鋼軌鋼

鋼軌鋼(rail steel)，是用於製造機車、起重機等軌道的專業用型鋼。鋼軌按中國國家標準和冶金工業部標準分為鐵路用鋼軌、輕軌、導電鋼軌和起重機鋼軌等。我國鐵路已經形成了高密度、大軸重以及高速度並舉的局面。速度和軸重的同時提高，無疑地對鋼軌的使用性能也提出了更高的要求。鋼軌鋼的質量問題越來越受到人們的廣泛關注。

基本介紹

• 中文名：鋼軌鋼
• 外文名：rail steel
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 作用：用於製造軌道的專業用型鋼
• 分類：鐵路用鋼軌、輕軌、導電鋼軌

介紹

從1997 年到2001 年，我國完成了鐵路的四次大提速。2004 年4 月，鐵道部將對鐵路進行第五次全面大提速。“十五”期間， 鐵道部還將對我國28 條線路完成大規模提速。目前， 我國高速鐵路的建設和發展進入了一個嶄新的階段，鐵路的行車速度普遍提高，秦沈客遠專線時速已達200km/h ，京滬高速鐵路的運行時速將達到300 ～350 km/h 。我國鐵路已經形成了高密度、大軸重以及高速度並舉的局面。速度和軸重的同時提高，無疑地對鋼軌的使用性能也提出了更高的要求。鋼軌鋼的質量問題越來越受到人們的廣泛關注。

分類

鋼軌按中國國家標準和冶金工業部標準分為鐵路用鋼軌、輕軌、導電鋼軌和起重機鋼軌等。

(1)鐵路用鋼軌

在碳素鋼軌基礎上發展了低合金鋼軌。高碳低合金鋼軌比碳素鋼軌強度高，耐磨性、耐壓性、抗脆斷性和抗疲勞斷裂性更好。鐵路用鋼軌品種用38、43、50、60、75kg/m等。在鋼軌生產過程中應特別注意防止白點的產生。

(2)輕軌

主要用於礦業和林業，其品種有5、8、11、15、18、24kg/m。輕軌主要由碳素鋼製造，少部分使用低合金鋼製造。在礦山、井下以及林區等處用的輕軌要求耐腐蝕，為此鋼中加入適量的銅、鉻、磷、釩等合金元素。

(3)導電軌

用於地下鐵路導電的鋼軌，要求有良好的導電性，即15℃ 時電阻率小於0.125μΩ.m.它採用優質低碳鋁鎮靜鋼製造。

(4)起重機鋼軌

用於各種起重機導軌用的特種截面鋼軌，其化學成分和製造工藝與鐵路用鋼軌相同。品種有QU70、QU80、QUl00、QUl20等。

質量問題

目前，鋼軌鋼的主要質量問題有二:一是在外觀質量方面，鋼軌幾何尺寸公差大，軋痕、劃傷、裂痕等表面缺陷多；二是內在質量方面，存在夾雜、偏析等冶金缺陷。這些缺陷成為鋼軌鋼損傷的主要誘因。

鋼軌強度及軋制質量

(1)磨耗與塑性變形問題突出

鐵路曲線段上鋼軌側磨問題突出。在石太線曲率半徑R =300 ～ 400 m 的曲線段上，最短的7～ 8 個月就磨耗到限；在津浦線R =500 ～ 600 m的曲線上，一年半左右鋼軌就要調邊使用，這遠低於線路的大修周期。在直線段上，由於輪軌接觸應力達到或接近鋼軌的屈服極限強度，有的新軌上道3 ～ 6 個月左右軌頭就過早地出現飛邊。

(2)剝離掉塊

由於輪軌接觸疲勞作用，產生疲勞層，從而引起剝離掉塊。主要出現在淬火軌上。隨著鐵路運量和軸重的增加，鋼軌剝離傷快問題也日益突出。

產生鋼軌剝離掉塊主要是由於鋼軌材質不純、淬火工藝不當、軌底坡設定及塗油工藝不當等因素引起的。廣州、北京等鐵路局採取加楔形膠墊調整軌底坡、間斷塗油讓較輕剝離部位磨掉等措施來防止剝離掉塊的發生，取得了較好效果。

(3)波浪磨耗

波浪磨耗是指鋼軌踏面在全長出現周期性高低不平的波狀磨耗，而軌頭下顎和整個斷面仍保持平直。波浪磨耗在石太線、豐沙線、大秦線等運煤專線上問題比較突出，在廣深準高速線路上，也開始出現，並且表現較為嚴重。

影響波浪磨耗(簡稱波磨)的因素較多，第一類因素影響波磨的形成，即決定輪對粘滑振動是否出現；第二類影響波磨的發展，即加劇或減緩粘滑的振動強度、加強或減弱不均勻磨損的累加效應。一般來講，許多在波磨形成過程中起作用的因素，對波磨的發展也有決定性影響。有些因素雖影響波磨發展速率，但並不決定波磨是否形成，控制這些因素也可有效減緩波磨。

預防波磨的關鍵，一是消除曲線地段輪對的粘滑振動；二是消除由粘滑振動引起的鋼軌不均勻磨損的累加效應。

為了減緩波磨，常採用如下措施:

①減小軌道不平順。減小軌道不平順對減緩波磨及其他輪軌病害均十分有利。減小軌道不平順可減少粘滑振動的發生的機率及鋼軌不均勻磨損的累加效應，從而有效地控制波磨發展速率。減小軌道不平順主要是指減少諸如鋼軌接頭、軌面剝離、擦傷及鋼軌死彎等脈衝不平順。脈衝不平順導致輪軌衝擊，引發輪對粘滑振動，是對波磨形成和發展影響最大的軌道不平順。計算表明，在完全平順的軌道上，貨車在半徑600 m 以上的曲線地段幾乎不會發生輪對粘滑振動，但因接頭不平順的作用，在半徑2 000 m 的曲線上也可能發生輪對粘滑振動。多數波磨從接頭附近始發的現象說明了這一點。

②加大軌道彈性、提高軌道阻尼。軌道增彈減振對減少輪軌其他病害也是有利的。增加軌道彈性可有效地減小輪對粘滑振動發生的機率；而提高軌道阻尼則可明顯降低波磨的發展速率。

③適當降低曲線地段外軌超高。過超高加大輪對粘滑振動，而欠超高抑制甚至消除輪對粘滑振動。車速較低且軸重較大的貨車對波磨形成和發展的影響最大。因此，在主要運行貨車的線路上，外軌且主要出現磨損型波磨的曲線地段鋪設淬火軌，可採用儘量降低外軌超高的辦法減緩波磨。

④鋼軌倒換。輪對在曲線上可能發生粘滑振動從而形成波磨，但在直線上，發生粘滑振動的機率卻很小，說明直線地段波磨形成和發展的條件不充分。如將曲線地段的波磨軌倒換至直線上，因粘滑振動消失，磨耗功顯著降低，波磨的發展將得到明顯抑制。

⑤鋼軌打磨。鋼軌打磨是減緩波磨最有效的措施之一。波磨一旦出現，又反過來激化和加劇輪對粘滑振動，促進波磨進一步發展，波深越大則波磨發展越快，構成惡性循環。鋼軌打磨中斷了這種惡性循環的發展過程，減緩了波磨發展速率。

⑥提高鋼軌材質強度及耐磨性能。提高鋼軌耐磨性能，是最主要的減緩措施之一。輪對粘滑振動是波磨的成因，但波磨的形成和發展卻表現為鋼軌不均勻磨損或不均勻塑性變形的逐步累積。能夠減緩軌頭磨損和塑性變形的措施就能減緩波磨，鋼軌耐磨性能的提高，無疑會延緩波磨的形成與發展過程。

⑦增大輪對軸的剛度。輪對軸的剛度偏小是易於激發輪對粘滑振動的因素之一，如採用空心車軸，並增加軸徑，使軸剛度提高1 倍，可有效地抑制鋼軌波磨。

⑧增大一系懸掛阻尼。設定一系懸掛的機車和客車，一系無阻尼或阻尼偏小是激發輪對粘滑振動的主要因素。因此，增設或加大一系阻尼是有效減緩波磨的措施之一。也是迅速衰減輪軌衝擊振動，減緩輪軌系統中其他病害的重要技術措施。

⑨控制塗油潤滑。以減緩曲線外軌側磨為目的的輪緣或軌側塗油潤滑，對減緩波磨是不利的。同時，過量塗油對減緩鋼軌剝離也不利。因此，塗油潤滑絕不是越勤越好。但目前對合理的塗油工工藝還缺乏深入系統的研究。

(4)核傷

起源於軌頭走行面下一定深度範圍處的內部疲勞裂紋，在鋼軌的傷損中占有一定的比例。鋼軌疲勞傷損以軌頭核傷為多，它隨著通過總重的增加而增多。疲勞裂紋源常由夾雜物開始，微裂紋逐漸發展為核傷且表面傷損貫通，氧化形成黑核。

因此，延長鋼軌使用壽命，減少核傷的關鍵在於提高鋼質純淨度。核傷軌的特點是:高坡及曲線地段核傷較多，曲線磨損量較少及曲線鋼軌下股發生核傷較多。

橫向疲勞斷裂和脆性斷裂

雖然占的比例非常小，但客觀上存在危害極大，產生的原因:由鋼軌的低倍缺陷或表面缺陷引起的橫向疲勞裂紋；由馬氏體引起的鋼軌橫向疲勞斷裂；由鋼軌軌顎的輾堆造成的鋼軌橫向疲勞斷裂；由軌底存在的外傷引起鋼軌橫向疲勞斷裂。

螺栓孔裂紋

螺栓孔裂紋占重傷鋼軌的40 %以上，屬疲勞傷損。由於鋼軌螺栓孔部位存在冶金缺陷，其周邊易產生局部應力集中，導致裂紋萌生，疲勞擴展，造成鋼軌斷裂。應加強螺栓孔倒棱，引進螺栓孔冷擴張技術等來防止螺栓孔裂紋的產生。

軌頭踏面線紋，縱向裂紋及劈裂

所謂線紋是指在鋼軌表面存在微細裂紋，屬表面缺陷。這種裂紋在熱軋後的鋼軌上由於氧化鐵皮的覆蓋，在新軌上道初期有時難以發現；待使用一段時間後，經列車車輪輾壓，表面氧化皮被磨掉而使線紋、裂紋暴露出來。線紋、裂紋的特徵是呈現深淺不等、數量為一至多根成簇分布並沿軋制方向縱向排列。線紋的長度有0.5 ～ 18 m ，現場發現最深為7 mm ，一般在0.2 ～ 2 mm ，而且在軌頭發現，軌底數量少。

產生原因主要是鋼錠的皮下氣泡、超深的表面氣孔、淺的凹坑、鋼坯表面清理過深及軌溫不均或在軋制過程中出現的耳子等。若線紋、裂紋深度較淺，鋼軌磨耗速度大於裂紋擴張速度時則軌頭表面的線紋有可能被磨掉；若線紋、裂紋較深，有可能逐漸擴張為裂紋、剝離直至斷軌。

鋼軌的純淨度

碳含量

對於鋼軌鋼生產，既要保證其具有足夠高的強度，又要致力於提高其韌性。為此，不能靠單獨提高含碳量，而是應該採取合金化的途徑，即發展中碳多元合金化高強度高韌性鋼軌鋼。鋼軌淬火是提高鋼軌強度、韌性、耐磨性，延長使用壽命的有效途徑。國外熱處理鋼軌的實際碳質量分數:日本為0.76 %～ 0.81 %，俄羅斯為0.71 %～0.80 %，盧森堡為0.78 % ～ 0.82 %，英鋼聯為0.76 %～ 0.77 %，奧鋼聯為0.75 %～ 0.81 %，碳質量分數最大波動範圍為0.09 %，最小為0.01 %。我國鋼軌:U74 的碳質量分數為0.67 %～ 0.80 %，U71Mn 為0.65 % ～ 0.77 %，PD3 為0.70 %～ 0.78 %，BNbRE 為0.70 %～ 0.82 %，最大波動範圍0.13 %，最小為0.08 %。由於碳含量波動範圍大，淬火工藝參數難以控制，不能充分發揮淬火的技術優勢，鋼軌的內在性能未能通過淬火充分發揮出來，甚至稍有不慎就會出現馬氏體。因此，碳含量波動範圍應進一步減小。

硫、磷含量

提高鋼軌純淨性必然伴隨著鋼軌成本的提高，因此不同線路用鋼軌往往對純淨性的要求不同。眾所周知，鋼中有害元素P 、S 含量可以從一個側面反映對純淨性的要求，日本JIS 鋼軌標準規定，抗拉強度等級為687 MPa 和736 MPa 的鋼軌，要求w [ P] ≤0.045 %，w[ S] ≤0.05 %，而對抗拉強度等級為804 MPa 的鋼軌，要求w [ P] ≤0.03 %，w [ S] ≤0.025 %。EN 鋼軌標準規定:對軌頭表面硬度為200HB 的鋼軌，P 、S 質量分數不大於0.035 %；對軌頭表面硬度為220 ～ 260HB 的鋼軌，P 、S 質量分數≤0.025 %；而對合金軌及熱處理軌則要求w [ P] ≤ 0.020 %，w [ S] ≤0.025 %。

提高鋼軌純淨度可以進一步提高鋼軌接觸疲勞性能，減小鋼軌使用中核傷的出現機率。目前國外先進國家鋼軌硫、磷含量比較低，而我國目前還規定為w [ S] ≤0.040 %，w [ P] ≤0.035 %，需要進一步降低S 、P 含量，向國際標準靠攏。

夾雜物

(1)夾雜物分布的影響

大量的鋼軌失效分析表明，夾雜物在鋼軌中的分布位置是影響鋼軌破損類型的主要因素:

①當夾雜物出現在踏面表層或亞表層時，易在鋼軌局部踏面形成深層剝離掉塊類型的疲勞損傷，即“局部剝離” ，深度可達4 ～ 5 mm ，而局部剝離坑易產生橫向裂紋，從而形成“起源於軌頭表面的橫向疲勞裂紋型核傷” 。

②當夾雜物位於踏面下5 ～ 12 mm 時，易形成“縱橫裂型核傷” 。

③當夾雜物(主要是低倍夾雜和白點)位於踏面下較深位置時，易形成“起源於軌頭內部的橫向疲勞裂紋型核傷” 。

④當夾雜物沿軌頭縱向分布時，易形成軌頭縱裂。

⑤當夾雜物出現在軌腰時，易形成軌腰縱裂。

⑥當夾雜物出現在軌底時，易形成軌底縱裂或橫向折斷。

(2)夾雜物種淚的影響

鋼軌中不同種類的夾雜物對鋼軌破損程度的影響不同:

①氧化鋁

在各類夾雜物中，鏈狀氧化鋁無疑最為有害。大量檢驗分析結果表明，鏈狀氧化鋁夾雜是形成條狀疲勞裂紋源進而導致核傷的主要原因，因而國外鋼軌標準對氧化鋁夾雜物數量有嚴格要求。

②矽酸鹽

矽酸鹽的危害性也較大，除誘發核傷外，還是造成鋼軌局部深層剝離的主要原因，國外鋼軌標準對矽酸鹽數量也有限制。

③硫化物

相比之下，鋼軌疲勞損傷對硫化物的敏感程度不及上述兩類氧化物。因此，就提高鋼軌疲勞性能而言，改善氧化物夾雜的純淨度比改善硫化物的純淨度更為有效。

④低倍夾雜和白點等低倍缺陷

鋼軌中的低倍夾雜、白點等低倍缺陷，是形成內部橫向疲勞裂紋的主要原因，嚴重危及行車安全，須嚴格加以限制。

(3)夾雜物尺寸或數量的影響

關於夾雜物導致內疲勞缺陷的臨界尺寸，目前還無定論，但普遍認為，隨著軸重提高或速度提高(即動載荷增大)，引起鋼軌疲勞損傷的夾雜物臨界尺寸將減小。

結合現代鋼軌生產技術和高速鐵路發展制訂的EN 鋼軌標準中，對氧化物夾雜提出了嚴格要求，規定鋼中氧化鋁夾雜物里小於10 μm 的為95 %以上，而大於10 μm 小於20 μm 的不得超過5 %。

鋼軌的外形尺寸

由於速度的提高對鋼軌表面的平順性要求更加嚴格。在實際鋼軌交貨中，端頭不平順還要大些，特別是目前鋼軌端頭，矯直存在暗面，使鋼軌的焊接平順性達不到要求。目前規定快速線路鋼軌焊接表面平順性0.3 mm/m(向上)，實際上很難做到。輪軌動力測試結果表明，在接頭處均出現應力峰值。因此，提高鋼軌表面平順性是提速線路的迫切需要。

情況調查

PD3 鋼軌生產中的損傷

王清泰針對攀鋼PD3 鋼軌在大生產初期出現的鋼軌矯段、鋼坯斷裂及鋼坯過燒問題，運用巨觀觀察和金相方法，分析了材料失效的主要原因。認為是:

(1)鋼軌表面結疤和冷傷缺口以及擦傷產生的淬火馬氏體是鋼軌矯段的主要原因。減少各種表面缺陷和嚴重冷擦傷，可以有效地減少鋼軌矯段。

(2)鋼坯斷裂是鋼坯經火焰清理產生的淬火馬氏體。在後來的鋼坯運輸過程中所處位置受到過大彎曲拉應力的結果，確保清理溫度和避免鋼坯受過大拉應力，可減少鋼坯斷裂。此外，提高鋼坯表面質量，減少清理面積，也能減少鋼坯斷裂的隱患。

(3)鋼坯過燒，主要是軋前的加熱操作不適當造成。減少PD3 鋼坯過燒的方法，是比U71Mn 更嚴格控制加熱溫度和在高溫下的停留時間。

PD2 鋼軌的損傷

李建萍等 針對PD2 鋼軌在實際使用過程中出現的損壞開裂情況，對不同爐號、不同服役道路位置的鋼軌進行了巨觀和微觀的全面檢測和分析。發現PD2 鋼軌表面損傷情況主要呈現為多處人字型傷損，兩個人字型傷損距離大小約為55 ～150 mm ，單個人字型傷損大約為60 mm ×30 mm×11 mm(長×寬×深)。出現這種損傷的原因是PD2 鋼軌的最終組織中含有硬度偏低組織———索氏體組織，鋼軌的硬度平均值為HB 311 ，低於GB2585-81 國際規定硬度值HB 390 ，造成了鋼軌材料的抗拉強度σb 性能下降，從而降低了鋼軌的疲勞極限σ-1 ；另外，鋼軌表面的晶粒變形嚴重，其晶粒已呈纖維狀，造成鋼軌橫向力學性能下降，即鋼軌承受主應力方向力學性能變壞。

鋼軌斷裂

2001 年7 月，在黔桂線K9 +595 m 處一鋼軌突然發生橫向斷裂。該鋼軌為U71Mn 60 kg/m ，25 m 螺栓孔定尺軌，於1999 年12 月鋪設線上路上使用至斷裂共服役19 個月，斷裂位置距軌端2.82 m 。

鄧建輝等採用電子顯微鏡和光學顯微鏡對該鋼軌進行了宏、微觀檢驗。結果表明，鋼軌斷裂起源於軌底一側軌腳外傷缺陷處，造成該鋼軌斷裂的原因是鋼軌一側軌腳的外傷缺陷及其馬氏體和萊氏體組織。

鋼軌裂縫

柳州鐵路局在進行鋼軌線路焊接打磨時，發現一支U71Mn 60 kg/m 鋼軌端面軌底腳部位有一嚴重裂縫缺陷，鄧建輝經研究認為，鋼軌中的空洞型裂縫是與鋼軌表面不相通的封閉型缺陷，是鑄錠時保護渣捲入鋼水中形成的大型夾渣所造成的。由於鋼軌內部軌底腳邊沿屬現行超音波探傷盲區，探傷檢測難以發現；但這類缺陷危害極大，嚴重危及行車安全。因此對目前的超音波探傷方法應進行改進，在軌底腳部位設定探頭，以避免探傷檢測出現漏檢。

鋼軌使用後的表層組織與性能

鋼軌投入使用後，在鋼軌表面和車輪接觸部位呈現出肉眼可見的白色，該白色部位在侵蝕劑中不受侵蝕，故稱為白層。對白層的形成原因目前還沒有定論。一種觀點認為白層的形成是高速列車區間由於車輪在鋼軌踏面上打滑而造成的，但在極少發生打滑區段的鋼軌表面同樣存在白層。另一研究認為，高速列車區間鋼軌表面形成白層，其組織為納米結構等。

趙秀娟等通過對使用後的U74 鋼軌表面形成的白層組織進行分析表明，運行約3 年的鋼軌，由表面至心部顯微組織變化為:第一層為白層(約40～ 70 μm)；第二層為珠光體變形層(約65 ～ 90μm)；第三層為珠光體未變形硬化層(約130 μm)；白層顯微硬度在距表面40 μm 處，硬度最高約達800 HV ，比心部硬度高2 倍多。通過X 射線衍射、透射電鏡形貌和選區電子衍射分析，確認白層的組織為過飽和碳的單相的α-Fe 、晶粒顯著細化，有納米級晶粒形成，約40 nm(衍射花樣為球狀)。

國外學者對鋼軌滾動接觸疲勞的認識

2000 年底至2001 年初大面積鋼軌滾動接觸疲勞引起了英國鐵路斷線。對此，英國皇家工程院院士史密斯認為，鋼軌滾動接觸疲勞由三部分組成:輪軌接觸面表面引起的初級裂紋；由接觸應力場引起的淺腳裂縫的發展；鋼軌內部深層次大面積的應力場裂縫的延伸。這三個因素在轉換時就產生了開裂的可能。另外自然磨耗或打磨產生的磨耗也可能促進裂紋的發展。

其他鋼軌損傷情況調查

1 　寶蘭二線鋼軌波浪彎曲情況

2002 年6 月發現鋪設於寶蘭二線的包鋼產U74 60 kg/m 鋼軌淬火後經過半年多運營，出現大量波浪彎曲，波長周期沒有規律性。目測有波浪彎曲鋼軌2192 支，占目測鋼軌的37.17 %。

2 　發現的其他線路鋼軌波浪狀彎曲傷損狀況

(1)上局蘇州工務段滬寧線下行K59 處鋪設使用的PD3 鋼軌，在運營初期出現鋼軌的周期性垂直彎曲，造成線路不平順。

(2)廣深準高速鐵路使用U71Mn 鋼軌段，自開通運營以來鋼軌波浪狀不平順較為嚴重。

(3)鄭州鐵路局京廣線使用同一鋼廠生產的PD3 鋼軌，在低速時未發現異常，但自1999 年快速列車開行後，發現鋼軌軌面呈明顯的波浪狀不平順。

(4)青島工務段1998 、1999 年鋪設的U74 60kg/m 鋼軌部分路段，在運營短時間內並沒有發現明顯的波浪彎曲。1999 年7 月檢查時發現鋼軌有明顯的波浪彎曲。隨著列車的提速，這種波浪彎曲表現愈來愈明顯。

(5)2001 年秦瀋客運專線綜合試驗段，在鋪設攀鋼和鞍鋼PD3 鋼軌試驗段，年檢發現鋼軌有3 m 左右的周期性不平順，而對法國鋼軌試驗段區間檢查未發現3 m 左右的周期性不平順。

鋼軌鋼的發展趨勢

由於列車速度和重量的同時提高，使用部門對鋼軌綜合性能提出了越來越高的要求，要求鋼軌向重型化、強韌性、純淨化和高精度化發展。

重型化

鋼軌重型化增加了鋼軌的剛度，列車作用於鋼軌上的壓力可分散在較多的軌枕上，從而減少了軌枕、道床及路基的應力。同時，由於鋼軌剛度的增加，其動力縱斷面比較平順，產生的附加壓力相應減弱，軌道結構殘餘變形積累也相應減少。從對軌道的動力測試結果及計算得出:鋼軌越重，鋼軌非接頭區的附加動力值越小，若以50 kg/m鋼軌附加動力值為1 ，則43 kg/m 鋼軌為1.08 ，60kg/m 鋼軌為0.89 ，75 kg/m 鋼軌為0.82 。可見，採用重型鋼軌可以提高軌道結構承載能力，延長線路大修周期，具有明顯的技術經濟效益。

由於鋼軌重型化後，鋼軌接觸疲勞傷損占傷損總數的比例提高。因此，必須同時增加鋼軌抗磨性及抗接觸疲勞能力，對其材質，尤其是軌頭部分進行強韌化處理。根據經驗可概略地認為43 kg/m 、50 kg/m 、60 kg/m 、75 kg/m 重軌每提高一級可提高運量50 %或以上，軌重增加，不僅可以提高貨運密度，延長重軌使用壽命，而且可以節約鋼材。 用60 kg/m 重軌代替50 kg/m重軌可以節約鋼材28 %，用75 kg/m 重軌代替50kg/m 重軌鋪設嚴重超負荷線路，可以節約鋼材35.71 %。

強韌化純淨化

經實測，輪徑840 mm ，軸重21 t 的貨車在平順軌道上正常運行時，其輪軌接觸應力可達到1 230 MPa以上。而目前，普通碳素鋼軌極限強度U71Mn 為880 MPa ，U74 為780 MPa ，淬火後也只能達到1 100 ～ 1 200 MPa 。因此，即使在現有運營情況下，鋼軌的強度已不適應。

從鋼軌服役情況看，傷損情況較為嚴重，表現在軌頭側向和垂直磨耗速度過快，剝離、壓潰、波磨，甚至發生早期斷裂。在全國範圍內，曲線上股鋼軌波磨範圍逐年增大，已成為影響鋼軌壽命和行車安全的重要因素。上述鋼軌存在的問題，從鋼軌材質方面分析，主要是強度低、韌性差，夾雜物多，易形成疲勞裂紋源，導致鋼軌早期失效。因此，今後鋼軌應從強韌化和純淨化作為主要努力方向。解決這個問題的出路應從強韌化和純淨化入手。其主要措施:

(1)發展強度比U71Mn 高一等級的鋼軌，如攀鋼生產的PD3 高碳微釩軌和包鋼生產的含鈮稀土軌。這兩種鋼軌的抗拉強度已達980 MPa 的水平，可以滿足一般線路的需要。到目前為止，PD3 鋼軌已鋪設50 萬t ，稀土軌從1998 年推廣以來，已上道1.5 萬t 。考慮到酸雨氣候和長大隧道的需要，研製高強耐蝕鋼軌也很有套用前景。

(2)大力發展全長淬火鋼軌。這是鐵道部實行的一項主要技術路線。淬火軌比軋態軌成本增加不到10 %，但使用壽命延長一倍，這樣的技術路線符合低成本的要求。隨著列車軸重的增加，尤其要研製σb ≥1 300 MPa 、σs ≥980 MPa 的超高強度鋼軌，以滿足小半徑曲線及繁忙、重載線路的需要。PD3 鋼軌和稀土鋼軌經全長淬火能夠適合鐵路重載、繁忙幹線的需要。

(3)鋼質的純淨化是鋼軌重型化、強韌化的基礎。我國鋼軌生產廠經過技術改造，已具備了控制雜質總量的條件。對夾雜物的要求:200 km/h 鋼軌A 類≤2.5 級，B 、C 、D 類≤1.5 級；300 km/h 鋼軌A 類≤2 級，B 、C 、D 類≤1 級。

(4)關於鋼軌金相組織。選擇鋼軌最佳金相組織越來越被世界鋼軌界重視。現階段，就獲得較好的強度和韌性而言，細珠光體組織應為理想選擇。從長遠看，珠光體鋼軌組織進一步細化應為努力的方向。鑒於低碳貝氏體鋼研究活躍，因此，低碳貝氏體鋼軌也可作為基礎性研究開展，以解決珠光體鋼軌進一步提高強度因其本身受到局限的問題。

(5)對冶金技術的其他要求。通過控軋控冷細化晶粒，防止晶界脆化，降低高強度鋼軌對延遲斷裂的敏感性；控制凝固過程，達到鋼軌材質均勻化；調整化學成分，提高高強鋼軌的焊接性能；添加合金元素進一步提高鋼軌耐磨性能等，都是提高鋼軌使用性能的有效措施。

此外，在發展高強和耐磨鋼軌問題上有兩點需要冶金行業和鐵路行業共同注意:一個是高強鋼軌的焊接問題。我國鋪設無縫線路已超過2.5萬km ，占我國鐵路延長長度的1/3 ，鋼軌在服役過程中折斷部位經常發生在焊接區域。另一個是關於磨耗問題。要選擇輪軌關係的最佳配合，統籌考慮。鋼軌並非越硬越好，而是需要一定的磨耗速率，否則最大接觸應力反覆出現在鋼軌同一部位，會產生疲勞源而引起剝離掉塊。

高精度化

主要涉及兩方面問題:斷面尺寸公差和平直度。我國現有鋼軌標準中關於斷面尺寸公差、平直度、扭曲及鋸切、鑽孔公差比EN 標準落後，滿足不了提速和高速鐵路的要求。為此，1999 年鐵道部已出台了200 km/h 和300 km/h 的鋼軌暫行技術條件。

應該講，我國目前鋼軌軋制水平尚不能完全達到規定的要求，特別是斷面對稱性和平直度的要求。應採取的基本措施包括:第一，採用萬能軋機軋制；第二，垂直、水平聯合矯直和軌端四面液壓矯直；第三，採用線上雷射測試儀器嚴格監控和檢查。

總結

迄今為止，我國已對鋼軌鋼的生產、材質和性能等進行了廣泛研究，鋼軌鋼的質量明顯提高，但與國外同類產品相比，尚存在著較大差距。為了滿足我國鐵路重載、高速化的發展需求，跟上國際鋼軌鋼的發展潮流，提高我國鋼軌鋼產品實物質量和市場競爭力，生產出內部質量高純淨度，斷面尺寸高精度，全長高平直度和良好可焊性的鋼軌鋼，將是我國鋼軌鋼發展永恆的主題。