浅谈我国高速铁路钢轨的现状与发展

来源：职称驿站所属分类：交通运输论文
发布时间：2011-05-24浏览：530次

　　摘要：钢轨是我国告诉铁路轨道交通中十分重要的部件之一，是保证客运列车安全、平稳、舒适、快捷运输的基础。本文介绍高速铁路对钢轨的要求、当前高速铁路钢轨技术条件、我国钢轨化学成分及性能特点、我国高速铁路采用的钢轨材质、钢轨“三精”生产设备和工艺和我国钢轨生产设备技术改造。
　　关键词：高速铁路；钢轨；现状与发展
　　
　　1高速铁路对钢轨的要求
　　(1)高平直度、高几何尺寸精度。高平直度要求钢轨轨端和本体平直度高，出现的周期性波动小。高几何尺寸精度要求轨高、轨头宽、轨底宽、轨腰厚的尺寸公差小、轨冠饱满、轨底不平度小、断面对称。
　　(2)高抗疲劳性能。高抗疲劳性能要求钢轨钢质洁净、表面无缺陷、脱碳层浅、残余拉应力小等。
　　(3)安全、可靠。高安全性反映在钢质洁净、表面无缺陷、优良的韧塑性和焊接性能，以及便于生产、质量稳定和可靠性高等方面。
　　
　　2高速铁路钢轨技术条件
　　为满足我国建设世界一流高速铁路需要，学习和借鉴国外先进钢轨标准，起草和制定了与国际先进钢轨标准接轨，并适合我国实情的高速铁路钢轨系列技术条件，涵盖了250km/h和350km/h高速铁路及提速线路与道岔用钢轨。在使用中，根据实际情况进行了适时修订。
　　在高速铁路钢轨系列技术条件中，充分体现了对钢轨内部高纯净度、表面高质量、高平直度，以及高几何尺寸精度要求。目前，我国现行的钢轨技术条件：一是《350km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件》：适用于新建350km/h客运专线。二是《250km/h客运专
　　线60kg/m钢轨暂行技术条件》：适用于新建250km/h客运专线。三是《250km/h和350km/h客运专线钢轨检验及验收暂行标准》：用于用户的质量监督和检验。四是TB/T2344-20034375kg/m热轧钢轨订货技术条件：用于时速160km以下的线路。五是TB/T2635-2004热处理钢轨技术条件：用于时速160km以下的线路。六是高速铁路60AT钢轨暂行技术条件，适用新建高速铁路道岔用轨。七是60TY特种断面翼轨暂行技术条件。八是铁道部关于印发《350km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件》等三个技术条件局部修订条文的通知，主要修订了钢轨中硫的含量及成品轨氢的含量。
　　
　　3高速铁路钢轨材质选择
　　3.1我国钢轨化学成分及性能特点
　　3.1.1我国钢轨化学成分
　　目前，我国铁路广泛使用的U71Mn和U75V钢种钢轨的强度等级为880MPa与980MPa。
　　U71Mn钢种钢轨为我国至今使用时间最长的C-Mn钢轨，其含碳量较低，Mn含量较高，硬度为260300HB，韧塑性较好，尤其低温性能较好，焊接性能优良。当U71Mn钢种钢轨含锰量较高时，易发生锰的微观偏析，不适合全长热处理，通常以热轧态使用。
　　U75V钢种钢轨为20世纪90年代攀钢集团有限公司研制开发的微合金钢轨，在U71Mn钢种钢轨基础上增加了碳、硅含量，并添加了微合金元素钒，降低了Mn含量，热轧后硬度为280320HB，硬度、抗拉强度及裂纹扩展速率高于U71Mn钢种钢轨，断后伸长率(A)低于U71Mn钢种钢轨。在既有繁忙干线及重载运煤线路的直线上使用较好，但在小半径曲线上使用耐磨性不如热处理钢轨。
　　3.2我国高速铁路采用的钢轨材质
　　根据国外高速铁路选用的钢轨强度和对我国钢轨使用情况长期跟踪研究结果，结合我国高速铁路的实际情况和现有钢种的性能特点，提出了高速铁路钢轨材质强度的选择建议：在时速350km的高速铁路上铺设强度等级为880MPa的U71Mnk钢种钢轨；根据运行条件，在时速250km的高速铁路上可采用强度等级为980MPa的U75V钢种钢轨。我国高速铁路钢轨的化学成分及力学性能见表2。

　　表2我国高速铁路钢轨的化学成分及力学性能
　　U71Mnk钢种的化学成分参照了欧洲钢轨标准EN13674-12003E中的EN260钢种的化学成分，并结合我国现有钢种的实际情况，在U71Mn钢种成分基础上，对C,Mn及有害元素进行了调整。调整后的化学成分与国外高速铁路广泛采用的钢种成分基本一致，并在此基础上进行了优化。
　　
　　4高速铁路钢轨的生产技术
　　4.1钢轨“三精”生产设备和工艺
　　现代生产设备和工艺是转炉冶炼、连铸、万能轧机轧制、平立复合矫直、在线检测等，使钢轨内部和外观质量得到大幅度提高，满足高速铁路要求。
　　(1)钢轨钢的“精炼”技术。包括生铁脱硫预处理、氧气顶吹转炉冶炼、炉外精炼(LF)、真空脱气(VD或RH)和大方坯连铸等。
　　(2)钢轨的“精轧”技术。包括步进式加热炉加热、多道次高压水除鳞、万能轧机轧制和钢轨热预弯等。
　　(3)钢轨的“精整”技术。包括平立复合矫直、四面液压补矫、联合锯钻机床定尺和钻孔等。
　　(4)钢轨集中检测。包括超声波探伤、涡流探伤、激光辅助平直度和钢轨几何尺寸自动检测等。
　　(5)钢轨的长尺化生产。采用长尺矫直冷锯定尺工艺，利用热轧头尾余量切除矫直和探伤盲区。其优点是整根钢轨尺寸高度一致，焊接接头数量少，提高轨道平顺性，保证钢轨端头内部质量，提高成材率等。
　　4.2我国钢轨生产设备技术改造
　　为满足高速铁路的钢轨需求，国内钢轨生产厂家投资完成了钢轨精炼、精轧、精整、长尺化生产和集中检测技术设备的现代化改造，达到国际先进水平，为我国铁路采用国产钢轨大规模修建高速铁路奠定了坚实基础。
　　
　　5钢轨维修养护及建议
　　国外高速铁路钢轨的大修换轨周期约为通过总重5亿~6亿t。欧洲高速铁路一般年通过总重约2000万t,钢轨可以使用25~30年。
　　目前，我国高速铁路刚刚运行，规律性的钢轨伤损还未出现。根据国外高速铁路运行经验，钢轨主要伤损形式是其轨面出现的滚动接触疲劳伤损和焊接接头伤损。
　　针对高速铁路大量投入运营，建议目前钢轨维修养护工作重点如下。一是认真学习和借鉴国外成熟经验；二是针对出现的问题，工务、车辆等部门联合开展轮轨接触关系综合研究；三是规范钢轨打磨技术；四是长期跟踪观测轮轨使用状况，通过研究尽快制定适应我国实[!--empirenews.page--]
　　情的钢轨维修养护规范，并在实践中不断完善。
　　
　　
　　参考文献：
　　[1]熊卫东，周清跃.钢轨钢的纯净性与高纯净钢轨的发展[J].中国铁道科学，2000
　　[2]周清跃，周镇国，张银花，等.客运专线钢轨技术标准的制定[J].中国铁路，2006