第2章 钢轨与联结零件
【精品】第2章钢轨与联结零件
第2章钢轨与联结零件2.1钢轨2.1.1钢轨概述1.钢轨的作用与性能(1)钢轨的作用为了使线路能按照设计速度保证列车运行，钢轨必须具备以下几个方面的功能：(1)为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动面，引导机车车辆前进。
车辆要求钢轨表面光滑，以减小轮轨阻力；而机车要求轮轨之间有较大的摩擦力，以发挥机车的牵引力；(2)钢轨要承受来自车轮的巨大垂向压力，并将以分散形式传给轨枕。
在轨面要承受极大的接触应力。
除垂向力外，钢轨还要承受横向力和纵向力。
在这些力的作用下，钢轨要产生弯曲、扭转、爬行等变形，轨头的钢材还要产生塑性流动，磨损等；(3)为轨道电路提供导体。
(2)钢轨的性质要求2.1.2钢轨的类型1.按每米质量分类世界铁路所用钢轨的类型通常按每延米质量来分，在轴重大、运量大和速度高的重要线路上采用质量大的钢轨，在一般次要线路上使用的钢轨质量相对要小一些。
我国铁路所使用的钢轨重量有43、45、50、60和75kg/m。
随着高速、重载运输的要求，钢轨正向重型化发展，目前世界上最重型的钢轨已达到77.5kg/m，线路上逐步铺设75kg/m钢轨。
目前世界各国铁路使用钢轨分重载高速铁路钢轨和普速铁路钢轨，如俄罗斯的重载铁路使用R75钢轨；美国使用136RE(65kg/m)和140RE(70kg/m)型钢轨；我国铁路干线也都使用CHN60钢轨。
世界各国高速铁路基本上都采用了60kg/m 的钢轨，如日本新干线、法国TGV和德国ICE高速铁路所采用的钢轨均为60kg/m 级。
我国CHN60(实际重量为60.64kg/m)钢轨截面与UIC60(实际重量为60.34kg/m)钢轨截面相似，特别是轨顶面均为R=13-80-300-80-13五段式弧线。
2.按单根钢轨的长度分类（1）标准钢轨的长度我国目前的钢轨定长为12.5m和25m两种，世界各国的钢轨定尺长也有长有短。
由于高速重载铁路都采用无缝线路，钢轨定尺长越短，钢轨焊接接头越多，所以世界各国都大力发展长定尺长钢轨，我国用于新建客运专线的长定尺钢轨的长度为50m或100m。
轨道及轨道的组成—联结零件(铁路轨道施工)可修改文字
左股钢轨
外侧
内侧
挡板座 号码
6 6 4 2 2 4 4 2 2 0 0
轨距挡 板号码
10 10 10 10 10 6 6 6 6 6 6
轨距挡 板号码
6 6 6 6 6 10 10 10 10 10 10
挡板座 号码
0 0 2 4 4 2 2 4 4 6 6
右股钢轨
内侧
外侧
挡板座 号码
0 2 2 2 4 4 2 2 4 4 6
联结零件（一）
（1）异型接头
用于联结两断面不同的钢轨
联结零件（一）
（2）绝缘接头
用于自动闭塞区段闭塞分区两端的钢轨接头上，用以保证轨道电路在闭塞分区 之间互相隔断。夹板与钢轨、螺栓之间，螺栓孔四周以及轨端之间用绝缘纸将电流 隔离，或采用胶接绝缘接头。
联结零件（一）
（3）导电接头
用于自动闭塞区段及电力牵引地段，供传导轨道电流或作为牵引电流回路之用。
联结零件（一）
课后小结 1. 接头的布置形式 2. 接头的组成结构 3. 特种接头
课后作业
见学习平台
联结零件（二）
主 1 扣件的作用和要求
要 内
2 木枕扣件
容 3 混凝土枕扣件
4 无砟轨道扣件
联结零件（二)
学习目标
1.熟练掌握扣件的作用和要求 2.掌握木枕扣件的类型和结构 3.熟练掌握混凝土枕扣件的类型和结构，
联结零件（一）
（4）伸缩接头
又称尖轨接头或温度调节器。用于联结轨端伸缩量大的线路，如无缝线 路长轨节、温度跨度大的桥梁。
联结零件（一）
（5）冻结接头
使轨端密贴或预留小轨缝，将钢轨锁定阻止其伸缩。采用夹板和高强度螺栓。
联结零件（一）
02 钢轨
18mm？
26/48
五、钢轨接头
预留轨缝计算 标准轨线路预留轨缝计算
P30
下
δ0
= αL(tz
− t0
)+
1 2
δ
g
五、钢轨接头 预留轨缝设置原则
冬天螺栓不受剪，夏天轨缝不顶严
P30 底
27/48
28/48
五、钢轨接头
允许铺轨地区范围
对于25m 钢轨，年轨温差[ΔT]≤101.7℃的地区可铺 设，取100℃。
五、钢轨接头
2、钢轨接头联结零件 包括接头夹板、接头螺栓、螺母和弹簧垫圈等。 接头螺栓
补 （鱼尾螺栓）
五、钢轨接头
2、钢轨接头联结零件 包括接头夹板、接头螺栓、螺母和弹簧垫圈等。
螺母、弹簧垫圈等配件
国际标准，以抗拉强度将螺栓分为10.9级和8.8级（抗拉强度
相当于1090MPa、880MPa）。
P30
第二章 钢轨
任课教师：黄守刚
轨道结构组成
联结零件(rail fastening)
防爬设备(Rail anti-creep device)
轨枕(sleeper)
道岔（turnout）
钢轨(rail)
道床(bed)
1/48
2/48
主要内容
一、钢轨的功用和类型 二、钢轨截面设计原则 三、钢轨材质及其力学指标 四、钢轨尺寸偏差及平直度 五、钢轨接头
普通接头、导电接头、普通绝缘接头、胶结绝缘接头、 异型接头、尖轨接头、冻结接头及焊接接头
普通接头
五、钢轨接头
前后同类型钢轨的正常联接。
导电接头
将钢轨做 为导电体的自动 闭塞区段，为加 强导电性，在接 头处铆上一根导 线。
2轨枕、联接零件、轨下基础及轨道结构的配套
弹条III型扣件（无挡肩）
弹条III型扣件（无挡肩）
⑥ 防腐弹条扣件 适用遂道和运输环境恶劣，腐蚀严重线路地段。
防腐弹条扣件
⑦ 北京地铁用DIⅥ3型扣件DI弹条
该弹条设计扣压力8.24KN，设计弹程10.5mm,直径 18mm。用于北京地铁线路上。
⑧ 广州地铁用单趾弹簧扣件：扣轨弹簧 该弹条为英国潘得路扣件PR型，直径20mm用于广州地 铁线路上。
弹条有A、B两种型号，其中A型弹条较长。
弹条A型扣件
弹条B型扣件
对于50kg/m钢轨除14号接头轨距挡板安装B型弹条外， 其余均安装A型弹条。
60kg/m钢轨则一律安装B型弹条。
弹条II型扣件
弹条Ⅱ型扣件
④ 弹条Ⅱ型扣件
与弹条Ⅰ型扣件不同之处仅在于采用新材料。 优点： 扣压力大，强度安全储备大，残余变形小。适用于Ⅱ 型或Ⅲ型混凝土枕的60kg/m钢轨的线路。 适用性：
2）问题
混凝土岔枕比混凝土枕受力更复杂，在辙叉等特殊部位 由于承受冲击力大，更容易发生裂纹；岔枕螺栓的固定方式 是预埋尼龙套管，螺栓拧在套管中，在列车振动作用下容易 松动，特别是尼龙套管容易积水，使螺栓锈蚀；扣件零配件 型号繁多，通用性差。 在管理 工作中，混凝土岔枕的供应是成组发运，以 50kg/m 钢轨12 号单开道岔为例，每组岔枕共有 26种长度、 81 种规格的有挡肩岔枕 92 根，当个别岔枕损坏后，很难配 备更换，另外，随着运量的增加，轨型发生变化，而由于不 同轨型的混凝土岔枕不能通用，致使混凝土岔枕大量拆除下 道，不能充分发挥混凝土岔枕使用寿命长的作用。
标准轨距铁路直线及半径R≥300m曲线铺设60kg/m钢 轨的预应力混凝土枕轨道。机车轴重245KN。货车速度 120km/h。客车速度160km/h.与60kg/m钢轨和Ⅱ型枕、 ⅢA型枕配套使用。
城轨交通概论讲义1-9章
城轨交通概论讲义1-9章城轨交通概论绪论⼀、城市轨道交通的意义城市轨道交通不仅能改善和缓解城市⼈们出⾏的交通压⼒，还能减少城市资源的浪费，保护环境，引领城市规划。
城市建设轨道交通⼀般出于以下⽬的：●解决城市⾯临的交通现状。
●引领城市规划，以适应城市的可持续发展。
●保护环境，满⾜⼈们出⾏的舒适要求。
●节约资源，减少能源。
●拉动城市其他产业的发展。
●战备防空、突发事件的避难场所。
●城市公共轨道交通⼀般包括：●地铁、轻铁、⾼架铁路、市郊铁路。
⼆、城市中轨道交通的特点1.城市轨道交通与城市道路交通相⽐有以下特点：●安全●快捷●准时●舒适●运量⼤●⽆污染（或少污染）：●占地少2. 城市轨道交通的局限性●建设投资⼤，技术复杂，建设周期长●线路建成后不易调整●运营成本⾼、经济效益有限三、城市轨道交通运营的设备系统城市轨道交通由许多设备系统所组成，不同的设备系统完成着轨道交通的不同功能。
地铁设备系统：⼀般分为车辆（RST）及车辆段设备（WSH）；供电设备（⼜分为交流⾼中压（HMV）、牵引供电（TPS）、接触⽹（OCS）、电⼒监控（SCA）设备）；线路（轨道）设备；通信（TEL）、信号（SIG）设备；车站设备：包括监控（BAS），防灾报警（FAS），⽓体灭⽕系统（GFS），环控系统（ECS），电、扶梯（ESC），屏蔽门（PSD），⾃动售检票系统（AFC）等。
五、部分国内、外城市轨道交通的简介1863年，英国伦敦建成世界上第⼀条地铁路，轨道交通的发展是⾮常迅速的，⾄今全世界共有45个国家和地区，140多座城市拥有城市轨道交通。
1965年开始，在我国北京率先建设第⼀条地铁线路。
第⼀章地铁线路及设施概述第⼀节概述地铁线路按其在运营中的作⽤分为正线、辅助线、车场线等。
地下铁道的线路在城市中⼼地区宜设在地下，在其他地区，条件许可时可设在⾼架桥或地⾯上。
地铁正线载客运营线路，设计为双线且列车单向右侧⾏车。
由于⾏车速度⾼、密度⼤，对线路标准要求⾼，要求以60kg/m以上类型钢轨铺设。
第2章 铁路线路《铁路运输设备》
路堤式路基
路堑式路基
（3）不填不挖式路基。指线路标高与天然地面相同，无需填方和挖方的路基。 4 半堤式路基。路基的一侧需在天然地面上填方修筑而成的路基。 5 半堑式路基。路基的一侧需在天然地面上挖方修筑而成的路基。 6 半堤半堑式路基。路基的一侧需在天然地面上填方修筑，而另一侧则需在天然地面上挖方修筑 而成的路基。
（四）路基排水及防护加固
1.路基排水
为保持路基经常处于干燥、坚固和稳定的状态，路基上应设置一套完整的排水设施，包括排地 面水设施和排地下水设施。
（1）地下水：当地下水埋藏浅或无固定含水层时，可采用明沟， 排水槽，渗水暗沟，边坡渗沟，支撑渗沟；当地下水埋藏深或为 固定含水层时，可采用渗水隧洞，渗井，渗管或仰斜式钻孔。渗 水暗沟和渗水隧洞的纵坡不应小于 5‰，条件困难时亦不应小于 2‰。地下排水系统如图所示。
1.隧道的组成
隧道一般由洞身、衬砌、洞门和避车洞、避人洞几部分组成。
隧道洞口及洞身
2.铁道隧道的种类
1 按隧道长度分： ① 特长隧道：全长 10 000 m 以上。 ② 长隧道：全长 3 000 m 以上至 10 000 m，含 10 000 m。 ③ 中隧道：全长 500 m 以上至 3 000 m，含 3 000 m。 ④ 短隧道：全长 500 m 及以下。
狮子洋隧道
函谷关隧道
（三）涵 洞
1.涵洞的结构
涵洞是埋设在路堤下部填土中，用以通过水流或行人的建筑物。涵洞主要由洞身、基础、端 墙、翼墙和出入口等部分组成其孔径一般为 0.75～6 m。洞身埋在路基中，从进口向出口有一定 的纵向坡度，以利排水。两端进出口处，可砌端墙和翼墙，便于水流进出涵洞，还可以保护路堤 边坡免受水流冲刷。
2.路基防护加固
铁路线路及站场第二章轨道
(一)直线轨距 我国铁路标准直线轨距为1 435 mm。 为使机车车辆能在线路上两股钢轨间顺利滚动，轨距应略 大于轮对宽度。当轮对的一个车轮轮缘紧贴钢轨作用边时，另 一个车轮轮缘与钢轨作用边之间就留有一定的空隙，此空隙称 为游间，如图2－16所示。
若 S0 为轨距， q 为轮对宽度，
图2－8 钢轨绝缘接头 1－钢轨；2－接头夹板；3－高强绝缘螺栓；
4－绝缘套管；5－槽型绝缘板；6－高强 绝缘垫圈；7－高强钢平垫。
(二)中间联结零件 中间联结零件又称轨枕扣件，它的主要功用是将钢轨固定 在轨枕上，并保持其稳固位置，防止钢轨作相对于轨枕的纵、 横向移动。
木枕扣件主要是道钉、垫板。 其连接方式为先用道钉将垫板与木 枕扣紧，再另用道钉将钢轨、垫板 与木枕一同钉连在一起，如图2－9 所示。垫板设于钢轨与木枕之间， 可增大钢轨与木枕的接触面积，以 免木枕被压坏；垫板的双肩抵住轨 底侧面又可保持轨距；垫板上设有 坡度，使钢轨形成1：40轨底坡， 以保持钢轨中部受力。
钢轨类型以每米大致质量表示。目前，我国钢轨主要有75、 60、50、43 kg／m等几种。我国标准钢轨断面尺寸见表2－1。
表2－1
钢轨各部尺寸
钢轨类型(kg／m) 75 60
50
43
标准长度(m) 25 12.5 25 12.5 25 12.5 25
轨头宽(mm) 75．O 73．O
轨腰厚(mm) 20．O 16.5
图2－13 隧道内的整体道床
五、防爬设备
列车运行时，车轮作用于钢轨上除产生竖直力和横向力外， 还产生一个纵向水平推力，能引起钢轨的纵向移动，有时甚至 带动轨枕沿着线路方向一起移动，此种现象称为轨道的爬行。
轨道爬行后，会造成轨缝不匀，一端轨缝顶严，另一端轨 缝拉大。轨缝顶严部位，夏季轨温升高，钢轨内产生较大的压 应力，严重时会造成胀轨跑道。轨缝拉大部位，冬季轨温降低， 钢轨内产生较大拉应力，严重时会拉弯甚至拉断螺栓。轨道爬 行后，还会造成轨枕移位，使轨枕处于松软的道床上，轨面出 现凹凸不平，严重地危及行车安全。
有砟轨道结构(高铁轨道构造与施工课件)
3、混凝土枕扣件
➢弹条Ⅱ型扣件
弹条Ⅱ型扣件结构与弹条I型扣件相同，弹条材质60Si2CrA(A表示甲 类钢) ，σs和σb分别提高了42%和36%。
✓优点：扣压力大、强度安全储备大、残余变形小，适用于Ⅱ型或Ⅲ型混凝土枕 的60kg/m钢轨线路
✓缺点：防锈与防松工作量，不适用于高速
Ⅲ型枕
Ⅱ型枕
3、混凝土枕扣件
✓ 绝缘性能
弹条式扣件 ➢扣板式扣件
扣板式扣件由扣板、螺纹道钉、弹簧垫圈、铁座及绝缘缓冲垫板组成。 硫磺水泥砂浆锚固螺纹道钉，挡板传力，垫板缓冲绝缘。 ✓优点：零件简单，调整轨距比较方便
✓缺点：扣压力较低，在使用过程中容易松动，适用于50kg/m及以下钢轨
3、混凝土枕扣件
➢弹条I型扣件
弹条I型扣件由ω形弹条、螺纹道钉、轨距挡板、挡板座及弹性橡胶垫板等组 成。弹条直径为13mm的60Si2Mn或55Si2Mn热轧弹簧圆钢，变形后提供扣压力， 轨距挡板调距并传力，挡板座缓冲绝缘。 ✓优点：弹性好、扣压力损失较小，能较好地保持轨道几何形位，使用效果好 ✓缺点：弹程偏小导致扣压力偏小，强度储备不足 ，曲线地段易上滑
✓加工质量参数：道砟粒径、级配颗粒形状、表面状态、 清洁度
新建重载铁路采用一级道砟 既有线大修力求采用一级道砟 高速上采用特级道砟——增强稳定，减少磨损、粉化和飞砟
54
➢道砟级配
道砟中颗粒的分布，影响道床物理力学性能和养护维修工作量。道砟 级配分为宽级配和窄级配，一级道砟宽级配、特级道砟窄级配。 ✓宽级配：大、小颗粒的相互配合以及道砟颗粒之间的填满，使得道砟有
➢国内外主要干线普遍采用2.6m长轨枕 ✓减小枕中负弯矩 ✓提高纵横向稳定性和整体刚度，改善道床、路基工作状态， 利于铺设无缝线路，适当减少轨枕配置根数
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第2章钢轨与联结零件2.1钢轨2.1.1钢轨概述1.钢轨的作用与性能(1)钢轨的作用为了使线路能按照设计速度保证列车运行，钢轨必须具备以下几个方面的功能：(1) 为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动面，引导机车车辆前进。
车辆要求钢轨表面光滑，以减小轮轨阻力；而机车要求轮轨之间有较大的摩擦力，以发挥机车的牵引力；(2) 钢轨要承受来自车轮的巨大垂向压力，并将以分散形式传给轨枕。
在轨面要承受极大的接触应力。
除垂向力外，钢轨还要承受横向力和纵向力。
在这些力的作用下，钢轨要产生弯曲、扭转、爬行等变形，轨头的钢材还要产生塑性流动，磨损等；(3) 为轨道电路提供导体。
(2)钢轨的性质要求2.1.2钢轨的类型1.按每米质量分类世界铁路所用钢轨的类型通常按每延米质量来分，在轴重大、运量大和速度高的重要线路上采用质量大的钢轨，在一般次要线路上使用的钢轨质量相对要小一些。
我国铁路所使用的钢轨重量有43、45、50、60和75kg/m。
随着高速、重载运输的要求，钢轨正向重型化发展，目前世界上最重型的钢轨已达到77.5kg/m，线路上逐步铺设75kg/m钢轨。
目前世界各国铁路使用钢轨分重载高速铁路钢轨和普速铁路钢轨，如俄罗斯的重载铁路使用R75钢轨；美国使用136RE (65kg/m)和140RE(70kg/m)型钢轨；我国铁路干线也都使用CHN60钢轨。
世界各国高速铁路基本上都采用了60kg/m的钢轨，如日本新干线、法国TGV和德国ICE高速铁路所采用的钢轨均为60kg/m级。
我国CHN 60(实际重量为60.64kg/m)钢轨截面与UIC60(实际重量为60.34kg/m)钢轨截面相似，特别是轨顶面均为R=13-80-300-80-13五段式弧线。
2.按单根钢轨的长度分类（1）标准钢轨的长度我国目前的钢轨定长为12.5m和25m两种，世界各国的钢轨定尺长也有长有短。
由于高速重载铁路都采用无缝线路，钢轨定尺长越短，钢轨焊接接头越多，所以世界各国都大力发展长定尺长钢轨，我国用于新建客运专线的长定尺钢轨的长度为50m或100m。
（2）标准缩短轨的长度用于曲线内股的缩短轨，对于12.5m标准系列的缩短轨有短40mm、80mm、120mm三种；对于25m轨的有短40mm、80mm、160mm三种。
我国钢轨标准长度为12.5m和25m两种，对于75kg/m钢轨只有25m长一种。
最近又出厂了50m和100m的两种，用于铺设无缝线路。
还有用于曲线内股的缩短轨，对于12.5m标准系列的缩短轨有短40mm、80mm、120mm三种；对于25m 轨的有短40mm、80mm、160mm三种。
3.按钢轨的化学成分分类2.1.3钢轨标志2.1.4钢轨断面几何尺寸钢轨截面形状的发展也经过了相当长的时间。
从构件截面的力学特性可知，工字型截面的构件具有较好的抗弯曲性能。
钢轨截面由轨头、轨腰和轨底三部分组成，相互之间用圆弧连接，以便安装钢轨接头夹板和减少截面突变引起的应力集中。
轨头宜大而厚，并具有与车轮踏面相适应的外形，以改善轨接触条件，提高抵抗压陷的能力，同时具有足够的支承面积，以备磨耗。
轨顶面与侧面的连接圆弧半径为13mm(CHN 75钢轨为15mm)。
这比机车车辆轮的轮缘内圆角的半径16mm和18mm 略小些。
如此值再大，轮缘就有爬上钢轨的危险，若再小，将加速轮缘的磨耗。
轨头底面称轨头的下颚，是和夹板顶面相接触的部分，其斜坡常用1:2.75，1:3，1:4。
这个斜坡不宜过于平缓也不过于陡峻。
过缓则使夹板受到过大的动力作用，加速了夹板螺栓的松动和磨耗；过陡则螺栓所受的拉力过大而容易折断。
轨头下角亦应作成圆弧，以免应力过分集中，但又不使夹板的支承宽度减小过多，一般圆弧的半径在2~4mm之间。
轨腰必须有足够的厚度和高度，具有较大的承载能力和抗弯能力。
轨腰的两侧或为直线，或为曲线，而以曲线最常用，以有利于传递车轮对钢轨的冲击动力作用和减少钢轨轧制后因冷却而产生的残余应力。
我国设计的标准CHN 50、CHN 60和CHN 75钢轨的轨腰圆弧半径分别采用350mm、400mm 和500mm。
轨腰与钢轨头部及底部的连接，必须保证夹板能有足够的支承面，并使截面的变化不致过分突然，以免产生过大的应力集中。
为此，轨腰与轨头之间可采用复曲线的连接方式，如我国CHN60标准钢轨采用了25mm和8mm。
轨腰与轨底之间的连接曲线，一般采用单曲线，半径为14~20mm。
轨底直接支承在轨枕顶面上中，为保持钢轨稳定，应有足够的宽度和厚度，并具有必要的刚度和抗锈蚀能力。
轨底顶面可以作成单坡或折线坡的斜坡。
如为单坡，则要求与轨头下颚的斜坡相同。
如为折线坡，则支托夹板部分要求与轨头下颚同，其余部分可采用较平缓的斜坡，如1:6~1:9，两斜面之间，用半径为15~40mm的圆弧连接。
轨底的上下角也应作为圆角，半径一般为2~4mm。
根据多种类型钢轨几何尺寸的设计资料，钢轨截面的四个主要尺按经验公式为，轨头顶面宽度：b=0.34M+51.70(mm)；轨腰厚度：t=0.16M+7.08(mm)；轨身高度：H=1.92M+54.16(mm)；轨底宽度：B=1.25M+69.25(mm)(M为每米钢轨的质量(kg))。
轨身高与轨底宽之间应有一个适当的比例。
一般为H/B≈1.15~1.20。
钢轨的头部顶面宽（b）、轨腰厚（t）、轨身高(H)及轨底宽（B）是钢轨断面的四个主要参数。
钢轨高度应尽可能大一些，以保证有足够的惯性矩及断面系数来承受竖直轮载的动力作用。
但钢轨愈高，其在横向水平力作用下的稳定性愈差。
轨身高与轨底宽之间应有一个适当的比例。
一般要求轨高与轨底宽之比为1.15~1.20。
为使钢轨轧制冷却均匀，要求轨头、轨腰及轨底的面积分配，有一个较合适的比例。
2.1.5钢轨的机械性能和化学成分钢轨钢的物理力学性能包括强度极限σb、屈服极限σs、疲劳极限σr、伸长率δ5、断面收缩率ψ、冲击韧性(落锤试验)αh及硬度等。
这些指标对钢轨的承载能力、磨损、压溃、断裂和其他伤损有很大的影响。
钢轨接头处轮轨冲击力很大，为加强接头处钢轨的抗磨能力，在钢轨两端30~70mm 范围内进行轨顶淬火，淬火深度达8-12 mm。
为提高钢轨耐磨和抗压性能，还应对钢轨进行全长淬火处理。
它是采用电感应加热的方法，以局部改变轨头钢的组织，从而提高钢轨的强度和韧性。
重型钢轨的强化有两种技术路线：一是钢轨合金化，它生产工艺简单，投资少，能源消耗少，钢轨整体强化，表层硬度均匀，可焊性好；二是碳素钢热处理，这种方法也可获得同样的高强度和表面硬度，同时韧性好，节省合金，适于大批量生产。
冶金学原理及冶金工业生产实践认为：如不改变钢种，单凭碳素钢热处理，很难再大幅度地提高强度，唯有微合金与热处理相结合，二者相辅相成，才可得到既有更高强度，并有相应韧性、硬度和可焊性的优质钢轨。
钢轨钢的主要元素是碳和铁，并根据强度和硬度的需要增加其他化学元素，同时限制磷和硫等有害元素的含量。
同一种类型的钢轨中，不同炉号和生产批次，其化学元素也有一些差别，所以钢轨中的化学元素含量是一个范围。
碳(C)是钢轨抗拉强度的主要来源，一般含量为0.65%，但一般小于0.82%，如含碳量过大，则会使钢轨的伸长率、断面收缩率和冲击韧性下降。
锰(Mn)可提高钢轨强度和韧性，并去除有害的氧化铁和硫类夹杂物，如钢材中的含锰量超过1.2%，则称为高锰钢，钢材的硬度，抗冲击性，耐磨性能能得到较大的提高，但锰对钢轨的焊接有不利影响。
硅(Si)易与氧结合，除去钢中的气泡，增加钢的致密度，如在钢轨中的含硅量较高，则也能提高钢轨的耐磨性能，如钢中SiO2以非金属夹杂物存在，则往往是钢轨的疲劳伤损源。
磷(P)是有害成分，如钢轨中含磷过多，则就会出现冷脆性，在严寒地区，易造成钢轨断裂。
硫(S)也是有害成分，如钢材中含硫过多，则当钢轨温度达到800~1200℃时出现热脆性，造成钢轨轧制或热加工过程中钢轨断裂，出现大量废品。
一般要求磷和硫的含量都小于0.04%，但国外有些钢轨磷和硫的含量达到或小于0.015%。
此外，目前世界各国也生产合金轨，即在钢轨中加入钒(V)、铬(Cr)、钼(Mo)等，以提高钢轨的材质，满足高速铁路的要求。
2.1.6伤损钢轨钢轨伤损是指钢轨在使用过程中，发生折断、裂纹及其它影响和限制钢轨使用性能的伤损。
为便于统计和分析钢轨伤损，需对钢轨伤损进行分类。
根据伤损在钢轨断面上的位置、伤损外貌及伤损原因等分为九类32种伤损，用两位数编号分类，十位数表示伤损的部位和状态，个位数表示造成伤损的原因。
钢轨伤损分类具体内容可见“铁道工务技术手册（轨道）”。
钢轨折断是指有下列情况之一者：钢轨全截面至少断成两部分；裂缝已经贯通整个轨头截面或轨底截面；钢轨顶面上有长大于50mm、深大于10mm的掉块。
钢轨折断直接威胁行车安全，应及时更换。
钢轨裂纹是指除钢轨折断之外，钢轨部分材料发生分离，形成裂纹。
钢轨伤损种类很多，常见的有磨耗、剥离及轨头核伤、轨腰螺栓孔裂纹等。
下面介绍几种常见的钢轨伤损情况。
1．钢轨磨耗钢轨磨耗主要是指小半径曲线上钢轨的侧面磨耗和波浪磨耗。
至于垂直磨耗一般情况下是正常的，随着轴重和通过总重的增加而增大。
轨道几何形位设置不当，会使垂直磨耗速率加快，这是要防止的，可通过调整轨道几何尺寸解决。
(1)侧面磨耗侧面磨耗发生在小半径曲线的外股钢轨上，是目前曲线上伤损的主要类型之一。
列车在曲线上运行时，轮轨的磨擦与滑动是造成外轨侧磨的根本原因。
列车通过小半径曲线时，通常会出现轮轨两点接触的情况，这时发生的侧磨最大。
侧磨的大小可用导身力与冲击角的乘积，即磨耗因子来表示。
改善列车通过曲线的条件，如采用磨耗型车轮踏面，采用径向转向架等会降低侧磨的速率。
从工务角度来讲，应改善钢轨材质，采用耐磨轨，例如高硬稀土轨其耐磨性是普通轨的2倍左右，淬火轨为1倍以上。
加强养护维修，设置合适的轨距、外轨超高及轨底坡，增加线路的弹性，在钢轨侧面涂油等，都可以减小侧面磨耗的效果。
(2)波浪形磨耗波浪形磨耗是指钢轨顶面上出现的波浪状不均匀磨耗，实质上是波浪形压溃。
波磨会引起很高的轮轨动力作用，加速机车车辆及轨道部件的损坏，增加养护维修费用；此外列车的剧烈振动，会使旅客不适，严重时还会威胁到行车安全；波磨也是噪音的来源。
我国一些货运干线上，出现了严重的波磨。
其发展速度比侧磨还快，成为换轨的主要原因。
波磨可以其波长分为短波（或称波纹）和长波（或称波浪）两种。
波纹为波长约50~100mm，波幅0.1～0.4mm的周期性不平顺；长波为波长100m以上，3000mm 以下，波幅2mm以内的周期性不平顺。
波磨主要出现在重载运输线上，尤其是运煤运矿线上特别严重，在高速高客运线上也有不同程度的发生，城市地铁上也较普遍。