國(guó)內(nèi)外鋼軌生產(chǎn)和使用技術(shù)

1、國(guó)內(nèi)外鋼軌技術(shù)的研究及進(jìn)展,周清躍,,鐵道科學(xué)研究院研發(fā)中心2007年12月,2024年3月31日,第2頁(yè) 共 頁(yè),目錄,,1. 國(guó)內(nèi)外鋼軌標(biāo)準(zhǔn)2.  鋼軌的生產(chǎn)技術(shù)3.  軌鋼的研究進(jìn)展4.  鋼軌的焊接體系5.  鋼軌的合理使用6.  輪軌的硬度匹配,2024年3月31日,第3頁(yè) 共 頁(yè),引言,鐵路運(yùn)輸是我國(guó)的主導(dǎo)運(yùn)輸方式，具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，而鋼軌是軌道

2、交通的重要部件，承擔(dān)著引導(dǎo)車輪、傳遞載荷的功能。我國(guó)鐵路用鋼軌主要由攀鋼、鞍鋼、包鋼生產(chǎn)；鋼軌軌型有50kg/m、60kg/m和75kg/m;在繁忙干線上主要鋪設(shè)60kg/m鋼軌，在大秦等重載鐵路上鋪設(shè)75kg/m鋼軌；鋼軌定尺長(zhǎng)度為25m，近年來(lái)正在大力發(fā)展100m長(zhǎng)定尺鋼軌。,2024年3月31日,第4頁(yè) 共 頁(yè),近年來(lái)我國(guó)鐵路每年鋼軌用量約100~150萬(wàn)噸，到2010年將達(dá)到200多萬(wàn)噸。僅鋼軌材料費(fèi)就需耗資45~90億

3、元；因此，在鋼軌生產(chǎn)和使用方面取得的任何技術(shù)進(jìn)步，均將產(chǎn)生很大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。,2024年3月31日,第5頁(yè) 共 頁(yè),一 國(guó)內(nèi)外鋼軌標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)是制高點(diǎn)。鋼軌標(biāo)準(zhǔn)是鋼軌生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步的反映，也是鐵路發(fā)展需要的體現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)的起草和制定從一個(gè)側(cè)面反映了一個(gè)單位在本領(lǐng)域的地位和水平。,2024年3月31日,第6頁(yè) 共 頁(yè),1.1 國(guó)外鋼軌標(biāo)準(zhǔn),1）ASTM A1-00美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)制定的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是鋼軌技術(shù)條件，現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)為200

4、0年版。2）美國(guó)鐵路工程保養(yǎng)協(xié)會(huì)（AREMA）鋼軌技術(shù)條件:較好的反映了重載鐵路對(duì)鋼軌的要求。對(duì)1993版、2002版、2004最新版均進(jìn)行了跟蹤翻譯。,2024年3月31日,第7頁(yè) 共 頁(yè),2）前蘇聯(lián)/俄羅斯鋼軌標(biāo)準(zhǔn)：ГOCT 24182-80，熱軋鋼軌（前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)）ГOCT 18267-82; 熱處理鋼軌（前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)）ГOCT P 51685-2000：有較大的修改（俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)）。,2024年3月31日,第8頁(yè) 共

5、 頁(yè),3）日本鋼軌標(biāo)準(zhǔn)：JIS E1101，1993,2001;熱軋鋼軌JIS E1123，端部熱處理鋼軌JIS E 1120—1994，熱處理鋼軌 日本鋼軌技術(shù)條件要求不高，但鋼軌實(shí)物水平很高。,2024年3月31日,第9頁(yè) 共 頁(yè),4）國(guó)際鐵路聯(lián)盟：UIC860 鋼軌供貨技術(shù)條件第八版（1986.7）： 本標(biāo)準(zhǔn)是流行較廣的鋼軌標(biāo)準(zhǔn)之一，許多國(guó)家在鋼軌的國(guó)際采購(gòu)招標(biāo)中均使用這一標(biāo)準(zhǔn)。但由于國(guó)際鐵路聯(lián)盟工作

6、重點(diǎn)發(fā)生變化，不再制定和修訂鋼軌標(biāo)準(zhǔn)，1986年制定的國(guó)際鐵路聯(lián)盟鋼軌標(biāo)準(zhǔn)顯然不能滿足鐵路發(fā)展和冶金生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步的要求。,2024年3月31日,第10頁(yè) 共 頁(yè),5）歐洲鋼軌標(biāo)準(zhǔn)：EN13674-1：2003（E） 1994年11月提出初稿，1996年2月提出第二稿，1998年第三稿面世，2000年確定了標(biāo)準(zhǔn)號(hào)，2003年正式頒布。該標(biāo)準(zhǔn)全面反映了高速鐵路對(duì)鋼軌的要求，是當(dāng)今世界上最先進(jìn)、最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)之一。在標(biāo)準(zhǔn)范圍中明確規(guī)定

7、了該技術(shù)條件適用于高速鐵路。我國(guó)鐵路頒布的系列鋼軌標(biāo)準(zhǔn)均以該標(biāo)準(zhǔn)為采標(biāo)對(duì)象，并兼顧國(guó)內(nèi)的具體實(shí)際制定的。,2024年3月31日,第11頁(yè) 共 頁(yè),6）歐洲道岔鋼軌標(biāo)準(zhǔn)： prEN13674-2:2003(E) 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了歐洲鐵路用道岔鋼軌的有關(guān)要求。 以上標(biāo)準(zhǔn)大部分中文稿均收集在《國(guó)內(nèi)外最新鋼軌標(biāo)準(zhǔn)匯編》 (2004年版、周清躍主編譯)以及《現(xiàn)代鐵路鋼軌標(biāo)準(zhǔn)匯編》（ 2005年版、周清躍主編譯）中。,20

8、24年3月31日,第12頁(yè) 共 頁(yè),1.2 國(guó)內(nèi)鋼軌標(biāo)準(zhǔn),自1998年修建秦沈客運(yùn)專線以來(lái)，鐵道部根據(jù)鐵路發(fā)展的需要，并兼顧國(guó)內(nèi)鋼軌生產(chǎn)的實(shí)際，先后頒布了10余個(gè)鋼軌暫行技術(shù)條件和標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋了250km/h和350km/h客運(yùn)專線、時(shí)速160公里以下既有線以及時(shí)速200公里提速線路用的熱軋鋼軌、熱處理鋼軌以及道岔用鋼軌。,2024年3月31日,第13頁(yè) 共 頁(yè),從此改變了鋼廠不采用鐵路鋼軌標(biāo)準(zhǔn)的歷史?，F(xiàn)在已經(jīng)形成了由鐵道部提

9、出標(biāo)準(zhǔn)，鋼廠按此生產(chǎn)的局面。從而大大推動(dòng)了鋼軌生產(chǎn)的現(xiàn)代化技術(shù)改造。,2024年3月31日,第14頁(yè) 共 頁(yè),目前國(guó)內(nèi)主要鋼軌標(biāo)準(zhǔn)有：1）時(shí)速200公里客運(yùn)專線60kg/m鋼軌暫行技術(shù)條件（科技基[1999]01號(hào)）：原用于秦沈客運(yùn)專線，現(xiàn)用于時(shí)速200公里提速線路。2）時(shí)速300公里高速鐵路60kg/m鋼軌暫行技術(shù)條件（科技基[1999]01號(hào)）：原用于秦沈客運(yùn)專線綜合試驗(yàn)段進(jìn)口鋼軌。,2024年3月31日,第15頁(yè) 共

10、 頁(yè),3）時(shí)速200公里客運(yùn)專線60AT鋼軌暫行技術(shù)條件（科教基[2000]41號(hào)）：用于秦沈客運(yùn)專線。4) 時(shí)速200公里客運(yùn)專線60AT鋼軌焊接暫行技術(shù)條件（科教基[2000]41號(hào)）：用于秦沈客運(yùn)專線。,2024年3月31日,第16頁(yè) 共 頁(yè),5）《250km/h客運(yùn)專線60kg/m鋼軌暫行技術(shù)條件》（鐵科技函[2005]298號(hào)）： 適用于新建250km/h客運(yùn)專線。該技術(shù)條件以歐洲鋼軌標(biāo)準(zhǔn)為采標(biāo)對(duì)象，采用歐洲

11、標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的B級(jí)平直度及幾何尺寸的要求，并在試驗(yàn)方法等方面兼顧國(guó)內(nèi)習(xí)慣。,2024年3月31日,第17頁(yè) 共 頁(yè),6）《350km/h客運(yùn)專線60kg/m鋼軌暫行技術(shù)條件》（鐵科技[2004]120號(hào)）： 適用于新建350km/h客運(yùn)專線。該技術(shù)條件以歐洲鋼軌標(biāo)準(zhǔn)為采標(biāo)對(duì)象，采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的A級(jí)平直度及幾何尺寸的要求（為頂極標(biāo)準(zhǔn)），并在試驗(yàn)方法等方面兼顧國(guó)內(nèi)習(xí)慣。,2024年3月31日,第18頁(yè) 共 頁(yè),7）《客

12、運(yùn)專線60AT鋼軌暫行技術(shù)條件》（鐵科技函[2005] 101 號(hào)） 適用于新建客運(yùn)專線。該標(biāo)準(zhǔn)以歐洲道岔鋼軌標(biāo)準(zhǔn)為采標(biāo)對(duì)象，結(jié)合國(guó)內(nèi)鋼種以及試驗(yàn)方法等方面的國(guó)內(nèi)習(xí)慣制定。,2024年3月31日,第19頁(yè) 共 頁(yè),8）《250km/h和350km/h客運(yùn)專線鋼軌檢驗(yàn)及驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》（鐵建設(shè)函[2005] 402號(hào)）： 為監(jiān)督鋼軌的生產(chǎn)質(zhì)量而制定。適用于客運(yùn)專線鋼軌的用戶檢驗(yàn)。,2024年3月31日,第20頁(yè) 共

13、 頁(yè),9）《TB/T2344-2003 ：43kg/m~75kg/m熱軋鋼軌訂貨技術(shù)條件》： 適用于時(shí)速160km/h以下既有線用的熱軋鋼軌。目前鐵路每年約70~100萬(wàn)噸大修和維修用軌均采用該標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)和采購(gòu)。該標(biāo)準(zhǔn)以歐洲鋼軌標(biāo)準(zhǔn)為采標(biāo)對(duì)象，并兼顧到目前我國(guó)鋼軌生產(chǎn)廠正在進(jìn)行技術(shù)改造的實(shí)際情況而制定。有的指標(biāo)低于《250km/h客運(yùn)專線60kg/m鋼軌暫行技術(shù)條件》。,2024年3月31日,第21頁(yè) 共 頁(yè),10）《T

14、B/T2635-2004 熱處理鋼軌技術(shù)條件》： 適用于既有線用的熱處理鋼軌。 以上標(biāo)準(zhǔn)均收集在《國(guó)內(nèi)外最新鋼軌標(biāo)準(zhǔn)匯編》 (2004年版、周清躍主編譯)以及《現(xiàn)代鐵路鋼軌標(biāo)準(zhǔn)匯編》（ 2005年版、周清躍主編譯）中。,2024年3月31日,第22頁(yè) 共 頁(yè),二 鋼軌的生產(chǎn),鋼軌的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝大致可分為三個(gè)部分，即冶煉、軋制和精整。以前鋼軌采用平爐冶煉、模鑄以及孔型法軋制生產(chǎn)，無(wú)論是鋼質(zhì)的潔凈性還是幾何尺寸等均

15、不夠理想?，F(xiàn)代鋼軌生產(chǎn)工藝主要體現(xiàn)在精煉、精軋、精整、質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)和長(zhǎng)尺化生產(chǎn)等方面。鋼軌的質(zhì)量比傳統(tǒng)生產(chǎn)有大幅度的提高。,2024年3月31日,第23頁(yè) 共 頁(yè),2.1 現(xiàn)代鋼軌生產(chǎn)技術(shù)1）鋼坯生產(chǎn)現(xiàn)代化鋼軌生產(chǎn)一般采用精煉和連鑄工藝進(jìn)行，工藝流程為：生鐵脫硫預(yù)處理——氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉——除渣處理——LF爐外精煉——真空脫氣——連鑄等。通過(guò)脫硫預(yù)處理、爐外精煉和真空脫氣等先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，使鋼質(zhì)潔凈。采用連鑄生產(chǎn)不僅提

16、高金屬收得率和成材率，更重要的是提高了鑄坯的質(zhì)量。,2024年3月31日,第24頁(yè) 共 頁(yè),圖1 鋼坯冶煉和連鑄系統(tǒng),2024年3月31日,第25頁(yè) 共 頁(yè),圖2 軌鋼的轉(zhuǎn)爐冶煉,2024年3月31日,第26頁(yè) 共 頁(yè),圖3 軌鋼的四流方坯連鑄,2024年3月31日,第27頁(yè) 共 頁(yè),2)鋼軌軋制、精整和質(zhì)量檢測(cè)鋼軌軋制工藝流程為：連鑄坯——步進(jìn)式加熱爐——高壓水除鱗——萬(wàn)能軋機(jī)軋制——鋼軌熱預(yù)彎——復(fù)合矯

17、直——平直度在線檢測(cè)——渦流探傷——超聲波探傷——外觀檢查——鋸切、端頭精加工——入庫(kù)。步進(jìn)式加熱爐能使鋼坯均勻加熱；采用多級(jí)高壓水除鱗，可以保證鋼軌的表面質(zhì)量；用萬(wàn)能軋制技術(shù)生產(chǎn)，可保證鋼軌的幾何尺寸精度、是現(xiàn)代鋼軌生產(chǎn)的標(biāo)志之一。采用熱預(yù)彎，可減少殘余應(yīng)力和矯直噪音。,2024年3月31日,第28頁(yè) 共 頁(yè),圖4 采用萬(wàn)能軋機(jī)軋制鋼軌,2024年3月31日,第29頁(yè) 共 頁(yè),圖5 鋼軌熱預(yù)彎,2024年3月31

18、日,第30頁(yè) 共 頁(yè),圖6 鋼軌熱預(yù)彎,2024年3月31日,第31頁(yè) 共 頁(yè),圖7 鋼軌平立復(fù)合矯直,2024年3月31日,第32頁(yè) 共 頁(yè),圖8 激光輔助四面液壓矯直,2024年3月31日,第33頁(yè) 共 頁(yè),3）鋼軌質(zhì)量檢測(cè)質(zhì)量檢測(cè)一般采用集中布置，包括平直度激光自動(dòng)檢測(cè)；渦流探傷；超聲波探傷；表面質(zhì)量在線肉眼檢查等。,圖9 鋼軌平直度激光自動(dòng)檢測(cè),2024年3月31日,第34頁(yè) 共 頁(yè),2.2

19、 國(guó)內(nèi)鋼廠技術(shù)改造進(jìn)展情況,自鐵道部修建秦沈客運(yùn)專線、頒布時(shí)速200和300公里客運(yùn)專線鋼軌技術(shù)條件以來(lái)，大大推動(dòng)了國(guó)內(nèi)鋼廠的技術(shù)改造： 鞍鋼已于2002年底引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，完成了爐外精煉、真空脫氣、大方坯連鑄和萬(wàn)能法軋制鋼軌的技術(shù)改造，2007年完成了100m長(zhǎng)定尺鋼軌的技術(shù)改造。,2024年3月31日,第35頁(yè) 共 頁(yè),攀鋼已于2003年底完成了鋼軌連鑄生產(chǎn)和精加工的技術(shù)改造，2004年底完成了萬(wàn)能法軋制生產(chǎn)100

20、m長(zhǎng)定尺鋼軌的技術(shù)改造, 首批生產(chǎn)的10余公里100m長(zhǎng)定尺鋼已在隴海線鋪設(shè)上道。 包鋼在1998年完成了軌鋼精煉生產(chǎn)技改的基礎(chǔ)上、2002年完成了鋼軌的精整改造，2006年完成了萬(wàn)能法軋制100m長(zhǎng)定尺鋼軌的技術(shù)改造。 武鋼也正在進(jìn)行鋼軌生產(chǎn)的現(xiàn)代化技術(shù)改造。,2024年3月31日,第36頁(yè) 共 頁(yè),2.3 與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家的差距國(guó)內(nèi)鋼廠在完成技術(shù)改造后，在鋼軌生產(chǎn)設(shè)備方面已處于世界先進(jìn)水平，但是，真正生產(chǎn)出具有世界一流水

21、平的鋼軌，國(guó)內(nèi)鋼廠還有待努力，尤其在軌鋼內(nèi)部純凈度、鋼軌的表面質(zhì)量以及鋼軌質(zhì)量的穩(wěn)定性、合格率等方面。目前，攀鋼100m長(zhǎng)定尺生產(chǎn)的合格率已達(dá)到90%以上，包鋼達(dá)到70%以上，鞍鋼達(dá)到60%以上。,2024年3月31日,第37頁(yè) 共 頁(yè),三 軌鋼的研究及進(jìn)展,3.1鋼軌的分類按軌鋼的化學(xué)成分，可分為碳素鋼軌（鋼中無(wú)合金元素加入，又稱普通鋼軌）、微合金鋼軌（鋼中加入微量合金元素如V、Nb、Ti等）、低合金鋼軌（如鋼中加入0.80~

22、1.20％Cr的EN320Cr）。按交貨狀態(tài)可分為熱軋鋼軌和熱處理鋼軌。熱處理鋼軌依其工藝條件又可分為離線熱處理鋼軌（鋼軌軋制冷卻后再重新加熱）及在線熱處理鋼軌（利用軋制余熱對(duì)其進(jìn)行熱處理，不再二次加熱）。,2024年3月31日,第38頁(yè) 共 頁(yè),按軌鋼的最低抗拉強(qiáng)度可分為680MPa級(jí)（歐洲EN200）、780MPa級(jí)（如U74等）、880MPa級(jí)（如U71Mn）、980MPa級(jí)（U75V，U76NbRE熱軋軌）、1080M

23、Pa級(jí)（歐洲320Cr合金軌）、1180MPa級(jí)熱處理鋼軌（U75V，U76NbRE熱處理鋼軌等）。一般，強(qiáng)度等級(jí)為1080MPa及以上的鋼軌被稱為耐磨軌。,2024年3月31日,第39頁(yè) 共 頁(yè),3.2普碳鋼軌及微合金鋼軌 所謂普碳鋼軌，即碳素鋼軌。鋼中碳含量隨強(qiáng)度等級(jí)的不同，在0.40~0.80%范圍內(nèi)變化，錳含量小于1.30％~1.40％，無(wú)其他合金元素加入。日本及歐洲一些國(guó)家仍生產(chǎn)和使用抗拉強(qiáng)度為680MPa~7

24、80MPa的碳素鋼軌。這種含碳量低的鋼軌生產(chǎn)方便，韌塑性好，焊接性能優(yōu)良，不易斷裂，并且成本較低。但是由于強(qiáng)度等級(jí)較低，耐磨性能較差，可用在運(yùn)量不大、耐磨性能無(wú)需很高的鐵路線路上。,2024年3月31日,第40頁(yè) 共 頁(yè),目前國(guó)內(nèi)使用的普通及微合金鋼軌主要有四個(gè)鋼種，即抗拉強(qiáng)度為780MPa級(jí)的U74、880MPa級(jí)的U71Mn、980MPa級(jí)的U75V(原PD3)和U76NbRE(原BNbRE)。U71Mn鋼軌在U74的基礎(chǔ)上

25、降低碳含量，增加錳含量，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為880MPa級(jí)，實(shí)際抗拉強(qiáng)度大于930MPa以上，有較好的焊接性能。U75V(原PD3)為攀鋼研制的微合金鋼軌，熱軋后其強(qiáng)度達(dá)到980MPa級(jí)，相對(duì)韌塑性差些，焊接范圍較窄。,2024年3月31日,第41頁(yè) 共 頁(yè),U76NbRE(原BNbRE)為包鋼研制的微合金鋼軌。熱軋后強(qiáng)度達(dá)到980MPa級(jí)。由于鈮和稀土的作用，其韌塑性尤其低溫韌性相對(duì)較好。980MPa級(jí)的鋼軌經(jīng)過(guò)近10年的使用以及完善

26、，由于強(qiáng)度等級(jí)較高，其耐磨性能明顯要好于780~880MPa級(jí)的U74和U71Mn鋼軌。 U75V(原PD3)經(jīng)1998年調(diào)整化學(xué)成分后，韌塑性有明顯提高，在繁忙重載鐵路干線的直線上使用具有優(yōu)勢(shì)。,2024年3月31日,第42頁(yè) 共 頁(yè),3.3合金鋼軌 在鋼中加入合金元素Si、Mn、Cr、Mo、V等，起到固溶強(qiáng)化以及細(xì)化珠光體組織作用以提高強(qiáng)度，這就是所謂的合金化強(qiáng)化。合金化強(qiáng)化的缺點(diǎn)是在提高強(qiáng)度的同時(shí)，帶來(lái)韌塑性的損失

27、，惡化了焊接性能。因此，強(qiáng)度等級(jí)為1180MPa的珠光體型合金鋼軌由于斷裂韌性低，殘余應(yīng)力大，該等級(jí)的合金軌在國(guó)外已基本上不再生產(chǎn)和使用。目前，國(guó)外在小半徑曲線上作為耐磨軌使用較多的為1080MPa等級(jí)的合金軌。這樣的合金軌焊接后要采取緩冷措施，以保證焊接接頭不出現(xiàn)有害的馬氏體組織。,2024年3月31日,第43頁(yè) 共 頁(yè),3.4 熱處理鋼軌研究表明，細(xì)化軌鋼珠光體組織，不僅可以提高其強(qiáng)度而且改善其韌塑性能，這可以通過(guò)鋼軌熱處理

28、的方法得以實(shí)現(xiàn)。所謂熱處理就是通過(guò)控制加熱和冷卻過(guò)程，改變金屬的組織結(jié)構(gòu)，使其具備優(yōu)良的性能。我國(guó)鋼軌熱處理技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代中期，80年代中發(fā)展較快。目前攀鋼可年產(chǎn)10萬(wàn)噸以上的在線熱處理鋼軌。包鋼可年產(chǎn)2萬(wàn)噸以上的離線熱處理鋼軌。鐵路部門(mén)可生產(chǎn)部分離線熱處理鋼軌。,2024年3月31日,第44頁(yè) 共 頁(yè),3.5軌鋼的最新研究動(dòng)向3.5.1國(guó)外軌鋼的研究動(dòng)向1）過(guò)共析珠光體鋼軌通過(guò)添加合金元素以及熱處理可提

29、高鋼軌的強(qiáng)度。對(duì)于珠光體鋼軌來(lái)說(shuō)，達(dá)到1300MPa基本已到極限。再進(jìn)一步提高強(qiáng)度和硬度，軌頭表面會(huì)形成不希望出現(xiàn)的脆性貝氏體和馬氏體組織。鑒于上述情況，日本新日鐵公司的研究人員提出了這樣一種新思路，即通過(guò)增加珠光體中滲碳體相的密度來(lái)提高耐磨性能，并研究了過(guò)共析鋼軌。新開(kāi)發(fā)的過(guò)共析鋼軌完成了北美重載鐵路線上試驗(yàn)后，目前已在美國(guó)鋪設(shè)使用10萬(wàn)余噸。,2024年3月31日,第45頁(yè) 共 頁(yè),2）抗破損鋼軌 通過(guò)調(diào)整熱處理時(shí)的冷卻

30、速度，將鋼軌踏面和軌頂角處理成不同的硬度。在沖擊載荷的作用下，硬度較軟的踏面處會(huì)產(chǎn)生更多的磨損。通過(guò)“增加”軌頂面中心即踏面處的磨耗率，這部分的有害的疲勞裂紋能被自然“磨”掉而不擴(kuò)展，不需要進(jìn)行昂貴的打磨。自1990年開(kāi)始,這種鋼軌已經(jīng)在Burlington Northern 進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果令人滿意。,2024年3月31日,第46頁(yè) 共 頁(yè),3）馬氏體鋼軌 由于珠光體型鋼軌已經(jīng)接近研發(fā)極限，許多制造商正在試驗(yàn)其他高強(qiáng)度鋼軌。

31、 近來(lái)英鋼聯(lián)研究開(kāi)發(fā)了軌頭硬度達(dá)445HB的低碳馬氏體鋼軌鋼，并申請(qǐng)了專利。盡管該鋼種其耐磨性能與珠光體型熱處理鋼軌相似，韌性卻高很多。,2024年3月31日,第47頁(yè) 共 頁(yè),4） 貝氏體鋼軌 目前國(guó)外新的高強(qiáng)鋼軌的研發(fā)重點(diǎn)主要集中在貝氏體鋼軌上。貝氏體鋼軌具有強(qiáng)度高、韌塑性好，顯示出強(qiáng)度和韌塑性的良好配合，尤其韌性更好，是珠光體鋼軌的2-3倍。另外，貝氏體鋼軌由于含碳量低，具有較好的焊接性能，同時(shí)還可與珠光體鋼軌進(jìn)行焊接。

32、 鐵道科學(xué)研究院已與鞍鋼合作開(kāi)展了貝氏體鋼軌的試驗(yàn)研究，并于2003年7月通過(guò)鐵道部科技司組織的技術(shù)審查，現(xiàn)已上道試鋪近4年，表現(xiàn)出比熱處理鋼軌更好的抗剝離和耐磨性能。,2024年3月31日,第48頁(yè) 共 頁(yè),3.5.2國(guó)內(nèi)鋼軌鋼的研究方向1) 專用熱處理軌鋼 （U77MnCr PG4）2) 重載鐵路用超高強(qiáng)度軌鋼 （U77MnCr PG4）3) 高速鐵路用軌鋼 （U71Mnk）4) 道岔用鋼軌（60D40

33、60TY）,2024年3月31日,第49頁(yè) 共 頁(yè),四 鋼軌的焊接體系,4.1我國(guó)既有線鋼軌的焊接體系： 一般無(wú)縫線路鋼軌的焊接分三步進(jìn)行： 第一步，在焊軌廠采用閃光焊的方法將25m長(zhǎng)鋼軌焊成250m～500m長(zhǎng)軌條； 第二步，鋼軌運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后，在道下采用氣壓焊或鋁熱焊的方法焊成1000m-2000m的長(zhǎng)軌條； 第三步，在道上采用鋁熱焊或氣壓焊將鋼軌焊成區(qū)間或跨區(qū)間無(wú)縫線路。 其中第二步和第三步又分別稱之為單元

34、軌節(jié)焊和鎖定焊。,2024年3月31日,第50頁(yè) 共 頁(yè),第一步焊接在廠內(nèi)或基地內(nèi)進(jìn)行，均采用閃光焊，采用瑞士產(chǎn)GAAS80焊機(jī)或?yàn)蹩颂mK系列焊機(jī)。這種焊接方式，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，是所有焊接方式中最好的；第二步焊接采用氣壓焊或鋁熱焊。從焊接的原理和焊接接頭的性能看，氣壓焊優(yōu)于鋁熱焊，但由于鋁熱焊施工方便，尤其可較好保證焊接接頭的平順性，近年來(lái)被廣泛使用。,2024年3月31日,第51頁(yè) 共 頁(yè),第三步焊接，采用鋁熱焊或氣壓焊，

35、近年來(lái)多數(shù)采用鋁熱焊。因?yàn)殇X熱焊是一種填充焊，用于鎖定焊非常方便。 另外，斷軌修復(fù)，采用鋁熱焊也比較方便。所以，雖然鋁熱焊是一種鑄態(tài)組織，但是無(wú)縫線路的施工和養(yǎng)護(hù)缺不了。,2024年3月31日,第52頁(yè) 共 頁(yè),4.2客運(yùn)專線長(zhǎng)定尺鋼軌的焊接體系 在客運(yùn)專線鐵路中應(yīng)采用下列焊接方式： 在焊軌基地采用固定式閃光焊，在現(xiàn)場(chǎng)采用鋁熱焊或移動(dòng)式閃光焊進(jìn)行焊接。這樣可以較好的保證焊接質(zhì)量。不建議將100m長(zhǎng)定尺鋼軌直接運(yùn)至鋪

36、軌現(xiàn)場(chǎng)采用移動(dòng)式閃光焊進(jìn)行焊接。 在新建普通鐵路上，可采用移動(dòng)式閃光焊將100m長(zhǎng)定尺鋼軌焊成規(guī)定的長(zhǎng)度，或采用移動(dòng)式閃光焊或鋁熱焊進(jìn)行鎖定焊。 另外，待既有線不那么繁忙，也可以直接將100m鋼軌運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)直接采用移動(dòng)式閃光焊軌車進(jìn)行。,2024年3月31日,第53頁(yè) 共 頁(yè),5 鋼軌的合理使用,5.1 嚴(yán)格執(zhí)行鐵道行業(yè)鋼軌新標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)行我國(guó)鋼軌國(guó)標(biāo)于1981年修訂（GB2585-81），其內(nèi)容不僅不能反映現(xiàn)代

37、鐵路對(duì)鋼軌質(zhì)量的要求，也不能反映冶金系統(tǒng)近年來(lái)的技術(shù)進(jìn)步。因此，鋼軌的生產(chǎn)和使用各方應(yīng)嚴(yán)格遵守鐵道部頒布的系列鋼軌暫行技術(shù)條件和標(biāo)準(zhǔn)。,2024年3月31日,第54頁(yè) 共 頁(yè),5.2 合理鋪用鋼軌、實(shí)現(xiàn)鋼軌的分級(jí)使用由于鐵路的線路狀態(tài)和載荷條件是不同的，因此，為了延長(zhǎng)鋼軌使用壽命、降低維修費(fèi)用，在不同的鐵路運(yùn)輸狀況下應(yīng)鋪設(shè)不同強(qiáng)度等級(jí)的鋼軌。在直線上應(yīng)鋪設(shè)軌面硬度為260~300HB的熱軋鋼軌，在半徑為1000m以下的曲線上應(yīng)

38、鋪設(shè)使用高硬度的熱處理鋼軌（340~370HB)。,2024年3月31日,第55頁(yè) 共 頁(yè),硬度較高的熱處理鋼軌，不宜在直線上鋪設(shè)使用。硬度的提高減少了鋼軌的磨耗，造成了輪軌接觸不良或者接觸面積的減少，導(dǎo)致接觸應(yīng)力的增加，或者萌生的裂紋難以磨去，最終增加了接觸疲勞傷損，反而使用壽命更低。,2024年3月31日,第56頁(yè) 共 頁(yè),圖10 浙贛線鷹潭工務(wù)段進(jìn)口熱處理鋼軌（在直線上使用、下道時(shí)通過(guò)總重3.5億噸）,2024年3月

39、31日,第57頁(yè) 共 頁(yè),圖11 浙贛線鷹潭工務(wù)段進(jìn)口熱處理鋼軌（在直線上使用、下道時(shí)通過(guò)總重3.5億噸）,2024年3月31日,第58頁(yè) 共 頁(yè),圖12 浙贛線鷹潭工務(wù)段進(jìn)口熱處理鋼軌（從軌頭裂紋發(fā)展為橫向疲勞斷裂）,2024年3月31日,第59頁(yè) 共 頁(yè),硬度太低的鋼軌也不宜在重載鐵路上使用。,2024年3月31日,第60頁(yè) 共 頁(yè),,圖13 普通鋼軌在朔黃鐵路的使用情況,2024年3月31日,第61頁(yè)

40、 共 頁(yè),鋼軌強(qiáng)度等級(jí)的選擇還應(yīng)考慮輪軌關(guān)系。前蘇聯(lián)熱處理鋼軌的大面積使用，造成車輪使用壽命的大幅下降，應(yīng)引起我國(guó)鐵路有關(guān)部門(mén)的重視。,2024年3月31日,第62頁(yè) 共 頁(yè),5.3 進(jìn)行科學(xué)潤(rùn)滑、減少鋼軌磨損大量的試驗(yàn)研究表明，進(jìn)行科學(xué)的鋼軌潤(rùn)滑不僅可以節(jié)省牽引動(dòng)力（節(jié)省燃料），還可以顯著減少車輪及鋼軌的磨損。自上世紀(jì)80年代以來(lái)，美國(guó)、歐洲、日本等鐵路相繼進(jìn)行輪軌潤(rùn)滑試驗(yàn)，生產(chǎn)了各種類型的潤(rùn)滑器和潤(rùn)滑劑，并投入了實(shí)際運(yùn)用

41、。實(shí)踐證明，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行科學(xué)潤(rùn)滑，這樣才能取得滿意的綜合效果，否則會(huì)適得其反。從潤(rùn)滑效果而言，固態(tài)潤(rùn)滑比液態(tài)好，潤(rùn)滑脂比潤(rùn)滑油好。在鋼軌出現(xiàn)接觸疲勞傷損時(shí)應(yīng)減少或停止任何形式的潤(rùn)滑。,2024年3月31日,第63頁(yè) 共 頁(yè),5.4 開(kāi)展預(yù)防性打磨、延長(zhǎng)鋼軌使用壽命在國(guó)外，鋼軌打磨已有50多年的歷史。鋼軌打磨的目的在于消除鋼軌的波形磨耗、控制鋼軌及焊接接頭表面接觸疲勞傷損以及減輕和消除輪軌噪聲。鋼軌打磨方法主要有矯正性打

42、磨、維護(hù)性打磨和預(yù)防性打磨三種。目前在許多國(guó)外鐵路公司，這三種方法交叉使用，但以預(yù)防性打磨為主。,2024年3月31日,第64頁(yè) 共 頁(yè),所謂預(yù)防性打磨，是采用高效率的打磨列車，按規(guī)定的打磨樣板對(duì)鋼軌進(jìn)行經(jīng)常性的輕度快速打磨。一般情況下，在小半徑曲線地段的打磨周期為每通過(guò)10～15Mt，在緩和曲線地段的打磨周期為每通過(guò)20～ 30Mt，在直線地段的打磨周期為每通過(guò)30～45Mt。與矯正性和維護(hù)性打磨相比，預(yù)防性打磨更能夠大幅度地提

43、高鋼軌使用壽命和改善輪/軌、機(jī)車車輛/軌道相互作用。我國(guó)已開(kāi)展了鋼軌打磨工作，但均未采用預(yù)防性打磨打磨設(shè)備和工藝技術(shù)均有待于開(kāi)展研究。,2024年3月31日,第65頁(yè) 共 頁(yè),5.5 關(guān)注滾動(dòng)接觸疲勞（RCF）傷損的研究和治理在上世紀(jì)90年代中期，歐洲及日本由于列車提速以后普遍出現(xiàn)一種由于滾動(dòng)接觸疲勞產(chǎn)生的新的鋼軌傷損形式。這種傷損又可以細(xì)分為軌頭裂紋（head checks）、隱傷（squats，又稱dark spot）、剝

44、離掉塊（shelling）等。直到90年代中期，普遍認(rèn)為軌頭裂紋很少導(dǎo)致鋼軌在垂直方向斷裂，但是后來(lái)使用發(fā)現(xiàn)，軌頭裂紋產(chǎn)生斷裂的可能性要比想像的大的多。,2024年3月31日,第66頁(yè) 共 頁(yè),圖14 鋼軌軌頭裂紋（斜裂紋）,2024年3月31日,第67頁(yè) 共 頁(yè),圖15 鋼軌軌頭的隱傷,2024年3月31日,第68頁(yè) 共 頁(yè),圖16 由軌頭裂紋引起的鋼軌橫向斷裂,2024年3月31日,第69頁(yè) 共 頁(yè),圖1

45、7 廣深線出現(xiàn)的軌頭裂紋和隱傷,2024年3月31日,第70頁(yè) 共 頁(yè),軌頭裂紋和隱傷的發(fā)展模式對(duì)鋼軌安全使用構(gòu)成的威脅較大。裂紋在鋼軌踏面斜向向下擴(kuò)展到一定深度后轉(zhuǎn)向向內(nèi)發(fā)展，即有一個(gè)從接觸應(yīng)力控制向彎曲應(yīng)力控制的過(guò)渡。2000年10月，英國(guó)高速列車在Hatifield以185km/h通過(guò)R1460m曲線時(shí)出現(xiàn)脫軌，造成4人死亡、70人受傷的嚴(yán)重事故，并由此導(dǎo)致英國(guó)鐵路的限速和混亂。不久查明脫軌事故是由于曲線外股鋼軌的斷裂引起

46、的，裂紋萌生于滾動(dòng)接觸疲勞的“軌頭裂紋”，是鋼軌接觸疲勞裂紋的發(fā)展模式。這則事例生動(dòng)地說(shuō)明了高速運(yùn)輸條件下鋼軌接觸疲勞失效的危險(xiǎn)性。,2024年3月31日,第71頁(yè) 共 頁(yè),鋼軌的磨損在某種意義上說(shuō)可以阻止裂紋的形成或發(fā)展。當(dāng)磨損率很大時(shí)，磨掉表層金屬的速度比接觸疲勞裂紋形成的速度要快，那么接觸疲勞裂紋將不會(huì)產(chǎn)生；當(dāng)磨損率較高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致接觸疲勞裂紋的凈縮短；而當(dāng)磨損率較低時(shí)，裂紋將繼續(xù)發(fā)展直至斷裂。因此，當(dāng)采用高強(qiáng)軌、采用更多的鋼

47、軌潤(rùn)滑時(shí)，應(yīng)更加關(guān)注接觸疲勞斷裂的危險(xiǎn)性。我國(guó)近年來(lái)鋪設(shè)了大量的強(qiáng)度等級(jí)較高如U75V鋼軌。隨著列車提速，其滾動(dòng)接觸疲勞傷損較以前更普遍、更嚴(yán)重了。對(duì)此應(yīng)引起有關(guān)部門(mén)的重視，盡早進(jìn)行研究和防范。,2024年3月31日,第72頁(yè) 共 頁(yè),國(guó)外對(duì)鋼軌軌面滾動(dòng)接觸疲勞傷損的治理措施主要有：合理鋪用不同強(qiáng)度等級(jí)的鋼軌，采用預(yù)防性打磨以及良好的維修養(yǎng)護(hù)等，最大程度地降低接觸應(yīng)力，減少RCF的產(chǎn)生。,2024年3月31日,第73頁(yè) 共

48、 頁(yè),六 輪軌的硬度匹配輪軌是一對(duì)摩擦副，除了設(shè)計(jì)合理的輪軌廓面外，不同運(yùn)輸條件下輪軌硬度的合理匹配將對(duì)提高輪軌的綜合使用壽命具有十分重要的作用。。,2024年3月31日,第74頁(yè) 共 頁(yè),輪軌硬度匹配現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題,日本鐵路廣泛使用軌面硬度大于235HB的鋼軌，但車輪的硬度較高，其中SSW-3R車輪輪輞的硬度為311~363HB。重載鐵路發(fā)達(dá)的美國(guó)，1996年前廣泛鋪用的鋼軌硬度大于260HB；1996年后，鋼軌的硬度大

49、于300HB。上述國(guó)家鐵路在小半徑曲線上為減少鋼軌的磨耗，廣泛鋪用硬度更高的合金軌（軌面硬度大于320HB）或熱處理鋼軌（軌面硬度大于340HB）。,2024年3月31日,第75頁(yè) 共 頁(yè),美國(guó)車輪標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同等級(jí)車輪的應(yīng)用范圍： L級(jí)車輪，主要用于高速運(yùn)行、制動(dòng)條件比其他級(jí)別車輪更為惡劣而車輪載荷小的場(chǎng)合； A級(jí)車輪，主要用于高速運(yùn)行、制動(dòng)條件惡劣、中等輪載荷的場(chǎng)合； B級(jí)車輪， 主要用于高速運(yùn)行

50、、制動(dòng)條件惡劣、較重輪載荷的場(chǎng)合； C級(jí)車輪，主要用于輕制動(dòng)條件和大輪載運(yùn)輸?shù)墓r或用于非踏面制動(dòng)的較嚴(yán)重制動(dòng)條件的場(chǎng)合。 B級(jí)或C級(jí)車輪用于通用的貨車，也推薦用于機(jī)車。 由于美國(guó)鐵路大多數(shù)為貨運(yùn)專線，列車軸重大，運(yùn)行速度不高，因此多數(shù)采用硬度較高的C級(jí)車輪。,2024年3月31日,第76頁(yè) 共 頁(yè),前蘇聯(lián)在上世紀(jì)70年代末期，到1986年為止，鋪設(shè)整體淬火鋼軌的總長(zhǎng)度已占總線路的50％以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，車輪的

51、平均使用壽命從1980年的10年，縮短到1998年的3年。俄羅斯從1996年開(kāi)始進(jìn)行提高輪輞硬度的試驗(yàn)，結(jié)果表明，提高輪輞硬度后可明顯提高車輪的使用壽命。,2024年3月31日,第77頁(yè) 共 頁(yè),我國(guó)鐵路客貨車車輪的材質(zhì)為輾鋼CL 60或 鑄鋼ZL-B，輪輞表面的硬度大于 270 HB；在廣深客運(yùn)專線上使用部分新研制的CL50A車輪其輪輞硬度大于240 HB；2002年從法國(guó)及烏克蘭進(jìn)口部分按歐洲標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的ER7和ER8車輪，在國(guó)

52、內(nèi)既有線上使用。出現(xiàn)的問(wèn)題主要有：在廣深線上根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)研制的CL50A車輪、在部分線路上使用的進(jìn)口ER7和ER8車輪以及在大秦重載鐵路C76和C80車上使用的CL60和ZL-B車輪，相繼出現(xiàn)嚴(yán)重的輾邊、剝離和踏面圓周磨耗等問(wèn)題，表現(xiàn)出車輪硬度不足，尤其在軸重較大或線路平面條件不好的情況下更為嚴(yán)重。,2024年3月31日,第78頁(yè) 共 頁(yè),系統(tǒng)開(kāi)展輪軌材料/硬度匹配的研究 事實(shí)上影響輪軌使用壽命的因素很多，如輪軌的廓面匹配

53、、輪軌的科學(xué)潤(rùn)滑以及車輪的及時(shí)鏇修和鋼軌的定期打磨等，應(yīng)綜合考慮。另外，在加強(qiáng)輪軌關(guān)系的理論和試驗(yàn)室研究的同時(shí)，包括采用實(shí)際輪軌材料，研究輪軌硬度匹配對(duì)輪軌磨耗以及滾動(dòng)接觸疲勞的影響，更應(yīng)重視對(duì)輪軌傷損的使用跟蹤研究：對(duì)引進(jìn)不同材料及硬度的時(shí)速200公里及以上動(dòng)車組車輪在我國(guó)的使用情況以及對(duì)高速客運(yùn)專線和重載鐵路上使用的車輪和鋼軌進(jìn)行跟蹤研究，以進(jìn)一步研究輪軌關(guān)系中硬度的合理匹配問(wèn)題。,2024年3月31日,第79頁(yè) 共 頁(yè),周清