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钢轨的有关知识

2011-11-18 15:44阅读：

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钢轨的有关知识

钢轨的作用

钢轨是铁路轨道的主要组成部件。
它的功用在于引导机车车辆的车轮前进，承受车轮的巨大压力，并传递到轨枕上。钢轨必须为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面。在电气化铁道或自动闭塞区段，钢轨还可兼做轨道电路之用。
钢轨是轨道的重要组成部件，它与轨枕、道床（含路基）组成一个完整的铁路线，支承及引导机车车辆的车轮，使列车安全运行。

钢轨的有关知识
钢轨与火车

钢轨的长度

钢轨标准定尺长度为：43公斤/米钢轨一般为12.5米、25米；50公斤/米以上钢轨一般为25米、50米、100米。常见的钢轨标准长度为12.5米和25米两种。
当我们乘火车在行进途中，总能听到车厢下有“咯噔、咯噔”有节奏的响声，这就是两节钢轨的接头处产生的响声，这个钢轨接头处，用铁路术语来说，叫做“轨缝”。
为了减少由于“轨缝”而产生的噪音，铁路部门将通常使用的12.5米和25米两种标准钢轨，每10根或20根先在工厂焊接成125-250米长的钢轨，我们称之为“长钢轨”。再用特殊的编组的运轨车运到铺设工地，再进一步焊接成1000-2000米的长轨，铺设在线路上，我们称之为“铁路无缝线路”，大大减少了“轨缝”，减少了由此产生的噪音，让旅客列车更加平稳、舒适。
随着炼钢技术的进步，特别是炉外精炼、真空脱气以及大方坯连铸技术的配套使用，使取消钢轨缓冷成为可能，为钢轨的长尺化生产创造了前提条件。为适应铁路的发展要求，国外许多钢厂纷纷进行钢轨长尺化生产的技术改造。日本钢轨的交货定尺长度一般为25m与50m；法国为36m与80m；奥钢联及德国为36m与120m，其中120m也是目前世界上最长的钢轨定尺长度。
钢轨定尺越长，焊接接头越少，对提高轨道平顺性越有利。定尺长度的确定既要考虑生产厂进行技术改造的可行性，也要考虑使用中与既有技术的衔接。
根据我国铁路发展的需要，铁道部有关部门已将发展100米长定尺钢轨确定为我国铁路的技术政策。

钢轨的类型

　　钢轨的类型很多，有好几种分类：
　　1、按钢种分：
　　①碳素轨。是用自然原铁矿石冶炼轧制的钢轨，主要以碳、锰元素提高钢轨强度。我国生产的碳素轨为高锰中碳。
　　②合金轨。在原铁矿石中加入适量的合金元素如钒、钛、铬、钼等，提高钢轨强度和韧性。我国生产的合金轨一般称为微合金轨。
　　③热处理轨。是热轧态的碳素轨或合金轨通过加热并控制冷却，来改善金相结构，可以延长钢轨使用寿命。
　　2、按力学性能分：钢轨可分为普通轨、耐磨轨和高强度轨三种。
　　3、按金相组织分：可分为有珠光体、贝氏体、马氏体三种。
　　4、按钢轨重量分：钢轨的重量类型，以每1米大致质量kg数（旧称“公斤/米”）表示。目前，我国铁路的钢轨类型主要有75kg/m、60kg/m、50kg/m及43kg/m。
　　世界上最重型的钢轨已达到77.5kg/m，我国也在重载线路上逐步铺设75kg/m钢轨。可分为38公斤/米、43公斤/米、50公斤/米、60公斤/米、75公斤/米等5种。
目前，我国铁路38公斤/米钢轨已停止使用，43公斤/米钢轨也很少生产，在设计时一般线路均以50公斤/米钢轨替代43公斤/米钢轨。我国《铁路主要技术政策》中规定：“客运专线和干线采用60公斤/米钢轨”。

钢轨的有关知识
钢轨断面

重轨与轻轨

（1）重型钢轨：
每米公称重量大于30kg的钢轨。火车钢轨和起重机轨都属重轨。
火车钢轨：用于铺设铁路，要承受火车营运时的压力、冲击载荷和摩擦，要求有足够的强度和一定的韧性。质量要求严格，除保证其化学成分外，还要求检验力学性能、落锤试验和酸浸低倍组织等。生产厂有武钢、鞍钢、包钢和攀钢等。
起重机轨：即吊车轨，其高度较低，头宽及腰厚尺寸较大，只要求检验化学成分和抗拉强度。用于铺设起重机大于及小车轨道。生产厂有鞍钢和攀钢。
（2）轻型钢轨：
每米公称重量小于或等于30kg的钢轨。轻轨的质量要求比重轨低，只要求检验其化学成分、抗拉强度、硬度和落锤试验等。
主要用途：轻轨主要用于林区、矿区、工厂及施工现场等处铺设临时运输线路和轻型机车用线路。

钢轨的型号

（1）轻型钢轨型号
钢轨材质：Q235，55Q；
钢轨规格：30kg/m，24kg/m，22kg/m，18kg/m，15kg/m，12 kg/m，8 kg/m。
（2）重型钢轨型号
钢轨材质：45MN，71MN；
钢轨规格：50kg/m，43kg/m，38kg/m，33kg/m。
（3）起重钢轨型号
钢轨材质：U71MN；
钢轨规格：QU70kg/m，QU80kg/m，QU100kg/m，QU120kg/m。
以上钢轨型号为常用钢轨型号。

钢轨的尺寸精度

轨头高度及凸出 ±0.5mm
轨头宽度 ±0.5mm
轨腰厚度 +0.75mm -0.5mm
轨底宽度 +1.0mm -2.0mm
轨腰高度 ±0.5mm
高度 +0.8mm -0.5mm
长度 ±6.0mm
螺栓孔尺寸、每个螺栓孔到钢轨端部的距离及螺栓孔在钢轨高度方向的位置 ±1.0mm
断面不与其垂直轴线成对称
轨底10mm
轨头0.5mm
其它尺寸±0.5mm

高速铁路钢轨的生产要求

为了保证高速铁路的建设质量，对铁路采用的主要钢材——钢轨、车轮和车轴的生产，各国都采取了严格的生产工艺和先进的检测技术，以此来保证钢材的质量和铁路行车的安全。世界各国对钢轨的要求是：高强度、高韧性、高纯净度、高精度和良好的可焊性。为了达到上述要求，必须做到“三精”，即精炼、精轧和精整。
　　世界各国在生产高速铁路用钢轨钢时采取的主要冶炼措施包括：
　　（1）采用铁水预处理技术。主要目的是在冶炼前进一步降低铁水中的有害杂质含量。通常的做法是在高炉出铁口进行脱硅，在铁水罐车内进行预脱磷、脱硫。有的也采取“串连法”炼钢，即首先采用铁水预处理技术，先进行脱磷、脱硫，然后在另到转炉内进行脱碳冶炼。
　　（2）采用炉外精炼技术。主要作用是进一步调整钢水成分和钢水温度，降低夹杂含量，保证出钢时钢水成分的精度。
（3）炼钢后对钢水进行真空脱气，使溶解在钢水中的氢、氧等气体含量进一步降低，以减少这些气体对钢轨钢性能的影响。通常是采用VD法脱气，也有采用RH法脱气的。经过真空脱气后，钢中的氢含量（体积分数）可小于2.5PPM，氧含量（体积分数）可小于20PPM，这样更有利于改善钢的韧性。
　　（4）采用连铸工艺。连铸工艺在近20年来已逐步完善，由于在连铸时采用保护浇铸，能有效地防止在浇铸中钢液被二次氧化，大大减少了钢中的夹杂，同时还能显著改善钢坯表面质量。世界上主要的钢轨生产企业都采用了连铸工艺生产钢轨。
　　采取了上述措施后，已使钢轨钢的冶炼水平达到了很高的纯净度，例如：碳的成分波动控制在0.06%（质量分数）左右。我国铁路部门曾对进口的钢轨进行检验，也发现凡是采用铁水预处理、炉外精炼、真空脱气和连铸技术的厂商，其钢轨的实物质量都很好，氢、氧、磷、硫含量都很低，夹杂物含量：A类夹杂物小于1.5级，B、C、D类夹杂物小于1.0级。

钢轨的有关知识两万吨级四车头全长2600米的重载运煤列车行驶在大秦铁路上

钢轨的有关知识中国高速铁路迅猛发展

高速重载铁路运输对钢轨的技术要求

截至到2010年12月底的统计，我国铁路现有营业里程91000km，排名世界第二，提前将近10年完成《中长期铁路网规划》目标。我国的能源大动脉——大秦铁路再次打破世界铁路重载纪录，年运量突破4亿吨。
我国每年新线投产数千km，其中60kg/m以上钢轨铺设超过40000km，占正线延展长度的50%以上。今后相当长的一段时间内，60kg/m钢轨将是铁路采用的主轨型。
用万能轧机轧制钢轨，是提高尺寸精确度和表面质量的关键。
国产钢轨牌号主要有U74、U71Mn、PD2、PD3和BNbRE，强度级别为800、900MPa和1000MPa级。钢轨淬火后，强度可达到1100-1200MPa或1200-1300MPa级。其中PD2为普碳钢SQ工艺全长淬火钢轨；PD3为高碳微钒低合金钢轨，BNbRE为含铌稀土处理低合金钢轨。
攀钢轨梁厂2005年开发的品种——PG4高强度级别热处理钢轨，硬度、耐磨性能、抗腐蚀性能、强度级别等均高于其它品种的热处理钢轨，它还有使用寿命长的特点，更适应提速、重载以及隧道、高原寒冷、小半径曲线等运营条件相对苛刻的路段使用。目前铺设在秦沈、大同等提速、重载铁路线。2010年12月底该品种的百米定尺产品业已问世。
截止到2010年底，中国的高速铁路运营里程高居世界第一，投入运营里程达8358公里。世界上已经正式开行时速200km以上高速铁路的国家有7个，即日本的新干线、法国的TGV、德国的ICE、意大利的ETR、西班牙的AVE、韩国的KTX，中国的CRH，还有中国台湾的高铁THR。另外俄罗斯的圣彼得堡与首都莫斯科之间有一条试验性高铁，美国首都华盛顿至波士顿也有一条试验性城际高铁。以上高铁全部采用60kg/m的轨型。
为保证高速列车运行的平稳性和旅客的舒适性，高速铁路的平顺性是很重要的指标，国外高速铁路采用断面尺寸公差和平直度要求很高的长定尺钢轨并焊接成超长无缝线路。
为保证高速铁路的运行安全，国外高速铁路用钢轨采用各种冶金技术最新发展的成果来生产。钢轨生产厂普遍采用铁水预处理，转炉或电炉炼钢、炉外精炼、真空脱气等先进工艺。钢水浇铸则全部采用连铸。钢中硫、磷含量一般小于0.02%；氢含量小于1.5。

我国铁路发展提速、重载运输后，有4个特点影响到钢轨的服役状态

（1）高密度、高速度、高牵引定数和大轴重并举：
提速后，四大干线旅客列车速度达到140-160km/h，货物列车速度达到80-85km/h。
四大干线已开行牵引定数5000吨的重载列车。大秦线运煤单元列车全列重量10000吨。
新设计生产的重载货车轴重达25吨，增加了轮轨间接触应力和疲劳负荷。
（2）曲线外轨超高位置：
由于我国铁路系统是客、货列车混跑，使得轮轨之间的接触偏离设计状态，使得钢轨的服役条件更加苛刻。
（3）内燃电力牵引比例增加：
内燃或电力机车的轴重与轮径之比P/D，较之蒸汽机车要大，由于减小了轮轨之间的接触面，增加了接触应力。
（4）蛇行运动：

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