國內(nèi)外鋼軌生產(chǎn)和使用技術

1、國內(nèi)外鋼軌技術的研究及進展,周清躍,,鐵道科學研究院研發(fā)中心2007年12月,2024年3月31日,第2頁 共 頁,目錄,,1. 國內(nèi)外鋼軌標準2.  鋼軌的生產(chǎn)技術3.  軌鋼的研究進展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 共 頁,引言,鐵路運輸是我國的主導運輸方式，具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，而鋼軌是軌道

2、交通的重要部件，承擔著引導車輪、傳遞載荷的功能。我國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60kg/m鋼軌，在大秦等重載鐵路上鋪設75kg/m鋼軌；鋼軌定尺長度為25m，近年來正在大力發(fā)展100m長定尺鋼軌。,2024年3月31日,第4頁 共 頁,近年來我國鐵路每年鋼軌用量約100~150萬噸，到2010年將達到200多萬噸。僅鋼軌材料費就需耗資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進步，均將產(chǎn)生很大的社會經(jīng)濟效益。,2024年3月31日,第5頁 共 頁,一 國內(nèi)外鋼軌標準,標準是制高點。鋼軌標準是鋼軌生產(chǎn)技術進步的反映，也是鐵路發(fā)展需要的體現(xiàn)。標準的起草和制定從一個側面反映了一個單位在本領域的地位和水平。,2024年3月31日,第6頁 共 頁,1.1 國外鋼軌標準,1）ASTM A1-00美國材料試驗協(xié)會制定的第一個標準就是鋼軌技術條件，現(xiàn)行的標準為200

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

5、 頁,3）日本鋼軌標準：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 日本鋼軌技術條件要求不高，但鋼軌實物水平很高。,2024年3月31日,第9頁 共 頁,4）國際鐵路聯(lián)盟：UIC860 鋼軌供貨技術條件第八版（1986.7）： 本標準是流行較廣的鋼軌標準之一，許多國家在鋼軌的國際采購招標中均使用這一標準。但由于國際鐵路聯(lián)盟工作

6、重點發(fā)生變化，不再制定和修訂鋼軌標準，1986年制定的國際鐵路聯(lián)盟鋼軌標準顯然不能滿足鐵路發(fā)展和冶金生產(chǎn)技術進步的要求。,2024年3月31日,第10頁 共 頁,5）歐洲鋼軌標準：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年確定了標準號，2003年正式頒布。該標準全面反映了高速鐵路對鋼軌的要求，是當今世界上最先進、最嚴格的標準之一。在標準范圍中明確規(guī)定

7、了該技術條件適用于高速鐵路。我國鐵路頒布的系列鋼軌標準均以該標準為采標對象，并兼顧國內(nèi)的具體實際制定的。,2024年3月31日,第11頁 共 頁,6）歐洲道岔鋼軌標準： prEN13674-2:2003(E) 本標準規(guī)定了歐洲鐵路用道岔鋼軌的有關要求。 以上標準大部分中文稿均收集在《國內(nèi)外最新鋼軌標準匯編》 (2004年版、周清躍主編譯)以及《現(xiàn)代鐵路鋼軌標準匯編》（ 2005年版、周清躍主編譯）中。,20

8、24年3月31日,第12頁 共 頁,1.2 國內(nèi)鋼軌標準,自1998年修建秦沈客運專線以來，鐵道部根據(jù)鐵路發(fā)展的需要，并兼顧國內(nèi)鋼軌生產(chǎn)的實際，先后頒布了10余個鋼軌暫行技術條件和標準，涵蓋了250km/h和350km/h客運專線、時速160公里以下既有線以及時速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 共 頁,從此改變了鋼廠不采用鐵路鋼軌標準的歷史。現(xiàn)在已經(jīng)形成了由鐵道部提

9、出標準，鋼廠按此生產(chǎn)的局面。從而大大推動了鋼軌生產(chǎn)的現(xiàn)代化技術改造。,2024年3月31日,第14頁 共 頁,目前國內(nèi)主要鋼軌標準有：1）時速200公里客運專線60kg/m鋼軌暫行技術條件（科技基[1999]01號）：原用于秦沈客運專線，現(xiàn)用于時速200公里提速線路。2）時速300公里高速鐵路60kg/m鋼軌暫行技術條件（科技基[1999]01號）：原用于秦沈客運專線綜合試驗段進口鋼軌。,2024年3月31日,第15頁 共

10、 頁,3）時速200公里客運專線60AT鋼軌暫行技術條件（科教基[2000]41號）：用于秦沈客運專線。4) 時速200公里客運專線60AT鋼軌焊接暫行技術條件（科教基[2000]41號）：用于秦沈客運專線。,2024年3月31日,第16頁 共 頁,5）《250km/h客運專線60kg/m鋼軌暫行技術條件》（鐵科技函[2005]298號）： 適用于新建250km/h客運專線。該技術條件以歐洲鋼軌標準為采標對象，采用歐洲

11、標準中規(guī)定的B級平直度及幾何尺寸的要求，并在試驗方法等方面兼顧國內(nèi)習慣。,2024年3月31日,第17頁 共 頁,6）《350km/h客運專線60kg/m鋼軌暫行技術條件》（鐵科技[2004]120號）： 適用于新建350km/h客運專線。該技術條件以歐洲鋼軌標準為采標對象，采用歐洲標準中規(guī)定的A級平直度及幾何尺寸的要求（為頂極標準），并在試驗方法等方面兼顧國內(nèi)習慣。,2024年3月31日,第18頁 共 頁,7）《客

12、運專線60AT鋼軌暫行技術條件》（鐵科技函[2005] 101 號） 適用于新建客運專線。該標準以歐洲道岔鋼軌標準為采標對象，結合國內(nèi)鋼種以及試驗方法等方面的國內(nèi)習慣制定。,2024年3月31日,第19頁 共 頁,8）《250km/h和350km/h客運專線鋼軌檢驗及驗收暫行標準》（鐵建設函[2005] 402號）： 為監(jiān)督鋼軌的生產(chǎn)質量而制定。適用于客運專線鋼軌的用戶檢驗。,2024年3月31日,第20頁 共

13、 頁,9）《TB/T2344-2003 ：43kg/m~75kg/m熱軋鋼軌訂貨技術條件》： 適用于時速160km/h以下既有線用的熱軋鋼軌。目前鐵路每年約70~100萬噸大修和維修用軌均采用該標準生產(chǎn)和采購。該標準以歐洲鋼軌標準為采標對象，并兼顧到目前我國鋼軌生產(chǎn)廠正在進行技術改造的實際情況而制定。有的指標低于《250km/h客運專線60kg/m鋼軌暫行技術條件》。,2024年3月31日,第21頁 共 頁,10）《T

14、B/T2635-2004 熱處理鋼軌技術條件》： 適用于既有線用的熱處理鋼軌。 以上標準均收集在《國內(nèi)外最新鋼軌標準匯編》 (2004年版、周清躍主編譯)以及《現(xiàn)代鐵路鋼軌標準匯編》（ 2005年版、周清躍主編譯）中。,2024年3月31日,第22頁 共 頁,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)，無論是鋼質的潔凈性還是幾何尺寸等均

15、不夠理想。現(xiàn)代鋼軌生產(chǎn)工藝主要體現(xiàn)在精煉、精軋、精整、質量自動檢測和長尺化生產(chǎn)等方面。鋼軌的質量比傳統(tǒng)生產(chǎn)有大幅度的提高。,2024年3月31日,第23頁 共 頁,2.1 現(xiàn)代鋼軌生產(chǎn)技術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行，工藝流程為：生鐵脫硫預處理——氧氣頂吹轉爐冶煉——除渣處理——LF爐外精煉——真空脫氣——連鑄等。通過脫硫預處理、爐外精煉和真空脫氣等先進設備和技術，使鋼質潔凈。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量。,2024年3月31日,第24頁 共 頁,圖1 鋼坯冶煉和連鑄系統(tǒng),2024年3月31日,第25頁 共 頁,圖2 軌鋼的轉爐冶煉,2024年3月31日,第26頁 共 頁,圖3 軌鋼的四流方坯連鑄,2024年3月31日,第27頁 共 頁,2)鋼軌軋制、精整和質量檢測鋼軌軋制工藝流程為：連鑄坯——步進式加熱爐——高壓水除鱗——萬能軋機軋制——鋼軌熱預彎——復合矯

17、直——平直度在線檢測——渦流探傷——超聲波探傷——外觀檢查——鋸切、端頭精加工——入庫。步進式加熱爐能使鋼坯均勻加熱；采用多級高壓水除鱗，可以保證鋼軌的表面質量；用萬能軋制技術生產(chǎn)，可保證鋼軌的幾何尺寸精度、是現(xiàn)代鋼軌生產(chǎn)的標志之一。采用熱預彎，可減少殘余應力和矯直噪音。,2024年3月31日,第28頁 共 頁,圖4 采用萬能軋機軋制鋼軌,2024年3月31日,第29頁 共 頁,圖5 鋼軌熱預彎,2024年3月31

18、日,第30頁 共 頁,圖6 鋼軌熱預彎,2024年3月31日,第31頁 共 頁,圖7 鋼軌平立復合矯直,2024年3月31日,第32頁 共 頁,圖8 激光輔助四面液壓矯直,2024年3月31日,第33頁 共 頁,3）鋼軌質量檢測質量檢測一般采用集中布置，包括平直度激光自動檢測；渦流探傷；超聲波探傷；表面質量在線肉眼檢查等。,圖9 鋼軌平直度激光自動檢測,2024年3月31日,第34頁 共 頁,2.2

19、 國內(nèi)鋼廠技術改造進展情況,自鐵道部修建秦沈客運專線、頒布時速200和300公里客運專線鋼軌技術條件以來，大大推動了國內(nèi)鋼廠的技術改造： 鞍鋼已于2002年底引進國外先進設備和技術，完成了爐外精煉、真空脫氣、大方坯連鑄和萬能法軋制鋼軌的技術改造，2007年完成了100m長定尺鋼軌的技術改造。,2024年3月31日,第35頁 共 頁,攀鋼已于2003年底完成了鋼軌連鑄生產(chǎn)和精加工的技術改造，2004年底完成了萬能法軋制生產(chǎn)100

20、m長定尺鋼軌的技術改造, 首批生產(chǎn)的10余公里100m長定尺鋼已在隴海線鋪設上道。 包鋼在1998年完成了軌鋼精煉生產(chǎn)技改的基礎上、2002年完成了鋼軌的精整改造，2006年完成了萬能法軋制100m長定尺鋼軌的技術改造。 武鋼也正在進行鋼軌生產(chǎn)的現(xiàn)代化技術改造。,2024年3月31日,第36頁 共 頁,2.3 與國外先進國家的差距國內(nèi)鋼廠在完成技術改造后，在鋼軌生產(chǎn)設備方面已處于世界先進水平，但是，真正生產(chǎn)出具有世界一流水

21、平的鋼軌，國內(nèi)鋼廠還有待努力，尤其在軌鋼內(nèi)部純凈度、鋼軌的表面質量以及鋼軌質量的穩(wěn)定性、合格率等方面。目前，攀鋼100m長定尺生產(chǎn)的合格率已達到90%以上，包鋼達到70%以上，鞍鋼達到60%以上。,2024年3月31日,第37頁 共 頁,三 軌鋼的研究及進展,3.1鋼軌的分類按軌鋼的化學成分，可分為碳素鋼軌（鋼中無合金元素加入，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（利用軋制余熱對其進行熱處理，不再二次加熱）。,2024年3月31日,第38頁 共 頁,按軌鋼的最低抗拉強度可分為680MPa級（歐洲EN200）、780MPa級（如U74等）、880MPa級（如U71Mn）、980MPa級（U75V，U76NbRE熱軋軌）、1080M

23、Pa級（歐洲320Cr合金軌）、1180MPa級熱處理鋼軌（U75V，U76NbRE熱處理鋼軌等）。一般，強度等級為1080MPa及以上的鋼軌被稱為耐磨軌。,2024年3月31日,第39頁 共 頁,3.2普碳鋼軌及微合金鋼軌 所謂普碳鋼軌，即碳素鋼軌。鋼中碳含量隨強度等級的不同，在0.40~0.80%范圍內(nèi)變化，錳含量小于1.30％~1.40％，無其他合金元素加入。日本及歐洲一些國家仍生產(chǎn)和使用抗拉強度為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。但是由于強度等級較低，耐磨性能較差，可用在運量不大、耐磨性能無需很高的鐵路線路上。,2024年3月31日,第40頁 共 頁,目前國內(nèi)使用的普通及微合金鋼軌主要有四個鋼種，即抗拉強度為780MPa級的U74、880MPa級的U71Mn、980MPa級的U75V(原PD3)和U76NbRE(原BNbRE)。U71Mn鋼軌在U74的基礎上

25、降低碳含量，增加錳含量，標準規(guī)定為880MPa級，實際抗拉強度大于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，熱軋后其強度達到980MPa級，相對韌塑性差些，焊接范圍較窄。,2024年3月31日,第41頁 共 頁,U76NbRE(原BNbRE)為包鋼研制的微合金鋼軌。熱軋后強度達到980MPa級。由于鈮和稀土的作用，其韌塑性尤其低溫韌性相對較好。980MPa級的鋼軌經(jīng)過近10年的使用以及完善

26、，由于強度等級較高，其耐磨性能明顯要好于780~880MPa級的U74和U71Mn鋼軌。 U75V(原PD3)經(jīng)1998年調整化學成分后，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。,2024年3月31日,第42頁 共 頁,3.3合金鋼軌 在鋼中加入合金元素Si、Mn、Cr、Mo、V等，起到固溶強化以及細化珠光體組織作用以提高強度，這就是所謂的合金化強化。合金化強化的缺點是在提高強度的同時，帶來韌塑性的損失

27、，惡化了焊接性能。因此，強度等級為1180MPa的珠光體型合金鋼軌由于斷裂韌性低，殘余應力大，該等級的合金軌在國外已基本上不再生產(chǎn)和使用。目前，國外在小半徑曲線上作為耐磨軌使用較多的為1080MPa等級的合金軌。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 共 頁,3.4 熱處理鋼軌研究表明，細化軌鋼珠光體組織，不僅可以提高其強度而且改善其韌塑性能，這可以通過鋼軌熱處理

28、的方法得以實現(xiàn)。所謂熱處理就是通過控制加熱和冷卻過程，改變金屬的組織結構，使其具備優(yōu)良的性能。我國鋼軌熱處理技術的研究始于20世紀60年代中期，80年代中發(fā)展較快。目前攀鋼可年產(chǎn)10萬噸以上的在線熱處理鋼軌。包鋼可年產(chǎn)2萬噸以上的離線熱處理鋼軌。鐵路部門可生產(chǎn)部分離線熱處理鋼軌。,2024年3月31日,第44頁 共 頁,3.5軌鋼的最新研究動向3.5.1國外軌鋼的研究動向1）過共析珠光體鋼軌通過添加合金元素以及熱處理可提

29、高鋼軌的強度。對于珠光體鋼軌來說，達到1300MPa基本已到極限。再進一步提高強度和硬度，軌頭表面會形成不希望出現(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，即通過增加珠光體中滲碳體相的密度來提高耐磨性能，并研究了過共析鋼軌。新開發(fā)的過共析鋼軌完成了北美重載鐵路線上試驗后，目前已在美國鋪設使用10萬余噸。,2024年3月31日,第45頁 共 頁,2）抗破損鋼軌 通過調整熱處理時的冷卻

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產(chǎn)生更多的磨損。通過“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”掉而不擴展，不需要進行昂貴的打磨。自1990年開始,這種鋼軌已經(jīng)在Burlington Northern 進行試驗，結果令人滿意。,2024年3月31日,第46頁 共 頁,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其他高強度鋼軌。

31、 近來英鋼聯(lián)研究開發(fā)了軌頭硬度達445HB的低碳馬氏體鋼軌鋼，并申請了專利。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 共 頁,4） 貝氏體鋼軌 目前國外新的高強鋼軌的研發(fā)重點主要集中在貝氏體鋼軌上。貝氏體鋼軌具有強度高、韌塑性好，顯示出強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，同時還可與珠光體鋼軌進行焊接。

32、 鐵道科學研究院已與鞍鋼合作開展了貝氏體鋼軌的試驗研究，并于2003年7月通過鐵道部科技司組織的技術審查，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 共 頁,3.5.2國內(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 共 頁,四 鋼軌的焊接體系,4.1我國既有線鋼軌的焊接體系： 一般無縫線路鋼軌的焊接分三步進行： 第一步，在焊軌廠采用閃光焊的方法將25m長鋼軌焊成250m～500m長軌條； 第二步，鋼軌運到現(xiàn)場后，在道下采用氣壓焊或鋁熱焊的方法焊成1000m-2000m的長軌條； 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 共 頁,第一步焊接在廠內(nèi)或基地內(nèi)進行，均采用閃光焊，采用瑞士產(chǎn)GAAS80焊機或烏克蘭K系列焊機。這種焊接方式，質量穩(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，近年來被廣泛使用。,2024年3月31日,第51頁 共 頁,第三步焊接，采用鋁熱焊或氣壓焊，

35、近年來多數(shù)采用鋁熱焊。因為鋁熱焊是一種填充焊，用于鎖定焊非常方便。 另外，斷軌修復，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，但是無縫線路的施工和養(yǎng)護缺不了。,2024年3月31日,第52頁 共 頁,4.2客運專線長定尺鋼軌的焊接體系 在客運專線鐵路中應采用下列焊接方式： 在焊軌基地采用固定式閃光焊，在現(xiàn)場采用鋁熱焊或移動式閃光焊進行焊接。這樣可以較好的保證焊接質量。不建議將100m長定尺鋼軌直接運至鋪

36、軌現(xiàn)場采用移動式閃光焊進行焊接。 在新建普通鐵路上，可采用移動式閃光焊將100m長定尺鋼軌焊成規(guī)定的長度，或采用移動式閃光焊或鋁熱焊進行鎖定焊。 另外，待既有線不那么繁忙，也可以直接將100m鋼軌運至現(xiàn)場直接采用移動式閃光焊軌車進行。,2024年3月31日,第53頁 共 頁,5 鋼軌的合理使用,5.1 嚴格執(zhí)行鐵道行業(yè)鋼軌新標準現(xiàn)行我國鋼軌國標于1981年修訂（GB2585-81），其內(nèi)容不僅不能反映現(xiàn)代

37、鐵路對鋼軌質量的要求，也不能反映冶金系統(tǒng)近年來的技術進步。因此，鋼軌的生產(chǎn)和使用各方應嚴格遵守鐵道部頒布的系列鋼軌暫行技術條件和標準。,2024年3月31日,第54頁 共 頁,5.2 合理鋪用鋼軌、實現(xiàn)鋼軌的分級使用由于鐵路的線路狀態(tài)和載荷條件是不同的，因此，為了延長鋼軌使用壽命、降低維修費用，在不同的鐵路運輸狀況下應鋪設不同強度等級的鋼軌。在直線上應鋪設軌面硬度為260~300HB的熱軋鋼軌，在半徑為1000m以下的曲線上應

38、鋪設使用高硬度的熱處理鋼軌（340~370HB)。,2024年3月31日,第55頁 共 頁,硬度較高的熱處理鋼軌，不宜在直線上鋪設使用。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，導致接觸應力的增加，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 共 頁,圖10 浙贛線鷹潭工務段進口熱處理鋼軌（在直線上使用、下道時通過總重3.5億噸）,2024年3月

39、31日,第57頁 共 頁,圖11 浙贛線鷹潭工務段進口熱處理鋼軌（在直線上使用、下道時通過總重3.5億噸）,2024年3月31日,第58頁 共 頁,圖12 浙贛線鷹潭工務段進口熱處理鋼軌（從軌頭裂紋發(fā)展為橫向疲勞斷裂）,2024年3月31日,第59頁 共 頁,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 共 頁,,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

40、 共 頁,鋼軌強度等級的選擇還應考慮輪軌關系。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，應引起我國鐵路有關部門的重視。,2024年3月31日,第62頁 共 頁,5.3 進行科學潤滑、減少鋼軌磨損大量的試驗研究表明，進行科學的鋼軌潤滑不僅可以節(jié)省牽引動力（節(jié)省燃料），還可以顯著減少車輪及鋼軌的磨損。自上世紀80年代以來，美國、歐洲、日本等鐵路相繼進行輪軌潤滑試驗，生產(chǎn)了各種類型的潤滑器和潤滑劑，并投入了實際運用

41、。實踐證明，應根據(jù)具體情況進行科學潤滑，這樣才能取得滿意的綜合效果，否則會適得其反。從潤滑效果而言，固態(tài)潤滑比液態(tài)好，潤滑脂比潤滑油好。在鋼軌出現(xiàn)接觸疲勞傷損時應減少或停止任何形式的潤滑。,2024年3月31日,第63頁 共 頁,5.4 開展預防性打磨、延長鋼軌使用壽命在國外，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、維護性打磨和預防性打磨三種。目前在許多國外鐵路公司，這三種方法交叉使用，但以預防性打磨為主。,2024年3月31日,第64頁 共 頁,所謂預防性打磨，是采用高效率的打磨列車，按規(guī)定的打磨樣板對鋼軌進行經(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10～15Mt，在緩和曲線地段的打磨周期為每通過20～ 30Mt，在直線地段的打磨周期為每通過30～45Mt。與矯正性和維護性打磨相比，預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、機車車輛/軌道相互作用。我國已開展了鋼軌打磨工作，但均未采用預防性打磨打磨設備和工藝技術均有待于開展研究。,2024年3月31日,第65頁 共 頁,5.5 關注滾動接觸疲勞（RCF）傷損的研究和治理在上世紀90年代中期，歐洲及日本由于列車提速以后普遍出現(xiàn)一種由于滾動接觸疲勞產(chǎn)生的新的鋼軌傷損形式。這種傷損又可以細分為軌頭裂紋（head checks）、隱傷（squats，又稱dark spot）、剝

44、離掉塊（shelling）等。直到90年代中期，普遍認為軌頭裂紋很少導致鋼軌在垂直方向斷裂，但是后來使用發(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 共 頁,圖14 鋼軌軌頭裂紋（斜裂紋）,2024年3月31日,第67頁 共 頁,圖15 鋼軌軌頭的隱傷,2024年3月31日,第68頁 共 頁,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 共 頁,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 共 頁,軌頭裂紋和隱傷的發(fā)展模式對鋼軌安全使用構成的威脅較大。裂紋在鋼軌踏面斜向向下擴展到一定深度后轉向向內(nèi)發(fā)展，即有一個從接觸應力控制向彎曲應力控制的過渡。2000年10月，英國高速列車在Hatifield以185km/h通過R1460m曲線時出現(xiàn)脫軌，造成4人死亡、70人受傷的嚴重事故，并由此導致英國鐵路的限速和混亂。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。這則事例生動地說明了高速運輸條件下鋼軌接觸疲勞失效的危險性。,2024年3月31日,第71頁 共 頁,鋼軌的磨損在某種意義上說可以阻止裂紋的形成或發(fā)展。當磨損率很大時，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產(chǎn)生；當磨損率較高時，會導致接觸疲勞裂紋的凈縮短；而當磨損率較低時，裂紋將繼續(xù)發(fā)展直至斷裂。因此，當采用高強軌、采用更多的鋼

47、軌潤滑時，應更加關注接觸疲勞斷裂的危險性。我國近年來鋪設了大量的強度等級較高如U75V鋼軌。隨著列車提速，其滾動接觸疲勞傷損較以前更普遍、更嚴重了。對此應引起有關部門的重視，盡早進行研究和防范。,2024年3月31日,第72頁 共 頁,國外對鋼軌軌面滾動接觸疲勞傷損的治理措施主要有：合理鋪用不同強度等級的鋼軌，采用預防性打磨以及良好的維修養(yǎng)護等，最大程度地降低接觸應力，減少RCF的產(chǎn)生。,2024年3月31日,第73頁 共

48、 頁,六 輪軌的硬度匹配輪軌是一對摩擦副，除了設計合理的輪軌廓面外，不同運輸條件下輪軌硬度的合理匹配將對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 共 頁,輪軌硬度匹配現(xiàn)狀與存在的問題,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)達的美國，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 共 頁,美國車輪標準規(guī)定了不同等級車輪的應用范圍： L級車輪，主要用于高速運行、制動條件比其他級別車輪更為惡劣而車輪載荷小的場合； A級車輪，主要用于高速運行、制動條件惡劣、中等輪載荷的場合； B級車輪， 主要用于高速運行

50、、制動條件惡劣、較重輪載荷的場合； C級車輪，主要用于輕制動條件和大輪載運輸?shù)墓r或用于非踏面制動的較嚴重制動條件的場合。 B級或C級車輪用于通用的貨車，也推薦用于機車。 由于美國鐵路大多數(shù)為貨運專線，列車軸重大，運行速度不高，因此多數(shù)采用硬度較高的C級車輪。,2024年3月31日,第76頁 共 頁,前蘇聯(lián)在上世紀70年代末期，到1986年為止，鋪設整體淬火鋼軌的總長度已占總線路的50％以上。據(jù)統(tǒng)計，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年開始進行提高輪輞硬度的試驗，結果表明，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 共 頁,我國鐵路客貨車車輪的材質為輾鋼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年從法國及烏克蘭進口部分按歐洲標準生產(chǎn)的ER7和ER8車輪，在國

52、內(nèi)既有線上使用。出現(xiàn)的問題主要有：在廣深線上根據(jù)歐洲標準研制的CL50A車輪、在部分線路上使用的進口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)嚴重的輾邊、剝離和踏面圓周磨耗等問題，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重。,2024年3月31日,第78頁 共 頁,系統(tǒng)開展輪軌材料/硬度匹配的研究 事實上影響輪軌使用壽命的因素很多，如輪軌的廓面匹配

53、、輪軌的科學潤滑以及車輪的及時鏇修和鋼軌的定期打磨等，應綜合考慮。另外，在加強輪軌關系的理論和試驗室研究的同時，包括采用實際輪軌材料，研究輪軌硬度匹配對輪軌磨耗以及滾動接觸疲勞的影響，更應重視對輪軌傷損的使用跟蹤研究：對引進不同材料及硬度的時速200公里及以上動車組車輪在我國的使用情況以及對高速客運專線和重載鐵路上使用的車輪和鋼軌進行跟蹤研究，以進一步研究輪軌關系中硬度的合理匹配問題。,2024年3月31日,第79頁 共 頁,周清