandlung verursacht werden.
Welche systematischen Auswirkungen hat eine unebene Makrostruktur der Schiene auf ihre mechanischen Eigenschaften?
Eine ungleichmäßige Struktur führt zu einer Anisotropie der mechanischen Eigenschaften der Schiene mit einer größeren Streuung der Zugfestigkeit und der Streckgrenze im Schienenkopf, und die Festigkeit einiger Bereiche kann unter dem Auslegungswert liegen. Die Schlagzähigkeit nimmt erheblich ab, insbesondere in Bereichen mit Entmischungsbändern, wo die Schlagzähigkeit um mehr als 40 % sinken kann, wodurch die Schiene bei niedrigen Temperaturen oder unter Stoßbelastungen anfällig für Sprödbrüche wird. Gleichzeitig wird die Ermüdungsgrenze defekter Bereiche erheblich verringert, wodurch sich die Ermüdungslebensdauer der Schiene um 30 % bis 50 % verkürzt, die langfristigen Betriebsanforderungen der Strecke nicht mehr erfüllt werden und der Überholungs- und Austauschzyklus vorzeitig erfolgt.
Wie kann die Einheitlichkeit der Schienenmakrostruktur durch Prozesskontrolle während der Produktion verbessert werden?
Die Kernprozesskontrolle konzentriert sich auf die Phasen der Stahlerzeugung und des Walzens. In der Stahlherstellungsphase werden Prozesse wie Vakuumentgasung und RH-Raffination eingesetzt, um den Gehalt an Gasen und Einschlüssen in der Stahlschmelze zu reduzieren. In der Zwischenzeit wird der Stranggussprozess optimiert und die elektromagnetische Rührtechnologie eingesetzt, um zentrale Porosität und Entmischung zu beseitigen. In der Walzphase werden die Anfangs- und Endwalztemperaturen streng kontrolliert, um eine vollständige Rekristallisation des Metalls sicherzustellen. Zur Verdichtung interner Mikroporendefekte wird das Walzen in mehreren Durchgängen mit großer Reduktion verwendet. Darüber hinaus fügt die Online-Inspektion in der Endbearbeitungsphase einen Makrostruktur-Inspektionsprozess hinzu, um unqualifizierte Knüppel auszusortieren und so die interne Qualität der Schienen von der Quelle an sicherzustellen.
Wie kann anhand der Fehlererkennungsdaten vor Ort beurteilt werden, ob interne Defekte am Schienenkopf durch Makrostrukturinhomogenität verursacht werden?
Eine Beurteilung kann anhand der Wellenformeigenschaften von Ultraschall-Fehlerprüfgeräten erfolgen. Interne Defekte, die durch strukturelle Inhomogenität verursacht werden, zeigen in der Regel „diffuse“ oder „wolkenartige“ Fehlererkennungswellenformen und nicht eine einzelne scharfe Reflexionswelle, und die Defektstellen sind meist im zentralen Bereich des Schienenkopfes konzentriert. Wenn in Kombination mit der Lebensdauer der Schiene eine große Anzahl interner Defekte auftritt, wenn die Lebensdauer der Schiene kurz ist (weniger als 50 % der geplanten Lebensdauer) und die Defektverteilung keine offensichtliche Regelmäßigkeit aufweist, ist die Ursache höchstwahrscheinlich eine ungleichmäßige Makrostruktur. Zu diesem Zeitpunkt sollten ausgefallene Schienen zur anatomischen Analyse beprobt werden, und die Art der inneren Defekte sollte durch Säurelaugungs-Makrotests bestätigt werden, um eine Grundlage für die spätere Beschaffung und den Ersatz der Schienen zu schaffen.