鐵路鋼軌是什么材質

　　鋼軌是鐵路軌道的主要組成部件。它的功用在于引導機車車輛的車輪前進，承受車輪的巨大壓力，并傳遞到軌枕上。鋼軌必須為車輪提供連續、平順和阻力最小的滾動表面。在電氣化鐵道或自動閉塞區段，鋼軌還可兼做軌道電路之用。

　　基本參數

　　鋼軌分類

　　國內

　　我國鋼軌以每米大致重量的公斤數，可分為起重機軌(吊車軌)、重軌與輕軌三種：

　?、倨鹬貦C軌分為 QU120,QU100,QU80,QU70四種，材質一般為錳鋼，單重最大的是QU120可達118kg/m。

　?、谥剀?。按所用鋼材鋼種分為：普通含錳鋼軌、含銅普碳鋼鋼軌、高硅含銅鋼鋼軌、銅軌、錳軌、硅軌等。主要有38、43、50kg 三種。此外還有用于少數線路上的45kg軌，以及在運量大和車速高的線路上用的60kg軌。GB2585— 81規定了我國38～50kg/m鋼軌的技術條件，其尺寸和代號等如表6—7—10所示。

　　2007年我國頒布了新標準 GB 2585-2007，除38～50kg/m外，新增加了60kg/m的重軌和75kg/m的重機軌。

　　國外

　　國際上各個國家都有自己的生產鋼軌的標準，分類方式也不盡相同。

　　鋼軌

　　如：英標：BS系列(有90A,80A,75A,75R,60A等等)

　　德標：DIN系列吊車軌。

　　國際鐵路聯盟：UIC系列。

　　美標：ASCE系列。

　　日標：JIS系列。

　?、圯p軌。品種在“8”的標準(5)中規定。主要有9、12、15、22、30kg/m 等不同軌型，其斷面尺寸和軌型類別等如6-7-11所示。技術條件詳見“8”中標準(3)。

　　輕軌也分為國標(GB)和部標(YB冶金部標準)兩種，上面說的是GB的幾種型號，YB的型號有：8、18、24kg/m等。

　　(2)制造及用途。

　　鋼軌采用平爐、氧氣轉爐冶煉的碳素鎮靜鋼軋制而成。其用途是承受機車車輛的運行壓力及沖擊載荷。

　　生產廠

　　國內生產

　　我國生產鋼軌最主要的有四大軌梁廠，分別是攀鋼集團的攀鋼軌梁廠、鞍鋼集團的鞍鋼軌梁廠、武鋼軌梁廠以及包鋼軌梁廠。

　　國外進口

　　由于用量較大，尚需進口一些按我國技術標準要求的理化性能和按國外有關標準方法判定的鋼軌及鋼軌附件。進口生產國有日本、德國、法國、英國、俄羅斯、澳大利亞等。

　　結構分類

　　鋼軌類型

　　鋼軌的類型是以每米長的鋼軌質量千克數表示的。我國鐵路上使用的鋼軌有75kg/m、60kg/m、50kg/m，43kg/m和38kg/m等幾種。

　　43G,50G,60G鋼軌截面圖

　　43G,50G,60G鋼軌截面圖

　　鋼軌的斷面形狀采用具有最佳抗彎性能的工字形斷面，有軌頭、軌腰以及軌底三部分組成。為使鋼軌更好地承受來自各方面的力，保證必要強度條件，鋼軌應有足夠的高度，其頭部和底部應有足夠的面積和高度、腰部和底部不宜太薄。

　　以上各種類型鋼軌中，38kg/m鋼軌現已停止生產，60kg/m、50kg/m鋼軌在主要干線上鋪設，站線及專用線一般鋪設43kg/m鋼軌。對于重載鐵路和特別繁忙區段鐵路，則鋪設75kg/m鋼軌。

　　此外，為了適應道岔、特大橋和無縫線路等結構的需要，我國鐵路還采用了特種斷面(與中軸線不對稱工字型)鋼軌?，F采用較多的為矮特種斷面鋼軌，簡稱AT軌。

　　鋼軌長度

　　我國鋼軌的標準長度為12.5m和25.0m兩種。特重型、重型軌采用25.0m的標準長度鋼軌，其他類型軌道可采用12.5m25.0m標準長度鋼軌。

　　《250km/h 客運專線60kg/m鋼軌暫行技術條件》規定，250km/h 客運專線(兼顧貨運)鋼軌標準軌定尺長度為100m。

　　曲線縮短軌長度有比12.5m標準軌短 40、80、120mm 的三種，有比25.0m標準軌短40、80、160mm的三種。

　　形狀規格

　　尺寸規格

　　鋼軌的長度和其他幾何尺寸及公差等，由“8”中有關輕重軌相應標準規定。

　　外觀質量

　　(1)軋制后的鋼軌應筆直，不得有顯著彎曲與扭轉。對于輕重軌的局部彎曲和扭轉及其矯正變形量，軌端面的傾斜等，不得超出標準規定。

　　(2)鋼軌表面應潔凈光滑，不得有裂紋、結疤、劃痕等缺陷;其端面不得有縮孔痕跡和夾層等。對于輕重軌整體表面所允許存在的缺陷及其幾何量的程度，均不得超過標準的規定。

　　用途應用

　　鋼軌傷損

　　鋼軌傷損是指鋼軌在使用過程中，發生折斷、裂紋及其它影響和限制鋼軌使用性能的傷損。

　　為便于統計和分析鋼軌傷損，需對鋼軌傷損進行分類。根據傷損在鋼軌斷面上的位置、傷損外貌及傷損原因等分為九類32種傷損，用兩位數編號分類，十位數表示傷損的部位和狀態，個位數表示造成傷損的原因。鋼軌傷損分類具體內容可見“鐵道工務技術手冊(軌道)”。

　　鋼軌折斷是指有下列情況之一者：鋼軌全截面至少斷成兩部分;裂縫已經貫通整個軌頭截面或軌底截面;鋼軌頂面上有長大于50mm、深大于10mm的掉塊。鋼軌折斷直接威脅行車安全，應及時更換。鋼軌裂紋是指除鋼軌折斷之外，鋼軌部分材料發生分離，形成裂紋。

　　鋼軌傷損種類很多，常見的有磨耗、剝離及軌頭核傷、軌腰螺栓孔裂紋等。下面介紹幾種常見的鋼軌傷損情況。

　　鋼軌磨耗

　　鋼軌磨耗主要是指小半徑曲線上鋼軌的側面磨耗和波浪磨耗。至于垂直磨耗一般情況下是正常的，隨著軸重和通過總重的增加而增大。軌道幾何形位設置不當，會使垂直磨耗速率加快，這是要防止的，可通過調整軌道幾何尺寸解決。

　　(1)側面磨耗

　　側面磨耗發生在小半徑曲線的外股鋼軌上，是現在曲線上傷損的主要類型之一。列車在曲線上運行時，輪軌的磨擦與滑動是造成外軌側磨的根本原因。列車通過小半徑曲線時，通常會出現輪軌兩點接觸的情況，這時發生的側磨最大。側磨的大小可用導身力與沖擊角的乘積，即磨耗因子來表示。改善列車通過曲線的條件，如采用磨耗型車輪踏面，采用徑向轉向架等會降低側磨的速率。

　　從工務角度來講，應改善鋼軌材質，采用耐磨軌，例如高硬稀土軌其耐磨性是普通軌的2倍左右，淬火軌為1倍以上。

　　加強養護維修，設置合適的軌距、外軌超高及軌底坡，增加線路的彈性，在鋼軌側面涂油等，都可以減小側面磨耗的效果。

　　(2)波浪形磨耗

　　波浪形磨耗是指鋼軌頂面上出現的波浪狀不均勻磨耗，實質上是波浪形壓潰。波磨會引起很高的輪軌動力作用，加速機車車輛及軌道部件的損壞，增加養護維修費用;此外列車的劇烈振動，會使旅客不適，嚴重時還會威脅到行車安全;波磨也是噪音的來源。我國一些貨運干線上，出現了嚴重的波磨。其發展速度比側磨還快，成為換軌的主要原因。

　　波磨可以其波長分為短波(或稱波紋)和長波(或稱波浪)兩種。波紋為波長約50~100mm，波幅0.1～0.4mm的周期性不平順;長波為波長100mm以上，3000mm以下，波幅2mm以內的周期性不平順。

　　波磨主要出現在重載運輸線上，尤其是運煤運礦線上特別嚴重，在高速高客運線上也有不同程度的發生，城市地鐵上也較普遍。列車速度較高的鐵路上，主要發生波紋磨耗，且主要出現在直線和制動地段。在車速較低的重載運輸線上主要發波浪磨耗，且一般出現在曲線地段。影響鋼軌波磨發生發展的因素很多，涉及到鋼軌材質、線路及機車輛條件等多個方面。世界各國都在致力于鋼軌波形磨耗成因理論研究。關于波磨成因的理論有數十種，大致可分為兩類：動力類成因理論和非動力類成因理論。總的來說，動力作用是鋼軌波磨形成的外因，鋼軌材質性能是波磨的內因。事實上單靠某一方面的分析來概括鋼軌波磨的所有成因是相當困難的，而必須把車輛和軌道作為一個系統，研究多種振動形成，從整體上進行多方面、多學科的研究，才能把握波磨成因的全貌。

　　打磨鋼軌是現在最有效的消除波磨的措施。除此還有以下一些措施可以減緩波磨的發展：用連續焊接法消除鋼軌接頭，提高軌道的平順性;改進鋼軌材質采用高強耐磨鋼軌，提高熱處理工藝質量，消除鋼軌殘余應力;提高軌道質量，改善軌道彈性，并使縱橫向彈性連續均勻;保持曲線方向圓順，超高設置合理，外軌工作邊涂油;輪軌系統應有足夠的阻力等。

　　(3)鋼軌磨耗的允許限度

　　鋼軌頭部允許磨耗限度主要由強度和構造條件確定。即當鋼軌磨耗達到允許限度里，一是還能保證鋼軌有足夠的強度和抗彎剛度;二是應保證在最不利情況下車輪緣不碰撞接頭夾板。《鐵路線路維修規則》中按鋼軌頭產磨耗程度的不同，分為輕傷和重傷兩類。波磨軌耗谷深超過0.5mm為輕傷軌。

　　接觸疲勞傷損

　　接觸疲勞傷損的形成大致可分三個階段：第一階段是鋼軌踏面外形的變化，如鋼軌踏面出現不平順，焊縫處出現鞍形磨損，這些不平順將增大車輪對鋼軌的沖擊作用;第二階段是軌頭表面金屬的破壞，由于軌頭踏面金屬的冷作硬化，使軌頭工作面的硬度不斷增長，通過總質量150~200Mt時，硬度可達HB360;此后，硬化層不再發生變化，對碳素鋼軌來說，通過總質量200~250Mt時，在軌頭表層形成微裂紋。對于彈性非均等的線路當車輪及鋼軌肯有明顯不平順時，軌頂面所受之拉壓力幾乎相等，若存在微型紋，同時撓曲應力與殘余應力同號，會極大的降低鋼軌強度。第三階段為軌頭接觸疲勞的形成，由于金屬接觸疲勞強度不足和重載車輪的多次作用，當最大剪應力作用點超過剪切屈服極限時，會使該點成為塑性區域，車輪每次通過必將產生金屬顯微組織的滑移，通過一段時間的運營，這種滑移產生積累和聚集，最終導致疲勞裂紋的形成。隨著軸載的提高、大運量的運輸條件、鋼軌材質及軌型的不適應，將加速接觸疲勞裂紋的萌生和發展。

　　軌頭工作邊上圓角附近的剝離主要是由以下三個原因引起的：由夾雜物或接觸剪應力引起縱向疲勞裂紋而導致剝離;導向輪在曲線外軌引起剪應力交變循環促使外軌軌頭疲勞，導致剝離;車輪及軌道維修不良加速剝離的發展。通常剝離會造成缺口區的應力集中并影響行車的平順性，增大動力沖擊作用，又促使缺口區域裂紋的產生和發展。缺口區的存在，還會阻礙金屬塑性變形的發展，使鋼軌塑性指標降低。

　　軌頭核傷是最危險的一種傷損形式，會在列車作用下突然斷裂，嚴重影響行車安全。軌頭核傷產一的主要原因是軌頭內部存在微小裂紋或缺陷(如非金屬夾雜物及白點等)，在重復動荷 載作用下，在鋼軌走行面以下的軌頭內部出現極為復雜的應力組合，使細不裂紋先是成核，然后向軌頭四周發展，直到核傷周圍的鋼料不足以提供足夠的抵抗，鋼軌在毫元預兆的情況下猝然折斷。所以鋼軌內部材質的缺陷是形成核傷的內因，而外部荷載的作用是外因，促使核傷的發展。核傷的發展與運量、軸重及行車速度、線路平面狀態有關。為確保行車的安全，對鋼軌要定期探傷。

　　減緩鋼軌接觸疲勞傷損的措施有：凈化軌鋼，控制雜物的形態;采用淬火鋼軌，發展優質重軌，改進軌鋼力學性質;改革舊軌再用制度，合理使用鋼軌;鋼軌打磨;按軌鋼材質分類鋪軌等。