■ 制造工艺因素的决定
★ 铸造心轨主要工艺：电弧炉冶炼+奥氏体化处理 爆炸硬化。 铸造心轨主要工艺：电弧炉冶炼 奥氏体化处理+爆炸硬化。 奥氏体化处理 爆炸硬化 组装心轨主要工艺：电弧炉冶炼+精炼 表面淬火处理。 精炼+表面淬火处理 ★ 组装心轨主要工艺：电弧炉冶炼 精炼 表面淬火处理。 合金钢心轨主要工艺：电弧炉冶炼+锻造 锻造+正回火处理 ★ 合金钢心轨主要工艺：电弧炉冶炼 锻造 正回火处理
35～ 35～40 39～44 39～ （2.0～2.2）×106 2.0～2.2） 无 无 无 无 无
50～ 50～60 40～43 40～ （2.5～2.8）×106 2.5～2.8） 0.32～ 0.32～0.35 0.22～ 0.22～0.25 ≤1 50～ 50～60 20～ 20～25
15～ 15～20 离散度相差2 离散度相差2 （0.5～0.6）×106 0.5～0.6） 0.03 0.03 0.5～ 0.5～1 20～ 20～40 5
山东同力达智能机械有限公司 山东远大模具材料有限公司
科技创新， . com 科技创新，科学发展 www . tldim
2
目前国内心轨的使用寿命及其占有量： 目前国内心轨的使用寿命及其占有量：
铸造心轨：列车通过量 亿吨 亿吨， 左右。 铸造心轨：列车通过量1亿吨，占60%左右。 左右
■
■ ■
组装心轨：列车通过量 亿吨 亿吨， 左右。 组装心轨：列车通过量2亿吨，占30%左右。 左右
▲。
使用寿命：列车通过量≥ 亿吨。 使用寿命：列车通过量≥4亿吨。
山东同力达智能机械有限公司 山东远大模具材料有限公司
科技创新， . com 科技创新，科学发展 www . tldim 1
性能差距
经济技术指标 晶粒度 非金属夹杂物 国内领先水平 6～7 2～2.5级 2.5级 拉伸强度( 拉伸强度(σb/MPa) 屈服强度( 屈服强度(σs/MPa) 延伸率(A/%) 延伸率(A/%) 断面收缩(Z/%) 断面收缩(Z/%) 力学 性能 指标 +20℃冲击(J/CM +20℃冲击(J/CM2) 冲击 -40℃冲击(J/CM2) 40℃冲击(J/CM 冲击 硬度（HRc） 硬度（ HRc） 疲劳寿命 碳当量(CE/%) 碳当量(CE/%) 焊接 性能 冷裂敏感系数(PC/%) 冷裂敏感系数(PC/%) 氢含量（ppm） 氢含量（ppm） 气体 含量 氮含量（ppm） 氮含量（ppm） 氧含量（ppm） 氧含量（ppm） 国际领先水平 8～9 1～1.5级 1.5级 1240～ 1240～1300 900～980 900～ 8～12 25～ 25～30 75～ 75～85 相 2 1级 1400～ 1400～1450 1100～1200 1100～ 12～ 12～16 32～ 32～40 100～ 100～120 差 经济技术指标 晶粒度 非金属夹杂物 60～ 60～100 200～220 200～ 4 7～10 25～ 25～35
锻造合金钢心轨：列车通过量2.5亿吨，占8%左右。 锻造合金钢心轨：列车通过量 亿吨， 左右。 亿吨 左右
山东同力达智能机械有限公司 山东远大模具材料有限公司
科技创新， . com 科技创新，科学发展 www . tldim
▲ 化学成分状况：碳含量低≤0.28%，合金含量高≥5%。 学成分状况：碳含量低≤0.28%，合金含量高≥5%。
山东同力达智能机械有限公司 山东远大模具材料有限公司
科技创新， . com 科技创新，科学发展 www . tldim 2
组织状态差距: 组织状态差距
国内领先：片状贝氏体。 国内领先：片状贝氏体。 国际领先：粒状贝氏体。 国际领先：粒状贝氏体。
3
化学成分差距： 化学成分差距：
国内领先：碳含量高，合金含量低。 国内领先：碳含量高，合金含量低。 国际领先：碳含量低，合金含量高。 国际领先：碳含量低，合金含量高。
心轨是铁路道岔中的一个最核心、最关键的部件，如下图所示： 心轨是铁路道岔中的一个最核心、最关键的部件，如下图所示：
铁路道岔结构示意图
心轨
由图可以看出，心轨在铁路道岔中的功能和作用铁路道岔中的功能和作用是使列车轨道进行分岔、 合并或交叉，从而使铁路列车实现相应的功能。 合并或交叉，从而使铁路列车实现相应的功能。
山东同力达智能机械有限公司 山东远大模具材料有限公司
科技创新， . com 科技创新，科学发展 www . tldim 1
心轨损坏的内在原因
■化学成分因素的决定
★ 高锰钢的化学成分为：C:0.95-1.35，Mn:11.0-14.0，Si：0.30-0.80 高锰钢的化学成分为： ， ， ： 比大于或等于10。 ，P≤0.07，S≤0.035，并保持 ， ，并保持Mn/ C比大于或等于 。 比大于或等于 组装心轨的化学成分为： 组装心轨的化学成分为 ， ， ： ★ U75V组装心轨的化学成分为：C:0.71-0.8，Mn:0.7-1.05，Si：0.500.80，P≤0.03，S≤0.03，V：0.04-0.12，Nb:≤0.01。 ， ， ， ： ， 。 锻造合金钢心轨： ， ， ： ， ， ★ 锻造合金钢心轨：C:0.3-0.35，Mn:1.2-1.4，Si：0.80-1，P≤0.03， S≤0.03，Cr：1-1.2，Mo:0.15-0.3。 ， ： ， 。
山东省科技进步奖
答辩材料
项目名称： 项目名称：高性能粒状贝氏体心轨钢及其制造技术 答辩人： 答辩人：曹衍学
2011-07-23
山东同力达智能机械有限公司 www . 山东远大模具材料有限公司tldim . com
科技创新， . com 科技创新，科学发展 www . tldim 1
心轨的功能作用
●
组织状态：粒状贝氏体≥95%。 ▲ 组织状态：粒状贝氏体≥95%。 主要制造工艺：精炼+电渣+锻造+正回火。 ▲ 主要制造工艺：精炼+电渣+锻造+正回火。 主要性能指标：σb≥1400Mpa，硬度:42HRc :42HRc， ▲主要性能指标：σb≥1400Mpa，硬度:42HRc，Ak≥100 J/CM2
上 述 可 以 看 出 ：
2、制造工艺相对比较落后，尤其是材料的纯净度较差； 、制造工艺相对比较落后，尤其是材料的纯净度较差； 3、金相组织与产品的工作状况和受力状况不相适宜。 、金相组织与产品的工作状况和受力状况不相适宜。
造成心轨性能较差、性能离散度较大。 造成心轨性能较差、性能离散度较大。
导致心轨的使用寿命较短。 导致心轨的使用寿命较短。 使用寿命较短
山东同力达智能机械有限公司 山东远大模具材料有限公司
科技创新， . com 科技创新，科学发展 www . tldim 2
心轨的结构形式
心轨的在铁路道岔中的位置示意图如下： ● 心轨的在铁路道岔中的位置示意图如下：
心轨 翼轨 有害空间
岔跟轨
心轨示意图： ● 心轨示意图：
山东同力达智能机械有限公司 山东远大模具材料有限公司
■组织状态因素的决定
铸造心轨的组织状态：奥氏体。 ★ 铸造心轨的组织状态：奥氏体。 组装心轨的组织状态：珠光体。 ★ 组装心轨的组织状态：珠光体。 合金钢心轨的组织状态：片状贝氏体。 ★ 合金钢心轨的组织状态：片状贝氏体。
山东同力达智能机械有限公司 山东远大模具材料有限公司
科技创新， . com 科技创新，科学发展 www . tldim
科技创新， . com 科技创新，科学发展 www . tldim 3
心轨的种类
按其结构形式分为： 按其结构形式分为：
●固定式心轨：心轨在固定状态下即可实现其功能。 固定式心轨：心轨在固定状态下即可实现其功能。 固定式心轨
●可动式心轨：心轨通过移动来实现其功能。 可动式心轨：心轨通过移动来实现其功能。 可动式心轨
由于上述因素的影响，造成铁路的建设成本尤其是维护成本很高， 由于上述因素的影响，造成铁路的建设成本尤其是维护成本很高， 严重影响铁路部门的经济效益。 严重影响铁路部门的经济效益。 2 对社会效益的影响 ★影响铁路运输的安全性和可靠性 ★影响铁路运输秩序 ★引起社会公众的抱怨 ★影响重要紧急任务的完成
按其制造形式分为： 按其制造形式分为：
●铸造心轨：采用铸造高锰钢制造的心轨。 铸造心轨：采用铸造高锰钢制造的心轨。 铸造心轨
●钢轨组合式心轨：采用普通钢轨制造的心轨。 钢轨组合式心轨：采用普通钢轨制造的心轨。 钢轨组合式心轨
●锻造合金钢心轨：采用锻造合金钢制造的心轨。 锻造合金钢心轨：采用锻造合金钢制造的心轨。 锻造合金钢心轨
山东同力达智能机械有限公司 山东远大模具材料有限公司
科技创新， . com 科技创新，科学发展 www . tldim
结论：由此可见由于心轨原因造成的安全事故均在10%以上， 所以说心轨是决 结论： 由此可见由于心轨原因造成的安全事故均在 以上， 以上 铁路列车安全性的重要因素。 定 铁路列车安全性的重要因素。 其客观原因是： 其客观原因是： 由于有害空间的影响，列车轮缘给心轨造成巨大的冲击力。 ★ 由于有害空间的影响，列车轮缘给心轨造成巨大的冲击力。 心轨尖部承压面积较小，单位压力过大。 ★ 心轨尖部承压面积较小，单位压力过大。 由于轨道线路分支或交叉的原因，产生较大的侧向力。 ★ 由于轨道线路分支或交叉的原因，产生较大的侧向力。
山东同力达智能机械有限公司 山东远大模具材料有限公司
科技创新， . com 科技创新，科学发展 www . tldim 4
心轨在铁路运输中的作用及其重要意义： 心轨在铁路运输中的作用及其重要意义：
■ 对安全性的影响
心轨在铁路道岔中的功能作用及其结构形式， 心轨在铁路道岔中的功能作用及其结构形式，决定了心轨对铁路运输的 安全性、可靠性具有极其重要的影响，以下数据可以充分证明这个问题： 安全性、可靠性具有极其重要的影响，以下数据可以充分证明这个问题： 年某路局（ ）共发生安全事故76起 年某路局 ▲ 2010年某路局（A）共发生安全事故 起，其中由于辙叉原因造成的安 全事故为12起，占安全事故总数的15.79%，而由于心轨原因所造成的安全 全事故为 起 占安全事故总数的 ， 事故为9起，占安全事故总数的11.84%。 事故为 起 占安全事故总数的 。 年某路局（ ）共发生安全事故42起 年某路局 ▲ 2010年某路局（B）共发生安全事故 起，其中由于辙叉原因造成的安 全事故为9起 占安全事故总数的 全事故为 起，占安全事故总数的21.43%，而由于心轨原因所造成的安全事 ， 故为7起 占安全事故总数的 故为 起，占安全事故总数的16.67%。 。