钢轨

钢轨是轨道结构的重要组成部分，起着导向车轮和传递载荷的作用，需要具有足够的强度、稳定性和耐磨性。钢轨的截面形状为工字形，使钢轨具有最佳的抗弯能力。钢轨由轨头、轨腰和轨底组成。钢轨类型和强度用每米长度的近似质量（千克）表示。例如，中国目前的标准轨型有43千克/米、50千克/米、60千克/米和75千克/米等。

中国铁路标准长度:43千克/米，长度为12.5米或25米；；50千克/米以上的钢轨有三种长度:25米、50米和100米。一般无缝线路采用钢厂生产的100米钢轨（100米长钢轨），运到钢轨焊接厂焊接成500米长钢轨，再运到施工现场焊接成所需长度。中国钢轨制造商主要包括攀钢集团有限公司、鞍钢集团有限公司、包钢（集团）有限公司、武钢（集团）有限公司（WISCO）和邯郸钢铁集团有限公司（邯郸钢铁）。

轨道类型

现代铁路钢轨的轨型都是工字形。工字钢最早是由美国工程师史蒂文斯于1830年设计的，国内称之为工字钢，国外称之为T型钢轨。以前的钢轨类型称为钢轨类型和样式，但现在的钢轨标准称为钢轨类型。美国标准将钢轨类型称为钢轨断面；欧洲标准称为钢轨断面；日本标准称为轨道式。

钢轨类型包括轻轨（9 ~ 30公斤/米钢轨）、有轨电车用槽轨、起重机轨、重轨（38公斤/米或以上，实际为38、43、50、60、75公斤/米）、道岔轨等。其中，重轨应用最为广泛。由于受力和加工的需要，欧洲标准将道岔钢轨分为三类:不对称钢轨、对称粗腰钢轨和对称全腰钢轨。目前，中国道岔标准中仅包括不对称钢轨，如50AT1和60AT1。60kg/m钢轨广泛应用于中国铁路干线；美国铁路有重型车轴（高达30~35t），主要使用68公斤/米（136RE）钢轨。

钢轨品牌和化学成分

根据化学成分不同，钢轨牌号分为U71Mn、U75V、U77MnCr、U78CrV、U76CrRE等。

交货状态

钢轨按交付状态分为热轧钢轨和热处理钢轨（即淬火钢轨）。不管钢轨有多结实，都叫热轧钢轨。根据其工艺条件，热处理钢轨可分为离线热处理钢轨（钢轨轧制后冷却，然后再加热）和在线热处理钢轨（钢轨利用轧制余热进行热处理，无需再加热）。根据热处理钢轨化学成分的不同，可分为碳热处理钢轨、微合金化热处理钢轨和低合金热处理钢轨。

铁路分类

钢轨还可以根据钢种、机械性能和金相组织来划分。

根据钢种，钢轨可分为碳素钢轨、微合金钢轨和低合金钢轨。中国生产的碳轨为高锰碳轨；微合金钢轨是在原铁矿石中加入适当的钒、钛、铬、钼等合金元素后冶炼轧制而成的钢轨。这种钢轨的强度和韧性高于碳素钢轨。低合金钢轨是一种低合金含量的钢，如含铬0.80% ~ 1.20%的铬合金。

根据力学性能，钢轨可分为普通钢轨、耐磨钢轨和高强度钢轨。按最低抗拉强度分有780兆帕、880兆帕、980兆帕、1180兆帕和1200 ~ 1300兆帕。抗拉强度为780MPa的钢轨（如欧洲EN220和中国U74）；抗拉强度为880MPa（如EN260、西纳锰、UIC900A、中国U71Mn等）。);抗拉强度为980MPa的钢轨（如美国地区普通钢轨、中国PD3、BNbRE热轧钢轨）；钢轨的抗拉强度为1080兆帕（如新冠Cr合金钢轨、日本HH340在线热处理钢轨）、1180兆帕（如日本HH370在线热处理钢轨、辛纳HT、辛纳LHT、中国PD2淬火钢轨）和1200 ~ 1300兆帕（微合金或低合金热处理钢轨，如中国PD3淬火钢轨）。一般强度为1080MPa及以上的钢轨称为耐磨钢轨或高强度钢轨。

根据金相组织，钢轨可分为珠光体轨、贝氏体轨、马氏体轨和过共析珠光体轨。

钢轨制造主要包括冶炼、钢坯轧制和精整。钢轨生产过程经过电弧炉、钢包炉、真空脱气槽、连铸机连铸坯和钢轨轧制。钢轨经过轧制和精整后，需要进行集中检验，以确保钢轨符合各项技术要求。

铁路性能

钢轨在极其复杂的应力条件下工作，钢轨的状态直接影响行车安全。钢轨性能主要包括强度、塑性、硬度、韧性和疲劳。使用钢轨的要求非常严格，钢轨的某些特性是矛盾的，因此需要综合选择。轨道应满足以下要求:

（1）高强度和硬度，从而达到高承载能力和长使用寿命。

（2）抗疲劳损伤的高安全性和可靠性，防止轨头内侧剥落和钢轨可能的横向断裂。

（3）抗不均匀磨损能力强，在钢轨的整个长度范围内硬度均匀，从而避免波纹和波浪等不均匀磨损。

（4）焊接性能好，以便采用无缝线路。

（5）良好的道岔加工性能以获得良好的道岔质量。

（6）化学成分便于热处理以提高钢轨的强度和韧性。

（7）严格的尺寸公差和钢轨工作边缘的平滑度可以减少轨道周期性不平顺。

定尺长度

钢轨长度反映了一个国家的钢轨生产水平和管理水平。国外铁路长度为:日本150米（实际应用为50米）、德国120米、法国80米、美国24.4米（80英尺）和俄罗斯25米。

钢轨

上世纪50年代钢轨制造初期，我国受冶金水平限制，只能生产长度为12.5 m的钢轨；后来随着装备水平的提高，生产出了长度为25 m的钢轨；2000年钢轨生产线改造后，目前可生产长度为50米和100米的钢轨。

按长度生产钢轨具有以下优点:

（1）减少关节数量。接头数量越少，铁路运行的安全性越高。同时，由于乘坐舒适度的提高，一方面增加了乘客的舒适度，另一方面大大减少了钢轨焊接和线路维护的工作量。

（2）清除轨端探伤盲点。在钢轨生产过程中，采用在线探伤，两端至少0.3 ~ 0.5米钢轨无法精确检测。然而，当钢轨长度为12.5米或25米时，两端的锯切量小于0.5米，这导致钢轨端部存在探伤盲区。

（3）清除钢轨端部矫直盲区。钢轨生产采用水平和垂直复合辊式矫直，在钢轨进出矫直机时，两端至少有1米的钢轨没有完全矫直，因此在钢轨长度为12.5米或25米时存在矫直盲区。同时，轨端压下量与轨身压下量不同，表现为两端轨高比轨身压下量高0.3 ~ 0.5 mm，不利于保证轨高的一致性和钢轨的平顺度。

百米长钢轨的研制成功，为我国高速铁路的建设奠定了坚实的基础。

铁轨损坏

钢轨损伤是指影响和限制钢轨性能的钢轨断裂、开裂和其他情况。根据损伤程度，可分为轻伤、轻微伤、重伤和破碎四类。

钢轨损伤的类型包括磨耗、裂纹、核损伤、坠块、细裂、裂纹、剥落块、剥落裂纹、磨耗、波磨、凹陷、压碎、凹陷、折裂、腐蚀、疲劳断裂、脆性断裂和断裂。

在役钢轨的主要问题是钢轨伤损严重，如轨头磨耗、波磨、波弯、孔裂、轨腰裂纹、角部侧磨和掉块等。轨头磨耗通常表现为轨头在轮轨摩擦和接触应力作用下沿全长的磨损。波磨是钢轨踏面在整个长度上的周期性波磨，轨头、轨颚和整个断面保持平直。波浪形弯曲是指钢轨沿纵向在踏面上呈明显的波浪形，轨头、轨颚和轨身随钢轨踏面周期性弯曲。轨头挤压是指金属在轨头踏面上挤压形成的飞边。孔裂纹是指在列车冲击载荷作用下，螺栓孔拐角处因应力集中或其他缺陷而产生的裂纹。这种裂纹在重复载荷下扩展甚至断裂。

国际

国际钢轨的最新研究趋势是高强度钢轨，主要研究方向分为共析珠光体钢轨、马氏体钢轨和贝氏体钢轨。

日本新日铁公司提出通过增加珠光体板中渗碳体的相密度来提高耐磨性，并研究了过共析钢在钢轨中的应用。过共析钢轨的耐磨性比传统热处理共析钢轨高20%，焊接性能与热处理钢轨接近。

英国钢铁联盟开发了一种低碳马氏体钢轨并申请了专利。这种钢轨的耐磨性与珠光体热处理钢轨相似，但韧性较高。

新型高强度钢轨的研发主要集中在贝氏体钢轨上。法国和日本从提高接触疲劳抗力角度开发的贝氏体钢轨已投入试铺，效果良好。英国开发的贝氏体青蛙已经在道路上试用，状况良好。美国开发了J6贝氏体钢轨，其抗拉强度可达1500MPa，在北美已得到广泛应用。

中国

我国Mn-Si-Cr合金钢系开发的贝氏体钢轨含贵元素少或不含贵元素，因此合金成本较低，且具有较好的焊接性和抗剥离能力。但相对强度较低，抗拉强度一般小于1400MPa。我国研制的贝氏体钢轨已广泛应用于重载铁路道岔，并批量应用于曲线段和直轨。