鋼軌

鋼軌是軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，起著導(dǎo)向車輪和傳遞載荷的作用，需要具有足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐磨性。鋼軌的截面形狀為工字形，使鋼軌具有最佳的抗彎能力。鋼軌由軌頭、軌腰和軌底組成。鋼軌類型和強(qiáng)度用每米長度的近似質(zhì)量（千克）表示。例如，中國目前的標(biāo)準(zhǔn)軌型有43千克/米、50千克/米、60千克/米和75千克/米等。

中國鐵路標(biāo)準(zhǔn)長度:43千克/米，長度為12.5米或25米；；50千克/米以上的鋼軌有三種長度:25米、50米和100米。一般無縫線路采用鋼廠生產(chǎn)的100米鋼軌（100米長鋼軌），運到鋼軌焊接廠焊接成500米長鋼軌，再運到施工現(xiàn)場焊接成所需長度。中國鋼軌制造商主要包括攀鋼集團(tuán)有限公司、鞍鋼集團(tuán)有限公司、包鋼（集團(tuán)）有限公司、武鋼（集團(tuán)）有限公司（WISCO）和邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限公司（邯鄲鋼鐵）。

軌道類型

現(xiàn)代鐵路鋼軌的軌型都是工字形。工字鋼最早是由美國工程師史蒂文斯于1830年設(shè)計的，國內(nèi)稱之為工字鋼，國外稱之為T型鋼軌。以前的鋼軌類型稱為鋼軌類型和樣式，但現(xiàn)在的鋼軌標(biāo)準(zhǔn)稱為鋼軌類型。美國標(biāo)準(zhǔn)將鋼軌類型稱為鋼軌斷面；歐洲標(biāo)準(zhǔn)稱為鋼軌斷面；日本標(biāo)準(zhǔn)稱為軌道式。

鋼軌類型包括輕軌（9 ~ 30公斤/米鋼軌）、有軌電車用槽軌、起重機(jī)軌、重軌（38公斤/米或以上，實際為38、43、50、60、75公斤/米）、道岔軌等。其中，重軌應(yīng)用最為廣泛。由于受力和加工的需要，歐洲標(biāo)準(zhǔn)將道岔鋼軌分為三類:不對稱鋼軌、對稱粗腰鋼軌和對稱全腰鋼軌。目前，中國道岔標(biāo)準(zhǔn)中僅包括不對稱鋼軌，如50AT1和60AT1。60kg/m鋼軌廣泛應(yīng)用于中國鐵路干線；美國鐵路有重型車軸（高達(dá)30~35t），主要使用68公斤/米（136RE）鋼軌。

鋼軌品牌和化學(xué)成分

根據(jù)化學(xué)成分不同，鋼軌牌號分為U71Mn、U75V、U77MnCr、U78CrV、U76CrRE等。

交貨狀態(tài)

鋼軌按交付狀態(tài)分為熱軋鋼軌和熱處理鋼軌（即淬火鋼軌）。不管鋼軌有多結(jié)實，都叫熱軋鋼軌。根據(jù)其工藝條件，熱處理鋼軌可分為離線熱處理鋼軌（鋼軌軋制后冷卻，然后再加熱）和在線熱處理鋼軌（鋼軌利用軋制余熱進(jìn)行熱處理，無需再加熱）。根據(jù)熱處理鋼軌化學(xué)成分的不同，可分為碳熱處理鋼軌、微合金化熱處理鋼軌和低合金熱處理鋼軌。

鐵路分類

鋼軌還可以根據(jù)鋼種、機(jī)械性能和金相組織來劃分。

根據(jù)鋼種，鋼軌可分為碳素鋼軌、微合金鋼軌和低合金鋼軌。中國生產(chǎn)的碳軌為高錳碳軌；微合金鋼軌是在原鐵礦石中加入適當(dāng)?shù)拟C、鈦、鉻、鉬等合金元素后冶煉軋制而成的鋼軌。這種鋼軌的強(qiáng)度和韌性高于碳素鋼軌。低合金鋼軌是一種低合金含量的鋼，如含鉻0.80% ~ 1.20%的鉻合金。

根據(jù)力學(xué)性能，鋼軌可分為普通鋼軌、耐磨鋼軌和高強(qiáng)度鋼軌。按最低抗拉強(qiáng)度分有780兆帕、880兆帕、980兆帕、1180兆帕和1200 ~ 1300兆帕。抗拉強(qiáng)度為780MPa的鋼軌（如歐洲EN220和中國U74）；抗拉強(qiáng)度為880MPa（如EN260、西納錳、UIC900A、中國U71Mn等）。);抗拉強(qiáng)度為980MPa的鋼軌（如美國地區(qū)普通鋼軌、中國PD3、BNbRE熱軋鋼軌）；鋼軌的抗拉強(qiáng)度為1080兆帕（如新冠Cr合金鋼軌、日本HH340在線熱處理鋼軌）、1180兆帕（如日本HH370在線熱處理鋼軌、辛納HT、辛納LHT、中國PD2淬火鋼軌）和1200 ~ 1300兆帕（微合金或低合金熱處理鋼軌，如中國PD3淬火鋼軌）。一般強(qiáng)度為1080MPa及以上的鋼軌稱為耐磨鋼軌或高強(qiáng)度鋼軌。

根據(jù)金相組織，鋼軌可分為珠光體軌、貝氏體軌、馬氏體軌和過共析珠光體軌。

鋼軌制造主要包括冶煉、鋼坯軋制和精整。鋼軌生產(chǎn)過程經(jīng)過電弧爐、鋼包爐、真空脫氣槽、連鑄機(jī)連鑄坯和鋼軌軋制。鋼軌經(jīng)過軋制和精整后，需要進(jìn)行集中檢驗，以確保鋼軌符合各項技術(shù)要求。

鐵路性能

鋼軌在極其復(fù)雜的應(yīng)力條件下工作，鋼軌的狀態(tài)直接影響行車安全。鋼軌性能主要包括強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞。使用鋼軌的要求非常嚴(yán)格，鋼軌的某些特性是矛盾的，因此需要綜合選擇。軌道應(yīng)滿足以下要求:

（1）高強(qiáng)度和硬度，從而達(dá)到高承載能力和長使用壽命。

（2）抗疲勞損傷的高安全性和可靠性，防止軌頭內(nèi)側(cè)剝落和鋼軌可能的橫向斷裂。

（3）抗不均勻磨損能力強(qiáng)，在鋼軌的整個長度范圍內(nèi)硬度均勻，從而避免波紋和波浪等不均勻磨損。

（4）焊接性能好，以便采用無縫線路。

（5）良好的道岔加工性能以獲得良好的道岔質(zhì)量。

（6）化學(xué)成分便于熱處理以提高鋼軌的強(qiáng)度和韌性。

（7）嚴(yán)格的尺寸公差和鋼軌工作邊緣的平滑度可以減少軌道周期性不平順。

定尺長度

鋼軌長度反映了一個國家的鋼軌生產(chǎn)水平和管理水平。國外鐵路長度為:日本150米（實際應(yīng)用為50米）、德國120米、法國80米、美國24.4米（80英尺）和俄羅斯25米。

鋼軌

上世紀(jì)50年代鋼軌制造初期，我國受冶金水平限制，只能生產(chǎn)長度為12.5 m的鋼軌；后來隨著裝備水平的提高，生產(chǎn)出了長度為25 m的鋼軌；2000年鋼軌生產(chǎn)線改造后，目前可生產(chǎn)長度為50米和100米的鋼軌。

按長度生產(chǎn)鋼軌具有以下優(yōu)點:

（1）減少關(guān)節(jié)數(shù)量。接頭數(shù)量越少，鐵路運行的安全性越高。同時，由于乘坐舒適度的提高，一方面增加了乘客的舒適度，另一方面大大減少了鋼軌焊接和線路維護(hù)的工作量。

（2）清除軌端探傷盲點。在鋼軌生產(chǎn)過程中，采用在線探傷，兩端至少0.3 ~ 0.5米鋼軌無法精確檢測。然而，當(dāng)鋼軌長度為12.5米或25米時，兩端的鋸切量小于0.5米，這導(dǎo)致鋼軌端部存在探傷盲區(qū)。

（3）清除鋼軌端部矯直盲區(qū)。鋼軌生產(chǎn)采用水平和垂直復(fù)合輥式矯直，在鋼軌進(jìn)出矯直機(jī)時，兩端至少有1米的鋼軌沒有完全矯直，因此在鋼軌長度為12.5米或25米時存在矯直盲區(qū)。同時，軌端壓下量與軌身壓下量不同，表現(xiàn)為兩端軌高比軌身壓下量高0.3 ~ 0.5 mm，不利于保證軌高的一致性和鋼軌的平順度。

百米長鋼軌的研制成功，為我國高速鐵路的建設(shè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

鐵軌損壞

鋼軌損傷是指影響和限制鋼軌性能的鋼軌斷裂、開裂和其他情況。根據(jù)損傷程度，可分為輕傷、輕微傷、重傷和破碎四類。

鋼軌損傷的類型包括磨耗、裂紋、核損傷、墜塊、細(xì)裂、裂紋、剝落塊、剝落裂紋、磨耗、波磨、凹陷、壓碎、凹陷、折裂、腐蝕、疲勞斷裂、脆性斷裂和斷裂。

在役鋼軌的主要問題是鋼軌傷損嚴(yán)重，如軌頭磨耗、波磨、波彎、孔裂、軌腰裂紋、角部側(cè)磨和掉塊等。軌頭磨耗通常表現(xiàn)為軌頭在輪軌摩擦和接觸應(yīng)力作用下沿全長的磨損。波磨是鋼軌踏面在整個長度上的周期性波磨，軌頭、軌顎和整個斷面保持平直。波浪形彎曲是指鋼軌沿縱向在踏面上呈明顯的波浪形，軌頭、軌顎和軌身隨鋼軌踏面周期性彎曲。軌頭擠壓是指金屬在軌頭踏面上擠壓形成的飛邊。孔裂紋是指在列車沖擊載荷作用下，螺栓孔拐角處因應(yīng)力集中或其他缺陷而產(chǎn)生的裂紋。這種裂紋在重復(fù)載荷下擴(kuò)展甚至斷裂。

國際

國際鋼軌的最新研究趨勢是高強(qiáng)度鋼軌，主要研究方向分為共析珠光體鋼軌、馬氏體鋼軌和貝氏體鋼軌。

日本新日鐵公司提出通過增加珠光體板中滲碳體的相密度來提高耐磨性，并研究了過共析鋼在鋼軌中的應(yīng)用。過共析鋼軌的耐磨性比傳統(tǒng)熱處理共析鋼軌高20%，焊接性能與熱處理鋼軌接近。

英國鋼鐵聯(lián)盟開發(fā)了一種低碳馬氏體鋼軌并申請了專利。這種鋼軌的耐磨性與珠光體熱處理鋼軌相似，但韌性較高。

新型高強(qiáng)度鋼軌的研發(fā)主要集中在貝氏體鋼軌上。法國和日本從提高接觸疲勞抗力角度開發(fā)的貝氏體鋼軌已投入試鋪，效果良好。英國開發(fā)的貝氏體青蛙已經(jīng)在道路上試用，狀況良好。美國開發(fā)了J6貝氏體鋼軌，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)1500MPa，在北美已得到廣泛應(yīng)用。

中國

我國Mn-Si-Cr合金鋼系開發(fā)的貝氏體鋼軌含貴元素少或不含貴元素，因此合金成本較低，且具有較好的焊接性和抗剝離能力。但相對強(qiáng)度較低，抗拉強(qiáng)度一般小于1400MPa。我國研制的貝氏體鋼軌已廣泛應(yīng)用于重載鐵路道岔，并批量應(yīng)用于曲線段和直軌。