Chapter 3 国内外钢轨生产和使用

通过脱硫预处理、炉外精炼和真空脱气等先进设 备和技术，使钢质洁净。
采用连铸生产不仅提高金属收得率和成材率，更 重要的是提高了铸坯的质量。
钢坯冶炼和连铸系统
轨钢的转炉冶炼
轨钢的四流方坯连铸
2)钢轨轧制、精整和质量检测 钢 轨轧制 工艺流 程为： 连铸坯 ——步进 式加热 炉——高压水除鳞——万能轧机轧制——钢轨热 预弯——复合矫直——平直度在线检测——涡流 探伤——超声波探伤——外观检查——锯切、端 头精加工——入库。 步进式加热炉能使钢坯均匀加热；
U76NbRE热轧轨）、1080MPa级（欧洲320Cr 合金轨）、1180MPa级热处理钢轨（U75V， U76NbRE热处理钢轨等）。一般，强度等级 为1080MPa及以上的钢轨被称为耐磨轨。
3.2普碳钢轨及微合金钢轨
所谓普碳钢轨，即碳素钢轨。钢中碳含量随
强度等级的不同，在0.40～0.80%范围内变化
在繁忙重载铁路干线的直线上使用具有优势。
3.3合金钢轨
在钢中加入合金元素Si、Mn、Cr、Mo、V等， 起到固溶强化以及细化珠光体组织作用以提高强 度，这就是所谓的合金化强化。合金化强化的缺 点是在提高强度的同时，带来韧塑性的损失，恶 化了焊接性能。因此，强度等级为1180MPa的珠 光体型合金钢轨由于断裂韧性低，残余应力大， 该等级的合金轨在国外已基本上不再生产和使用。 目前，国外在小半径曲线上作为耐磨轨使用较多 的为1080MPa等级的合金轨。这样的合金轨焊接 后要采取缓冷措施，以保证焊接接头不出现有害 的马氏体组织。
高速铁路先进 技术及知识
赵婧 2010年09月
主要内容
国内外钢轨生产和使用
大 纲
1. 2. 3. 4. 5. 6. 国内外钢轨标准 钢轨的生产技术 轨钢的研究进展 钢轨的焊接体系 钢轨的合理使用 轮轨的硬度匹配
铁路运输是我国的主导运输方式，具有节能、环
保等优点，而钢轨是轨道交通的重要部件，承担
以及孔型法轧制生产，无论是钢质的洁净性还是
几何尺寸等均不够理想。
现代钢轨生产工艺主要体现在精炼、精轧、精整、
质量自动检测和长尺化生产等方面。钢轨的质量
比传统生产有大幅度的提高。
2.1 现代钢轨生产技术 1）钢坯生产 现代化钢轨生产一般采用精炼和连铸工艺进行， 工艺流程为：生铁脱硫预处理——氧气顶吹转炉 冶 炼 —— 除 渣 处 理 ——LF 炉 外 精 炼 —— 真 空 脱 气——连铸等。
级 的 U71Mn 、 980MPa 级 的 U75V( 原 PD3) 和
U76NbRE(原BNbRE)。 U71Mn钢轨在U74的基础上降低碳含量，增加锰 含量，标准规定为880MPa级，实际抗拉强度大 于930MPa以上，有较好的焊接性能。
U75V(原PD3)为攀钢研制的微合金钢轨，热轧
后其强度达到980MPa级，相对韧塑性差些，焊
1）ASTM A1-00美国材料试验协会制定的第一个标 准就是钢轨技术条件，现行的标准为2000年版。
美国铁路工程保养协会（AREMA）钢轨技术条件:
较好的反映了重载铁路对钢轨的要求。对1993版
、2002版、2004最新版均进行了跟踪翻译。
2）前苏联/俄罗斯钢轨标准： ГOCT 24182-80，热轧钢轨（前苏联标准） ГOCT 18267-82; 热处理钢轨（前苏联标准） ГOCT P 51685-2000：有较大的修改（俄罗斯标 准）。
8）《250km/h和350km/h客运专线钢轨检验及验
收暂行标准》（铁建设函[2005] 402号）：
为监督钢轨的生产质量而制定。适用于客 运专线钢轨的用户检验。
9）《TB/T2344-2003 ：43kg/m～75kg/m热轧钢轨 订货技术条件》： 适用于时速160km/h以下既有线用的热轧钢轨 。目前铁路每年约70～100万吨大修和维修用轨均 采用该标准生产和采购。该标准以欧洲钢轨标准 为采标对象，并兼顾到目前我国钢轨生产厂正在 进行技术改造的实际情况而制定。有的指标低于 《250km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件》。
采用多级高压水除鳞，可以保证钢轨的表面质量； 用万能轧制技术生产，可保证钢轨的几何尺寸精 度、是现代钢轨生产的标志之一。
采用热预弯，可减少残余应力和矫直噪音。
采用万能轧机轧制钢轨
钢轨热预弯
钢轨热预弯
钢轨平立复合矫直
激光辅助四面液压矫直
3）钢轨质量检测
质量检测一般采用集中布臵，包括平直度激光自 动检测；涡流探伤；超声波探伤；表面质量在线 肉眼检查等。
接范围较窄。
U76NbRE(原BNbRE)为包钢研制的微合金钢轨。
热轧后强度达到980MPa级。由于铌和稀土的作
用，其韧塑性尤其低温韧性相对较好。
980MPa级的钢轨经过近10年的使用以及完善， 由于强度等级较高，其耐磨性能明显要好于 780~880MPa级的U74和U71Mn钢轨。U75V(原PD3) 经1998年调整化学成分后，韧塑性有明显提高，
10）《TB/T2635-2004 热处理钢轨技术条件》：
适用于既有线用的热处理钢轨。
以上标准均收集在《国内外最新钢轨标准汇编 》 (2004年版、周清跃主编译)以及《现代铁路 钢轨标准汇编》（ 2005年版、周清跃主编译） 中。
二、 钢轨的生产
钢轨的传统生产工艺大致可分为三个部分，即冶
炼、轧制和精整。以前钢轨采用平炉冶炼、模铸
着引导车轮、传递载荷的功能。
我国铁路用钢轨主要由攀钢、鞍钢、包钢生产；
钢轨轨型有50kg/m、60kg/m和75kg/m;在繁忙干
线上主要铺设60kg/m钢轨，在大秦等重载铁路上
铺设75kg/m钢轨；钢轨定尺长度为25m，近年来
正在大力发展100m长定尺钢轨。
近年来我国铁路每年钢轨用量约100～150万吨，
3.4 热处理钢轨
研究表明，细化轨钢珠光体组织，不仅可以提 高其强度而且改善其韧塑性能，这可以通过钢 轨热处理的方法得以实现。 所谓热处理就是通过控制加热和冷却过程，改 变金属的组织结构，使其具备优良的性能。 我国钢轨热处理技术的研究始于20世纪60年代 中期，80年代中发展较快。目前攀钢可年产10 万吨以上的在线热处理钢轨。包钢可年产2万吨 以上的离线热处理钢轨。铁路部门可生产部分 离线热处理钢轨。
高速铁路。我国铁路颁布的系列钢轨标准均以该
标准为采标对象，并兼顾国内的具体实际制定的。
6）欧洲道岔钢轨标准： prEN13674-2:2003(E) 本标准规定了欧洲铁路用道岔钢轨的有关要求。
以上标准大部分中文稿均收集在《国内外最新钢
轨标准汇编》 (2004年版、周清跃主编译)以及
《现代铁路钢轨标准汇编》（ 2005年版、周清跃
件（科技基[1999]01号）：原用于秦沈客运专线
综合试验段进口钢轨。
3）时速200公里客运专线60AT钢轨暂行技术条件 （科教基[2000]41号）：用于秦沈客运专线。 4) 时速200公里客运专线60AT钢轨焊接暂行技术 条件（科教基[2000]41号）:用于秦沈客运专线。 5）《250km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件 》 （ 铁 科 技 函 [2005]298 号 ） ： 适 用 于 新 建 250km/h客运专线。该技术条件以欧洲钢轨标准 为采标对象，采用欧洲标准中规定的B级平直度 及几何尺寸的要求，并在试验方法等方面兼顾国 内习惯。
主编译）中。
1.2 国内钢轨标准
自1998年修建秦沈客运专线以来，铁道部根据
铁路发展的需要，并兼顾国内钢轨生产的实际， 先后颁布了10余个钢轨暂行技术条件和标准，涵 盖了250km/h和350km/h客运专线、时速160公里 以下既有线以及时速200公里提速线路用的热轧 钢轨、热处理钢轨以及道岔用钢轨。
攀钢已于2003年底完成了钢轨连铸生产和精 加工的技术改造，2004年底完成了万能法轧制生 产100m长定尺钢轨的技术改造, 首批生产的10余 公里100m长定尺钢已在陇海线铺设上道。 包钢在1998年完成了轨钢精炼生产技改的基 础上、2002年完成了钢轨的精整改造，2006年完 成了万能法轧制100m长定尺钢轨的技术改造。 武钢也正在进行钢轨生产的现代化技术改造。
三 轨钢的研究及进展
3.1钢轨的分类
按轨钢的化学成分，可分为碳素钢轨（钢中无 合金元素加入，又称普通钢轨）、微合金钢轨 （钢中加入微量合金元素如V、Nb、Ti等）、低 合 金 钢 轨 （ 如 钢 中 加 入 0.80~1.20 ％ Cr 的 EN320Cr）。
按交货状态可分为热轧钢轨和热处理钢轨。
2.3 与国外先进国家的差距
国内钢厂在完成技术改造后，在钢轨生产设备
方面已处于世界先进水平，但是，真正生产出
具有世界一流水平的钢轨，国内钢厂还有待努
力，尤其在轨钢内部纯净度、钢轨的表面质量
以及钢轨质量的稳定性、合格率等方面。目前，
攀钢100m长定尺生产的合格率已达到90%以上，
包钢达到70%以上，鞍钢达到60%以上。
6）《350km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件
》（铁科技[2004]120号）：
适用于新建350km/h客运专线。该技术条件
以欧洲钢轨标准为采标对象，采用欧洲为顶极标准
），并在试验方法等方面兼顾国内习惯。
7）《客运专线60AT钢轨暂行技术条件》（铁科 技函[2005] 101 号） 适用于新建客运专线。该标准以欧洲道岔钢 轨标准为采标对象，结合国内钢种以及试验方法 等方面的国内习惯制定。
到2010年将达到200多万吨。仅钢轨材料费就需
耗资45～90亿元；因此，在钢轨生产和使用方面
取得的任何技术进步，均将产生很大的社会经济
效益。
一、 国内外钢轨标准
标准是制高点。钢轨标准是钢轨生产技术进步的
反映，也是铁路发展需要的体现。
标准的起草和制定从一个侧面反映了一个单位在