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钢轨的化学成分和机械性能

（一）钢轨的化学成分**

钢轨的组织与性能，主要取决于它的化学成分。合适的化学成分是保证

钢轨质量，提高钢轨的机械性能的主要因素之一，而钢材冶金过程中难以

除去的有害元素，又对钢材性能产生不良的影响，表2－11是钢轨中除铁

以外的主要化学元素和作用。

为了进一步改善钢轨的机械性能，冶金部门开发了微合金轨，即在碳素

钢中加入铬（Cr）可提高钢的强度、硬度、耐磨性、淬透性和耐磨蚀性；

加入钒（V）可提高钢的强度、耐磨性和淬透性，改善钢的塑性和韧性；加

入钛（Ti）可细化钢的晶粒，提高强度，改善韧性；加入稀土可细化有害的

非金属杂质的粒径，改善钢的耐磨性和韧性。

表2－11钢轨中除铁以外的主要化学元素和作用

序元素作用和含量

可以提高钢轨的强度、硬度和耐磨性。国产钢轨含碳量在0.65%~0.82%，但钢中

碳

1含碳量偏高，钢质变脆，其塑性指数会显著降低，同时，还会增加钢中产生白点的

（C）

机会

易与氧（O）化合，能起到除去钢中气泡的作用。钢中含有适量的硅，能提高钢的

硅

2硬度和耐磨性。国产钢轨钢含硅量一般为0.15%~0.9%，但含量过多，会使钢质

（Si）

硬而脆，容易在焊缝中产生气孔、夹碴

属有益元素，可提高钢的强度和耐磨性，增加钢的韧性。它可以除去钢内有害氧化

锰

3铁和硫化夹杂物，其锰含量一般控制在0.6%~1.54%之间，含锰量超过1.2%的钢

（Mn）

称为中锰钢，它的抗磨性很高

属有益元素，钢中含有少量的铜化合物，可提高钢的抗疲劳和耐腐蚀性能。国产钢

铜

4轨含铜量一般在0.10%~0.40%之间。如果含铜轨的轧制工艺不良，在钢轨表面会

（Cu）

产生鱼鳞状态开裂

磷属有害元素，磷化物的最大危害是降低钢的塑性和韧性，特别在低温条件下，钢的

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（P）冷脆性增大，易导致断轨，其含量控制在不大于0.04%

硫属有害元素，硫化物常以颗粒状残留于钢中,在钢轨轧制时与钢一起被压延成片状,

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（S）造成钢轨内分层或纵向裂纹。其含量控制在不大于0.05%

（二）钢轨的机械性能**

1．强度

钢轨在载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力。常以强度极限，屈服极限

等指标来表示。强度极限（抗拉强度）是指金属材料抵抗拉伸载荷作用而

不至破坏的最大应力，用бb表示；屈服极限（屈服强度）是指金属材料在

载荷不增加的情况下，仍能产生明显塑性变形时的应力，用бs表示，它们

的单位为MPa。

2．塑性

金属材料在载荷作用下，产生显著的变形而不致破坏，并在载荷取消后，

仍能保持变形后的形状。常以伸长率和断面收缩率等指标来表示。伸长率

是试样拉断后，标定长度的伸长量与原始标定长度之比值的百分点，用δ

表示；断面收缩率是试样断口面积的缩减量与原截面积之比值的百分数，

用ψ表示。

3．硬度

金属材料抵抗另一种更硬物体（材料）压入其表面的能力。根据测定方

法的不同，可分为布氏硬度（HB）和洛氏硬度（HRC）等。

实践证明，硬度和强度之间有一定对应关系，可以根据布氏硬度值近似

地换算出该材料的抗拉强度值。如：低碳钢бb≈0.36HB，高碳钢бb≈

0.34HB。

4．韧性

金属材料抵抗冲击载荷作用而不致破坏的能力。金属材料韧性的好坏，

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可通过冲击试验测定，用冲击韧性值αk表示，单位kJ/m。

5．疲