丁韦 高振坤 宋宏图 张凤明 林云蕾 曹兴旺

1.中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所，北京100081；2.内蒙古包钢钢联股份有限公司，内蒙古包头014010

贝氏体钢轨具有高强度和高冲击韧性，曾被认为是代替珠光体钢轨、提高线路耐磨性和安全性的最佳选择。然而，与传统的珠光体钢轨相比，贝氏体钢轨特别是轨头部分存在较高的残余应力，比珠光体钢轨高出1倍左右。轨头、轨底的拉应力可能导致轨腰沿钢轨纵向撕裂，严重影响钢轨的使用性能［1］。

钢轨在使用过程中，轨顶主要承受滚动接触应力，整个断面主要承受温度应力，再叠加上钢轨自身的残余应力，受力情况相当复杂。目前，相关研究主要集中在成分、热处理工艺对金属显微组织的影响以及对基本力学性能的影响［2-4］，与贝氏体钢轨的实际力学性能存在较大差异。

2016年4月，在大秦（大同—秦皇岛）线铺设了一段贝氏体钢轨［5］，长度为6.4 km，使用1年，发现共有11个批次炉罐号的钢轨存在一处或多处伤损。如图1所示，裂纹源位于轨头内部，距离轨顶面4～10 mm，宏观为核伤缺陷。文献［6］对其中的3个核伤进行了分析，认为核伤均为轨头氢致裂纹造成横向扩展，并且氢致裂纹断口中部（裂纹源）存在粗大夹杂物。事实上，部分核伤并未发现裂纹源存在缺陷，难以用夹杂物或氢致裂纹来解释裂纹源的形成以及裂纹的快速扩展。

图1 典型贝氏体钢轨轨头核伤宏观形貌

贝氏体钢轨的冲击韧性高于珠光体材质10倍，但裂纹的形成和核伤的长大速度却大大超过了珠光体钢轨。……