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钢轨生产与成品检验过程中常见问题及处理论文

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  关键词:钢轨;成品检验;质量控制

  1简述

钢轨生产与成品检验过程中常见问题及处理论文

  钢轨是铁路运输的基本设施,其品质的优劣直接关系到铁路运输的安全、稳定与效率。在现阶段铁路运输高速化、重载化的发展趋势下,对钢轨各项指标也提出了更高的规定。但钢轨生产制造是一个复杂的过程,必须经过精炼、除鳞、轧制、矫直等多道工艺过程,工艺流程长、指标要求严。每一道工序的工艺参数出现偏差,都会对钢轨质量造成危害。近些年钢轨市场呈现供过于求的局面,客户对钢轨的质量要求越来越高。钢轨品质的优劣,不但关系到列车运行的安全性、平稳性与舒适性,也很大程度决定了生产企业的竞争能力。为确保钢轨质量稳定,必须要严格控制每一道生产工艺流程的指标参数,同时做好对产品质量的检验,为产品质量提供相应的工艺指标反馈,从而帮助企业把好产品质量关,为客户和市场提供高品质的钢轨产品。

  2钢轨生产检验的常见问题

  钢轨生产工艺复杂、工艺繁多,生产工艺控制不严格,对钢轨产品质量影响很大。而成品检验是判断钢轨是否合格的关键步骤,对轨道整体质量水平也起着至关重要的作用。
       2.1真空处理工艺参数不稳定

  真空处理的目的是去除钢液中夹杂的气体,提高钢的纯度。在真空处理过程中,真空度、除气时间、软吹时间等工艺参数对真空处理的结果有明显的影响,钢液的成分和钢液的状态在处理过程中也非常重要。这些工艺指标都有可能导致钢液成分和质量的变化。比如在HR真空处理中,较高的真空度有利于增加气体从钢液中释放到真空环境中的驱动力。而合理的除气时间、软吹时间、吹氩压力等,则保证了真空处理过程的效果,从而更彻底地去除钢液中的氢、氮、氧等气体,继而提高钢液的纯净度。在日常生产中,由于设备的稳定性存在变化,很容易导致每炉钢水的处理时间不均匀。因此,应该特别注意软吹时间是否符合规定的要求。在软吹过程中,氩压力太小,无法保证夹杂物的浮动。如果氩压太大,钢液可能会暴露出来。此外,由于不同厚度的精炼炉渣,在相同的氩压下,个别炉次的钢液可能会暴露。因此,应该注意钢液的状态,及时调整软吹压。以上问题都会影响HR真空处理的效果,进而影响到钢液的纯净度和成品钢坯的质量。

  2.2连铸工艺中浇注温度控制不当

  通过连铸工艺可得到内部组织更均匀、偏析少和性能稳定的铸造坯料。连铸过程中,浇注温度、速率、电磁器材搅拌频率等工艺参数及水的情况对铸坯的质量影响显著。由于中间包钢液的化学成分基础与钢轨等值,因此连铸全过程中钢液的化学成分及氢含量也很重要。中间包持续测温是监测浇铸温度的关键方式,但是全自动测温设备偶尔会出现异常导致对浇铸温度反馈和控制的不准确,继而使浇铸温度过高,导致铸坯出现收缩变形、气孔、裂纹乃至模具损坏等问题。这时就必须及时进行人工测温,避免因全自动测温不准确造成的过热量超标的铸坯用于铁路用钢轨的生产。

  2.3轧制参数设置及设备维护不当

  轧制是钢轨生产的重要环节,轧制过程使矩形坯按一定的压缩比发生塑性变形,以获得钢轨的形状。在轧制过程中,轧辊和轧件的受力非常复杂,需要通过合理设置各种轧制参数的设定以及导卫的安装来抵消和补偿轧制过程中复杂的、不良作用力的影响。因此,轧制参数和导卫安装也基本决定了钢轨的外形尺寸以及内部组织性能,这就需要我们对轧制过程的各种参数进行合理的设定和严格的执行。轧制参数对钢轨生产的影响主要体现在以下几个方面:一是尺寸精度,轧制参数的设置直接影响钢轨的断面尺寸和形状。如果轧制参数设置不合理,可能导致钢轨的高度、宽度、平直度等尺寸精度不符合要求。例如,全万能轧制方法通过控制高度方向,可以使轨高波动范围相对稳定,保证长钢轨的轨高波动在较小范围内;二是钢轨表面质量,轧制过程中的参数如轧辊的压力、温度等会影响钢轨的表面质量。不当的轧制参数可能导致表面裂纹、划痕或其他缺陷的产生,影响钢轨的整体质量。三是内部组织和性能,轧制参数还会影响到钢轨的内部组织结构,进而影响其力学性能。例如,轧制温度、压下率等参数会决定钢材的晶粒大小、相组成等,这些因素直接关系到钢轨的强度、韧性和耐磨性。

  为了追求高效生产,存在着多种导致质量不稳定的管理问题。例如,忽略轧辊和导卫的维护;对不超过标准的缺陷缺乏管控;甚至,一套轧辊的轧制量已经达到规定的要求,但仍在使用中。车间管理不严会导致批量缺陷,严重上影响钢轨产品的质量。因此,应该特别注意钢轨是否有缺陷。如果有缺陷,应该停止轧制,尽快调查原因,并在生产前进行处理;注意每个轧辊的轧制量。当轧制量接近控制要求的上限时,应及时更换。如果轧制量超过规定要求,则应重点跟踪成品质量。

  2.4矫直参数对钢轨平直度的影响

  矫直通过使钢轨发生一系列弹塑变形,达到钢轨平直的目的,并对尺寸进行微整。矫直水平辊由9个辊组成,R1~R8辊配有孔型,R9辊没有孔型。矫直辊间距为1800mm,矫直辊直径为1100mm。

  矫直参数的设置决定了钢轨矫后的平直度,也可以在一定程度上调整钢轨的尺寸、扭转等。由于钢轨轧制时会进行参数调整,不同的钢轨在矫前会有很大的差异,这就要求矫前应注意钢轨的外形尺寸和平直度,并对矫直参数进行针对性地调整。

  钢轨矫直参数主要包括矫直压力、矫直点分布、矫直速度等。这些参数以及矫直辊的质量都会直接影响到最终的矫直效果。比如过大的矫直压力在对钢轨矫直时,虽然可以有效消除原有的尺寸偏差,但也会导致钢轨出现新的弯曲或损伤。当矫直辊的过钢量较大时,矫直辊的老化会使调整轨道的不对称、腹腔和扭转调整困难,甚至直接导致批量不合格。因此,应严格执行换辊制度。

  2.5超声波探伤、在线检查中常见的影响因素

  超声波探伤和在线检查是发现钢轨质量缺陷和评价钢轨质量的重要检测手段。超声探伤可对钢轨内部质量进行无损检测,在线检查则是人员在灯光照射下对钢轨表面各类缺陷的检查。但由于设备或是操作原因,探伤和在线检查的准确性也会受到影响。钢轨进行超声波探伤检查时,影响检测准确性的因素包括探测范围的限制、缺陷的相互影响等。为了提高探伤检查的准确性和扩大超声波探伤仪的检测范围,需要将探头放置在与钢轨纵向成一定角度的位置,以便于利用一次波和二次波来检测轨头内的缺陷。但由于人员操作不当,可能会因为测量角度的偏差而影响检查的准确性。探伤设备的稳定性直接影响钢轨探伤的结果。这就要求样轨校准操作的间隔不应太长,样轨校准时的过钢速度不应低于正常检测的过钢速度。与上次校准相比,人工缺陷回波高度的下降不应超过3dB。如果在调整探头之前的样轨校准没有报警,或者回波高度下降超过3dB,则应检查在最后一次样轨校准之前的钢轨。如有必要,可进一步确认人工探伤。在线检查是指检查人员在线检查钢轨质量是否合格,检查人员的配置和状态是否符合要求,检查设备是否正常等因素均会影响检查效果。如果没有自动化检测设备,则需要在钢轨的四个检查表面配备检查人员。如果人数较少,则必须停止检查,直至人员配备完毕。照明设施的布局应合理。侧射灯光源能有效地使轧痕和划伤等缺陷具有不同的明暗特征,有利于减少漏检。

  2.6外观尺寸检查主要在检查台架上开展

  尽管全断面全自动化检测设备功能在不断完善,但是现阶段外观尺寸检查结果的确认还是以人为主。样板、平尺和扭转尺等测量仪器是不是精确,检查人员是不是专业决定了检测结果的准确性。尺寸、平直度和扭转应逐一检验,现场检查人员不可对这些检验项目改为抽检。绝大多数钢轨生产厂选用数显扭转尺测量轨端扭转值,这类扭转尺轻便且结果直观,但稳定性较差,检查工作人员应定期在大理石平台上对扭转尺度进行校准,如扭转尺偏差较大,应对上次校准后测量的钢轨进行复查。钢轨通长尺寸是波动的,如钢轨通长轨高尺寸波动约0.3mm~0.5mm,而标准规定钢轨全长范围任何一点尺寸均要合格,因此,要注重钢轨轨身尺寸测量,对容易出现超差的位置加强测量。

  3钢轨生产检验过程中的质量优化措施

  3.1钢液HR真空处理的质量保证措施

  做好设备的检查维护,包括检查真空动密封的性能。确保所有的密封件没有磨损和损坏,能够有效防止气体泄露。定期检查真空泵的运行状态,确保泵的性能能够满足炉体的抽气速率和极限压力要求。通过传感器实时监测容器内部的气体压力或真空度,并通过控制器根据容器内的压力或真空度状态随时调整真空泵的工作负荷,以保证炉内真空度的稳定性。再就是要做好对钢液温度的控制和钢液中氮、氢、氧等杂质的含量。在大规模生产中,总氧量可以达到5×10-6,氢达0.5×10-6,氮达10×10-6。通过实时监控和调整工艺参数,确保这些指标达到要求。为了提高真空处理的效果,通过吹入氩气并提高吹氩压力来改善钢液在真空室和钢包之间的循环输送,以促进气体的释放和提高脱气效率。

  3.2连铸过程中的质量控制

  对于连铸坯内部质量的控制主要应从气体控制和铸坯结构控制两方面入手。减少连铸坯内部气孔,首先应适当提高浇注温度可以增加钢液的流动性,有利于气体的排出,但需注意过高的温度可能引起其他问题;使用具有良好吸收夹杂物和隔绝空气效果的保护渣,能够减少连铸过程中的空气和杂质进入;保持稳定的拉坯速度可以减少坯壳与结晶器之间的摩擦,防止因摩擦产生的气体被卷入;采用中间包加热、惰性气体搅拌等技术,可以提高钢液的清洁度,减少夹杂物和气体;通过电磁搅拌技术改善钢液的流动状态,有助于气体的排出。在必要时,可以通过向钢包中吹入氩气来搅拌钢水,促进气体的排出。

  3.3钢轨轧制过程中的质量控制

  首先要合理设定轧制参数,并保证轧制参数的严格执行。主要的工艺参数包括加热温度、轧制力、轧制速度等。其中,轧制力的大小需要根据钢材的材质、温度以及所需的最终形状来精确设定。例如,一个典型的万能轧制机组通常水平辊最大轧制力为5000kN,立辊最大轧制力为3000kN。钢轨在轧制过程中的温度对于其最终性能至关重要。打印位置轧件的温度通常控制在550℃~900℃之间,以确保钢轨的机械性能和尺寸精度。轧制速度也需要根据钢材的材质和所需性能来调整,它会影响钢材的冷却速率和晶粒结构,进而影响其机械性能。

  3.4钢轨矫直的质量控制

  过度的压力可能会导致钢轨产生不可逆的塑性变形,甚至损伤钢轨。压力过低可能无法达到预期的矫直效果,导致钢轨仍有残余曲率。因此,矫直压力的调整也是决定钢轨矫直质量的关键。矫直压力的调整需要参考屈服准则,如Tresca屈服准则和Von Mises屈服准则,这些准则帮助确定材料在复杂应力状态下的屈服行为。在实际操作中,矫直压力的调整通常需要根据钢轨的材料特性、几何尺寸以及预期的矫直效果来确定。钢轨矫直质量的检查主要有目视检查、直尺测量、弦量测量等几种方式。矫直后的钢轨应达到目视直顺的效果,即通过肉眼观察不应有明显的弯曲或扭曲。使用1m长的直尺对矫直后的钢轨进行测量,矢度(即钢轨表面最高点与直尺之间的最大距离)不得大于0.5mm。使用5m长的弦对钢轨进行测量,其误差(即弦与钢轨表面之间的最大距离)不应超过2mm。矫直后的钢轨轨距和方向应保持一致,不再有规律性的变形。对于钢轨表面质量的检查,主要应检查钢轨表面是否有裂纹、划痕或其他缺陷,这些都可能影响钢轨的性能和使用寿命。钢轨内部质量检查通过超声波检测等方法检查钢轨内部是否有缺陷,如夹杂物、气泡等。

  3.5钢轨探伤检查的质量控制

  钢轨探伤检查操作是确保铁路安全的重要环节,主要采用超声探伤法和涡流探伤法来检测钢轨中的缺陷。在使用钢轨探伤仪之前,需要对仪器进行检查,确保仪器工作正常,没有损坏的部件。根据实际需要选择合适的探伤作业模式。停顿式是在发现可疑伤损后立即停车进行人工现场复核;连续式则是探伤车连续检测不停车,之后由维修部门对数据分析出的可疑伤损进行复核。在探伤过程中,操作人员需要能够识别出钢轨中存在的各种缺陷,并对可疑伤损进行标记和通知维修部门。完成整条路线的检测后,关闭仪器并进行数据记录。根据不同的检测需求,可以选择滑靴式或轮式超声波传感器。轮式传感器具有多种优势,如适应不同轨头形状、耗水量小、能在较低环境温度下工作,且不易受机械碰撞损坏。操作时应遵循相关的技术条件和标准,如TB/T2340—2000《多通道A型显示钢轨超声波探伤仪技术条件》。

  4结语

  钢轨的生产技术和设备正在不断地发展和创新,钢轨产品检验的技术手段也在不断提高。为了提高钢轨的质量,需要不断地学习专业知识,提高我们的质量意识,提升我们的质量管理体系运行水平。高效的质量管理体系保证钢轨的质量稳定性,提高产品的竞争力,有助于我国铁路运营安全和交通事业的发展。

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