本刊特稿30t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究张银花：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，研究员，北京，100081周清跃：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，研究员，博士研究生导师，北京，100081陈朝阳：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，副研究员，北京，100081刘丰收：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，副研究员，北京，100081李闯：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，研究实习员，北京，100081俞喆：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，研究实习员，北京，100081摘要：论述国外重载铁路钢轨技术体系及标准，分析我国重载铁路钢轨使用现状，开展30t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究。针对轨型/单重研究、轨头廓形优化及新廓形75N钢轨的研发、重载1国外重载铁路钢轨技术体系及标准铁路用新钢种钢轨研究、维修养护策略研究、30t轴重钢轨的选用、重载铁路钢轨标准研究进行分世界上重载铁路比较发达的国家铁路运输均以货运析，提出30t轴重铁路钢轨使用单重75kg/m钢轨，为主，列车轴重大多为25t以上，最大轴重为40t。各国直线铺设钢轨强度等级为980MPa或1080MPa,曲依据国情，在钢轨轨型/单重、廓形、强度、维修养护策线铺设钢轨强度等级为1300MP及以上；钢轨廓形略等技术体系及标准上不尽相同。选用新廓形75N钢轨廓面。建议设置试验段，对技北美铁路主要以货运为主，列车轴重大多为33：。术体系进行试验险证。在钢轨轨型/单重方面，2005年以前主要采用136RE钢关键词：30t轴重铁路钢轨；技术体系；标准研究：轨，单重136Ibs/yd(67.5kg/m)。随着重载技术的发重载铁路展，研发了单重141 Ibs/yd(71kg/m)轨型钢轨，以期通过提高钢轨单重延长钢轨使用寿命和减少维修养护工作量。2005一2009年，大量铺用141RE钢轨，使用表明，提高钢轨单重并未获得预期效果，钢轨使用寿命并为满足我国重载铁路的快速发展需要，于2011年未大幅延长。因此，2009年后，北美各铁路公司逐渐以开始对30轴重铁路钢轨技术体系及标准进行研铺用单重136Ibs/yd钢轨为主。在钢轨硬度与强度上，直究，在借鉴国外重载铁路发达国家钢轨技术及标准制线段多铺设轨面硬度>300HB、抗拉强度>980MPa的热定成熟经验基础上，总结分析我国重载铁路钢轨使用现轧钢轨；曲线段多铺设轨面硬度>370HB、抗拉强度>状，开展适应30t轴重铁路钢轨的轨型、廓形、强度级1180MP的热处理钢轨。近年来，从日本进口的少量耐别、维修养护策略、标准等研究，提出我国30t轴重铁磨性能更好的过共析热处理钢轨(HE钢轨)在曲线段路钢轨技术体系及标准。铺设使用。钢轨廓形主要采用136RE廓形钢轨，为改善-16-30t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究张银花等本刊特稿轮轨接触关系，及时优化钢轨轨头廓形。采用合理润滑因是有缝线路，钢轨接头伤损严重。20世纪90年代和摩擦系数控制、针对性打磨及检查与养护制度，最大中后期，大秦铁路逐渐在直线段铺设钢轨强度等级为限度延长钢轨使用寿命。目前，钢轨预防性打磨周期直980MP的微合金热轧钢轨，曲线段铺设钢轨强度等级线段每通过总重6000万~9000万t,中等半径曲线段每为1180MPa及以上的75kg/m全长热处理钢轨，并采用通过总重4000万~6000万：，小半径曲线段每通过总重无缝线路，钢轨的使用寿命有所延长。近年来随着万2000万-~4000万。美国重载铁路直线段钢轨换轨周期约吨列车的开行及年运量的大幅增加，钢轨伤损急剧增为12亿通过总重，曲线段为3亿t通过总重。加。2006年，开展了延长大秦重载铁路钢轨及车轮使用北美铁路最新版本的钢轨标准(AREMA-2011)中寿命的研究，开发了钢轨强度等级980MPa和1080MPa包括115RE及以上7个轨型，但AREMA推荐用于新钢轨的U77MnCr与U78CrV热轧钢轨、1300MPa的热处理钢生产的断面只有115RE、136RE和141RE。钢轨分为轨、钢质更加纯净及夹杂物更少的U75V钢轨、高强热弹普通碳素轨和低合金轨两大类。其中普通碳素轨的热轧性垫板等，并优化了焊接技术，铺设上线后并配以合理态踏面硬度为310HB以上，抗拉强度不低于980MPa,润滑、打磨和养护维修技术，大秦铁路钢轨使用寿命得断后伸长率不低于10%；低合金轨根据所含合金量的到大幅度提高。2005年，铺设的攀钢集团有限公司U75V不同，热轧态有标准强度和中等强度等级。其中标准钢轨累计通过总重达到9亿，直线钢轨累计重伤率约为强度等级钢轨踏面硬度为310HB,抗拉强度不低于5处/km。2007年，铺设了鞍山钢铁集团公司U77MnCr和980MPa,断后伸长率不低于10%；中等强度等级钢轨攀钢集团有限公司U78CrV钢轨，直线（母材+厂焊）重踏面硬度为325HB以上，抗拉强度不低于1010MPa,断伤率在通过总重9亿t时接近2处/km,通过总重17亿t时后伸长率8%以上。标准中对两大类钢轨相应热处理性能接近5处/km,钢轨重伤率大幅降低。目前，在曲线半径及焊接后处理方式也做了明确规定。热处理钢轨的硬度800m的曲线段，钢轨使用寿命可达通过总重12亿！，直均在370HB及以上。此外，对钢轨的合金成分及性能指线段通过总重可达15亿t。图1为2007年以前不同类型钢标，外观尺寸及表面质量，检验内容、方法及频次，钢轨轨头重伤数量，图2为2007年5月一2011年2月K388一轨标识等进行了规定。K410区段采取延长钢轨使用寿命多项措施后，钢轨通过澳大利亚、南非、巴西、俄罗斯等国家的列车轴重总重与重伤率关系。多在25t以上，铺设较大单重(60~68kg/m)、较高强度2.2京包线68kg/m钢轨的使用(>980MPa)和硬度(>300HB)钢轨，曲线段铺设轨2007年，结合廓形优化工作，试制了约7km的面硬度>370HB的钢轨，并进行有效的润滑、打磨、检68kgm钢轨，廓形采用美标136RE廓形，钢种采用美标查和养护。曲线钢轨使用寿命可达10亿t,直线段钢轨的SS钢种，于2007年11月铺设在京包线上，直线段铺设热使用寿命可达15亿t以上。轧钢轨，曲线段铺设热处理钢轨，跟踪了1个完整大修2我国重载铁路钢轨的使用现状周期的钢轨使用情况。由于68kg/m廓形钢轨与我国车1200我国既有铁路多铺用60kg/m钢轨，如北同蒲和大包1000线等。大秦铁路二期改造后，重车线铺用75kg/m钢轨。数2007年，结合廓形优化研究，在大包线铺设68kgm(美600国136RE廓形)钢轨。2005年前，朔黄铁路铺设60kg/m00钢轨，2005年大修换铺75kg/m钢轨。2002.1大秦铁路75kg/m钢轨的使用0大秦铁路开通时，全线铺设钢轨强度等级为2000200120022003200420052006880MPa的普通热轧钢轨，耐磨性能较差。在半径年份500~600m的曲线上，钢轨使用9个月侧磨达17-18mm,图1不同类型轨头重伤数量CHINESE RAILWAYS 2013/06-17-本刊特稿30t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究张银花等18缝线路，而后换铺75kg/m钢轨，为无缝线路。自换铺75kgm钢轨后，钢轨伤损率大幅度下降，与铺设无缝线12路有关，而钢轨单重提高和弯曲应力下降是钢轨寿命延10长直接因素。换铺前后钢轨伤损统计见图3。650045035081012141618300250200图2钢轨通过总重与重伤率关系150100辆良好的轮轨匹配，显示出其优越性。(1)曲线段耐磨性能优良。68kg/m钢轨在7亿t大20032004200520062007200620092010修换轨周期内只更换1次曲线钢轨，铺设60kg/m钢轨需更换2次，个别地段需要更换3次。图3钢轨伤损统计(2）钢轨重伤率降低。68kg/m钢轨通过总重通过对我国既有重载铁路钢轨使用的长期跟踪研881Mt下道时，总重伤率为0.46处/km,比相同条件下究得出以下结论：(1)小半径曲线外股钢轨侧磨是控60kg/m钢轨的重伤率2处/km低得多，也低于大秦重载铁制钢轨寿命的主要因素，应铺设高强度热处理钢轨。路通过总重9亿t时的重伤率4处/m(2005年铺设的攀钢(2）钢轨伤损类型主要为焊接接头重伤和母材轨头核集团有限公司75kg/m钢轨)。伤，铺设60kg/m钢轨的北同蒲线钢轨焊缝和核伤占重伤(3)68kg/m钢轨维修养护工作量比60kg/m钢轨减的60%以上，铺设75kg/m钢轨的大秦重车线钢轨核伤是少约1倍。主要重伤类型。(3)与60kgm钢轨相比，68kgm钢轨(4)根据钢轨重伤发展规律和寿命预测，若按钢显示出母材及焊接接头的重伤率低、维修养护工作量重伤率小于4处km考虑大修换轨周期，68kg/m钢轨少等优越性。(4)在25轴重钢轨条件下，铺设75kgm使用寿命可以超过15亿。钢轨比铺设60kg/m钢轨重伤率明显降低。(5)从技术性、经济性、配套性上考虑，我国铁330t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究路推广使用68kg/m钢轨轨道结构可行。2.3北同蒲线60kg/m钢轨的使用3.1轨型/单重研究北同蒲线为我国既有重载铁路和客货混跑线路，年钢轨整体强度受动弯应力、温度应力和残余应力影运量1.7亿t,列车轴重25t。线路铺设60kg/mU71Mn和响，其综合作用导致钢轨使用过程中发生横向疲劳断裂U75V热轧钢轨，一直未使用热处理钢轨。钢轨的伤损与(核伤)。动弯应力由轮轨力引起，是导致钢轨破坏的大秦铁路钢轨伤损形式类似，主要是钢轨外股侧磨、疲直接因素，动弯应力随着轴重增加而增加，通常随着钢劳核伤、内股压遗、斜裂纹、剥离掉块、螺栓孔裂纹和轨单重的增加，钢轨动弯应力减小。焊接接头伤损等。焊缝伤损和轨头核伤占重伤的60%以在不同单重下，对不同轴重下的弯曲应力（静强上，孔裂伤损比例较高(2009年占重伤的19.2%，2010度)和疲劳强度进行计算，对计算结果进行定性分析得年占12.7%)。由于线路曲线未铺设热处理钢轨，钢轨出结论：60N钢轨承受的弯曲应力与60kgm钢轨基本一使用寿命短。致，75N钢轨与75kg/m钢轨基本一致；60kg/m钢轨与2.4朔黄铁路60kg/m和75kg/m钢轨的使用60N钢轨的弯曲应力最大，68kgm钢轨次之，75kgm钢朔黄铁路年通过总重超过亿吨，列车轴重251，是轨与75N钢轨最小。75kg/m钢轨与75N钢轨在35t轴重时我国运煤专线之一。2005年前铺设60kg/m钢轨，为有的弯曲应力与60kg/m钢轨和60N钢轨在30轴重时相当。-18-