30 t軸重鐵路鋼軌技術(shù)體系及標(biāo)準(zhǔn)研究（可編輯）

1、30 t軸重鐵路鋼軌技術(shù)體系及標(biāo)準(zhǔn)研究 軸重鐵路鋼軌技術(shù)體系及標(biāo)準(zhǔn)研究研究員,北京,張銀花: 中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所,周清躍: 中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所, 研究員,博士研究生導(dǎo)師,北京,中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所, 副研究員,北京,陳朝陽:副研究員,北京,劉豐收: 中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所,李闖: 中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所, 研究實習(xí)員,北京,中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所, 研究實習(xí)員,北京,俞醅:摘要:論述國外重載鐵路鋼軌技術(shù)體系及標(biāo)準(zhǔn),分析我國重載鐵路鋼軌使用現(xiàn)狀,開展 軸重鐵路鋼軌技術(shù)體系及標(biāo)準(zhǔn)研究。針對軌型/單重研究、軌頭廓形優(yōu)化

2、及新廓形鋼軌的研發(fā)、重載國外重載鐵路鋼軌技術(shù)體系及標(biāo)準(zhǔn)鐵路用新鋼種鋼軌研究、維修養(yǎng)護策略研究、軸重鋼軌的選用、重載鐵路鋼軌標(biāo)準(zhǔn)研究進行分 世界上重載鐵路比較發(fā)達的國家鐵路運輸均以貨運析,提出 軸重鐵路鋼軌使用單重 /鋼軌, 為主,列車軸重大多為 以上,最大軸重為 。各國直線鋪設(shè)鋼軌強度等級為 或 ,曲 依據(jù)國情,在鋼軌軌型/單重、廓形、強度、維修養(yǎng)護策線鋪設(shè)鋼軌強度等級為 及以上;鋼軌廓形 略等技術(shù)體系及標(biāo)準(zhǔn)上不盡相同”。】。選用新廓形鋼軌廓面。建議設(shè)置試驗段,對技 北美鐵路主要以貨運為主,列車軸重大多為術(shù)體系進行試驗驗證。 在鋼軌軌型/單重方面,年以前主要采用 鋼關(guān)鍵詞: 軸重鐵路鋼軌;技術(shù)

3、體系;標(biāo)準(zhǔn)研究;軌,單重/./。隨著重載技術(shù)的發(fā)重載鐵路展,研發(fā)了單重/ /軌型鋼軌,以期通過提高鋼軌單重延長鋼軌使用壽命和減少維修養(yǎng)護工作量。年,大量鋪用 鋼軌,使用表明,提高鋼軌單重并未獲得預(yù)期效果,鋼軌使用壽命并年 未大幅延長。因此,年后,北美各鐵路公司逐漸以?滿足我國重載鐵路的快速發(fā)展需要,于/開始對 軸重鐵路鋼軌技術(shù)體系及標(biāo)準(zhǔn)進行研 鋪用單重/鋼軌為主。在鋼軌硬度與強度上,直的熱究,在借鑒國外重載鐵路發(fā)達國家鋼軌技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)制 線段多鋪設(shè)軌面硬度 、抗拉強度定成熟經(jīng)驗基礎(chǔ)上,總結(jié)分析我國重載鐵路鋼軌使用現(xiàn) 軋鋼軌;曲線段多鋪設(shè)軌面硬度 、抗拉強度狀,開展適應(yīng) 軸重鐵路鋼軌的軌型、廓形、

4、強度級 的熱處理鋼軌。近年來,從本進口的少量耐別、維修養(yǎng)護策略、標(biāo)準(zhǔn)等研究,提出我國/重鐵 磨性能更好的過共析熱處理鋼軌鋼軌在曲線段路鋼軌技術(shù)體系及標(biāo)準(zhǔn)。 鋪設(shè)使用。鋼軌廓形主要采用 廓形鋼軌,為改善. .萬方數(shù)據(jù)軸重鐵路鋼軌技術(shù)體系及標(biāo)準(zhǔn)研究張銀花等輪軌接觸關(guān)系,及時優(yōu)化鋼軌軌頭廓形。采用合理潤滑 因是有縫線路,鋼軌接頭傷損嚴(yán)重。世紀(jì)年代和摩擦系數(shù)控制、針對性打磨及檢查與養(yǎng)護制度,最大 中后期,大秦鐵路逐漸在直線段鋪設(shè)鋼軌強度等級為的微合金熱軋鋼軌,曲線段鋪設(shè)鋼軌強度等級限度延長鋼軌使用壽命。目前,鋼軌預(yù)防性打磨周期直萬一 為 及以上的線段每通過總重 萬,中等半徑曲線段每/全長熱處理鋼軌,并

5、采用萬通過總重 萬,小半徑曲線段每通過總重 無縫線路,鋼軌的使用壽命有所延長。近年來隨著萬萬 萬。美國重載鐵路直線段鋼軌換軌周期約 噸列車的開行及年運量的大幅增加,鋼軌傷損急劇增加。年,開展了延長大秦重載鐵路鋼軌及車輪使用為通過總重,曲線段為通過總重。和北美鐵路最新版本的鋼軌標(biāo)準(zhǔn)一 中 壽命的研究,開發(fā)了鋼軌強度等級包括 及以上個軌型,但推薦用于新鋼軌 的與熱軋鋼軌、 的熱處理鋼、 和 。鋼軌分為 軌、鋼質(zhì)更加純凈及夾雜物更少的鋼軌、高強熱彈生產(chǎn)的斷面只有性墊板等,并優(yōu)化了焊接技術(shù),鋪設(shè)上線后并配以合理普通碳素軌和低合金軌兩大類。其中普通碳素軌的熱軋態(tài)踏面硬度為 以上,抗拉強度不低于 , 潤滑

6、、打磨和養(yǎng)護維修技術(shù),大秦鐵路鋼軌使用壽命得斷后伸長率不低于%;低合金軌根據(jù)所含合金量的 到大幅度提高。年,鋪設(shè)的攀鋼集團有限公司鋼軌累計通過總重達億,直線鋼軌累計重傷率約為不同,熱軋態(tài)有標(biāo)準(zhǔn)強度和中等強度等級。其中標(biāo)準(zhǔn)強度等級鋼軌踏面硬度為 ,抗拉強度不低于 處/。年,鋪設(shè)了鞍山鋼鐵集團公司和攀鋼集團有限公司鋼軌,直線母材廠焊重,斷后伸長率不低于%;中等強度等級鋼軌傷率在通過總重寸接近處/,通過總重時踏面硬度為 以上,抗拉強度不低于 ,斷接近處/,鋼軌重傷率大幅降低。目前,在曲線半徑后伸長率%以上。標(biāo)準(zhǔn)中對兩大類鋼軌相應(yīng)熱處理性能的曲線段,鋼軌使用壽命可達通過總重,直及焊接后處理方式也做了明

7、確規(guī)定。熱處理鋼軌的硬度均在 及以上。此外,對鋼軌的合金成分及性能指 線段通過總重可達。圖為年以前不同類型鋼軌軌頭重傷數(shù)量,圖為年月一 年月一標(biāo),外觀尺寸及表面質(zhì)量,檢驗內(nèi)容、方法及頻次,鋼區(qū)段采取延長鋼軌使用壽命多項措施后,鋼軌通過軌標(biāo)識等進行了規(guī)定?？傊嘏c重傷率關(guān)系壚。澳大利亞、南非、巴西、俄羅斯等國家的列車軸重.京包線 /鋼軌的使用多在以上.鋪設(shè)較大單重/、較高強度的年,結(jié)合廓形優(yōu)化工作,試制了約和硬度鋼軌,曲線段鋪設(shè)軌廓形,鋼種采用美標(biāo)面硬度 的鋼軌,并進行有效的潤滑、打磨、檢 /鋼軌,廓形采用美標(biāo)月鋪設(shè)在京包線上,直線段鋪設(shè)熱查和養(yǎng)護。曲線鋼軌使用壽命可達,直線段鋼軌的 鋼種,于年軋

8、鋼軌,曲線段鋪設(shè)熱處理鋼軌,跟蹤了個完整大修使用壽命可達億以上。周期的鋼軌使用情況【。由于/廓形鋼軌與我國車我國重載鐵路鋼軌的使用現(xiàn)狀我國既有鐵路多鋪用 /鋼軌,如北同蒲和大包線等。大秦鐵路二期改造后,重車線鋪用 /鋼軌。年,結(jié)合廓形優(yōu)化研究,在大包線鋪設(shè) /美國 廓形鋼軌。年前,朔黃鐵路鋪設(shè)/鋼軌,年大修換鋪/鋼軌。.大秦鐵路 /鋼軌的使用大秦鐵路開通時,全線鋪設(shè)鋼軌強度等級為的普通熱軋鋼軌,耐磨性能較差。在半徑圖不同類型軌頭重傷數(shù)量的曲線上,鋼軌使用個月側(cè)磨達,/,:毫。薹苧; . .萬方數(shù)據(jù)軸重鐵路鋼軌技術(shù)體系及標(biāo)準(zhǔn)研死倀銀彳也守縫線路,而后換鋪/鋼軌,為無縫線路。自換鋪/鋼軌后,鋼軌傷

9、損率大幅度下降,與鋪設(shè)無縫線路有關(guān),而鋼軌單重提高和彎曲應(yīng)力下降是鋼軌壽命延長直接因素。換鋪前后鋼軌傷損統(tǒng)計見圖。圖鋼軌通過總重與重傷率關(guān)系輛良好的輪軌匹配,顯示出其優(yōu)越性。曲線段耐磨性能優(yōu)良。/鋼軌在億大修換軌周期內(nèi)只更換次曲線鋼軌,鋪設(shè)/鋼軌需圖鋼軌傷損統(tǒng)計更換次,個別地段需要更換次。通過對我國既有重載鐵路鋼軌使用的長期跟蹤研鋼軌重傷率降低。 /鋼軌通過總重究得出以下結(jié)論:小半徑曲線外股鋼軌側(cè)磨是控下道時,總重傷率為.處/,比相同條件下制鋼軌壽命的主要因素,應(yīng)鋪設(shè)高強度熱處理鋼軌。/鋼軌的重傷率處/低得多,也低于大秦重載鐵路通過總重億時的重傷率處/年鋪設(shè)的攀鋼 鋼軌傷損類型主要為焊接接頭重

10、傷和母材軌頭核集團有限公司傷,鋪設(shè)/鋼軌的北同蒲線鋼軌焊縫和核傷占重傷/鋼軌。的%以上,鋪設(shè)/鋼軌的大秦重車線鋼軌核傷是/鋼軌維修養(yǎng)護工作量 /鋼軌減少約倍。 主要重傷類型。與/鋼軌相比, /鋼軌根據(jù)鋼軌重傷發(fā)展規(guī)律和壽命預(yù)測,若按鋼 顯示出母材及焊接接頭的重傷率低、維修養(yǎng)護工作量減軌重傷率小于處/考慮大修換軌周期, 少等優(yōu)越性。在 軸重鋼軌條件下,鋪設(shè)/鋼軌 /使用壽命可以超過。 鋼軌比鋪設(shè)/鋼軌重傷率明顯降低。從技術(shù)性、經(jīng)濟性、配套性上考慮,我國鐵軸重鐵路鋼軌技術(shù)體系及標(biāo)準(zhǔn)研究路推廣使用/鋼軌軌道結(jié)構(gòu)可行。.北同蒲線 /鋼軌的使用 .軌型/單重研究鋼軌整體強度受動彎應(yīng)力、溫度應(yīng)力和殘余應(yīng)力

11、影北同蒲線為我國既有重載鐵路和客貨混跑線路,年和運量.,列車軸重。線路鋪設(shè) 響,其綜合作用導(dǎo)致鋼軌使用過程中發(fā)生橫向疲勞斷裂/熱軋鋼軌,一直未使用熱處理鋼軌。鋼軌的傷損與 核傷。動彎應(yīng)力由輪軌力引起,是導(dǎo)致鋼軌破壞的大秦鐵路鋼軌傷損形式類似,主要是鋼軌外股側(cè)磨、疲 直接因素,動彎應(yīng)力隨著軸重增加而增加,通常隨著鋼勞核傷、內(nèi)股壓潰、斜裂紋、剝離掉塊、螺栓孑裂紋和 軌單重的增加,鋼軌動彎應(yīng)力減小。焊接接頭傷損等。焊縫傷損和軌頭核傷占重傷的%以 在不同單重下,對不同軸重下的彎曲應(yīng)力靜強上,孑裂傷損比例較高年占重傷的.%, 度和疲勞強度進行計算,對計算結(jié)果進行定性分析得年占.%。由于線路曲線未鋪設(shè)熱處

12、理鋼軌,鋼軌 出結(jié)論:鋼軌承受的彎曲應(yīng)力與/鋼軌基本一使用壽命短【”。 致,鋼軌與/鋼軌基本一致; /鋼軌與.朔黃鐵路 /: /鋼軌的使用 鋼軌的彎曲應(yīng)力最大,/鋼軌次之, /鋼朔黃鐵路年通過總重超過億噸,列車軸重 ,是 軌與鋼軌最小。 軸重時/鋼軌與鋼軌在我國運煤專線之一。年前鋪設(shè)/鋼軌,為有 的彎曲應(yīng)力與/鋼軌和鋼軌在軸重/卡當(dāng)。:巴孽嗯 / . .萬方數(shù)據(jù)軸重鐵路鋼軌技木體系及標(biāo)準(zhǔn)研究 張銀花等從軸重增至 后,疲勞壽命下降為原來的.倍。在鋁熱焊接頭各項性能指標(biāo)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。相同運用條件下,/鋼軌和鋼軌疲勞壽命估算 從年開始, 、鋼軌/值最小,/鋼軌疲勞壽命約為 在大秦重載鐵路鋪設(shè),使

13、用結(jié)果表明,鋼軌在通過總/鋼軌和鋼軌的.倍,/鋼軌與鋼軌疲勞壽命約為 / 重約為億時,曲線段半徑外股鋼軌因側(cè)磨鋼軌和鋼軌的倍。 .超限而更換下道;直線段累計通過總重約 /,.軌頭廓形優(yōu)化及新廓形鋼軌的研發(fā) 鋼軌累計重傷率為.處/,目前,我國 鋼軌累計重傷率為.處/。因此可得出結(jié)論,直線段/鋼軌的輪軌接觸多在軌距角處,輪軌長期在軌距角處接觸將引起鋼軌的滾動接觸疲勞傷鋼軌使用壽命可超過億通過總重,曲線段鋼軌使用壽損,降低鋼軌使用壽命。新廓形鋼軌的優(yōu)化設(shè)計首 命可超過億通過總重【】。先考慮重載鐵路鋼軌實際使用過程中軌頭幾何尺寸的 .過共析鋼軌的研發(fā)和試驗變化規(guī)律【 ,并參考這些年來美國 軌頭廓面的修

14、世年代,本學(xué)者首先開展了過共析鋼軌改規(guī)律,將軌頭尺寸由原來的月、修改成 國外稱鋼軌的研究。研究表明,將鋼軌鋼中的含、,軌頭顯得更“凸”。輪軌理論 碳量提高至.%.%時,由于增加了珠光體組織中的幾何接觸關(guān)系更佳,能夠降低輪軌接觸應(yīng)力,減少疲勞 滲碳體密度,耐磨性能比含碳量為.%.%的共析傷損,延長鋼軌使用壽命。 鋼軌提高%以上。另外,通過控制軋制和在線熱處理仿真計算結(jié)果表明,新廓形鋼軌顯著改善了輪技術(shù),可抑制過共析鋼軌中呈網(wǎng)狀分布的二次滲碳體的軌關(guān)系,輪軌主要接觸位置更處于軌頭踏面中心區(qū)域, 析出,使過共析鋼軌具有高的強度和硬度,同時仍具有輪軌接觸應(yīng)力大幅降低,直線鋼軌的應(yīng)力和接觸應(yīng) 足夠的韌性

15、和塑性。由于過共析鋼軌中未添加新的合金力下降%;在半徑曲線,外股鋼軌的 元素。成本基本未增加,性價比高,可作為重載鐵路曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力約下降%。 線用鋼軌的佳選。年,攀鋼集團有限公司按照新廓形鋼軌試 從年起,中國鐵道科學(xué)研究院和攀鋼集團有限制熱處理鋼軌約 ,鞍山鋼鐵集團公司試制新廓 公司共同開展過共析鋼軌暫命名為的試驗研形 熱軋鋼軌約. ,年在大秦 究【】。通過試驗室試驗、麗輪工業(yè)試制、性能試驗、焊接試驗,以及與本和北美過共析鋼軌性能指標(biāo)對比,鐵路重車線鋪設(shè)。跟蹤觀測結(jié)果表明,新廓形鋼軌在直線段的光帶較為居中,軌距角處未出現(xiàn)肥邊和剝離 得出初步結(jié)論:我國研發(fā)的過共析鋼軌踏面硬度達到掉塊,曲線段

16、熱處理鋼軌未出現(xiàn)剝離掉塊等傷損, ,抗拉強度 ,斷后伸長率和斷面收縮率分別為.%和.%,與本過共析鋼軌的性能指標(biāo)接使用狀態(tài)較好,具有良好的輪軌關(guān)系。.重載鐵路用新鋼種鋼軌研究 近;軌頭、軌底處的組織基本為珠光體,軌腰處存在少.和鋼軌的研發(fā)及使用 量二次滲碳體組織,略差于日本過共析鋼軌,但明顯好于北美過共析鋼軌;焊接性能良好,可在重載鐵路上進為滿足重載鐵路的使用要求,從年開始,研發(fā)了 行試鋪試驗,考核其使用性能。、高強新鋼種鋼軌。/.維修養(yǎng)護策略研究是在 成分基礎(chǔ)上加入.%.%合金元素,增加了碳含量,降低了含量,熱軋狀態(tài)軌面硬度在 為減緩曲線鋼軌磨耗、抑制鋼軌剝離掉塊,應(yīng)合以上,強度等級,斷后伸