鋼軌是鐵路運輸?shù)闹匾悴考?。眾所周知，鋼軌必須具有高強度和高耐磨性，以及高耐疲勞強度。鋼軌鋼的碳質(zhì)量分數(shù)一般為0.55%-0.75%的高碳鋼，同時添加合金元素錳、硅、鉬等，以提高其性能。鋼軌金相組織要求全珠光體組織，不允許出現(xiàn)馬氏體和貝氏體等異常組織，異常組織使鋼的韌性和疲勞性能明顯下降，并且引起顯微裂紋產(chǎn)生，很易產(chǎn)生鋼軌爆裂危險。

對發(fā)生異常斷裂的鋼軌進行了檢驗和分析。金相觀察發(fā)現(xiàn)，組織中發(fā)現(xiàn)斷續(xù)分布的數(shù)條寬10微米左右的異常亮帶，異常亮帶白亮區(qū)的組織不是珠光體型組織；其內(nèi)部有針狀或竹葉狀組織特征，呈典型高碳馬氏體形態(tài)特點。馬氏體針發(fā)現(xiàn)有黑白兩種形式，黑針是輕微回火馬氏體，在電子顯微鏡下可看到細小的析出物。這是由于鋼軌在連續(xù)冷卻中，先形成的馬氏體由于余熱產(chǎn)生輕微回火析出碳化物，在繼續(xù)冷卻中，后形成的馬氏體因溫度低，這種回火析出現(xiàn)象沒有出現(xiàn)，因而腐蝕后，出現(xiàn)黑白兩種馬氏體形貌差別。顯微硬度檢驗證實了異常組織是馬氏體，異常區(qū)的顯微硬度是正常區(qū)的2倍左右。

分析認為，鋼軌中形成的馬氏體為高碳片層狀馬氏體，馬氏體在各種組織中（珠光體、貝氏體、馬氏體）是硬度、強度最高而塑性最低的組織，其性能特點是硬且脆，裂紋敏感性大。馬氏體為α鐵中的過飽合間隙固溶體，其微觀晶格畸變引發(fā)很大殘留應力，該殘留應力是工件出現(xiàn)顯微裂紋的根源。顯微裂紋存在是馬氏體組織中萌生裂紋及擴展，導致鋼軌爆裂的主要原因，也是造成鋼軌橫向疲勞斷裂、軌腰處水平斷裂和軌頭縱向裂紋損壞的重要因素。

為了探明斷裂失效鋼軌馬氏體異常組織特點及原因，對工件開裂部位試樣進行了進一步理化檢驗分析。檢驗發(fā)現(xiàn)，軌腰斷裂部位存在嚴重成分偏析，其中含量較高的元素均延遲珠光體相變過程，不利于珠光體組織生成；尤其是Mo含量偏析嚴重，嚴重影響了珠光體轉(zhuǎn)變，正是由于鋼軌軌腰處成分偏析，該處富集Mo、V、Cr、Mn等合金元素，延遲和抑制了珠光體轉(zhuǎn)變，使該處無法發(fā)生珠光體相變，故在冷卻中產(chǎn)生馬氏體類組織。

為了消除馬氏體組織，首先要消除鋼材冶煉中出現(xiàn)的偏析缺陷，這就要求嚴格冶煉生產(chǎn)工藝和嚴格控制鋼材質(zhì)量檢驗標準，防止出現(xiàn)嚴重偏析或夾雜等缺陷的鋼材流入產(chǎn)品加工工序。

另一方面，對含馬氏體組織的鋼軌件，采用中頻加熱電源進行回火熱處理，消除殘留應力，降低和調(diào)整工件硬度，改善工件韌性，以達到綜合力學性能優(yōu)良的技術要求。

經(jīng)性能測試表明，采用中頻加熱電源回火后的鋼軌的韌性、塑性明顯提高，并保持相當高的強度，符合鋼軌技術條件要求。