第四章高速铁路与钢轨
第一节高速铁路对钢轨的质量要求
690．什么叫轮轨系统的高速铁路?
目前已经投入运营的高速铁路设计全部是采用轮轨系统，轮轨系统的高速铁路无论是总体设计，还是车体制造及线路施工维护技术都已成熟，这一系统已在世界各国运行了近40年。40年的运行证明了轮轨系统的高速铁路是成功的，并告诉人们这一系统在高速下运行是可靠的、安全的和高效的，被世界各国的政府和铁路部门所接受。
轮轨系统的高速铁路车速现已达到200～350km／h，全世界已建成的高速铁路总长约5000km。其中，日本有4条，法国有3条，英国有1条，德国有2条，西班牙有2条，波兰有1条。全世界在建或计划建的高速铁路约6000km，分布在13个国家，主要有日本、美国、中国、俄罗斯和韩国等。
采用轮轨系统的高速铁路，大多数是以大功率的电力机车或内燃机车为动力。高速铁路的线路采用小坡度，一般为0．8％～3．5％；线路曲线采用大半径，一般为2500～8000m。通常，人们把速度为200km／h的高速铁路定为第一代高速铁路，把速度为300km／h的高速铁路定为第二代高速铁路，把速度为350km／h的高速铁路定为第三代高速铁路。轮轨系统的高速铁路其实验车速已达到515km／h。到目前为止，世界各国已建成的和规划中的长距离的高速铁路基本上都是采用轮轨系统设计的。
691．什么叫磁悬浮系统的高速铁路?
磁悬浮列车是利用电磁原理和超导原理研制的一种高速列车。在电磁场产生的吸力或斥力作用下，列车被托起悬浮在线路上，靠线路上和车辆上的线性电机所产生的推力前进。与轮轨系统的高速列车相比，磁悬浮列车的车速可以更快，运行更平稳，又不产生污染，是一种理想的交通工具。但其技术难度大，目前尚在实验研究中。另外，磁悬浮高速铁路的投资比轮轨高速铁路的投资要高出20％～40％以上。
692．什么叫重载铁路?
现在，人们对“重载”(heavy haul)的概念往往仅指那些装运铁矿石、煤、磷矿等矿物的又长又重的货运列车，其实重载列车早已远远不拘于此。在北美有许多重载铁路，这些装载各种商品的又长又重的列车已运营多年。“重载”的概念随着社会生产力的发展也在变化，在1835年，那时所指“重载”是指采用蒸汽做动力的货运列车，它仅仅是相对于用马做动力的运客或运煤的四轮车而言的。
现代重载铁路的概念是由国际重载协会(IHHA)在1986年9月确定的，即重载铁路必须能让每列车载重量超过5000t、轴重大于21t的列车通过，且每年运量要超过2000万t的线路才能称为重载铁路。
重载铁路的出现，在历史上主要是看重其经济性。如美国和加拿大在边远山区采用超长和重载运输方式是经济的。为牵引这样的重载列车，在美国曾开发了最大牵引力的蒸汽机车“巨孩”号。这是在1941年由美国机车公司制造的。机车重达345t，有24个轮子。当时主要运行在夏延(Cheyenne)与怀俄明(Wyoming)线。列车全长约2442m，共牵挂90～100节车厢。该机车一直运行到蒸汽机车末期，现在被保留下来。其实在北美，轴重在30～35t的车辆并不少见，甚至可找到37t轴重车辆。当时由于经济发展的需要，曾开发出了35．7t轴重、125t装载量的车厢。应指出的是，重载运输即使是30～35t轴重列车，也会使桥梁的维修费成本升高到危险点。
现代重载铁路的铺设主要是用于运输煤、铁矿石和其他矿石。
693．什么叫自动化铁路?
自动化铁路．AGT(Automated Guideway Transit)是指列车的运营可以实现无人操纵，即从列车发出开车信号到列车启动、加速运行，以及在到站前的减速停车等，这一切均由计算
机进行控制，一般情况下不要司机介入，即可实现列车运营全过程的无人管理。现在，新的快速运输系统，都是以计算机控制为基础，自动化线路运营与车站管理相结合，实现了全部功能自动化控制。
这种自动化铁路是采用高架的专用轨道，由计算机管理的轻型电车。它是近10年来发展起来的一种新型城市轨道交通系统，其运输能力介于常规铁路与公共汽车之间，其运输能力为2000～20000人／h，车速最高可达50—60km／h。通常，每辆车定员是60～70人，每列车由4—6辆组成。其在地面上的结构与单轨铁路的基本相同，一般占地上空间宽度为25～30m，在车站处占地上空间高度为30—35m左右。
694．从铁路技术发展历史看。铁路发展经历了哪几个阶段?
大约经历了下列三个阶段：
(1)初期发展阶段：大约从1830年到1900年前后。这一阶段以蒸汽机的发明和钢轨生产技术的进步为代表，解决了铁路发展的动力和钢轨等关键问题，促进了铁路的大发展。
(2)第二阶段：大约从1900年到1950年前后。在这一阶段中，铁路技术的进步主要是围绕机车技术的进步和钢轨断面的改进两个方面进行的。首先是电力机车的出现，为铁路的发展提供了干净的动力。
机车车速和机车牵引力的提高，对钢轨的要求也越来越严格，特别是随着电力机车和内燃机车的出现，机车轴重的大幅度提高，要求使用更大断面的钢轨。原来蒸汽机车所用的单重仅在18～38kg／m的断面钢轨，已不足以抵抗大功率机车的磨耗，在这种形势下，1900年出现了单重为45．3kg／m的钢轨，1916年出现了单重为58．9kg／m的钢轨，1930年出现了单重为59．3kg／m的钢轨。但这些钢轨的断面形状却基本保持了1865年的T形形状。
(3)第三阶段：从1950年开始到现在。这一阶段是高技术铁路的飞跃发展时期，特别是1964．年10月1日，世界上第一条高速铁路——日本东海道新干线的问世，向世人展示了高技术铁路的发展前景，使古老的铁路又焕发出了新的生机。从20世纪60年代到现在，高技术铁路以其高的速度、高的运输效率、低的运行成本和其特有的安全舒适性，在陆海空运输中独占鳌头。
高技术铁路是以电力牵引技术为基础发展起来的，它综合了近代的通信技术、计算机技术、电子技术、自动化技术和冶金技术等学科的成果。其突出特点是高速、高效、安全。它包括了高速客运铁路、地下铁路、自动化铁路和重载铁路等领域。
695．21世纪现代化铁路在钢轨和线路上的发展趋势有哪些?
自从蒸汽机车发明到现在，铁路运输获得了巨大发展，车速从原来的10~20km／h，发展到现在的120~260km／h；机车也由过去的蒸汽机车更换为内燃机车或电力机车；机车牵引力由过去的几百千瓦发展到3677．5kW。现在全世界共有铁路总长约140万km，遍布世界各地。不仅有普通客运、货运铁路，而且有地下铁路、重载铁路和高速客运铁路。
从20世纪50年代开始，铁路发展到了一个新的时代，具有高新技术的火车在世界范围内获得越来越多的认同。以法国的吒Ⅳ、德国的ICE、日本的子弹头列车为代表的新型列车的出现，向世人展示了现代化铁路的广阔发展前景和比航空、公路运输更具潜力的发展优势。这些新型列车是电子技术(包括电力机车、磁悬浮列车)、地下挖掘技术与自动化技术有机结合的产物，这些技术已广泛应用于从本体的设计、制造到列车的运行与维护，从列车的通讯、信号自动化，到列车牵引、事故控制等铁路现代化建设的各个方面。
世界交通运输专家认为2l世纪解决城市间陆路交通和大城市内交通问题的最有效工具仍然是铁路，尤其是高速铁路和地下铁路，它们在运输的高速度、高效率、安全性、舒适性和大运量等诸方面，有着航空、航海和汽车公路运输无法比拟的优势。不少专家指出，在2l世纪铁路会有更大的发展。笔者认为随着电子技术的进步，信息高速公路和多媒体技术的
普及应用，21世纪的世界铁路技术必将跃上一个新水平。世界铁路技术的发展正在朝着自动化牵引、高速度、大轴重、大运量的方向迈进，为此各国铁路都采取了下面一些办法来满足铁路高速、大轴重、大运量发展的要求。
(1)普遍采用重型断面钢轨
法国铁路部门认为当车速超过160km／h时，就应采用50kg／m或60kg／m钢轨。德国铁路部门认为当车速超过200km／h时，至少应铺设54～65kg／m钢轨，当车速超过250km ／h时，则应采用70kg／m钢轨。日本铁路实测发现60kg／m钢轨的寿命比50kge／m钢轨可以提高2．1—6．5倍。美国和加拿大从20世纪70年代就开始大量铺设61．5kg／m钢轨。前苏联铁路部门规定当客车速度大于140km／h时，在行车密度大于100对的区间内，应采用65kg／m钢轨。65kg／m钢轨比50kg／m钢轨质量仅增加30％，而可使在使用期限内通过的列车运量吨位增加80％。中国铁路部门规定在年通过货运总量超5000万t·km的地段，应铺设60kg／m钢轨。世界铁路铺设钢轨单重的变化大概如下：20世纪50年代平均轨重43～50kg／m，60年代平均轨重49～52kg／m，70年代平均轨重52～65kg／m。目前各国铁路采用钢轨的最大单重为：中国60kg／m及75kg／m，前苏联65kg／m及75kg／m，日本60kg／m，法国60kg／m，英国57kg／m，美国68kg／m，意大利65kg／m，波兰60kg ／m。
(2)普遍采用无缝线路
为了提高车速和列车运行舒适度，各国从20世纪60年代开始在干线铁路上普遍采用焊接长轨。这种焊接长轨一般是先在焊轨厂将钢轨焊接成250m或更长的长轨，然后送到轨排厂预装上轨枕，再用特制的轨排运输车上的专用设备边行走边铺设。60年代全世界铺设4万h无缝线路，到70年代已铺无缝线路超过20万km，80年代后各国的干线铁路基本上是铺设无缝线路。从所铺的无缝线路里程占铁路总长的比例看，前西德比例最高达65％，瑞士次之达53％，意大利和丹麦也均在20％以上。我国的无缝线路已占30％左右。
696．世界高速客运铁路的发展情况如何?
20世纪60年代高速客运列车最高车速为200km／h；70年代日本东海道新干线设计车速已达260km／h；法国在80年代初其高速铁路车速已达300km／h，其实验车速在90年代已达到515km／h。随着磁悬浮列车技术的改进和完善，国外有不少专家认为到21世纪，高速客运列车车速可以达到600km／h。高速铁路按速度划分，车速在200km／h以上的为第一代高速铁路，车速在250km／h以上的为第二代高速铁路，车速在300km／h以上的为第三代高速铁路。世界上大多数国家的高速铁路主要用于客运，也有少数国家用于客货混运。
697．高速铁路对钢轨的质量要求是什么?
高速客运铁路对钢轨的要求主要是：
(1)关于钢轨断面，多数国家选择50kg／m或60kg／m平底轨，其长度为25m、36m、50m或焊接长轨。
(2)关于钢种，一般采用碳素钢，其强度要求在900MPa以上。为防止早期疲劳和剥离的产生，要求钢轨钢采用硅脱氧镇静钢，钢中最大铝含量不大于0．005％。为获得洁净钢，要对钢轨钢进行钢包精炼和真空脱气。按ASTME45／84条款规定对氧化物最坏的视场是B1，对硅酸盐型夹杂的视场是C1。在德国DIN 50602条款中，要求钢必须满足如下要求：一K3≤10对95％的钢轨；一K3≤20对其余5％的钢轨。
(3)对平直度的要求是：
1)轨端平直度：垂直上翘不大于0．2mm／m，垂直下弯不大于0．1mm，水平弯曲不大于0．25mm／m；
2)全长平直度：垂直方向不大于0．1mm／m，水平方向不大于0．3mm／m，垂直方向上翘最大5mm，水平方向旁弯的弯曲半径不小于1000m。
(4)对于焊接轨，焊缝处轨高尺寸公差要控制在0．1～0．2mm。
(5)为保证在高速下行车平稳，轮、轨接触带宽不应超过12～14mm，而且在这个接触带上不应存在任何表面缺陷，为此必要时要对轨头进行打磨抛光。
(6)对于轴重大于20t的线路，则应采用耐磨级钢轨。
698．钢轨有哪些种类?
钢轨自1767年发明至今，已经历了230余年，随着铁路技术的发展，钢轨的断面也经历了从平板形到T形又到U形的过程，直到1864年才最后固定为工字形。
根据用途的不同，现代钢轨可以分为三类：
(1)供矿山铁路用的轻轨，中国主要有9kg／m、12kg／m、15kg／m、22kg／m、30kg ／m五种，日本主要有6kg／m、9kg／m、10kg／m、12kg／m、15kg／m、22kg／m六种。
(2)供客货运铁路用的重轨，中国铁路使用的重轨主要有38kg／m、43kg／m、50kg／m、60kg／m、75kg／m五种，日本使用的重轨主要有30kg／m、37kg／m、40kg／m、50kg／m、60kg／m五种。另外还有道岔轨，日本主要有51．7kg／m、69．5kg／m、99．8kg／m 种，中国仅有埘m和60kg／m两种。
(3)供工厂吊车用的吊车轨，中国主要有70kg／m、80kg／m、100kg／m、120kg／m四种规格。
根据钢种的不同，钢轨又可以分为碳素轨、合金轨和热处理轨三种。碳素轨主要以碳、锰两元素来提高强度、改善韧性。前苏联和美国多采用高碳、低锰类碳素轨，而欧洲、日本则采用高锰、中碳类碳素轨。合金轨则是以碳素轨为基础，添加适量合金元素如钒、钛、铬、钼等，从而提高钢轨的强度和韧性。北美和前苏联的合金钢轨多为Cr—No轨或Cr—V轨。中国的合金钢轨则是Re—Nb轨和V—Ti轨。热处理钢轨主要是将碳素钢轨通过加热和控制冷却，来改善其金相结构，通过热处理细化晶粒，形成细珠光体组织，从而获得高强度和高韧性。
按钢轨的力学性能，通常钢轨分为三类：第一类普通轨，它是指抗张强度不小于800MPa 的钢轨；第二类高强轨，它是指抗张强度不小于900MPa的钢轨；第三类为耐磨轨，它是指抗张强度不小于1100MPa的钢轨。
699．钢轨断面的特点和改进趋势有哪些?
铁路车速和轴重的不断提高，要求钢轨具有更大的刚度和更好的耐磨性。
为使钢轨具有足够的刚度，可适当增加钢轨高度，以保证钢轨有大的水平惯性矩。同时为使钢轨有足够的稳定性，在设计钢轨度宽度时应尽可能选择宽一些。为使刚度与稳定性匹配最佳，各国通常在设计钢轨断面时控制其轨高与底宽之比，即H／B。一般H／B控制在1．15—1．248。一些国家钢轨的H／B值如表4-1所示。
改进轨头断面设计也是提高刚度和耐磨性的方法之一。
早期钢轨的轨头断面，其踏面比较平缓，两侧采用半径较小的圆弧。直到20世纪五六十年代，人们在研究钢轨轨头剥离时，发现无论原设计的轨头外形如何，经列车车轮磨耗，轨顶踏面外形几乎全都呈圆形，而且两侧圆弧半径较大。经实验模拟发现，轨头剥离与轨头内圆角处轮轨接触应力过大有关。为减少钢轨剥离伤损，各国都对轨头圆弧设计进行了修改，
以使塑性变形达到最小程度。
第一，各国在轨头踏面设计上遵循了这样一条原则：轨顶踏面圆弧尽量符合车轮踏面的尺寸，即采用了轨头在接近磨耗后的踏面圆弧尺寸，如美国的59．9kg／m钢轨，轨头圆弧就采用R254—1t31．75一R9．52；前苏联的65kg／m钢轨，轨头圆弧采用11500一R80一R15；UIC的60kg／m钢轨，轨头圆弧采用11300一RS0一R13。从上可以看出，现代钢轨轨头断面设计的主要特点是采用复曲线，三个半径。在轨头侧面则采用上窄下宽的直线型，直线斜度一般为l：20～l：40。在轨头下腭处多采用斜度较大的直线，其斜度一般为1：3～l：4。
第二，在轨头与轨腰过渡区为减少应力集中所造成裂缝，增加鱼尾板与钢轨间的摩擦阻力，在轨头与轨腰过渡区也采用复曲线，在腰部采用大半径设计。如UIC的60kg／m钢轨，其轨头与腰过渡区采用R7一R35一R120。日本的60kg／m钢轨，其轨头与腰过渡区采用R19一R19一R500。
第三，在轨腰与轨底过渡区，为实现断面平稳过渡，也采用复曲线设计，逐步过渡与轨底斜度平滑相连。如UIC60kg／m钢轨，是采用R120一R35一R7。日本60kg／m钢轨，是采用R500一R19。中国的60kg／m钢轨，则是采用R400一：R20。
第四，轨底底部全是采用平底，以使其断面有很好的稳定性。轨底端面均采用直角，然后用小半径圆角，一般采用R4～R2。轨底内侧多采用两组斜线设计，斜线斜度有的采用双斜度，也有的采用单斜度。如UIC60kg,／m钢轨，是采用1：2．75+l：14双斜度。日本的60kg／m钢轨，则采用1：4单斜度。中国60kg／m钢轨采用1：3+1：9双斜度。
第二节现代化钢轨生产工艺
700．现代化钢轨生产工艺有哪些?
目前，世界上主要采用两种现代钢轨生产工艺：一种为长流程工艺；另一种为短流程工艺。
长流程工艺是以矿石为原料，经高炉、转炉冶炼，再经炉外精炼和真空脱气处理，有效控制成分和有害气体后，经连铸机铸成一定尺寸的钢坯，这些钢坯在步进式炉内加热到轧制温度后，被送到开坯机进行开坯形成钢轨雏形，然后在万能粗轧机组进行可逆多道次粗轧，最后在万能精轧机上轧出成品。成品钢轨在热状态下由热锯切成定尺后，送步进式冷床上冷却，然后送到中间仓库堆垛等待加工。钢轨冷加工过程是：首先将钢轨送到平立联合矫直机上进行矫直，对钢轨进行表面及内部质量检查(超声波及涡流探伤)，然后对钢轨进行铣头、钻孔，最后对加工好的成品轨进行质量抽查和包装。长流程工艺如图4-1所示。
短流程工艺是以废钢为主要原料，经电炉粗炼、LF精炼、VD脱气后送连铸机铸成所需尺寸的钢坯。其后部工艺与长流程相同。短流程工艺如图4-2所示。
比较两种工艺，我们不难发现两种工艺具有许多相同工序，如精炼、脱气、连铸、万能轧制等，这些正是现代钢轨生产工艺的主要特征。它体现了钢轨生产“三精”的基本要求，即精炼、精轧、精整。它所生产的钢轨不仅具有精确的断面尺寸，而且具有良好的内在质量。这些都是传统模铸加普通孔型法轧制工艺根本无法比拟的。随着连铸技术的进步，检测技术和自动化控制技术的结合，今后钢轨生产的最佳工艺将是：采用连铸异形坯，直接送万能轧机轧制，长尺冷却、长尺矫直，采用；自动化在线检测(检查中心)等项技术，流程更短，收得率更高，具体隋况如图4-3所示。
701．钢轨普通孔型系统有何特点?
钢轨孔型系统分为两类：一类为普通孔型系统，另一类为万能孔型系统。由于生产钢轨的坯料是采用连铸矩(方)形坯或模铸矩(方)形坯，矩形坯或方坯与成品钢轨断面形状上没有几何相似性，加上在钢轨整个轧制过程中其腿部处于拉缩变形，因此为保证成品腿高，就要求采用异形孔，首先切出高而宽的腿部，这是钢轨孔型设计中的一个关键。为此，无论是普通孔型法还是万能法，都必须先将矩形坯或方坯轧成近似钢轨外形的帽形。一般在轧成帽形的过程中变形是不均匀的，金属在轧辊的切楔作用下被强迫宽展形成宽而厚的腿部。为尽量减小不均匀变形，通常采用3~5个帽形孔，帽形孔配置在2辊式可逆开坯轧机上。粗轧轨形孔也多配置在2辊式可逆轧机上，轧件在粗轧轨形孔中变形，并逐渐接近成品钢轨断面尺寸。以上孔型与轧机配置，普通孔型系统与万能孔型系统基本是一样的。两者不同之处在于对具有初步轨形的轧件的进一步加工和最终加工方法上。普通孔型法是继续在2辊式轧机(或3辊式轧机)上采用闭口式轨形孔进行中轧和精轧，最后轧出成品，由于其孔型设计多是采用不对称设计，因此其成品断面的对称性不理想，其轨高、底宽、腹高等尺寸的控制精度也不高，工人调整轧机要凭经验，常常还会因孔型磨损，对轧件产生楔卡作用，造成钢轨腿尖加工不良，出现圆角或粗糙等缺陷。有关孔型法轧制钢轨的孔型系统图见图4-4。
702．钢轨万能法孔型系统有何特点?
万能法孔型系统的孔型设计则要考虑均匀变形，对称设计。初具轨形的轧件，在万能孔中其腰部承受万能轧机上下水平辊的切楔作用，其头部和腿部的外侧承受万能轧机立辊侧压垂直作用。为确保钢轨头和腿的宽度和侧面形状，还要在轧边机的立轧孔内，对其轨头和轨底侧面进行立轧加工。这样的孔型系统可以保证钢轨从粗轧轨形孔到成品孔轧件的变形是均
匀的、对称的，各部分金属的延伸也接近相同，这就大大提高了钢轨断面尺寸的精度和外形的规范。万能法孔型系统见图4-5。万能法轧制钢轨是法国钢铁集团哈亚士厂1973年首先开发成功并获取专利的，后又被日本、巴西、南非、美国、澳大利亚等国采用。现万能法轧制钢轨已被世界认同，这是生产高精度钢轨的最好工艺。
703．钢轨的矫直原理有哪些?
钢轨经过缓冷后，由于断面各部厚度不同，其冷却速度也不同，加上金属从奥氏体向珠光体转变所引起的体积变化，均会引起钢轨弯曲。钢轨冷却后一般弯向头部。弯曲钢轨无法加工，也无法使用，因此在钢轨标准中各国均做出严格规定，即成品钢轨必须以平直状态交货。要达到平直状态就必须对钢轨进行矫直。
材料力学研究认为，钢轨的矫直过程是一个弹塑性变形的复杂过程。这一过程可看做两个阶段，即反向弯曲阶段和弹性恢复阶段。在反向弯曲阶段，钢轨受到外力和外力矩作用，产生弹塑性变形。在弹性恢复阶段，钢轨在存储在自身内的弹性变形能的作用下，力图恢复到原来的平衡状态。钢轨矫直就是要经过多次这样反向弯曲和弹性恢复的抗争，克服其内部反弹力矩，最后因屈服而达到平直。在钢轨矫直过程中，钢轨断面各部分受力不同，产生不同程度的变形。以其中性轴为界，在靠近中性轴附近多产生弹性变形，在远离中性轴处则产生塑性变形，见图4-6。具体塑性变形深透程度是受矫直压力决定的。钢轨矫直的数学条件为：
1/ρ反=1/ρ弹+1/ρ残
式中：ρ反——反弯曲率半径；
ρ弹——弹性恢复曲率半径；
ρ残——残余曲率半径。
只有在1/ρ残=0时，才能实现1/ρ反=1/ρ弹，则钢轨才能被矫直。
钢轨矫直应力应满足下式：
σs≤σ矫<σb
即矫直应力最小要等于被矫钢轨钢的屈服强度，否则不可能产生永久的塑性变形；但矫直应力也不能过大，必须小于被矫钢轨钢的抗张强度，否则钢轨就要被矫断。
704．钢轨矫直的三种工艺各有什么特点?
钢轨矫直有三种工艺，即压力矫直工艺、辊式矫直工艺和拉伸矫直工艺。
压力矫直工艺速度低，仅用于对钢轨进行补充矫直。钢轨常规矫直工艺主要采用辊式矫直工艺。在辊式矫直中又有大变形量矫直与小变形量矫直之分。采用大变形量矫直钢轨可以用较少的矫直辊对钢轨进行矫直，但往往使钢轨的残余应力较大。采用小变形量矫直，则需要较多的矫直辊，但钢轨的残余应力较小。实践证明，现代辊式矫直工艺存在两种弊病：一是造成钢轨残余应力大，过大的残余应力将会威胁列车的行车安全，减少钢轨寿命；二是辊矫工艺无法矫直每支钢轨的两端，为保证端头的平直度，还必须采用压力矫对端头进行补矫，即使这样，压力矫也很难使钢轨端头达到高速铁路对钢轨端头平直度(0．1mm／m)的要求。为什么要这样高的平直度精度呢?这是因为在高速条件下，在机车车轮作用下，钢轨和轨枕之间要产生振动，这种振动往往会造成行车事故，因此高速铁路用的钢轨要具有高的平直度精度和小的残余应力。
法国从1976年开始研究新的钢轨矫直工艺，到1981年发明了采用拉伸法矫直钢轨的新工艺。采用这种工艺，可以保证钢轨具有高的平直度精度和微小的残余应力。
拉伸矫直工艺是在钢轨两端施加大于被矫钢轨钢屈服强度的拉力，钢轨在拉力作用下，沿其长度方向伸长，伸长多少取决于平直度要求。这里的平直应是连续的平直，不能是断续或局部的。与辊矫工艺相比，拉伸矫直钢轨残余拉应力仅为辊式矫直的1／10。拉伸矫直机设备能力为10000～15000kN，可以矫直各种断面的钢轨，这样的拉力采用液压很容易实现。
众所周知，钢轨在使用时要承受巨大的长度方向的拉力，这个拉力往往造成材料的早期疲劳和加速裂纹扩展。法国钢铁研究院的国家钢轨实验室专门对采用拉伸矫与辊矫工艺矫直的钢轨进行了疲劳检验对比。试验采用UIC60kg／m钢轨，其σb为900MPa，以及136RE 的合金轨，其σb为1：100MPa。对这两个钢种，拉伸矫直比辊式矫直，钢轨的裂纹扩展时间要延长40％一60％，且具有低的疲劳扩展速度。总的使用寿命，拉伸矫直钢轨增加30％～50％，其疲劳表面积增加50％以上，这就使钢轨寿命延长40％，使钢轨更安全。经过拉伸矫直，UIC耐磨轨屈服强度提高70MPa，136RE合金轨屈服强度提高90MPa。对于辊式矫直工艺，欲提高钢轨屈服强度是根本不可能的。提高屈服强度对曲线上低轨抗压溃和高轨抗剥离都有重要的作用。
705．钢轨生产过程是如何实现自动化控制的?
整个钢轨生产自动化系统的设计目标是：要实现全部生产和经营的在线计算机管理，即要实现基础自动化、过程自动化和管理自动化。基础自动化的主要任务是实现从炼钢原料准
备到成品发货全部生产工序的设备逻辑控制、回路控制、信号调节、过程变量的采集、显示等功能，一般它是由操作站和PLC(可编程序控制器)构成的。
过程自动化是要对全部生产活动和过程进行控制。为了有效地控制关键生产过程，通常是在炼钢(包括精炼、脱气)、连铸、轧制、精整等工序分别各自用一台过程机进行工艺控制。这些过程机可利用通讯网络进行通讯，以保证各生产过程之间的数据传递，平衡协调各生产环节。过程控制机大多数是采用美国DEC公司的Micro Vax机，过程机一般设在各操作台内。
管理自动化是要实现整个生产活动中技术质量管理，生产成本管理，原料、材料、备品备件管理，人事、生产计划管理的在线计算机联网，做到所有数据共享，随时可以查询有关数据，进行物流的跟踪、生产经营情况和产品质量情况的动态分析等。由于管理信息量巨大，故常要用中型以上的计算机实现。
欲实现整个钢轨生产、经营的自动化，常采用四级自动化控制系统。
第一级为工序管理基础级，它在炼钢、连铸、万能、精整等各工序操作站内，它采用PLC和工业电视对现场各设备系统进行操作值设定、改变操作方式，其中包括模拟画面显示，以及所有重要模拟变量的变化趋势显示等。它与第二级直接联网，具有人工控制终端，能进行数据通讯和条码识别。
第二级为局部生产过程控制级，它由设在各操作室内的Micro V ax机组成，与第一级共同组成工艺过程控制系统。它可以实现对炼钢、连铸、轧钢等各生产过程的操作指导、物流跟踪、设备状态监控、数据传输和管理、打印报表等多项功能。
第三级由一台单独的Micro Vax机与第二级联络，利用第二级提供的数据，实现远程选取数据和数据分析。
第四级采用HP300—935，这是一个高性能大型计算机，它具有96MB内存和2．5GB 外存，它能支持150个终端。它一般设在厂部，用它来对全厂生产经营、技术质量管理、财务管理、原材料设备管理、人事管理实现在线控制，及时提供有关信息数据，帮助企业领导人进行生产、经营决策。
有关钢轨生产活动自动化控制系统可参见图4-7。
该系统可以帮助生产者和经营者随时查询从炼钢到精整每班生产情况，可以及时提供有关每班每日生产量、检查量、发货量情况，可以提供每日产品质量情况，包括一级品率、废品原因及数量情况。
该系统可以为操作者提供有关生产技术数据，如温度、压力、能耗、质量、流量、设备运转情况等，帮助操作者实现最佳工艺操作。
该系统可以为管理人员提供了解有关企业经营情况所需要的基础数据，帮助管理者进行经济技术分析、财务成本分析、能源消耗分析等。
706．采用连铸大方坯工艺生产钢轨的优点是什么?
随着连铸技术的进步，日益显示出连铸比模铸在钢轨生产上的优势。连铸坯比模铸坯具有良好的表面质量和内部质量，以及更高的金属收得率。更重要的一点是，由于连铸坯的冷却速度快，铸坯内部晶粒细化、成分均匀，所以铸坯的钢质洁净度好，硫的偏析现象一般比模铸轻，有利于改善钢轨的焊接性能。
鉴于上述原因，从20世纪70年代世界各钢厂就开始采用连铸坯代替模铸坯生产钢轨，得到了各国铁路部门的认同。到20世纪80年代中期，除少数钢厂还沿用模铸工艺生产钢轨外，大多数钢厂均已采用连铸法生产钢轨。连铸加万能法生产钢轨的工艺是近几十年来冶金技术的重大进步。通过二十多年铁路运行实践，已证明用连铸坯生产的钢轨在使用性能上优于用模铸坯生产的钢轨。
707．采用连铸工艺生产钢轨钢的特点有哪些?
无论是采用转炉还是电炉冶炼，均需有精炼设备和脱气设备，以保证连铸用钢水的化学成分能控制在一个比较窄的范围内，尤其是对高碳钢所敏感的[H]的控制，必须采用真空脱气才能实现。对用于高速铁路的高纯净度钢轨钢，要采用复合脱氧剂(Ca—Si—V)脱氧，并尽量减少使用铝，以减少A12O3夹杂物含量，提高钢轨钢的疲劳寿命。
为保证铸坯具有良好的低倍组织，在高碳钢轨钢的浇铸过程中必须采取如下措施：要严格控制中间罐钢液温度，一般不应高于液相线20℃，这样有利于等轴晶粒生长，减少柱状晶比例，从而改善钢坯内部偏析。
为防止在连铸过程中由于“晶桥”现象所造成的“小钢锭”现象，各国专家一致认为在结晶器外安装电磁搅拌装置对生产高碳钢轨钢是必须的，对二冷区和凝固末期是否安装尚有不同看法。近年来，通过对普碳板坯改善偏析的研究发现，对处于凝固末期的铸坯进行“软压下”(Softreduction)，对改善偏析效果明显，但对于高碳钢尚未有资料证明是否可行，尚待进一步的工业实验证明。
要严格控制铸速，一般可控制在0．5～0．8m／min。控制拉速主要是防止液芯过大，而造成拉矫过程漏钢。
要控制二冷区冷却强度的合理匹配，尤其要注意防止角部过冷，角部过冷常常使钢坯角部出现偏析。
在整个浇铸过程中，要采取措施防止钢液被空气二次氧化和被钢渣污染。各国普遍采取的主要措施是：在钢包与中间包之间采用长水口，在中间包和结晶器之间采用浸入式水口，并在这些水口内部通氩气保护；在结晶器上液面采用保护渣，让钢液与空气隔绝；在中间包采用挡渣墙并进行中间包液面高度的自动控制，采用大中间包等措施防止钢渣被钢液旋流卷入。更重要的是严格保持结晶器的钢液液面高度的稳定性，一般多采用Co 60测量钢液面变化，有的也采用激光测量。
708．连铸坯断面尺寸与成品钢轨断面尺寸的最佳匹配应如何选择?
为保证成品钢轨性能，各国对连铸坯断面与成品断面之间的关系进行了一系列对比实验，从而获得了适合本国钢种的连铸坯最佳尺寸。对高碳钢轨钢而言，其压缩比瑞典最小，为6．3：1，南非海韦尔德厂最大，为27．8：l。世界各国所选连铸坯尺寸与成品尺寸之比
综合平均为12．5：l。对50kg．／m钢轨平均压缩比为11：1，对60kg,／m钢轨平均压缩比为11．2：1，对65kg／m钢轨平均压缩比为11．6：l。从上可以看出，随着钢轨断面增大，也有增大连铸坯断面的趋势，以获得更大的压缩比，来保证钢轨实物低倍质量。根据这一原理，新日铁生产60kg／m钢轨时采用了断面积为1156cm2的340mm×340mm方形连铸坯；加拿大悉尼厂为生U65．5kg／m钢轨选择了断面积为1135．5cm2的2。79mm×406mm 的矩形连铸坯。近年来的研究又发现，断面形状对连铸坯内部质量有很大影响，矩形坯比方形坯有更好的内部质量，尤其是对改善偏析较为显著。
第三节钢轨质量控制
709．如何降低钢轨中残余应力?
降低钢轨残余应力的措施：
(1)改进钢轨矫直工艺是降低钢轨残余应力的重要途径。实验测定，采用卧矫工艺可以比立矫减小钢轨残余应力水平约50～100MPa，而拉伸矫直又可比卧矫减小钢轨残余应力水平。
(2)采用全长淬火可以使轨头残余拉应力变为压应力，有利于提高钢轨疲劳寿命。
(3)对焊接轨采取焊后回火，可以减小轨头下腭处和腰部拉应力。
(4)对垫轧钢轨要千方百计减小其矫前弯曲度，这也有利于减小矫直所造成的残余应力。
710．钢轨中的残余应力水平及分布情况如何?
众所周知，钢材中残余应力的存在对钢材的使用性能尤其是疲劳性能有很大影响。钢材中残余应力的形成主要有三个途径：钢材在热轧或焊接后其断面的不均匀冷却、钢材组织发生相变、钢材受到矫直等冷加工。残余应力在钢材中常以不同的形态存在和表现，我们通常可把残余应力分为三类：第一类是受外力作用所引起的残余应力；第二类是由于组织变化所引起的残余应力；第三类是由晶粒之间的微观应力所引起的残余应力。
钢材沿长度方向的残余应力可表示为：
σr=一Eε
式中：E——弹性模量；
ε——应变。
负号表示残余应力方向与应变方向相反。残余应力对钢材疲劳性能的影响可表示为：σ=σR±σr
式中：σ——钢材的实际强度；
σR——钢材疲劳强度；
σr——残余应力。
从上式可以看出，当钢材中存在残余拉应力时，钢材的实际强度要小于其疲劳强度。国内外研究指出：造成钢材缺陷尖端的应力强度因子有三个：一是工作应力，二是残余应力，三是温度应力，当三者全为正值而叠加时，会造成金属的加速破坏。
711．什么是钢轨涡流探伤技术?
从1970年开始，人们已采用涡流技术检测钢轨表面缺陷，第一台在线涡流探伤装置出现在20世纪80年代初期，现在世界上已有60％的钢轨生产厂采用涡流探伤技术检查钢轨表面缺陷。与人工肉眼检查相比，涡流探伤更可靠，探伤速度可达1—1．5m／s，检测精度可达±0．1mm，其所能检测缺陷的最小深度为0．3mm，其检测的准确率可达99％。现采用的涡流探伤装置主要有两种，一种是带有固定探头的涡流探伤仪，另一种是带有扫描装置的涡流探伤仪。
带有固定探头的涡流探伤仪，主要用于检测钢轨头部表面缺陷，其装置如图4-8所示。其探头按不同方向排列，覆盖整个轨头表面，可以检测钢轨轨头纵向及横向上的表面缺陷，可检测出深度在0．3mm以上、长度在20mm以上的缺陷。1983年又有一种可检测钢轨全
断面的具有固定探头的涡流探伤仪投人使用，它总共采用28个固定探头，组成14个频道系统。其中轨头采用6个探头，轨腰采用6个探头，轨底采用16个探头，这样可覆盖整个钢轨断面。采用频率为25kHz，探头与钢轨之间的间距为4mm，探伤速度为1．5m／s。整个检测过程和数据处理全部采用微机进行自动控制。
具有扫描装置的涡流探伤仪是借助安装在其旋转扫描装置上的探头，对钢轨表面缺陷进行检测。其扫描装置旋转速度为2000r／min，它可发现在钢轨表面深度为0．4～1mm的缺陷，检测速度为1m/s。该装置的计算机系统可以自动识别缺陷信号，并分类这些信号。它的喷枪装置对有缺陷的钢轨进行标记和打印报告。
近年又开发了一种带有固定探头和扫描装置的新型涡流探伤仪，其装置如图4-9所示。
712．什么是钢轨磁粉探伤技术?
磁粉探伤的优点是简便，国外约有30％的钢轨生产厂采用这种方法。开始是采用人工磁粉探伤，但速度慢，效率低，后发展了在线磁粉探伤技术，其原理如图4-10所示。
在线磁粉探伤速度可达0．75～1．0m／s。其工作原理是首先通过磁极将钢轨磁化，然后用喷枪将带有荧光的磁粉喷吹到整根钢轨表面，磁粉将吸附在表面缺陷处，带有缺陷的钢
轨可给人工或计算机控制下的传感器识别，根据标准要求与人工缺陷样轨进行比较后，仅在那些超过标准的缺陷处留下标记，为检查员判级和修磨提供依据。这种磁粉探伤仪对深度超过0．13mm、0．25mm、0．38mm的裂纹等缺陷能灵敏反应。其优点是设备投资少、可靠性高；缺点是操作成本较高，不能对缺陷进行准确分类。
713．如何对钢轨内部质量进行检测?
对钢轨内部质量的检测主要采用热酸、硫印和超声波几种方法。前两种方法仅能对钢轨个别试片进行检测，不能反映整支钢轨内部质量全貌。超声波探伤是近三十年发展起来的一种高效无损探伤法。它既可检测钢轨局部内部质量情况，也可检测钢轨全断面和全长内部质量情况。它能发现和定位存在于钢轨内部的各种冶金缺陷，如麻点、夹杂、气孔等。超声波探伤通常采用脉冲回声技术，采用的脉冲频率为4一7MHz，探头与钢轨之间的耦合剂采用水或油。为确保检测精度和可靠性，每次检测前都要用标准人工试样校对仪器灵敏度。现在使用的在线超声波探伤装置，检测速度可达0．7～1．5m／s，其准确率至少可达95％以上。现在世界上钢轨生产企业已全部采用超声波探伤技术检测钢轨内部质量，所使用探伤仪均为多探头型，主要有：6个探头、12个探头和24个探头几种，这几种探伤仪主要区别是探伤盲区大小不同，探头越多其盲区越小。采用激波(shock wave)探头也能减少盲区。这几种探伤装置如图4-11至图4-13所示。
20世纪80年代末又开发成功一种多探头在线探伤装置，其轨头、轨腰采用一组探头，轨底采用一种带转轮的探头，整个系统采用计算机进行过程管理和数据处理。
714．如何对钢轨外观尺寸进行检测?
钢轨外观尺寸检测主要包括：成品钢轨断面尺寸的检测，如轨高、头宽、底宽、腰厚、底凸凹和不对称度等。
(1)钢轨平直度检测装置。目前用于钢轨端头平直度测量的激光装置已研制成功，该装置可以精确地测量距轨头1．5m以上钢轨水平或垂直方向的平直度。该装置由一个带电位计的测尺和一个弹性扣针组成，在扣针上有一个灵敏的位移传感器，它随被测表面移动，不断把信号传给计算机数据处理中心，经过数据处理计算机绘出被测表面不平度曲线，见图4-14。
(2)钢轨踏面不平度检测。采用激光技术与计算机波形分析技术，可以精确地测量钢轨踏面起伏波动在0．05mm以上的不平度。这个测量装置由一个测量轨高的激光仪和一个测量踏面不平度的传感器组成，借助计算机波形分析技术，它可以把钢轨踏面不平度有关数据打印出来，如超过规定，其标记装置将在钢轨上喷上标记。
(3)钢轨波浪弯曲检测。采用一支3m长的刚性直尺，在直尺上安有4个高精度位移传感器，在对钢轨进行测量时，装在刚性直尺上的位移传感器不断发出变化的脉冲信号，信号经计算机处理后，打印出被测轨全长波浪弯曲状况图。
(4)钢轨轨高检测。对轨高的检测是采用大量接触式激光仪进行测定，其所用探头频率为16KHz，通过调整探头，可以测量不同断面钢轨轨高。
715．在线钢轨检测系统对计算机有何要求?
经过冶金工艺专家和自动化专家的共同努力，现已使钢轨质量检测技术达到了一个更高的水平，即成立钢轨质量在线自动化检测中心。这个在线全自动钢轨检测中心，以计算机技术为基础，在线检测后进行数据整理加工，最后及时将钢轨有关质量数据反馈给生产各工序。此中心一般设在钢轨精整作业线矫直工序之后，各种检测设备分布在—个长15m的区域内。检测中心包括两个部分。第一部分是对钢轨进行综合检测的检测站。这个检测站将对钢轨的断面尺寸、表面质量、内部质量进行逐支检查，其检测数据传输给计算机系统。第二部分是计算机信息管理系统。该管理系统的计算机至少要具有11MB内存和200MB外存，方可满足每天1000支钢轨的信息存储量。有关检测数据在这里经过加工，并绘制成各种图表和曲线，显示出被检钢轨的全面质量状态。
716．钢轨钢主要有哪几种类型?
从表4-2可以看出，世界各国开发的钢轨钢主要分为三大类，即碳素钢、合金钢和热处理钢；按其金相组织又可分为珠光体钢、贝氏体钢和马氏体钢三类。这几类钢轨钢各有特色，碳素钢生产成本最低，但其金相组织是较粗大的珠光体，因此其强度和韧性并不是最理想的；合金钢轨钢是利用锰、铬、钼、钒等元素来提高其强度，改善其韧性，可以获得细化珠光体组织，比碳素钢轨钢综合力学性能要好，但其焊接性能不如碳素钢轨钢，而且生产成本也高；热处理钢轨钢主要是通过热处理获得细微珠光体组织，到目前为止世界各国普遍认为这是综合性能最好的钢轨钢，但其热处理设备投资较大。
717．氮元素对钢的性能有影响吗?
在研究钢的脆性时发现，锰可降低钢的脆性敏感性，而氮却增加钢的脆性敏感性。采用不同方法所冶炼的钢的脆化敏感性增加的顺序为：用硅和铝镇静的平炉钢、用铝镇静的平炉钢和半镇静钢、吹氧的沸腾钢或半镇静钢。这表明了在钢中游离氮的重要性。
有关资料介绍，LD转炉钢的氮含量为0．003％～0．006％，电炉钢的氮含量为0．008％～0．0016％。氮在α—Fe中最高溶解度590℃时约为0．1％，室温下降到0．001％以下。当游离氮含量高的钢，从高温下较快冷却时，铁素体将会被饱和。若将此钢在室温下静置，随时间增加，氮将以Fe4N的形式析出，使钢的强度、硬度上升，塑性、韧性下降，即产生时效。
要降低钢的脆性转变温度，就要减小钢中氮含量和硅含量。要采用稳定氮化物元素的晶粒细化剂(Al、V、Ti)，尤其是在非晶粒细化钢中，总的氮含量应以最低为佳。而在晶粒细化钢中氮含量应最大，以利于充分形成氮化物，使游离氮含量降下来。
对于高碳钢，钒是能够使钢晶粒细化和弥散强化的元素。通过控制轧制，当游离氮含量为0．008％时，其胎陛转变温度FATT为一5℃。而通过常化处理，自由氮含量为0．002％，其脆性转变温度为一45℃。
718．怎样提高珠光体钢轨钢的性能?
主要是搞好钢种成分设计。
为发展高性能钢轨钢，各国采取了不同的方法。以美国为代表的北美国家采用高碳钢轨钢，欧洲一些国家则采用低中碳中锰钢轨钢，UIC吸收了美国高碳钢轨钢耐磨的优点和欧洲低碳中锰钢轨钢韧性好的优点，设计了UIC900MPa级钢轨钢。
日本在研究了高速铁路运行特点的基础上，提出了900MPa级三种钢轨钢的成分，如表
4-3所示。
为改进中锰C的韧性，克服其因有游离FeC析出而造成韧性降低的不足，而对碳、锰上限加以限制，即
C+Mn／15≤0．05％
C+Mn／4≤1．21％
欲同时满足以上两式，则需C=0．84％、Mn=1．67％。
前苏联的切里舍夫教授认为，对于共析钢的断裂韧性，当碳含量大于0．85％时，就会
出现K Ic值降低的趋势。对于碳含量为0．88％的过共析钢，其抗裂纹稳定性与合金化与未经强化的热轧钢差不多。表4-4为共析钢成分和断裂韧性。
一般钢轨钢在室温下其断裂韧性处于1100～1300N／mm3/2之间，而加入硅后，其断裂韧性明显提高，但硅的合金化量在不大于0．7％时对提高钢轨钢抗裂纹稳定性不会超过28％。硅对钢轨性能的影响见表4-5。
719．稀土能改善钢轨钢性能吗?
由于稀土元素与氧的亲合力强，钢液经稀土处理后，能改变钢中夹杂物形态，提高钢的疲劳寿命，同时也能细化低倍组织和细化晶粒。但是若加入方法不当，也会使钢质变坏。有关稀土加入方法的美国专利规定，钢液在罐内用铝、硅和锰铁进行完全脱氧后，经过净化并保持一定温度(最佳钢液温度为1540～1590℃，稀土最佳加人量在0．02％～0．007％之间)，把稀土包在铁皮内，固定在一根棒上，往钢水罐内注入效果最佳。同时由于稀土夹杂物密度较大，应加以适当搅拌及延长镇静时间，以利于夹杂物上浮，这样可以使稀土处理钢达到最好结果。
720．世界各国在提高钢轨清洁度上采取了哪些措施?
(1)法国联合金属(UniMetal)公司在连铸过程中采用了电磁搅拌的方法。为防止钢液二次氧化，从钢色到中间色、从中间色到结晶器采用长水口及浸人式水口，以减少钢中氧化物夹杂，提高钢轨的疲劳寿命。
要控制好出钢温度、中间罐温度和浇铸温度，同时在连铸机的二次水冷区控制好冷却强度，以便获得最佳冷却速度。从硫印上看，连铸坯的偏析一般存在于断面中心的很小区域内。其偏析从开始浇铸到浇铸末期一直均匀分布在钢坯中心部位，从而可以使连铸坯轧成的钢轨的性能沿全长均匀。
(2)英国莱肯(Lacken)公司为控制连铸坯偏析，主要采取了严格控制中间罐温度的措施。中间罐温度应控制在略高于液相线之上20℃之内，实际操作应控制在液相线之上10～20℃为佳，这样可以使连铸坯中心偏析减到最小。
(3)瑞典柯克姆(Kockmns)公司主要生产铬含量为0．8％的合金钢，也生产含铬和高锰的高强度钢轨钢。为保证质量，钢坯需缓慢冷却；同时为降低中心偏析，还需控制最小钢液过热。对于有拉矫装置的连铸机，应特别注意在钢坯内部有液芯状态下的拉矫速度不能超过浇铸速度(一般铸速为0．8m/min)，同时控制二次水冷段的冷却强度。
(4)日本新日铁八幡厂认为，钢轨的性能主要取决于冶炼工艺。为此它们采用了严格控制成分、去除钢液中[H]的脱气技术及防止钢液在浇铸中二次氧化技术等措施。对于用于连铸法的钢液，硫含量要控制在0．02％以下，因为硫是造成偏析、夹杂和裂纹的主要因素。该厂通过在鱼雷罐内吹氩和氧化钙进行脱硫。磷会降低钢轨的韧性。钢中磷含量的高低与钢液温度、CaO／SiO2比值和渣中FeO含量有关。控制冶炼过程中的吹氧速度、氧枪高度都可以降低磷含量。为保证成分均匀，在冶炼过程中采用高拉碳操作方法，应保证在冶炼末期钢液中碳的含量在0．6％以上。这样可以保证在出钢前增碳程度最小。为减少氢，多采用干燥的废电极做增碳剂。检修后的炉子和钢色，不首先用于冶炼钢轨钢；用于冶炼钢轨钢的
废钢和铁合金要经过烘干；用于生产单重超过45kg／m钢轨的钢液必须经过真空脱气处理。
721．目前合金钢轨钢的开发情况如何?
在20世纪中期，人们通过大量研究钢轨在线路上发生的损伤，发现无论是掉块、剥离、磨耗，还是裂纹及亚表面变形等典型钢轨损伤，都与金属塑性变形有关。欲克服钢轨在车轮作用下产生塑性变形，各国学者认为最有效的办法是提高钢轨钢的屈服强度。随着人们对珠光体钢组织、成分与性能之间关系研究的深入，发现在碳素钢基础上加入适量合金元素，可有效地减小珠光体团尺寸、珠光体片间距和渗碳片厚度，从而提高钢轨钢屈服强度。
世界各国开发的珠光体合金钢轨钢主要有三种类型：
(1)Cr—Nb—V合金钢轨钢。其成分(质量分数)为C 0．53％～0．63％、Mn 1．35％～1．45％、Si0．1％一0．2％、P≤0．04％、S≤0．03％、Cr 0．55％～0．65％、Nb 0．05％～0．08％、V 0．06％～0．09％，其屈服强度可达700MPao
(2)Cr—V合金钢轨钢。其成分(质量分数)为C 0．7％一0．8％、Mn 1．25％～1．35％、Si0．2％～0．4％、P≤0．04％、S≤0．03％、Cr0．75％～0．85％、V 0．1％～0．13％，其屈服强度可达740MPao
(3)Cr—M合金钢轨钢。第一种成分(质量分数)为C 0．7％一0．8％、Mn 0．8％～0．9％、Si0．1％一0．3％、P≤0．04％、S≤0．03％、Cr0．75％～0．85％、Mo 0．16％～0．20％，其屈服强度可达860MPa；第二种成分(质量分数)为C
0．65％～0．75％、Mn 0．8％一0．9％、Si 0．1％一0．3％、P≤0．04％、S≤0．03％、Cr 0．75％～0．85％、Mo 0．16％一0．20％、V 0．05％～0．08％、Al 0．0l％一0．04％，其屈服强度可达980MPa。
需要特别指出的是，上述三类合金钢轨钢无论是热轧后冷却，还是焊接后冷却，如对其冷却速度控制不当，均会出现马氏体或贝氏体组织。对Cr—Nb—V钢轨钢，当其冷却速度大于0．7℃／s时就会生成少量的马氏体。对Cr—V钢轨钢，当其冷却速度大于0．5℃／s 时，也要生成较多的马氏体、贝氏体。对Cr—Mo钢轨钢，当其冷却速度大于0．4℃／s时也要产生马氏体、贝氏体，对于带有马氏体的钢轨钢，马氏体含量为多少时才必须对其进行回火处理，对此各国专家有不同的认识。有的认为只有形成5％以上马氏体组织时，才要对钢轨钢进行回火处理；有的认为只要有马氏体组织，无论其含量多少，均要进行回火处理。这个问题还有待今后研究认证。
722．世界高速铁路用钢轨的断面与钢种有哪些?
1964年日本的第一条高速铁路是从东京到大阪的东海道新干线。在初期是采用JIS50kg ／m断面，经过一段运行后发现50kg／m断面的刚度不够，造成路基维护增加，决定改用JIS60kg／m断面。后来的法国、德国、意大利、西班牙、澳大利亚等国家学习了日本的经验，都采用了UIC60kg／m断面。通过近40年高速铁路的运营考验，已证明60kg／m断面完全能满足高速铁路运营的需要。
高速铁路用钢轨在钢种上，由于高速铁路的设计大多数是专门从事客运，虽然速度快，但轴重轻，再加上考虑到高速铁路需要采用无缝线路，对钢轨的焊接性能的要求，世界各国的高速铁路用钢轨全部采用普通碳素钢钢轨，其成分和性能如表4-6所示。
723．高速铁路对钢轨质量有哪些要求?
高速铁路对钢轨质量的要求主要反映在钢质的纯净度、钢轨的表面质量、内部质量、几何尺寸精度和钢轨外观平直度等几个方面。由于各国的设计参数不同，线路的工作环境不同，在质量的标准上有所区别。高速铁路对钢轨质量的要求如下：
(1)对钢轨表面质量的要求见表4-7。
(2)对钢轨断面尺寸公差的要求见表4-8。
(3)对钢轨外观平直度的要求见表4-9。
(4)对钢轨钢的钢质纯净度的要求见表4-10。
(5)对钢轨焊接接头几何尺寸公差的要求。为保证旅客乘坐的舒适性和轨道的平顺性，高速铁路都是采用无缝线路设计，一般是采用长尺轨焊接成无缝线路，焊接质量是保证高速铁路运行安全的重要因素。据了解法国铁路对焊接接头的质量规定是：轨头踏面不容许低接头，但也不能上翘超标，一般是规定为+0．2mm／m，一0／m。
724．世界各国在生产高速铁路用钢方面采取了哪些措施来保证质量?
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，冶金工厂必须做到“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金措施包括：
(1)采用铁水预处理技术。采用铁水预处理技术的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。有的也采取双连法炼钢，即首先在一个转炉上对铁水进行脱磷、脱硫，然后在另一个炉子内进行冶炼。
(2)采用炉外精炼技术。采用炉外精炼技术的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)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2．5×10-4％，氧含量(体积分数)可小于20×10-4％。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。
采取了上述冶金措施，已使钢轨钢的冶炼水平达到了很高的纯净度，如：碳的成分波动控制在0．06％(质量分数)左右，[H]<1．5×10-4％，[O]<20×10-4％，[S]<0．015％，[P]<0．020％，硫化物夹杂长度小于13μm，链状氧化物长度小于200μm，球状氧化物直径小于13μm，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。
725．高速铁路钢轨的生产工艺有哪些?
我国的钢轨生产和使用实践已证明，采用传统膜铸+孔型法+人工检查工艺生产的钢轨，已不能满足高速铁路对钢轨尺寸精度、外观平直度和内外表面质量的要求。特别是传统工艺所固有的缺陷如几何尺寸上的不对称、轨高、底低宽超差等，表面存在的轧痕、划伤、脱碳等，外观的平直度和内在质量检查的盲区等问题，严重困扰着钢轨质量的提高。日本、法国高速铁路的建设，推动了高速铁路钢轨生产工艺的革命。以法国发明的万能法轧制为代表的新的钢轨生产工艺一经问世，就受到各国技术部门的欢迎，从20世纪60年代开始，这一工艺经历生产和铁路使用部门的多年验证，结论是成功的、可靠的。高速铁路用钢轨生产新工艺主要体现在以下几个方面：
(1)采用炉外精炼和真空脱气技术，以确保钢坯的内在质量，控制钢中残余元素和气体含量，保证钢质的纯净度。
(2)采用连铸大方坯，这主要是为了改善钢坯的低倍组织。
(3)采用步进式加热炉加热钢坯，可以有效地控制炉内气氛，防止钢坯在加热过程中脱碳和加热温度不均。
(4)采用高压水除鳞技术，可以最大限度地降低因氧化铁皮所造成的轧痕等缺陷的发生。
(5)采用万能法孔型设计和计算机在线调整钢轨几何尺寸，保证钢轨断面的轧制精度。
(6)采用长尺轧制、长尺冷却、反向预弯和长尺矫直工艺，提高成材率，减小矫前弯曲度和降低矫后残余应力，提高钢轨的疲劳寿命。
(7)采用在线的质量检查技术，通过对钢轨的超声波、涡流和激光检查，可以全面了解钢轨的内部、表面质量和几何尺寸情况。
(8)采用带硬质合金的锯钻机床对钢轨进行端头加工和钻孔，可以获得高的加工精度。
726．世界各国采用万能法生产钢轨的工艺有哪些?
钢轨的现代孔型法轧制技术，是德国的蒂森公司在1932年研究开发成功的。这种方法虽然对改善由于钢水凝固时所形成的树枝状晶造成的钢轨腿部质量不好有一定帮助，但这种方法因其在变形过程中的不均匀变形会造成钢轨断面对称性不佳，轨高、底宽和腹高等尺寸精度不够。这种方法虽经多次改进，但其设计原理上固有的缺陷，加上横列式轧机刚度低的致命缺陷，使其在钢轨断面的尺寸精度上很难达到高速铁路对钢轨断面的精度要求。
随着日本和法国高速铁路的建设，铁路部门对钢轨的断面精度提出了更高的要求，法国钢铁集团的杰克厂长斯坦莫达先生在1964年发明了钢轨的万能法轧制技术。这一技术的问世，标志着世界钢轨生产技术跨进了一个崭新的时代。经过近四十年的生产实践和研究改进，万能法得到了进一步的完善。
法国的斯坦莫达先生最初的万能法工艺，是采用BDl+BD2+Ul+U2+U3+E+UF的轧机布置。
日本在1970年购买了法国的万能法技术，并在此基础上又进行了进一步的改进。新日铁的万能法工艺布置是采用BDl+BD2+U1+El+U2+E2+UF的形式。在BDl上轧7道，在BD2上轧3道，在U1El上轧3道，在U2E2上轧l道，最后在UF上轧1道，UF是半万能道次。总轧制道次是15道次，在万能轧机上轧5道次，在轧边机上轧4道次。
后来随着计算机技术的进步和推广应用，连轧技术的成熟，使采用更少的万能道次轧制钢轨成为可能，所以在20世纪80年代后，建厂的企业多数采用了在万能轧机上进行连轧的技术，其布置如下：BDl+BD2+Ul+E1+UF，即在BDl上轧5道次，在BD2上轧3道次，在U1E1上轧3道次，在UF上轧1道次。总轧制道次是12道次，在万能轧机上轧4道，在轧边机上轧3道。
美国的惠林匹兹堡厂、南非的伊斯科厂、澳大利亚的希尔厂和加拿大的悉尼厂均采用了上述工艺。
727．钢轨的轧制缺陷有哪些?
大约有下列10种缺陷：
(1)轧痕。轧痕是钢轨在热轧过程中，由于轧辊上粘有氧化铁皮或孔型掉肉，而在钢轨表面形成的凹坑或凸起。轧痕一般呈规律性地分布在轧件同一部位上，其间隔长度大约等于轧辊粘氧化铁皮处或掉肉处辊子圆周长的1．1倍。轧痕可以出现在轧件的任何表面部位，具体轧痕形态可参见图4-15。
(2)结疤。钢轨结疤是在冶炼浇铸过程中，飞溅钢液的急冷后，镶在钢锭、钢坯或钢材表面上的一种呈片状的表面缺陷。结疤大多数与母体相连，随着轧件的压缩和延伸，结疤在钢轨表面呈一端开放型贴附，金相检验结疤下面基体表面常有脱碳现象。
(3)折叠。折叠是因轧制不良所造成的一种钢材表面缺陷，其形貌酷似裂纹。折叠多是因孔型设计不当或轧机调整不当先造成耳子，再经轧制将耳子压平后形成的。有的折叠是由于钢坯表面存在裂纹或轧件被导卫板刮伤，在其深宽比小于1：4时，再经进一步轧制而形成折叠。
第四章高速铁路与钢轨 第一节高速铁路对钢轨的质量要求 690．什么叫轮轨系统的高速铁路? 目前已经投入运营的高速铁路设计全部是采用轮轨系统，轮轨系统的高速铁路无论是总体设计，还是车体制造及线路施工维护技术都已成熟，这一系统已在世界各国运行了近40年。40年的运行证明了轮轨系统的高速铁路是成功的，并告诉人们这一系统在高速下运行是可靠的、安全的和高效的，被世界各国的政府和铁路部门所接受。 轮轨系统的高速铁路车速现已达到200～350km／h，全世界已建成的高速铁路总长约5000km。其中，日本有4条，法国有3条，英国有1条，德国有2条，西班牙有2条，波兰有1条。全世界在建或计划建的高速铁路约6000km，分布在13个国家，主要有日本、美国、中国、俄罗斯和韩国等。 采用轮轨系统的高速铁路，大多数是以大功率的电力机车或内燃机车为动力。高速铁路的线路采用小坡度，一般为0．8％～3．5％；线路曲线采用大半径，一般为2500～8000m。通常，人们把速度为200km／h的高速铁路定为第一代高速铁路，把速度为300km／h的高速铁路定为第二代高速铁路，把速度为350km／h的高速铁路定为第三代高速铁路。轮轨系统的高速铁路其实验车速已达到515km／h。到目前为止，世界各国已建成的和规划中的长距离的高速铁路基本上都是采用轮轨系统设计的。 691．什么叫磁悬浮系统的高速铁路? 磁悬浮列车是利用电磁原理和超导原理研制的一种高速列车。在电磁场产生的吸力或斥力作用下，列车被托起悬浮在线路上，靠线路上和车辆上的线性电机所产生的推力前进。与轮轨系统的高速列车相比，磁悬浮列车的车速可以更快，运行更平稳，又不产生污染，是一种理想的交通工具。但其技术难度大，目前尚在实验研究中。另外，磁悬浮高速铁路的投资比轮轨高速铁路的投资要高出20％～40％以上。 692．什么叫重载铁路? 现在，人们对“重载”(heavy haul)的概念往往仅指那些装运铁矿石、煤、磷矿等矿物的又长又重的货运列车，其实重载列车早已远远不拘于此。在北美有许多重载铁路，这些装载各种商品的又长又重的列车已运营多年。“重载”的概念随着社会生产力的发展也在变化，在1835年，那时所指“重载”是指采用蒸汽做动力的货运列车，它仅仅是相对于用马做动力的运客或运煤的四轮车而言的。 现代重载铁路的概念是由国际重载协会(IHHA)在1986年9月确定的，即重载铁路必须能让每列车载重量超过5000t、轴重大于21t的列车通过，且每年运量要超过2000万t的线路才能称为重载铁路。 重载铁路的出现，在历史上主要是看重其经济性。如美国和加拿大在边远山区采用超长和重载运输方式是经济的。为牵引这样的重载列车，在美国曾开发了最大牵引力的蒸汽机车“巨孩”号。这是在1941年由美国机车公司制造的。机车重达345t，有24个轮子。当时主要运行在夏延(Cheyenne)与怀俄明(Wyoming)线。列车全长约2442m，共牵挂90～100节车厢。该机车一直运行到蒸汽机车末期，现在被保留下来。其实在北美，轴重在30～35t的车辆并不少见，甚至可找到37t轴重车辆。当时由于经济发展的需要，曾开发出了35．7t轴重、125t装载量的车厢。应指出的是，重载运输即使是30～35t轴重列车，也会使桥梁的维修费成本升高到危险点。 现代重载铁路的铺设主要是用于运输煤、铁矿石和其他矿石。 693．什么叫自动化铁路? 自动化铁路．AGT(Automated Guideway Transit)是指列车的运营可以实现无人操纵，即从列车发出开车信号到列车启动、加速运行，以及在到站前的减速停车等，这一切均由计算
TG/GW216—2018 高速铁路钢轨快速打磨管理办法 第一章总则 第一条为规范高速铁路钢轨快速打磨管理，制定本办法。 第二条本办法适用于200km/h及以上铁路和200km/h以下仅运行动车组铁路的钢轨(不含道岔、钢轨伸缩调节器)快速打磨。其他铁路的钢轨快速打磨管理可参照本办法执行。 第三条钢轨快速打磨是指利用钢轨快速打磨车进行的被动式钢轨打磨。通过钢轨快速打磨，可消除或减轻轨面伤损和缺陷，提高轨面平顺度，预防或减缓接触疲劳、波磨等轨面病害的产生和发展，延长钢轨使用寿命。 第四条钢轨快速打磨车按大型养路机械管理，应符合《大型养路机械使用管理规则》（TG/GW108）的相关规定。 第五条钢轨快速打磨车主要用于高速铁路钢轨预防性打磨，也可用于不改变廓形的钢轨预打磨和修理性打磨。在高速铁路高海拔、长大坡道以及隧道占比较高的区段，宜使用钢轨快速打磨车作业。 第六条钢轨快速打磨应根据打磨前钢轨状态制定打磨技术方案，在满足目标廓形、保证打磨深度和消除病害的前提下尽量使打磨量最小。
第二章组织管理和计划实施 第七条中国铁路总公司（以下简称总公司）工电部负责指导全路钢轨快速打磨技术管理，制定相关技术标准，组织相关单位和专家为钢轨快速打磨工作提供技术支持，协调钢轨快速打磨车跨局作业。 第八条铁路局集团公司负责钢轨快速打磨的管理工作，负责路外钢轨快速打磨车准予作业临时运行证明的发放工作。 第九条铁路局集团公司工务处负责制定年度钢轨快速打磨计划，审定钢轨快速打磨技术方案、施工组织方案和作业计划，协调日常施工，监督和指导钢轨快速打磨质量验收，组织对作业人员进行安全和技术培训。 第十条工务段（含高铁维修段、桥工段等，下同）负责提报年度钢轨快速打磨建议计划和作业计划，参与制定钢轨快速打磨技术方案，制定施工组织方案并组织实施，组织钢轨快速打磨质量验收。 第十一条钢轨快速打磨车运用单位负责制定打磨技术方案，参与制定施工组织方案，实施钢轨快速打磨作业，编制自验报告，参加钢轨快速打磨质量验收；负责钢轨快速打磨车的运用管理，保持钢轨快速打磨车设备状态良好。 第十二条钢轨快速打磨车运用单位应配齐打磨作业质量检测设备和工具。
国内外高速铁路线路养护维修浅析 摘要：高速铁路线路养护维修的主要特点是按设备的状态进行必要的“状态修”，做到既不失修也不过剩修，避免了养护维修中的盲目性，使设备始终处于可靠受控状态。用地理信息系统将轨检车和车载添乘仪自动生成的设备数据与线路平面图连接，做到实时监控线路状态，同时将生成数据与历史数据对比。建立综合信息传输网，及时制定检修对策，用管理信息系统管理线路设备数据，指导养护维修。线路养护维修的组织管理分为“修养分开”和“修养合一”形式。我国线路养护维修组织管理以“修养分开”为目标，鼓励专业维修公司的发展，注重线路维修质量以及维修新技术的应用，以适应客运专线的养护维修。 关键词：高速铁路；养护；维修；分析 我国铁路线路养护维修主要是贯彻“预防为主，防治结合，修养并重”的维修原则，按照设备技术状态的各种变化不同程度地进行相应的维修工作。线路检测以人工每月检查为主，轨道检查车主要负责线路的动态检查。铁路线路的养护维修按周期有计划地进行，分为综合维修、经常保养和临时维修。 线路是列车高速、安全运行的基础设施，不论是整体，还是各组成部分都要有一定的坚固性和稳定性。受自然条件的影响和列车荷载的作用，线路设备的技术状态不断地发生变化。为适应高速运行和繁重运输任务的需要，必须采用先进的技术手段加强线路的养护维修工作，以保证线路的质量和行车安全。世界上一些国家在高速铁路线路的养护维修方面进行了大量的探索和实践。正确地认识和理解国外的实践成果，结合我国客运专线线路设备的特点，找出适合线路检修的模式，是尽快提高我国线路检修水平的捷径。 国外高速铁路的发展及其养护维修特点:外高速铁路发展三十多年，尤其是近十多年以来迅猛发展飞速发展。世界铁路处在各种交通运输的激烈竞争中，取得了高新技术，在某种程度上，铁路线路的质量代表了铁路技术的水平和行车速度的高低，而保证线路质量的关键是做好线路维修养护。 国外铁路发展的共同特点是想将线路变为少维修或不维修的轨道，以省力、经济、高效的新型线路维修为目标。维修水平主要表现在采用先进的检测系统、高度机械化作业方式、科学诊断和自动化管理方面。 国外铁路的研究及经验证明:在线路方面直接影响、控制行车速度的主要因素，一是线路的平、纵断面:另一是线路的平顺性。日本铁道线路专家佐藤吉彦
高速铁路采用哪些措施来提高平顺性高速铁路轨道结构和普通铁路轨道结构一样，由钢轨、轨枕、扣件、道床、道岔等部分组成。这些力学性质绝然不同的材料承受来自车轮作用力，它们的工作是紧密相关的。任何一个轨道零部件的性能、强度和结构的变化都会影响所有其他零部件的工作条件，并对列车运行质量产生直接的影响，因此轨道结构是一个系统，要用系统论的观点和方法进行研究。钢轨直接承受由机车车辆传来的巨大动力，并传向轨枕；轨枕承受钢轨传来的竖向垂直力、横向和纵向水平力后再将其分布于道床，并保持钢轨正常的几何位置；轮轨间的各种作用力通过轨枕和扣件的隔振、减振和衰减后传递给道床，使道碴重新排列，并将作用力扩散传递于路基。由于列车速度的提高给轨道结构的作用力与速度的n次方成正比，因此高速铁路的轨道必然要比普通线路具有更高的安全性、可靠性和平顺性， 高速铁路的轨道结构要求具有高平顺性。为使轨道结构的平顺性持久、稳定，需要在设计、施工、管理各个环节进行严格控制1交通运输是人类生存和社会发展的重要条件之一。交通运输方式的进步主要休现在提高运输速率上。1964年，世界上第一条高速铁路在日本诞生，开创了铁路高速行车实用化的历史。至今世界已形成近5000km的高速铁路网。预计高速铁路在21世纪必将有更大、更快的发展。 我国高速铁路已起步，开工建设的秦沈客运专线实际上就是一条高速铁路，它的最高速度超过250km/h，部分地段可达300km/h。2020
年正在规划、建设的有京沪、津秦、沈哈、京广等段高速铁路。 高速铁路不仅体现了桥路轨道、机车车辆、牵引供电、通信信号、运输指挥、运营管理等专业技术的最高水平，同时对其安全性提出更高的要求[1]。而作为高速铁路行车基础——轨道结构，其管理水平和目标起着关键性的作用。日本东海道新干线花费的运营开支最少却能实现大量高速列车安全运行的秘密，关键在于建立了较科学的轨道不平顺管理系统。法国TGV高度铁路的成功经验也证明，若提高和保持轨道结构的平顺性便可以满足300km/h高速行车对线路的要求。因此，笔者根据高速铁路轨道结构特点，分析轨道安全管理所需检测方法、管理内容及手段，并提出一种改进思路，即应建立在各种异常情况下的处理机制。 2 高速铁路轨道结构的平顺性特征 2．1 高速铁路轨道必须具有高平顺性[2] 轨道不平顺是引起轮轨作用力增大的主要原因。焊缝不平顺，轨面剥离、擦伤、波形磨耗等原因，造成短波不平顺幅值虽然很小，但是，在高速行车条件下，就可引起很大的轮轨作用力和冲击振动。例如：一个0.2mm的微小焊缝迎轮台阶形不平顺，当车速高达300km/h时，所引起的高频动作用力可达722kN，低频轮轨力可达321kN，使道碴破碎、道床路基产生不均沉陷，从而形成较大的中长波不平顺，并能引起很大的噪音，严重情况时，还可能引发钢轨、轮、轴断裂，导致恶性脱轨事故。 2．2 严格控制钢轨的平直性和焊缝的平顺性
高铁用材料的现状与发展趋势 郑州大学材料科学与工程学院 橡塑模具国家工程研究中心 陈静波 2010-12-1
高速铁路是指 通过改造原有线路（直线化、 轨距标准化），使营运速率 达到每小时200公里以上， 或者专门修建新的“高速新 线”，使营运速率达到每小 时250公里以上 的铁路系统。
世界高铁发展状况 ?世界第一条高速铁路——日本新干线于1964年成功运营，最高时速300公里。 ?目前已有11个国家和地区共14，000余公里高速铁路投入运营。 中国40% 日本17%法国12% 德国9% 其他22% 世界高铁运营里程分布图
日本新干线 法国TGV 德国ICE 京津城际高铁
我国高速铁路现状2010.08.18 来源：人民网 目前，中国大陆投入运营的高速铁路已达到6920公里我国高速铁路运营里程居世界第一位，其中： ?新建时速250～350公里的高速铁路有4044营业公里 ?既有线提速达到时速200～250公里的高速铁路有2876营业公里 ?正在建设中的高速铁路有1万多公里 ?全国铁路每天开行高速列车1000列左右，平均上座率达到101.7%。高速铁路为广大旅客创造了美好生活
中国大陆目前已开通的高铁线路 2008年8月1日，京津城际高铁通车 2009年4月1日，石太客运专线通车 2009年9月28日温福、甬台温铁路通车 2009年12月26日，武广高铁建成通车 2010年1月28日，郑西高铁相继建成通车 2010年4月26日，福厦高铁通车 2010 年5月1日，成灌高铁通车 2010年7月1日，沪宁高铁通车 2010年9月20日，昌九城际高铁通车 2010年10月26日，沪杭高铁通车
第二章有砟轨道结构 1.有砟轨道的主要组成及其功用？ 钢轨：直接承受列车荷载，依靠钢轨头部内侧面和机车车辆轮缘的相互作用，为车轮提供连续且组阻力最小的滚动接触面，引导列车运行，并依靠它本身的刚度和弹性将所承受的荷载分布传递于轨枕。 轨枕：承受来自钢轨的压力，并把它分布传递至道床；同时利用扣件保持钢轨的正确位置。 接头：用于钢轨与钢轨的可靠联结，保持钢轨的连续性与整体性。 扣件：固定钢轨位置，阻止钢轨纵、横向移动，防止钢轨翻转，确保轨距正常，并在机车车辆的作用下，发挥一定的缓冲减振性能，延缓线路残余变形的累积。 轨道加强设备：防止钢轨与轨枕之间发生相对的纵向位移，增加线路抵抗钢轨纵向爬行的能力；在曲线上安装轨撑和轨距杆，可提高钢轨横向稳定性，防止轨距扩大。 道床：固定轨枕的位置，增加轨道弹性，防止轨枕纵、横向位移，并把承受的压力分布传递给路基或者桥隧建筑物，同时还方便排水和调整线路的平、纵断面。 道岔：使车辆从一股轨道转入或越过另一股轨道。 2.钢轨的类型有哪些？钢轨分级使用的含义是什么？ 钢轨的类型: 按每米大致质量（kg/m）划分。我国钢轨分为43，50，60，75kg/m四种类型。 钢轨分级使用：钢轨的二次或多次使用；钢轨在一次使用中的合理倒换使用。 3.钢轨伤损的主要形式有哪些？伤损原因及其解决措施？ 轨头核伤、钢轨磨耗、轨腰螺栓孔裂纹、钢轨接触疲劳伤损。 原因：既有钢轨生产中产生的缺陷，又有运输、铺设和使用过程中的问题。 轨头核伤措施：⑴提高钢轨材质，防止出现气孔等不良现象。⑵改善线路质量，提高弹性和平顺性，减少动力和冲击。⑶钢轨探伤车对钢轨进行探伤，及早发现，及时治理。 钢轨磨耗措施：采用耐磨轨；加强养护维修，保持几何形位，增加线路弹性；曲线涂油；机械打磨。 轨腰螺栓孔裂纹：加强接头养护，防止接头出现错牙等；增加接头弹性；螺栓孔周边倒棱；采用无缝线路才能从根本上消除此问题。 钢轨接触疲劳伤损：提高钢轨接触疲劳强度。 4.依照打磨的目的及磨削量分类，钢轨打磨的种类有哪些？为什么要进行钢轨断面轮廓形打磨？ 预防性打磨：为控制钢轨表面接触疲劳的发展，在裂纹开始扩展前将裂纹萌生区打掉的技术。 特点：打磨周期短；打磨深度浅：轨顶一般为0.05~0.075mm；外轨内缘和内轨外缘一般为0.1~0.15mm。 保养性打磨：将钢轨断面打磨成最佳轮轨接触的几何形状，以延缓波磨和其他疲劳伤损的产生的技术。特点：在曲线地段，可明显降低轮轨横向力和冲角，减轻钢轨侧磨修理性打磨：用来消除已产生的钢轨磨耗。特点：钢轨的一次磨削量较大，打磨周期长；不能消除引起波磨、钢轨剥离及掉块的潜在的接触疲劳裂纹。 进行轮廓形打磨原因：将钢轨断面打磨成最佳轮轨接触的几何形状，以延缓波磨和其他疲劳伤损的产生，在曲线地段对钢轨断面进行非对称打磨，能明显降低轮轨横向力和冲角，
国内外高速铁路线路养护维修浅析 1 国内外线路养护维修概况 1.1 我国线路养护维修简介 我国铁路线路养护维修主要是贯彻“ 预防为主, 防治结合, 修养并重” 的维修原则, 按照设备技术状态的各种变化不同程度地进行相应的维修工作。线路检测以人工每月检查为主, 轨道检查车主要负责线路的动态检查。铁路线路的养护维修按周期有计划地进行, 分为综合维修、经常保养和临时维修。 线路是列车高速、安全运行的基础设施, 不论是整体, 还是各组成部分都要有一定的坚固性和稳定性。受自然条件的影响和列车荷载的作用, 线路设备的技术状态不断地发生变化。为适应高速运行和繁重运输任务的需要,必须采用先进的技术手段加强线路的养护维修工作, 以保证线路的质量和行车安全。世界上一些国家在高速铁路线路的养护维修方面进行了大量的探索和实践。正确地认识和理解国外的实践成果, 结合我国客运专线线路设备的特点, 找出适合线路检修的模式,是尽快提高我国线路检修水平的捷径。 1.2 国外高速铁路的发展及其养护维修特点 国外高速铁路发展三十多年, 尤其是近十多年以来迅猛发展飞速发展。世界铁路处在各种交通运输的激烈竞争中, 取得了高新技术, 在某种程度上, 铁路线路的质量代表了铁路技术的水平和行车速度的高低,而保证线路质量的关键是做好线路维修养护。 国外铁路发展的共同特点是想将线路变为少维修或不维修的轨道, 以省力、经济、高效的新型线路维修为目标。维修水平主要表现在采用先进的检测系统、高度机械化作业方式、科学诊断和自动化管理方面。 国外铁路的研究及经验证明 :在线路方面直接影响、控制行车速度的主要因素,一是线路的平、纵断面 :另一是线路的平顺性。日本铁道线路专家佐藤吉彦在一
研究与探讨 1 概述 我国于20世纪80年代引入钢轨打磨技术，目前大部分铁路局配备了钢轨打磨列车，钢轨打磨技术逐渐成为一项基本的线路维护技术[1]。我国现代化钢轨打磨列车主要依靠进口，大型打磨设备及打磨工艺落后于铁路发达国家[2]。1989年，我国引进第一台钢轨打磨列车，在丰 沙线和石太线实施打磨作业，以消除钢轨波形磨耗[3]。自此开始了钢轨打磨列车应用技术研究，并取得了一些实际应用经验。然而，我国大型养路机械钢轨打磨列车的研发和制造还处于起步阶段，为了推进钢轨打磨列车的引进和国产化进程，中国北车股份有限公司签订了大型养路机械96头钢轨打磨列车技术转让协议及采购合同。2009年11月，中国北车股份有限公司与瑞士SPENO公司通过技术引进、联合设计、合作生产、国产化制造和联合调试等模式，研制了首列GMC96型钢轨打磨列车[4]。目前，该型钢轨打磨列车的国产化比例达到70%。但SPENO公司仅提供6种适用于钢轨直线段的打磨模式，对我国铁路运输状况复杂、密度大、客货混运，以及运输距离较长等实际情况，6种钢轨打磨模式难以满足需求。 基金项目：铁道部科技研究开发计划项目（2010G008-C）。 钢轨打磨量的分析计算 贾怀珍：北京铁路局北京大型养路机械运用检修段，工程师，北京，100070蔡永林：北京交通大学，副教授，北京，100044崔宁宁：北京交通大学，硕士研究生，北京，100044李建勇：北京交通大学，教授，北京，100044姚 迪：北京交通大学，硕士研究生，北京，100044 摘 要：以GMC96型钢轨打磨列车为研究对象，论述钢轨轨廓数据采集与处理。分析打磨前后钢轨轨廓数据，针对打磨接触点、打磨面积计算、单个打磨头的平均打磨量计算进行阐述，提出钢轨打磨量计算方法；分析多种钢轨打磨模式下其打磨量与影响因素间的关系，得到打磨量与打磨角度及压力的关系，为GMC96型钢轨打磨列车打磨模式编制提供参考。 关键词：钢轨打磨；打磨量；打磨模式；GMC96型钢轨打磨列车
高速铁路钢轨预打磨技术 上海铁路局上海客专维修基地钱海 以开行CRH380A高速动车组为标志、时速高达350公里的高速铁路，不仅对轨道几何尺寸提出了很高要求，而且对钢轨轨面状态和轨头轮廓提出了极高要求。由于钢轨在制造、运输、焊接、铺设等环节存在难以避免的缺陷或病害，新铺设钢轨难以完全适应动车组高速平稳运行要求，轴向加速度、减载率、动力学指标无法有效控制，人体感觉有晃车、抖动等不良反应，严重影响列车运行品质，甚至威胁高速行车安全。2010年，上海客专维修基地精心组织、全力以赴，以最快速度消化吸收新型引进装备--PMC-96C钢轨打磨车设备技术，联合铁道部科学研究院、同济大学和设备制造商美国HTT 公司，分析研究高速铁路轮轨接触病害，科学试验作业效果，攻克打磨作业技术关键，在全路率先成功运用96头钢轨打磨车实施高速铁路钢轨预打磨，出色完成沪杭、沪宁城际高铁和京沪高铁先导段打磨任务，取得很好效果。 一、高速铁路轮轨接触病害分析 早在2010年我国武广高速铁路试运行期间，曾发生连续晃车报警致动车组自动停车。3月初，铁道部高速技术组在组织调研动车晃车原因分析时，发现除钢轨顶面正常轮轨接触光带外，钢轨内侧圆弧角处也出现明显接触光带，形成轮轨之间在同一钢轨断面的两处接触，即“双光带”，其表现形式或连续、或间断、或单侧、或双
侧，这种“双光带”问题在我局先期开通运营的沪宁城际高铁也普遍存在，是造成动车晃车的重要原因。 法国高速铁路铺设UIC60标准钢轨，设计轨底坡为1:20。我国高速铁路铺设U71MnK标准钢轨，钢轨轮廓与UIC60标准钢轨相同，但设计轨底坡1:40，与我国铁路普通既有线一致。显而易见，与1:20轨底坡设计相比，1:40的轨底坡减少了钢轨内倾幅度，钢轨内侧圆弧角相对抬高了0.9mm，这是导致其与车轮轮缘之间构成不良接触的结构性原因。为此，同样采用1:40轨底坡设计的德国高铁，于2003年起铺设修正轨廓的60E2型钢轨。 当然，如果改变轨底坡设计，必须改动轨下基础即轨道版或轨枕设计，对已经开通运营的数千公里高速铁路来说，不但影响巨大，而且即使改变成1:20轨底坡，也很可能导致钢轨外侧过高，轮轨接触光带外移，显然也不能保证最佳轮轨关系，同样可能影响动车组平稳运行。因此，保留1:40轨底坡设计不变，在高速铁路精调以后开通运营之前，通过钢轨打磨，即高速铁路钢轨预打磨，“修正”（实际上是“改变”）钢轨轮廓，是消除轮轨接触病害，实现良好轮轨关系的唯一途径。这可能意味着，要利用打磨车“制造”出中国高铁的60E2钢轨。 此外，钢轨制造、运输、铺设施工中无法避免的断面轮廓尺寸误差、轨面不平顺、轨头扭曲变形，尤其是焊接接头对轨错牙、扭曲、打磨质量难以控制等产生的局部不平顺和前后相邻轨顶面连续性不良，均在不同程度上加剧影响动车组运行品质，表现为晃车、
收稿日期:20031222 高速铁路用钢轨的若干问题 周清跃 张银花 陈朝阳 (铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心 北京 100081) 摘 要 钢轨是轨道结构的重要部件,是高速铁路重要的基础设施。根据高速铁路钢轨的服役条件以及出现的伤损特点,提出了高速铁路钢轨应重点关注的性能指标,介绍国外高速铁路采用的钢轨强度等级,论述国内钢轨生产厂家应进行的技术改造,讨论了高速铁路采用长定尺钢轨的可行性包括长定尺钢轨的生产、运输、焊接,以及钢轨焊接体系。 关键词 高速铁路 长定尺钢轨 技术要求 技术改造 1 高速铁路用钢轨及其主要伤损 日本新干线早期采用断面为50T 的普通碳素热轧钢轨,后期改用强度等级为800MPa 的60kg 普通碳素热轧钢轨,使用中钢轨出现的主要损伤为轨头踏面的黑斑(dark spot )以及钢轨焊接接头部位的低塌所引起的波状磨损[1]。 钢轨轨头踏面的黑斑主要发生在列车的加速驱动以及减速制动区间,在高速行驶车轮的转动作用下,引起钢轨轨顶表面0105～012mm 的表层金属加工硬化。此加工硬化层将成为剥落损伤的起源(或核),随着通过总重的增加,黑斑缺陷发展成纵向水平裂纹甚至引发钢轨断裂。日本学者称这种伤损为钢轨中的癌症[2,3]。 高速铁路列车轴重轻,运行速度快,钢轨磨损轻微。钢轨表面的伤损以接触疲劳伤损以及短波波磨为其主要特点。目前,高速铁路比较发达的许多国家除了正在积极研究和试验由具有优良抗表面伤损性能的新材料制成的钢轨如贝氏体钢轨外,主要采用对钢轨进行定期打磨的办法来解决这种接触疲劳伤损。钢轨打磨还能去除引起钢轨剥落的表面细微裂纹并降低钢轨与车轮接触面发生的转动噪声。 焊接接头是无缝线路的薄弱环节。焊接接头的平直度以及轨顶面的硬度是否与母材匹配,将决定其在使用过程中是否出现低塌以及影响列车平顺运 行,严重时将发生焊接接头断裂。如日本东海道新干线在运行初期钢轨伤损大部分(约占80%)发生在铝热焊接头处[1]。从日本的情况来看,铝热焊接头强度难以满足铁路高速运行的需要。 而法国的情况与日本不同[4]。法国高速铁路早期采用60kg/m UIC700普通热轧钢轨,后来采用60kg/m UIC900A 普通热轧钢轨,从1983年开通运营至2001年,断轨80起,其中30%断在焊缝上,而这30% 的焊缝断头中有9/10断在铝热焊焊缝处。从绝对数量看,法国高速铁路最薄弱的铝热焊缝断头率年平均1起左右,而钢轨其它部位的折断率为年平均3起左 右(后者发生在钢轨母材上的断裂主要是由于钢轨擦伤以及道碴飞溅打伤钢轨造成的),这说明铝热焊接头虽然是无缝线路的薄弱环节,但从铝热焊技术本身而言是可以满足高速铁路使用要求的。 2 高速铁路对钢轨的基本要求 针对高速铁路钢轨的服役条件以及出现的伤损特点,要求钢轨钢质洁净,钢轨表面尤其轨头表面基本无原始缺陷,几何尺寸精度高、平直度好。 (1)钢质洁净 材质内部高洁净是对高速铁路钢轨的最基本要求。钢质洁净有利于提高其抗疲劳性能。 (2)表面基本无缺陷 钢轨表面基本无原始缺陷不仅对保证钢轨安全使用有益,而且可以减少表面接触疲劳伤损的出现,延长钢轨的使用寿命。 ?铁道/道路?
高速铁路的钢轨打磨对于我国来说是一个新的课题，研究高速铁路的钢轨打磨技术对我国高速铁路的建设和开通运营后的线路养护维修具有重大意义。 钢轨打磨最早是在重载铁路上为了延长钢轨使用寿命为目的发展起来的，钢轨打磨形式也从最初的修理性打磨到保养性打磨发展到现在特别流行的“频繁、快速、轻度”的预防性打磨。同样高速铁路也施行养护维修性的钢轨打磨。而中高速铁路新铺轨后实施的初次钢轨打磨为新轨打磨，是属于另一种打磨类型，叫做“钢轨预打磨”即预备性打磨，它完全不同于运营过程中的预防性钢轨打磨。 轨道不平顺所引起的轮轨动力，对行车安全、平稳和乘车舒适性的影响随行车速度的提高而显著增大。对于高速铁路，一些轨面不平顺不要说使列车舒适度降低，甚至可能导致轨道和车辆的破坏甚至行车事故的发生，因而必须严格控制。所以，国外高速铁路对钢轨打磨极其重视。对于新铺钢轨，原苏联曾规定速度大于120km/h的铁路，必须在铺设钢轨后立即进行新轨打磨；现在日本、法国、德国、意大利以及西班牙建设的高速铁路，都要求新线铺轨或大修换轨后进行一次轨面打磨。在高速铁路运营管理中的钢轨打磨，日本、法国和德国的打磨技术已经成熟，钢轨打磨作业已经被列入线路的常规维修作业中，这些对我国的高速铁路的钢轨打磨具有重要的借鉴作用。 钢轨打磨—延长钢轨寿命的有效方法（1） 中国铁路2007-04-14 09:39:47 阅读72 评论0 字号：大中小 钢轨是轨道交通的主要部件，钢轨与列车的车轮直接接触，其质量的好坏直接影响到行车的安全性和平稳性。轨道交通开通运营之后，钢轨就长期处于恶劣的环境中，由于列车的动力作用、自然环境和钢轨本身质量等原因，钢轨经常会发生伤损情况，如裂纹、磨耗等现象，造成了钢轨寿命减少、养护工作量增加、养护成本增加，甚至严重影响行车安全。 因此，就必须及时对钢轨伤损进行消除或修复，以避免影响轨道交通运行的安全。这些修复措施如钢轨涂油、钢轨打磨等，其中钢轨打磨由于其高效性受到世界各国铁路的广泛应用。 钢轨打磨主要是通过打磨机械或打磨列车对钢轨头部滚动表面的打磨，以消除钢轨表面不平顺、轨头表面缺陷及将轨头轮廓恢复到原始设计要求，从而实现减缓钢轨表面缺陷的发展、提高钢轨表面平滑度，进一步达到改善旅客乘车舒适度、降低轮/轨噪音、延长钢轨使用寿命的目的。本文主要分析了钢轨打磨的目的和类型，并分析最新的国外铁路钢轨打磨技术，以 期对我国铁路及城市轨道交通的钢轨养护维修有所借鉴。 1 钢轨打磨的目的 钢轨打磨技术的最初应用是为了控制波磨的发展（图1），以及改善钢轨头部断面形状，满足轮/轨接触特性（即所 谓的最佳断面），从而减少钢轨及车轮的磨耗率。 随着钢轨打磨技术的发展和推广，越来越多的高速铁路、重载铁路和城市轨道交通都采用该项技术来延长钢轨寿命。 总的来说，钢轨打磨的目的如下： 1）通过修正钢轨断面形状，改善轮/轨接触关系，从而减少轮/轨接触应力和磨耗； 2）修正/控制钢轨波磨以及低接头。这些缺陷会增加轮轨噪音、加快车辆部件和轨道部件的恶化率，甚至造成列车 限速； 3）修正/控制滚动接触疲劳缺陷。这些缺陷会增加钢轨损伤的风险，甚至降低超声波钢轨探伤的效果； 4）修正/控制其他钢轨缺陷（如车轮滚伤、压溃、轨头垂向及纵向裂纹）；
钢轨打磨列车在高铁上的应用 摘要：目前我国高铁营运里程和运行速度大幅度增加，这也对高铁线路养护提出了更高要求。钢轨打磨列车主要用于消除钢轨波磨、擦伤和剥离等钢轨损害及新线钢轨的预防性打磨，能大幅度提高钢轨利用率，延长使用寿命，改善旅客列车舒适度，是我国高铁养护的必备的有效装备。在介绍了国外的使用情况，具体打磨方式和使用效果后，指出了我国高铁应用钢轨打磨车的不足和努力方向。 关键词：打磨列车；高铁；应用 引言 目前，我国投入运营的高速铁路已达6，920公里。其中+新建时速250-350公里的高速铁路有4，044营业公里；既有线提速达到时速200-250公里的高速铁路有2，876营业公里。根据2008年调整的《中长期铁路网规划》，到2020年，我国新建高速铁路将达到16万公里，加上其他新建铁路和既有线提速线路，我国铁路快速客运网将达到5万公里以上，将连接所有省会城市和人口在50万以上的城市，覆盖全国90％以上人口。高速铁路、客运专线对轨道结构、钢轨表面的平顺性要求极高，轨道状态对列车运行安全性、平稳性具有十分重要影响。目前国际上公认钢轨打磨对保证线路质量，提高安全系数，降低运营成本，起关键作用。高铁线路在开通前进行钢轨预打磨、开通后进行钢轨预防性打磨及保养性打磨是保证高铁运行的重要手段。 1高速铁路 高速铁路是一个具有国际性和时代性的概念。1985年5月，联合国欧洲经济委员会将高速铁路的列车最高运行速度规定为客运专线300km／h，客货混线250km／h。1996年欧盟对高速铁路的最新定义是：在新建高速专用线上运行时速至少达到250km的铁路可称作高速铁路。铁盟认为，各国可以根据自身情况确定本国高速铁路的概念，在既有线上提速改造，时速达到200km以上，也可称为高速铁路。目前我国所说的高铁，一般是指新建的时速在300公里以上的客运专线。 高速铁路的运行维护如果还是依靠我国传统的铁路养护手段，则已经完全不能满足要求了，必须使用大型的专用检测和维护设备，如检测车，打磨车等。2钢轨打磨列车
盘点高铁上所用的材料 中国高铁出口意义非凡，不仅仅是单个产业的“出海”，而是整个产业链条的“走出去”？目前市场规模虽小但一旦受到 海外市场的认可，将重塑中国制造的全球品牌形象，带动产业链上下游细分领域的发展？今天小编就带大家看看高铁上的材料？对于高速铁路，对新材料的强度？疲劳性能？轻量化？工艺性等提出了更高的要求，新材料的应用主要在以下几个方面?铁道车辆车体不锈钢不锈钢主要用镍铬奥氏体不锈钢， 由于其高耐蚀性和美观的特点，在日本？美国？前苏联应用较多，在保证强度和刚度前提下，如梁？柱等骨架的板厚由普通钢的3.2 —6.0mm 减至1.0 一1.5mm,可减重40%左右？20世纪60年代初,日本率先研制出不锈钢车辆，其轻量？节能？不需涂装，产生了显著的经济效益，目前不锈钢车辆超过5000辆，占全部客车10%以上？主要应用：不锈钢车体由于不易解决车体气密性问题，只用于制造20km/h速度级的车体？及车内承载和装饰件？ 铝合金铝的密度小，仅为2.7（属轻金属），约为钢的1/3？由于铝的表面易氧化形成致密而稳定的氧化膜，所以耐蚀性好？铝有较好的铸造性，由于铝的融化温度低，流动性好，易于制造各种复杂外形的零件？铝合金仍然保持了质轻的特点，但机械性能明显提高？主要应用：一是作为受力构件；二是作为门？窗?管？
盖？壳等材料；三是作为装饰和绝热材料？铝合金容易加工和具有高度的散热性？特别是车辆引擎部分特别适合使用铝合金材料？这里几乎完全是铝合金的一家天下？此外，铝合金的 加工工艺多种多样？通用性较强？从长期来看,铝合金价格适中？铝材价格较高，使得车辆制造成本增加，但由于铝合金使得车辆轻量化，车辆的轻量化带来了运能的增加，耗能的减少，维修的费用降低？有资料显示，交通工具的重量每减少10%燃料可节约8%？在报废回收时，铝型材产品可以实现100%回收，回收铝型材循环再用可以减少95%的能源消耗？早在20世纪50 年代，世界上较发达的一些国家就开始采用铝型材来制造铁路车辆,包括美国？加拿大？日本？俄罗斯？德国和法国等国，目前国内高铁列车车厢已大量使用铝合金材料？业内专家指出，时速300公里以上的高速列车车体必须采用轻量化的铝合金材料,350公里以上的列车车厢除底盘外全部使用铝型材？目前中国铁路客运专线动车组采用的CRHI?CRH2?CRH3?CRH5 四种类型中，除CRHI型车体采用的是不锈钢材外，其余3种动车组车体均为铝合金材质？近年来国外有用镁合金？钦合金等航空材料制造车体骨架的尝试，其重量只有铝合金的66%减重效果明显？但还在考察试验中？复合材料复合材料己开始应用于车辆，且用量不断增加，代表了未来发展趋势？纤维增强树脂基复合材料（FRF因为高比强度（刚度）?耐疲劳？耐蚀？隔热？阻燃？可设计性强等优点，英国？日本？德国先后在60年代开始
津保铁路钢轨打磨技术方案 一、目标廓形 （一）线路 1.津保铁路天津西津保场至霸州西（不含）上行k0+094～k72+164、下行k0+000～k72+164仅运行动车组，按照《高速铁路钢轨打磨管理办法》，应使用设计廓形为目标廓形。 2.津保铁路霸州西（含）至徐水（不含）上行k72+164～k137+082、下行k72+164～k136+670运行动车组及普速客车，按照《高速铁路钢轨打磨管理办法》，应使用60N为目标廓形。 3.霸徐京广高速联白洋淀至徐水东站上行k116+112～k125+744、下行北张庄线路所至徐水东站k121+585～k125+705，应使用设计廓形为目标廓形。 （二）道岔 1.天津西津保场（18#道岔6组、12#道岔3组）、密云路线路所（18#道岔3组、12#道岔1组）、曹庄北线路所（42#道岔2组）、胜芳（18#道岔8组）、霸州南（18#道岔4组、42#道岔2组），应使用设计廓形为目标廓形。 2.霸州西（10组18#道岔）、白沟（18#道岔8组）、白洋淀（18#道岔9组、42#道岔1组）、北张庄线路所（42#道岔1组），应使用60E2为目标廓形。 直曲全打道岔：天津西津保场313#道岔（12#）、白洋淀4#道岔（42#）、北张庄线路所线1道岔（42#）。 （三）温度调节器
津保铁路子牙河特大桥上下行k14+042～k14+054，应使用设计廓形为目标廓形。温度调节器前后150m使用岔磨车进行打磨，温度调节器范围打磨角度3°～+40°。 二、工作量调查 1.钢轨打磨前，应对钢轨状态进行全面调查，并保证线路状态良好。 ⑴线路、道岔几何尺寸和轨下基础等应符合相关技术标准要求。打磨前，工务段应对线路、道岔结构进行全面检查，对线路结构病害、道岔降低值超限和几何尺寸超过作业验收标准的地段应进行调整，保证线路、道岔状态良好。 ⑵工务段应提前对打磨地段进行调查，对影响打磨作业的工务设备应先采取措施进行处理，并通知其他相关设备管理单位拆除影响打磨作业的设备。 ⑶工务段应向工务机械段进行技术交底，提交相关技术资料、钢轨病害以及动态检测资料等。 ⑷工务机械段应预先进行打磨车打磨参数调整试验，工务段与工务机械段共同确认打磨廓形达到要求后方可进行正式打磨。 ⑸道岔打磨前，工务段应组织电务部门对道岔转辙及辙叉部分滑床台进行覆盖，并清除作业地段线路两侧的可燃物，落实防火措施。 2.线路钢轨打磨工作量调查及预处理 ⑴钢轨廓形及光带 打磨前应调查待打磨地段钢轨廓形及光带状况，每3km采用钢轨轮廓测量仪测试钢轨廓形。廓形测试数据由工务机械段按照目标廓形进行对比
高速铁路钢轨预打磨技术 以开行CRH380A高速动车组为标志、时速高达350公里的高速铁路，不仅对轨道几何尺寸提出了很高要求，而且对钢轨轨面状态和轨头轮廓提出了极高要求。由于钢轨在制造、运输、焊接、铺设等环节存在难以避免的缺陷或病害，新铺设钢轨难以完全适应动车组高速平稳运行要求，轴向加速度、减载率、动力学指标无法有效控制，人体感觉有晃车、抖动等不良反应，严重影响列车运行品质，甚至威胁高速行车安全。2010年，上海客专维修基地精心组织、全力以赴，以最快速度消化吸收新型引进装备--PMC-96C钢轨打磨车设备技术，联合铁道部科学研究院、同济大学和设备制造商美国HTT 公司，分析研究高速铁路轮轨接触病害，科学试验作业效果，攻克打磨作业技术关键，在全路率先成功运用96头钢轨打磨车实施高速铁路钢轨预打磨，出色完成沪杭、沪宁城际高铁和京沪高铁先导段打磨任务，取得很好效果。 一、高速铁路轮轨接触病害分析 早在2010年我国武广高速铁路试运行期间，曾发生连续晃车报警致动车组自动停车。3月初，铁道部高速技术组在组织调研动车晃车原因分析时，发现除钢轨顶面正常轮轨接触光带外，钢轨内侧圆弧角处也出现明显接触光带，形成轮轨之间在同一钢轨断面的两处接触，即“双光带”，其表现形式或连续、或间断、或单侧、或双侧，这种“双光带”问题在我局先期开通运营的沪宁城际高铁也普
遍存在，是造成动车晃车的重要原因。 法国高速铁路铺设UIC60标准钢轨，设计轨底坡为1:20。我国高速铁路铺设U71MnK标准钢轨，钢轨轮廓与UIC60标准钢轨相同，但设计轨底坡1:40，与我国铁路普通既有线一致。显而易见，与1:20轨底坡设计相比，1:40的轨底坡减少了钢轨内倾幅度，钢轨内侧圆弧角相对抬高了0.9mm，这是导致其与车轮轮缘之间构成不良接触的结构性原因。为此，同样采用1:40轨底坡设计的德国高铁，于2003年起铺设修正轨廓的60E2型钢轨。 当然，如果改变轨底坡设计，必须改动轨下基础即轨道版或轨枕设计，对已经开通运营的数千公里高速铁路来说，不但影响巨大，而且即使改变成1:20轨底坡，也很可能导致钢轨外侧过高，轮轨接触光带外移，显然也不能保证最佳轮轨关系，同样可能影响动车组平稳运行。因此，保留1:40轨底坡设计不变，在高速铁路精调以后开通运营之前，通过钢轨打磨，即高速铁路钢轨预打磨，“修正”（实际上是“改变”）钢轨轮廓，是消除轮轨接触病害，实现良好轮轨关系的唯一途径。这可能意味着，要利用打磨车“制造”出中国高铁的60E2钢轨。 此外，钢轨制造、运输、铺设施工中无法避免的断面轮廓尺寸误差、轨面不平顺、轨头扭曲变形，尤其是焊接接头对轨错牙、扭曲、打磨质量难以控制等产生的局部不平顺和前后相邻轨顶面连续性不良，均在不同程度上加剧影响动车组运行品质，表现为晃车、抖动等人体感觉不良和水加、垂加等动态指标不佳，也需要通过钢
高速重载铁路运输对钢轨的技术要求 我国铁路现有营业里程67000km，每年新线投产约1000km，其中60kg/m以上钢轨铺设38500km，约占正线延展长度的49.6%。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。 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。 世界上开行200km/h以上高速铁路的国家有5个，即日本的新干线、法国的TGV、德国的ICE、意大利的ETR和西班牙的A VE。 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× 10-6；高倍夹杂物B、C、D类≤1.0级，A类≤1.5级。 万能轧机轧制是提高尺寸精确度和表面质量的关键。 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。 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5000t的重载列车。大秦线运煤单元列车全列重量10000t。 新设计生产的重载货车轴重达25t，增加了轮轨间接触应力和疲劳负荷。 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。 内燃电力牵引比例增加： 轴重与轮径之比P/D较蒸汽机车大，由于减小了轮轨之间的接触面，增加了接触应力。 蛇行运动： 列车速度提高后，两侧钢轨造成不均匀的磨耗和剥离。 技术条件指标 ⑴ 化学成分和残留元素：200km/h钢轨化学成分采用U71Mn，UIC900A，PD3 和BNbRE四个钢种，300km/h钢轨采用欧洲标准EN260，但其成分含量比原钢号成
2015年春季工务系统高速铁路专业知识网络培训思考题 1.什么是周期检修？（《高速铁路有砟轨道线路维修规则》第二章） 答：周期检修指根据线路及其各部件的变化规律和特点，对钢轨、道岔、扣件、道床、无缝线路及轨道几何形位等按相应周期进行的全面检查和修理，以恢复线路完好技术状态。 2.周期检修的基本内容有哪些？（《高速铁路有砟轨道线路维修规则》第二章） 答：（1）线路设备质量动态检查。 （2）轨道几何尺寸静态检查。 （3）扣件、轨枕、道床状态检查。 （4）钢轨探伤。 （5）无缝线路钢轨位移、钢轨伸缩调节器（以下简称调节器）伸缩量的周期观测和分析。 （6）沉降地段轨道状态观测和分析。 （7）精测网检查、复测。 （8）根据线路、道岔、调节器状态，对线路平面、纵断面进行测设和优化，全面起道、拨道、改道、捣固、稳定，调整几何形位，清筛枕盒不洁道床和边坡，改善轨道弹性。 （9）采用打磨列车对钢轨进行预打磨、预防性打磨和修理性打磨。 （10）联结零件成段涂油、复拧。 （11）其他周期性检测的工作。 3.什么是经常保养？（《高速铁路有砟轨道线路维修规则》第二章）
答：经常保养指根据动静态检测结果及线路状态变化情况，进行有计划，有重点的经常性养护，以保持线路质量经常处于均衡状态。 4.经常保养的基本内容有哪些？（《高速铁路有砟轨道线路维修规则》第二章） 答：（1）对轨道质量指数（TQI）超过管理值或成段轨道几何尺寸超过经常保养容许偏差管理值的区段进行修理。 （2）无缝线路应力调整或放散。 （3）根据钢轨表面伤损、光带及线路动态检测情况，对钢轨进行修理。 （4）整修焊缝。 （5）整修伤损的扣件、道岔及调节器等轨道部件。 （6）更换、方正和修理轨枕。 （7）整治道床翻浆冒泥，补充道砟，整理道床。 （8）疏通排水，清除道床杂草。 （9）整治冻害。 （10）精测网维护。 （11）修理、补充和刷新线路标志、标识。 （12）根据季节特点对线路进行重点检查。（13）其他需要经常保养的工作。 5.什么是临时补修？（《高速铁路有砟轨道线路维修规则》第二章） 答：临时补修指对轨道几何尺寸超过临时补修容许偏差管理值或轨道设备伤损状态影响其正常使用的处所进行临时性修理，以保证行车安全和舒适。