在役钢轨抗擦伤性能对比及关键影响因素分析

Comparison of Wheel Burn Resistance of In-Service Rails and Analysis of Key Influencing Factors

摘要

为研究我国在役钢轨的抗擦伤性能，提出一种基于轮轨滚滑试验机模拟轮轨擦伤过程的抗擦伤性能试验评价方法，并采用该方法以在役U71Mn，U75V，U78CrVH，U95CrH和U63MnCrCuH这5种珠光体钢轨钢及U22SiMnH贝氏体钢轨钢为研究对象，通过光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子探针等表征技术，分析白层组织的微观特征及化学元素分布，并对6种钢轨钢的磨耗深度、白层厚度和白层与母材的硬度比等抗擦伤性能指标进行对比，分析影响抗擦伤性能的关键因素。结果表明：U71Mn钢轨的白层中未残留渗碳体，而其余4种珠光体钢轨白层中存在未溶解的渗碳体，白层硬度的高低与碳原子的分布状态有关，碳原子以间隙原子的固溶方式带来的硬化作用高于渗碳体；珠光体钢轨的白层组织为典型的高碳马氏体，硬而脆的特征易萌生裂纹，而U22SiMnH贝氏体钢轨的白层组织为板条状低碳马氏体，其较好的韧塑性有利于抵抗裂纹萌生，相比珠光体钢轨具有更好的抗擦伤性能；U63MnCrCuH钢轨通过添加Cr，V等强碳化物形成元素抑制渗碳体在高温阶段的分解，从而降低白层硬度，其抗擦伤性能与U95CrH钢轨基本相当，但优于U71Mn，U75V和U78CrVH钢轨；U63MnCrCuH钢轨具备较为均衡的性能设计，适用于易发生钢轨擦伤的大坡度线路。

Abstract

To study the wheel burn resistance of the in-service rails in China, a method for evaluating wheel burn resistance is proposed based on a rail-wheel rolling-sliding test machine to simulate the friction process of the rail-wheel contact; and using this method, six types of rail steels in service in China, namely U71Mn, U75V, U78CrVH, U95CrH, U63MnCrCuH, and U22SiMnH, were selected as research objects. Through characterization techniques such as optical microscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and electron probe, the microstructural characteristics and chemical element distribution of the white layer (WELs) were analyzed; and the abrasion depth, white layer thickness, and hardness ratio of white layer to base materials of the six types of rail steels as wheel burn resistance indicators were compared, and the key factors influencing the wheel burn resistance were analyzed. The results show that there is no retained cementite in the WELs of U71Mn, while there is undissolved cementite in the WELs of the other pearlitic rails. The hardness of WELs is related to the distribution of carbon atoms. The hardening effect brought by carbon atoms in the form of interstitial atoms is higher than that of cementite. The WELs of pearlite railway steel is a typical high-carbon martensite, which is hard and brittle and easy to initiate cracks; while the WELs of U22SiMnH bainitic rail is a lath-shaped low-carbon martensite, and its good toughness and plasticity are conducive to resisting crack initiation. Bainitic rail has better wheel burn resistance than pearlite rail. The U63MnCrCuH rail inhibits the decomposition of cementite at high temperature stage, reduces the hardness of the WELs by adding strong carbide-forming elements such as Cr and V. Its wheel burn resistance is basically equivalent to that of the U95CrH rail, and is better than the U71Mn, U75V and U78CrVH rails. Because it has a relatively balanced performance design, it is suitable for steep lines where rails prone to wheel slip failure.

Graphical abstract

关键词

钢轨 / 抗擦伤性能 / 白层组织 / 微观表征 / 化学成分

Key words

Rails / Wheel burn resistance / White etching layer (WELs) / Microstructural characterization / Chemical composition

钢轨擦伤是轮轨间异常滑动导致的接触面损伤，是轮轨部件最常见的伤损形式之一^［1-2］，擦伤后轮轨踏面会形成白层组织或微裂纹。白层组织主要由马氏体组成，在金相显微镜下呈现白亮色，具有硬度高、韧性差的特征^［3］。由于钢轨母材具有相对较好的韧塑性，在轮轨接触应力的反复作用下，白层组织与母材基体间难以有效协调外部应变，白层组织或白层组织与母材的界面处极易萌生疲劳裂纹，形成裂纹源，这些初始裂纹源往往是典型疲劳伤损（如剥离掉块、斜裂纹等）的起源因素之一^［4-6］。因此，揭示白层组织的形成机理、提高钢轨材料的抗擦伤性能、降低白层组织的危害，对钢轨的长期、安全服役应用至关重要。

在白层组织的形成机理研究方面，国内外已经开展了大量研究。目前存在2种主流的形成机理，一是塑性变形论^［7-8］，即剧烈的塑性变形导致晶粒细化，珠光体组织中的碳化物在塑性变形下发生分解，最终形成碳富集的纳米级铁素体组织。Shi等^［9］对发生塑性变形的钢轨表层进行微观组织分析，观察到渗碳体溶解、珠光体发生再结晶转变的特征。Pan等^［10］研究了小半径曲线钢轨的白层组织，表征发现白层组织的晶粒为纳米级马氏体，白层组织首先在快速冷却中形成，后续在塑性变形的作用下不断产生加工硬化。二是马氏体相变理论^［11-12］，即由于轮轨异常接触作用产生高温，导致踏面组织奥氏体化，在随后快速冷却过程中形成马氏体。Österle等^［11］通过透射电子显微镜和同步辐射技术对白层组织进行表征，发现白层组织实质是一种高位错密度的马氏体组织；Wild等^［12］发现白层组织内部包含碳化物颗粒，同时碳含量的分布不均匀。Kumar等^［13］认为白层组织的形成过程不是一次性的，尤其对于高速铁路，瞬间轮轨相对滑动形成的温升难以使轨面组织均发生奥氏体转变。因此，白层组织的形成需要一定的周次，是渐进的过程。不同学者提出的擦伤白层形成机理之所以不同，主要与钢种、线路工况、运行车辆特征、自然环境等有关。比如高速列车形成的擦伤白层厚度浅、硬度偏低，而大轴重机车形成的擦伤白层厚度深、硬度高。这2种白层的微观组织结构也不尽相同，总体来看，不同条件下形成的白层组织均可用上述2种白层形成机理进行解释。

在钢轨抗擦伤性能研究方面，目前相关的研究很少，现行的钢轨材料技术标准中都未涉及钢轨材料抗擦伤性能的试验评价方法，如何比较不同钢轨钢的抗擦伤性能仍处于空白阶段。在实际应用中钢轨擦伤是被动发生的，所谓抗擦伤性能本质上是评价轮轨擦伤过程所形成白层组织的危害性，白层组织越厚、硬度越高，越容易萌生裂纹，危害性越大，抗擦伤性能差。研究钢轨钢母材与形成的白层组织在化学成分和微观组织特征上的关联性，能够在钢轨钢的设计中指导如何提高其抗擦伤性能。

本文提出一种抗擦伤性能的试验评价方法，通过相同的试验方法获得可量化对比的性能指标用于评价白层组织的危害性；选取我国6种不同强度等级的钢轨，通过分析白层组织与母材微观组织、化学成分的关联性，揭示了影响白层组织硬度的主要因素，填补了钢轨抗擦伤性能方面的研究空白。

1 抗擦伤性能试验评价方法

轮轨钢在擦伤过程中易形成异常白层组织，但不同钢材形成的白层厚度和硬度不同。在相同的擦伤工况条件下，擦伤形成的磨耗坑越浅，由此局部不平顺导致的冲击应力越小；擦伤白层厚度越浅，越便于后期的维修打磨；白层硬度越低，与母材基体的应变匹配度越好，对裂纹萌生的抗力越强。因此，采用磨耗深度、白层厚度和白层与母材的硬度比这3个定量指标评价抗擦伤性能。

采用JD-1轮轨滚滑试验机模拟擦伤过程，于不同试验钢表面形成擦伤白层组织。该试验机的主体由基础平台、转动平台、加载系统、模拟轮轨系统、驱动电机、制动装置和滑差变速箱等部分组成，试验过程示意图如图1所示。图中：小轮试样（绿色）是本次试验的研究对象；实物车轮（蓝色）为小轮试样的滚滑摩擦副。小轮与大轮分别由独立的驱动轴控制转速，液压系统可通过小轮转轴向下施加垂向载荷。

试验的关键参数主要包括：垂向载荷、擦伤时间、滑差和转速。垂向载荷、转速、滑差与运营列车的工况有关，试验拟模拟21 t轴重机车启动擦伤过程，故采用相对较大的垂向力（1 175 N）、低转速（大轮46 r · min^－1）及纯滑动（100%滑差）。擦伤时间选用15 s以形成较厚深度的白层组织，便于不同钢材之间的对比分析。

具体试验可分解为3个步骤进行。

第1步是双轮滚滑磨合阶段。设备启动后，垂向荷载和大轮转速逐渐增大至目标试验参数。受双轮间摩擦力作用，小轮转速也逐渐提高并趋于稳定。在此目标试验参数下，试验机持续运行5 min，若此过程的最大振动信号不大于3 dB，可判定试验台的稳定性符合要求，双轮滚滑系统达到充分磨合。若最大振动信号大于3 dB，则需停止试验，对试验台进行调试。

第2步是启动擦伤试验阶段。在这个过程中保持垂向载荷和大轮转速不变，控制磁粉制动器抱死小轮驱动轴使其停止转动，大轮持续磨损小轮的固定位置（图1中红色区域），15 s后卸载垂向载荷，试验结束。

第3步是对小轮擦伤磨耗深度、白层厚度和白层硬度的具体表征分析。

2 抗擦伤性能对比分析

选取我国在役的6种钢轨钢为研究对象，包括5种珠光体钢轨，分别为高速铁路用U71Mn钢轨、普速铁路用U75V钢轨、重载铁路用U78CrVH钢轨和U95CrH钢轨、高原铁路用U63MnCrCuH钢轨，以及1种贝氏体钢轨，即重载铁路用U22SiMnH钢轨。6种钢轨钢的化学成分及性能对比见表1。表中：w为质量分数。自实物钢轨轨顶面下5 mm处切取小轮试样，开展上述抗擦伤性能评价试验。

2.1　磨耗深度

试验结束后，试验小轮表面擦出了1个平台，U75V小轮试样擦伤前后的圆周轮廓对比如图2所示。从图2可以看出：U75V钢轨的磨耗深度为0.38 mm。

采用相同的方法测量其他5种钢轨样品的磨耗深度。不同钢轨钢擦伤试验后的磨耗深度见表2。由表2可知：珠光体钢轨的强度等级越高，则其磨耗深度越浅、耐磨性越强；U22SiMnH贝氏体钢轨磨耗深度最大，为488 μm。

2.2　白层厚度及硬度

对试验钢轨小轮的接触斑进行线切割取样，接触斑擦伤区域前后多取2 mm，切割深度5 mm。切下样品后用线切割机从中部切割取样，采用超声波清洗器清洗试样，用树脂镶嵌后对样品剖面进行打磨和抛光处理，采用质量分数为4%硝酸酒精溶液腐蚀剖面表层部分，使用光学显微镜进行微观组织观测，并测量白层组织最大深度。3种典型珠光体钢轨和1种贝氏体钢轨的白层组织及其最大深度如图3所示。

从图3可以看出：相同试验条件下，不同钢材的白层厚度明显不同，U22SiMnH贝氏体钢轨的白层最厚，大于珠光体钢轨。

按照GB/T 4340.1《金属材料 维氏硬度试验 第1部分：试验方法》，采用显微维氏硬度仪对轮轨材料的白层组织和样品表面下1 mm深度范围的母材进行显微维氏硬度测量，每个样品至少测量5处位置，取平均值即为该样品的硬度，结果见表3。由表3可知：U22SiMnH贝氏体钢轨的白层硬度与母材硬度最小比，为1.41，而珠光体钢轨的硬度比并非与C含量成正比，比如U71Mn的硬度比（2.54）明显大于U95CrH。

2.3　抗擦伤性能对比

针对表1和表2中6种钢轨钢的磨耗深度、白层厚度及白层与母材的硬度比，选择每列的最小值进行归一化处理，形成的雷达图如图4所示。归一化后的3项指标分散性越小越好。从图4可以看出：U71Mn钢轨的指标分散性较大，而U63MnCrCuH和U95CrH的3项指标分散性较小，综合抗擦伤性能最好；对于重载铁路，相比U78CrVH钢轨，U95CrH更适用于易发生钢轨擦伤的大坡度线路；对于普速铁路，相比U71Mn和U75V钢轨，U63MnCrCuH更适用于易发生钢轨擦伤的大坡度线路；U22SiMnH钢轨为低碳贝氏体钢，虽然其磨耗深度和白层厚度最大，但白层与母材的硬度比最小。

3 钢轨抗擦伤性能关键影响因素

3.1　擦伤白层微观组织特征

白层与母材之间的硬度比主要与白层的微观组织有关，采用高分辨扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）与透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）进行组织分析。

SEM表征下的4种珠光体钢轨白层组织形貌如图5所示。从图5可以看出：U71Mn钢轨的白层组织内部均为马氏体组织，未发现残余渗碳体；但U75V，U78CrVH和U95CrH钢轨的白层组织内均可以观察到残余渗碳体；4种钢轨在摩擦升温作用下轨面由珠光体组织向奥氏体相转变，这个过程中要发生渗碳体的分解，从渗碳体中分解出的碳元素再向奥氏体中扩散，这是奥氏体均匀化的过程。

对于常规的奥氏体相变，比如钢坯在奥氏体相区的保温，其保温时间通常在1 h以上，以保证奥氏体组织化学成分的均匀性。但是在擦伤过程中，一是加热速率非常快，二是无法进行长时间的保温，试验设置的15 s持续摩擦时间已经相比现实情况更长，这种无法充分保温的工况将导致渗碳体无法完全分解。结合表1可知，U71Mn钢轨的硬度比最大，这说明C元素充分溶解到马氏体组织中将最大程度地提高材料硬度，而U75V，U78CrVH和U95CrH钢轨白层组织的C元素并未完全溶解到马氏体中，而是以渗碳体的形式存在，这种混合组织的硬度低于过饱和碳的马氏体相。

SEM表征下的U22SiMnH母材及白层组织微观形貌如图6所示。从图6可以看出：U22SiMnH钢轨白层组织的厚度约为0.1 mm；钢轨母材微观组织形貌显示板条贝氏体间分布着残余奥氏体，无碳化物，根据图中的等轴晶晶界可推测原奥氏体晶粒的尺寸大约为10 μm；白层组织微观形貌主要呈现为细小的等轴晶特征，不再有板条形貌，同时晶粒尺度明显细化，约为500 nm，可推测奥氏体组织在相变过程中受塑性变形的影响发生了动态再结晶，后续快速冷却过程中形成细化的马氏体晶粒。

U71Mn和U22SiMnH钢轨TEM表征下的白层组织形貌如图7所示。从图7可以看出：U71Mn钢轨的白层组织为典型的高碳马氏体，其亚结构为纳米孪晶；U22SiMnH钢轨的白层组织为板条低碳马氏体，板条厚度约为50 nm；白层组织的选区衍射花样呈现为衍射环，主要来自马氏体组织的低对称度晶面。

根据前期研究结果可知，孪晶界作为非共格界面，会显著阻碍位错滑移。在孪晶主导的高碳马氏体中，孪晶界限制了位错的可动性，导致有效滑移系数量大幅减少，塑性变形能力下降^［14］。相比之下，低碳板条马氏体中位错网络可通过滑移和增殖协调塑性变形，从而表现出更高的韧性。因此，对比这2种不同的白层组织，很显然U22SiMnH钢轨的板条白层组织具有更好的韧塑性。

3.2　擦伤白层化学元素分布规律

为了理解白层形成过程中的化学元素分布，采用电子探针（Electron Probe，EPMA）表征技术对U78CrVH钢轨的白层及基体组织进行化学成分分析，化学元素面扫区域的SEM微观形貌图及主要化学元素分布面扫图如图8所示。从图8可以看出：白层区域的碳含量明显低于母材基体，这是因为擦伤过程的热作用发生了脱碳现象；对于Mn和Si元素，白层组织和母材基体的含量相差很小，说明在珠光体组织的奥氏体化过程中，Si和Mn等大原子来不及扩散。

3.3　钢轨抗擦伤性能关键影响因素

通过上述分析可知，擦伤后磨耗深度越浅、白层厚度越薄、硬度比越小的钢轨，其抗擦伤性能越好。

1）影响磨耗深度的关键因素

钢轨的耐磨性能越好，擦伤过程中形成的磨耗深度越浅。影响耐磨性能的关键因素一般认为是碳含量、硬度和加工硬化能力，C含量和硬度越高，加工硬化能力越强，则耐磨性能越好^［15］。结合表2可知，虽然U22SiMnH钢轨初始硬度最高（409 HV），但是磨耗深度却最大（0.488 mm），这主要与贝氏体钢轨的C含量较低及较差的加工硬化能力有关^［16］。

2）影响擦伤白层厚度的关键因素

日本学者^［17］认为影响白层厚度的关键因素是钢材的奥氏体化温度（A_c1温度）。假设不同钢材的热导率近似相等，则擦伤过程所形成的温度场近似相同，那么高于A_c1温度的区域将形成白层组织，因此，提高A_c1温度可减薄白层厚度。

试验中测量了试验样品的A_c1温度，同时开展了2组不同擦伤速度的试验以增加数据量，并对白层厚度进行了统计分析，结果如图9所示。从图9可以看出：随着A_c1温度的提高，白层厚度并未减薄，反而呈现上升趋势，这与上述理论不一致，说明日本学者假设白层厚度仅与温度场相关的假设是片面的。

在持续摩擦磨损过程中，还需考虑剧烈塑性变形的影响。塑性变形将形成大量的位错，使得奥氏体晶粒更易形核，即当满足一定塑性累积量和静水压力时，奥氏体转变可在A_c1温度以下发生^［18］。因此，钢轨试样在接触应力和摩擦力的持续作用下形成的塑性变形层越深，则可能转变为白层组织的厚度越大。而塑性变形层的深度与金属材料的塑性有关，塑性越好的材料越容易向深度方向传导应变，即形成较深的塑性变形区。U71Mn和U22SiMnH钢轨具有较高的断后延伸率，表现为更深的白层厚度（表3所示结果）。

3）影响白层硬度的关键因素

理论上，若奥氏体组织中的碳化物充分溶解、完成均匀化扩散，则淬火得到的马氏体组织硬度主要与其碳含量有关。母材中的C含量越高，若不考虑脱碳导致的C流失，则继承给白层组织的C含量也就越高，则白层硬度越高。但由表3的白层硬度测量结果可知，U71Mn钢轨母材C的质量分数最低（0.72%），但其白层硬度却最大，而U95CrH钢轨母材C的质量分数最高（0.93%），其白层硬度却是5种珠光体钢轨中最小的。这说明白层硬度的高低不与母材C含量直接相关，而是与C在白层组织中的分布状态直接相关。

从图5可以看到，不同钢轨母材在短时擦伤后的奥氏体化过程中，铁素体相首先转变为奥氏体相，片层间的渗碳体再逐渐分解，C进行均匀化扩散，这一过程进行得越充分，白层组织中滞留的残余渗碳体越少，则白层组织中的间隙碳原子含量越大，即白层硬度越高。由于U75V，U78CrVH和U95CrH钢轨相比U71Mn钢轨含有更多的合金元素，尤其是强碳化物形成元素（Cr，V）较多，能有效减缓渗碳体在高温时的分解速率，其白层组织中均可观察到残余渗碳体（图5所示）。

因此，增加强碳化物形成元素的质量分数，增大渗碳体在奥氏体化过程中的溶解难度，从而降低白层组织中的间隙碳原子体积分数，是降低白层硬度的关键因素。

总结来看，提高钢轨钢抗擦伤性能的关键因素有3点：一是提高抗拉强度或硬度，以提升耐磨性；二是适当降低断后伸长率，以减薄擦伤白层厚度；三是添加Cr，V，Nb等强碳化物形成元素，以降低渗碳体的分解速率。然而，钢轨的性能设计不能仅考虑抗擦伤性能，还需要兼顾其他诸如耐磨性、抗滚动接触疲劳性能、焊接性、耐蚀性等服役性能。从试验结果对比看，U63MnCrCuH钢的化学成分中增加了Cr，V，Cu等合金元素、降低了C含量，又通过热处理的方式将抗拉强度提升至1 100 MP以上以满足耐磨性需要，实现了焊接性能、抗滚动接触疲劳性能与抗擦伤性能的综合匹配。

4 结论及建议

（1）采用轮轨滚滑试验机模拟擦伤过程，通过对试验钢擦伤白层的分析，提出抗擦伤性能的核心评价指标为磨耗深度、白层厚度和白层与母材的硬度比。由于白层与母材的硬度比对擦伤后裂纹的萌生影响最大，故其具有最大影响权重。

（2）通过SEM和TEM的微观组织分析发现，U71Mn钢轨的白层中未残留渗碳体，而其余4种珠光体钢轨白层中存在未溶解的渗碳体，白层硬度的高低与碳原子的分布状态有关，碳原子以间隙原子的固溶方式所带来的硬化作用高于渗碳体。珠光体钢轨的白层组织为典型的高碳马氏体，硬而脆的特征易萌生裂纹；虽然U22SiMnH贝氏体钢轨相比珠光体钢轨具有更深的磨耗深度和白层厚度，但是U22SiMnH贝氏体钢轨的白层组织为板条状低碳马氏体，其较好的韧塑性有利于抵抗裂纹萌生。从实际应用的角度，贝氏体钢轨相比珠光体钢轨具有更好的抗擦伤性能。

（3）提高抗擦伤性能的关键因素有3点：一是提高抗拉强度或硬度，以提升耐磨性；二是适当降低断后伸长率，以降低擦伤白层的形成厚度；三是添加Cr，V，Nb等强碳化物形成元素，降低渗碳体的分解速率，从而降低白层硬度。

（4）U63MnCrCuH钢轨的抗擦伤性能与U95CrH钢轨基本相当，优于U71Mn，U75V和U78CrVH钢轨，因其具备较为平衡的服役性能设计，适用于易发生钢轨擦伤的大坡度线路。

参考文献

[1] KERR M， WILSON A. TMC 226： Rail Defects Handbook ［S］. Sydney： NSW Transport RailCorp， 2012.

[2] PAL S， DANIEL W J T， VALENTE C H G， et al. Surface Damage on New AS60 Rail Caused by Wheel Slip ［J］. Engineering Failure Analysis， 2012， 22： 152-165.

[3] BAUMANN G， FECHT H J， LIEBELT S. Formation of White-Etching Layers on Rail Treads ［J］. Wear， 1996， 191 （1/2）： 133-140.

[4] 陈朝阳，张银花，刘丰收，等.朔黄铁路曲线下股热处理钢轨剥离伤损成因分析［J］.中国铁道科学，2008，29（4）：28-34.

[5] CHEN Zhaoyang， ZHANG Yinhua， LIU Fengshou， et al. Analysis on the Formation Cause of Spalling and Damage of the Heat-Treated Low Rail on Shuohuang Railway Curve ［J］. China Railway Science， 2008， 29 （4）： 28-34. in Chinese

[6] 刘佳朋，张银花，田常海，等.我国高速铁路钢轨隐伤形成机理及维护策略［J］.中国铁道科学，2022，43（2）：40-47.

[7] LIU Jiapeng， ZHANG Yinhua， TIAN Changhai， et al. Formation Mechanism and Maintenance Strategy of Rail Squat in Chinese High-Speed Railway ［J］. China Railway Science， 2022， 43 （2）： 40-47. in Chinese

[8] 许鑫，徐超，张倩，等.60N U71MnG钢轨轨头裂纹成因分析［J］.中国铁道科学，2023，44（5）：47-57.

[9] XU Xin， XU Chao， ZHANG Qian， et al. Cause Analysis of Cracks in the 60N U71MnG Rail Head ［J］. China Railway Science， 2023， 44 （5）： 47-57. in Chinese

[10] LOJKOWSKI W， DJAHANBAKHSH M， BÜRKLE G， et al. Nanostructure Formation on the Surface of Railway Tracks ［J］. Materials Science and Engineering： A， 2001， 303 （1/2）： 197-208.

[11] TUNG P Y， ZHOU X， MAYWEG D， et al. Under-Stoichiometric Cementite in Decomposing Binary Fe-C Pearlite Exposed to Rolling Contact Fatigue ［J］. Acta Materialia， 2021， 216： 117144.

[12] SHI T， LIU J F， YANG G， et al. Effect of Cyclic Loading on the Surface Microstructure Evolution in the Pearlitic Rail ［J］. Coatings， 2023， 13 （11）： 1850.

[13] PAN R， REN R M， CHEN C H， et al. The Microstructure Analysis of White Etching Layer on Treads of Rails ［J］. Engineering Failure Analysis， 2017， 82： 39-46.

[14] ÖSTERLE W， ROOCH H， PYZALLA A， et al. Investigation of White Etching Layers on Rails by Optical Microscopy， Electron Microscopy， X-Ray and Synchrotron X-Ray Diffraction ［J］. Materials Science and Engineering： A， 2001， 303 （1/2）： 150-157.

[15] WILD E， WANG L， HASSE B， et al. Microstructure Alterations at the Surface of a Heavily Corrugated Rail with Strong Ripple Formation ［J］.Wear， 2003， 254 （9）： 876-883.

[16] KUMAR A， AGARWAL G， PETROV R， et al. Microstructural Evolution of White and Brown Etching Layers in Pearlitic Rail Steels ［J］. Acta Materialia， 2019， 171： 48-64.

[17] SUN J J， JIANG T， WANG Y J， et al. Effect of Grain Refinement on High-Carbon Martensite Transformation and Its Mechanical Properties ［J］. Materials Science and Engineering： A， 2018， 726： 342-349.

[18] 李英奇，张银花，刘佳朋，等.重载铁路钢轨磨损与损伤行为试验研究［J］.中国铁道科学，2022，43（6）：152-160.

[19] LI Yingqi， ZHANG Yinhua， LIU Jiapeng， et al. Experimental Study on Wear and Damage Behavior of Rail for Heavy Haul Railway ［J］. China Railway Science， 2022， 43 （6）： 152-160. in Chinese

[20] LIU J P， LI Y Q， ZHOU Q Y， et al. New Insight into the Dry Rolling-Sliding Wear Mechanism of Carbide-Free Bainitic and Pearlitic Steel ［J］. Wear， 2019， 432： 202943.

[21] YOKOYAMA H， MITAO S， YAMAMOTO S， et al. High Strength Bainitic Steel Rails for Heavy Haul Railways with Superior Damage Resistance ［J］. NKK Technical Review， 2000 （84）：44-51.

[22] WU J， PETROV R H， NAEIMI M， et al. Laboratory Simulation of Martensite Formation of White Etching Layer in Rail Steel ［J］. International Journal of Fatigue， 2016， 91： 11-20.

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52001329)

中国国家铁路集团有限公司科技开发计划课题(N2023G063)

中国铁道科学研究院集团有限公司院基金课题(2024YJ009)