軌道工程基礎(chǔ)知識-鋼軌施工

鋼軌

（1）有砟軌道結(jié)構(gòu)（2）有砟軌道優(yōu)點、道床功能（3）無砟軌道類型和構(gòu)造

（1）掌握鋼軌的功能（2）掌握鋼軌的類型、長度，了解鋼軌的生產(chǎn)。鋼軌作用引導(dǎo)機車車輛車輪前進承受巨大壓力并傳到軌枕上提供軌道電路鋼軌類型按質(zhì)量分：

75kg/m60kg/m50kg/m43kg/m38kg/m已不使用高速鐵路

從各個國家的經(jīng)驗來看，60——75kg/m的鋼軌用在大軸重、大運量的重載線路上；50——60kg/m的鋼軌用在列車速度小于160km/h的普通客運線路上；列車速度超過160km/h的線路應(yīng)該采用60——75kg/m的鋼軌。我國鋼軌的標(biāo)準(zhǔn)長度為12.5m和25m。按長度分類標(biāo)準(zhǔn)軌縮短軌25m12.5m75kg/m只有25m12.5m的有縮短40、80、120mm25m的有縮短40、80、160mm縮短軌的作用？標(biāo)準(zhǔn)鋼軌高速鐵路500m長鋼軌高速鐵路500m長鋼軌吊裝軌底軌腰軌頭鋼軌斷面鋼軌斷面鋼軌的三個主要尺寸是鋼軌高度、軌頭寬度、軌底寬度。對其要求有：（1）軌頭宜大而厚，并具有與車輪踏面相適應(yīng)的外形，以改善輪軌的接觸條件，提高抵抗壓陷的能力，同時具有足夠的支撐面。（2）軌腰必須有足夠的厚度和高度，具有較大的承載能力和抗彎能力。（3）軌底直接支承在軌枕頂面上。鋼軌截面尺寸及特性參數(shù)鋼軌類型43506075鋼軌高度140mm152mm176mm192mm軌頭寬度70mm70mm73mm75mm軌底寬度111mm132mm150mm150mm鋼軌的規(guī)格國別鋼軌斷面單重(kg/m)鋼軌長度（m）美國AREA115(57kg/m)、AREA119(60kg/m)、AREA132(65kg/m)、AREA133(66kg/m)、AREA136(68kg/m)、AREA147(73kg/m)39ft(12m)、78ft(24m)、82ft(25m)俄羅斯50、65、7512.5、25日本30、37、40、50、6025、50法國54、6036、75（76）德國54、6036、120中國37、38、43、50、60、7512.5、25、50（100）

參考課本“3.2高速鐵路鋼軌”的相關(guān)內(nèi)容，總結(jié)歸納高速鐵路鋼軌的特征以及我國高鐵鋼軌的技術(shù)條件。高速鐵路對鋼軌的要求鋼質(zhì)潔凈、表面無基本缺陷幾何尺寸高精度、高平直度采用長定尺鋼軌、減少鋼軌的焊接接頭強韌性匹配合理、韌塑性好、焊接性能優(yōu)良鋼軌的材質(zhì)鋼鋼軌的化學(xué)成分除含鐵（Fe）外，還含有碳（C）、錳（Mn）、硅（Si）及磷（P）、硫（S）等元素。碳對鋼的性質(zhì)影響最大。提高鋼的含碳量，其抗拉強度、耐磨性及硬度均迅速增加。

鋼軌的分類按鋼軌的化學(xué)成分，可分為碳素鋼軌（鋼中無合金元素加入，又稱普通鋼軌）、微合金鋼軌（鋼中加入微量合金元素如V、Nb、Ti等）、低合金鋼軌（如鋼中加入0.80~1.20％Cr的EN320Cr）。按交貨狀態(tài)可分為熱軋鋼軌和熱處理鋼軌。熱處理鋼軌依其工藝條件又可分為離線熱處理鋼軌（鋼軌軋制冷卻后再重新加熱）及在線熱處理鋼軌（利用軋制余熱對其進行熱處理，不再二次加熱）。

按鋼軌的最低抗拉強度可分為680MPa級（歐洲EN200）、780MPa級（如U74等）、880MPa級（如U71Mn）、980MPa級（U75V，U76NbRE熱軋軌）、1080MPa級（歐洲320Cr合金軌）、1180MPa級熱處理鋼軌（U75V，U76NbRE熱處理鋼軌等）。一般，強度等級為1080MPa及以上的鋼軌被稱為耐磨軌。

普碳鋼軌及微合金鋼軌所謂普碳鋼軌，即碳素鋼軌。鋼中碳含量隨強度等級的不同，在0.40～0.80%范圍內(nèi)變化，錳含量小于1.30％～1.40％，無其他合金元素加入。日本及歐洲一些國家仍生產(chǎn)和使用抗拉強度為680MPa～780MPa的碳素鋼軌。這種含碳量低的鋼軌生產(chǎn)方便，韌塑性好，焊接性能優(yōu)良，不易斷裂，并且成本較低。但是由于強度等級較低，耐磨性能較差，可用在運量不大、耐磨性能無需很高的鐵路線路上。目前國內(nèi)使用的普通及微合金鋼軌主要有四個鋼種，即抗拉強度為780MPa級的U74、880MPa級的U71Mn、980MPa級的U75V(原PD3)和U76NbRE(原BNbRE)。U71Mn鋼軌在U74的基礎(chǔ)上降低碳含量，增加錳含量，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為880MPa級，實際抗拉強度大于930MPa以上，有較好的焊接性能。U75V(原PD3)為攀鋼研制的微合金鋼軌，熱軋后其強度達(dá)到980MPa級，相對韌塑性差些，焊接范圍較窄。合金鋼軌

在鋼中加入合金元素Si、Mn、Cr、Mo、V等，起到固溶強化以及細(xì)化珠光體組織作用以提高強度，這就是所謂的合金化強化。合金化強化的缺點是在提高強度的同時，帶來韌塑性的損失，惡化了焊接性能。因此，強度等級為1180MPa的珠光體型合金鋼軌由于斷裂韌性低，殘余應(yīng)力大，該等級的合金軌在國外已基本上不再生產(chǎn)和使用。目前，國外在小半徑曲線上作為耐磨軌使用較多的為1080MPa等級的合金軌。這樣的合金軌焊接后要采取緩冷措施，以保證焊接接頭不出現(xiàn)有害的馬氏體組織。熱處理鋼軌研究表明，細(xì)化鋼軌珠光體組織，不僅可以提高其強度而且改善其韌塑性能，這可以通過鋼軌熱處理的方法得以實現(xiàn)。所謂熱處理就是通過控制加熱和冷卻過程，改變金屬的組織結(jié)構(gòu)，使其具備優(yōu)良的性能。我國鋼軌熱處理技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代中期，80年代中發(fā)展較快。目前攀鋼可年產(chǎn)10萬噸以上的在線熱處理鋼軌。包鋼可年產(chǎn)2萬噸以上的離線熱處理鋼軌。鐵路部門可生產(chǎn)部分離線熱處理鋼軌。

鋼軌的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝大致可分為三個部分，即冶煉、軋制和精整。以前鋼軌采用平爐冶煉、模鑄以及采用孔型法軋制生產(chǎn)，無論是鋼質(zhì)的潔凈性還是幾何尺寸等均不夠理想?，F(xiàn)代鋼軌生產(chǎn)工藝主要體現(xiàn)在精煉、精軋、精整、質(zhì)量自動檢測和長尺化生產(chǎn)等方面。鋼軌的質(zhì)量得到了大幅度的提高。

鋼軌的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝大致可分為三個部分，即冶煉、軋制和精整。以前鋼軌采用平爐冶煉、模鑄以及孔型法軋制生產(chǎn)，無論是鋼質(zhì)的潔凈性還是幾何尺寸等均不夠理想。現(xiàn)代鋼軌生產(chǎn)工藝主要體現(xiàn)在精煉、精軋、精整、質(zhì)量自動檢測和長尺化生產(chǎn)等方面。鋼軌的質(zhì)量比傳統(tǒng)生產(chǎn)有大幅度的提高?，F(xiàn)代鋼軌生產(chǎn)技術(shù)1）鋼坯生產(chǎn) 現(xiàn)代化鋼軌生產(chǎn)一般采用精煉和連鑄工藝進行，工藝流程為：生鐵脫硫預(yù)處理——氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉——除渣處理——LF爐外精煉——真空脫氣——連鑄等。通過脫硫預(yù)處理、爐外精煉和真空脫氣等先進設(shè)備和技術(shù)，使鋼質(zhì)潔凈。采用連鑄生產(chǎn)不僅提高金屬收得率和成材率，更重要的是提高了鑄坯的質(zhì)量。鋼坯冶煉和連鑄系統(tǒng)

鋼軌的轉(zhuǎn)爐冶煉

鋼軌的四流方坯連鑄

2)鋼軌軋制、精整和質(zhì)量檢測鋼軌軋制工藝流程為：連鑄坯——步進式加熱爐——高壓水除鱗——萬能軋機軋制——鋼軌熱預(yù)彎——復(fù)合矯直——平直度在線檢測——渦流探傷——超聲波探傷——外觀檢查——鋸切、端頭精加工——入庫。步進式加熱爐能使鋼坯均勻加熱；采用多級高壓水除鱗，可以保證鋼軌的表面質(zhì)量；用萬能軋制技術(shù)生產(chǎn)，可保證鋼軌的幾何尺寸精度、是現(xiàn)代鋼軌生產(chǎn)的標(biāo)志之一。采用熱預(yù)彎，可減少殘余應(yīng)力和矯直噪音。采用萬能軋機軋制鋼軌

鋼軌熱預(yù)彎

鋼軌熱預(yù)彎

鋼軌平立復(fù)合矯直

激光輔助四面液壓矯直

3）鋼軌質(zhì)量檢測質(zhì)量檢測一般采用集中布置，包括平直度激光自動檢測；渦流探傷；超聲波探傷；表面質(zhì)量在線肉眼檢查等。鋼軌平直度激光自動檢測

國內(nèi)鋼廠技術(shù)改造進展情況

自鐵道部修建秦沈客運專線、頒布時速200和300公里客運專線鋼軌技術(shù)條件以來，大大推動了國內(nèi)鋼廠的技術(shù)改造：鞍鋼已于2002年底引進國外先進設(shè)備和技術(shù)，完成了爐外精煉、真空脫氣、大方坯連鑄和萬能法軋制鋼軌的技術(shù)改造，2007年完成了100m長定尺鋼軌的技術(shù)改造。

攀鋼已于2003年底完成了鋼軌連鑄生產(chǎn)和精加工的技術(shù)改造，2004年底完成了萬能法軋制生產(chǎn)100m長定尺鋼軌的技術(shù)改造,首批生產(chǎn)的10余公里100m長定尺鋼已在隴海線鋪設(shè)上道。包鋼在1998年完成了鋼軌精煉生產(chǎn)技改的基礎(chǔ)上、2002年完成了鋼軌的精整改造，2006年完成了萬能法軋制100m長定尺鋼軌的技術(shù)改造。武鋼也正在進行鋼軌生產(chǎn)的現(xiàn)代化技術(shù)改造。隨著客運專線和高速鐵路的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)500m長鋼軌的生產(chǎn)。

國內(nèi)鋼廠在完成技術(shù)改造后，在鋼軌生產(chǎn)設(shè)備方面已處于世界先進水平，但是，真正生產(chǎn)出具有世界一流水平的鋼軌，國內(nèi)鋼廠還有待努力，尤其在鋼軌內(nèi)部純凈度、鋼軌的表面質(zhì)量以及鋼軌質(zhì)量的穩(wěn)定性、合格率等方面。目前，攀鋼100m長定尺生產(chǎn)的合格率已達(dá)到90%以上，包鋼達(dá)到70%以上，鞍鋼達(dá)到60%以上。國外鋼軌的生產(chǎn)法國：（1）鋼胚的生產(chǎn)：生鐵脫硫預(yù)處理——氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉——除渣處理——LF爐外精煉——真空脫氣——四流連鑄——熱鋸鋼胚。（2）鋼軌軋制：連鑄鋼胚——步進式加熱爐加熱——高壓水除磷——普通軋機開胚，萬能機軋制——鋼軌熱預(yù)彎——平立聯(lián)合矯直——鋸切，端頭精加工——平直度在線檢測——表面渦流探傷——內(nèi)部超聲波探傷——外觀檢查——入庫。（3）鋼軌精整。（4）鋼軌質(zhì)量檢測。國外鋼軌的生產(chǎn)德國：蒂森鋼軌生產(chǎn)流程：高爐鐵水——鐵水預(yù)脫硫——氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉——RH真空脫氣——6流連鑄——步進式加熱爐加熱鋼胚——高壓水除磷——粗軋——精軋——熱鋸——步進式冷床——立平符合錕矯——檢測中心——端頭四面壓力矯直——鋸鉆加工——檢查——入庫。各國鋼軌長度

國外鋼軌的長度：德國120m，法國80m，日本50m。國內(nèi)鞍鋼已可生產(chǎn)50m鋼軌，攀鋼和包鋼技術(shù)改造后可產(chǎn)100m、500m長鋼軌。我國鋼軌的標(biāo)準(zhǔn)1）《TB/T2344-2003：43kg/m~75kg/m熱軋鋼軌訂貨技術(shù)條件》適用于既有線熱軋鋼軌。該標(biāo)準(zhǔn)以歐洲鋼軌標(biāo)準(zhǔn)為采標(biāo)對象，兼顧到目前我國鋼軌生產(chǎn)廠正在進行技術(shù)改造的的實際情況而制定。有的指標(biāo)低于《250km/h客運專線60kg/m鋼軌暫行技術(shù)條件》。2）《TB/T2635-2004:熱處理鋼軌技術(shù)條件》適用于既有線熱處理鋼軌。我國鋼軌的標(biāo)準(zhǔn)3）《250km/h客運專線60kg/m鋼軌暫行技術(shù)條件》（鐵科技函[2005]298號）適用于新建250km/h客運專線。該技術(shù)條件以歐洲鋼軌標(biāo)準(zhǔn)為采標(biāo)對象，采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的B級平直度及幾何尺寸的要求，并在試驗方法等方面兼顧國內(nèi)習(xí)慣。4）《350km/h客運專線60kg/m鋼軌暫行技術(shù)條件》（鐵科技[2004]120號）適用于新建350km/h客運專線。該技術(shù)條件以歐洲鋼軌標(biāo)準(zhǔn)為采標(biāo)對象，采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的A級平直度及幾何尺寸的要求（為頂極標(biāo)準(zhǔn)），并在試驗方法等方面兼顧國內(nèi)習(xí)慣。我國鋼軌的標(biāo)準(zhǔn)5）《客運專線60AT鋼軌暫行技術(shù)條件》（鐵科技函[2005]101號）適用于新建客運專線。該標(biāo)準(zhǔn)以歐洲道岔鋼軌標(biāo)準(zhǔn)為采標(biāo)對象，結(jié)合國內(nèi)鋼種以及試驗方法等方面的國內(nèi)習(xí)慣。6）《250km/h和350km/h客運專線鋼軌檢驗驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)》（鐵建設(shè)函[2005]402號）等。適用于客運專線鋼軌的用戶檢驗鋼軌的選用原則1）根據(jù)鐵路的不同需要采用不同等級的鋼軌技術(shù)條件；2）在生產(chǎn)、采購和使用中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)；3）不斷提高鋼軌生產(chǎn)和使用水平，保證鐵路安全運行延長鋼軌使用壽命。鋼軌的選用原則

現(xiàn)行我國鋼軌國標(biāo)于1981年修訂（GB2585-81），其內(nèi)容不僅不能反映現(xiàn)代鐵路對鋼軌質(zhì)量的要求，也不能反映冶金系統(tǒng)近年來的技術(shù)進步。因此，鋼軌的生產(chǎn)和使用各方應(yīng)嚴(yán)格遵守鐵道部頒布的系列鋼軌暫行技術(shù)條件和標(biāo)準(zhǔn)。鋼軌的選用原則

由于鐵路的線路狀態(tài)和載荷條件是不同的，因此，為了延長鋼軌使用壽命、降低維修費用，在不同的鐵路運輸狀況下應(yīng)鋪設(shè)不同強度等級的鋼軌。在直線上應(yīng)鋪設(shè)軌面硬度為260~300HB的熱軋鋼軌，在半徑為1000m以下的曲線上應(yīng)鋪設(shè)使用高硬度的熱處理鋼軌（340~370HB)。鋼軌的選用原則

硬度較高的熱處理鋼軌，不宜在直線上鋪設(shè)使用。硬度的提高減少了鋼軌的磨耗，造成了輪軌接觸不良或者接觸面積的減少，導(dǎo)致接觸應(yīng)力的增加，或者萌生的裂紋難以磨去，最終增加了接觸疲勞傷損，反而使用壽命更低。我國既有線鋼軌的焊接體系

一般無縫線路鋼軌的焊接分三步進行：第一步，在焊軌廠采用閃光焊的方法將25m長鋼軌焊成250m～500m長軌條；第二步，鋼軌運到現(xiàn)場后，在道下采用氣壓焊或鋁熱焊的方法焊成1000m-2000m的長軌條；第三步，在道上采用鋁熱焊或氣壓焊將鋼軌焊成區(qū)間或跨區(qū)間無縫線路。其中第二步和第三步又分別稱之為單元軌節(jié)焊和鎖定焊。第一步焊接在廠內(nèi)或基地內(nèi)進行，均采用閃光焊，采用瑞士產(chǎn)GAAS80焊機或烏克蘭K系列焊機。這