高速重载铁路运输对钢轨的技术要求

高速重载铁路运输对钢轨的技术要求

我国铁路现有营业里程67000km，每年新线投产约1000km，其中60kg/m以上钢轨铺设38500km，约占正线延展长度的49.6%。今后相当长的一段时间内，60kg/m钢轨将是铁路采用的主轨型。

国产钢轨牌号主要有U74、U71Mn、PD2、PD3和BNbRE，强度级别为800、900MPa 和1000MPa级。钢轨淬火后，强度可达到1100-1200MPa或1200-1300MPa级。其中PD2为普碳钢SQ工艺全长淬火钢轨；PD3为高碳微钒低合金钢轨，BNbRE为含铌稀土处理低合金钢轨。

世界上开行200km/h以上高速铁路的国家有5个，即日本的新干线、法国的TGV、德国的ICE、意大利的ETR和西班牙的A VE。

全部采用60kg/m的轨型。

为保证高速列车运行的平稳性和旅客的舒适性，高速铁路的平顺性是很重要的指标，国外高速铁路采用断面尺寸公差和平直度要求很高的长定尺钢轨并焊接成超长无缝线路。

为保证高速铁路的运行安全，国外高速铁路用钢轨采用各种冶金技术最新发展的成果来生产。钢轨生产厂普遍采用铁水预处理，转炉或电炉炼钢、炉外精炼、真空脱气等先进工艺。钢水浇铸则全部采用连铸。钢中硫、磷含量一般小于0.02%；氢含量小于1.5× 10-6；高倍夹杂物B、C、D类≤1.0级，A类≤1.5级。

万能轧机轧制是提高尺寸精确度和表面质量的关键。

我国铁路发展提速、重载运输后，有4个特点影响到钢轨的服役状态。

高密度、高速度、高牵引定数和大轴重并举：

提速后，四大干线旅客列车速度达到140~160km/h，货物列车速度达到80-85km/h。

四大干线已开行牵引定数5000t的重载列车。大秦线运煤单元列车全列重量10000t。

新设计生产的重载货车轴重达25t，增加了轮轨间接触应力和疲劳负荷。

曲线外轨超高位置：

由于我国铁路系统是客、货列车混跑，使得轮轨之间的接触偏离设计状态，使得钢轨的服役条件更加苛刻。

内燃电力牵引比例增加：

轴重与轮径之比P/D较蒸汽机车大，由于减小了轮轨之间的接触面，增加了接触应力。

蛇行运动：

列车速度提高后，两侧钢轨造成不均匀的磨耗和剥离。

技术条件指标

⑴ 化学成分和残留元素：200km/h钢轨化学成分采用U71Mn，UIC900A，PD3

和BNbRE四个钢种，300km/h钢轨采用欧洲标准EN260，但其成分含量比原钢号成

分稍做调整。

⑵ 氢含量：钢水中[H]≤2.5×10-6；成品轨中[H]≤1.5×10-6。

⑶ 总氧含量：[O]≤20×10-6。

⑷ 拉伸：表1。

⑸ 踏面中心线硬度：表1。

表1钢轨的力学性能

钢号抗拉强度/MPa 伸长率/ % 轨头踏面中心线硬度（HB）U71Mn,UIC900A ≥880 ≥10 260~300

PD3,BNbRE ≥980 ≥9 280~320

EN260 ≥880 ≥10 260~300

注：同一根钢轨上，其硬度变化范围不大于30HB。

⑹ 显微组织：钢轨断面的显微组织应为珠光体（允许有少量铁素体）组织，不得

有马氏体、贝氏体及沿晶界分布的渗碳体。

⑺ 脱碳层：连续封闭的铁素体网深度不得超过0.5mm。

⑻ 非金属夹杂物：按GB10561标准检测，指标见表2。

表2 非金属夹杂物规定

A类杂质B、C、D类杂质

200km/h ≤2.5级≤1.5级

300km/h ≤2级≤1级

⑼ 低倍组织：不得有白点、缩孔残余、内裂、异金属夹杂物、翻皮、分层和肉眼

可见的夹杂及任何有害缺陷。

⑽ 落锤：（略）

⑾ 尺寸：（略）

⑿ 表面质量：（略）

⒀ 超声波探伤：人工平底孔φ2。

⒁ 轨底残余应力：≤250MPa。

⒂ 断裂韧性：K IC最小值26MPa。m1/2, 平均值29MPa。m1/2。

⒃ 疲劳裂纹扩展速率：∆K=10MPa。m1/2，da/dN≤17m/GC, ∆k=13.5MPa。m1/2，da/dN≤55m/GC。

⒄ 疲劳：总应变幅为1350µε时，每个试样的疲劳寿命应大于5×106次。

摘自中国冶金2000年第六期作者：贾国平（中国铁路物资总公司）