30 t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究（可编辑）.doc

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1、30 t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究 轴重铁路钢轨技术体系及标准研究研究员,北京,张银花: 中国铁道科学研究院金属及化学研究所,周清跃: 中国铁道科学研究院金属及化学研究所, 研究员,博士研究生导师,北京,中国铁道科学研究院金属及化学研究所, 副研究员,北京,陈朝阳:副研究员,北京,刘丰收: 中国铁道科学研究院金属及化学研究所,李闯: 中国铁道科学研究院金属及化学研究所, 研究实习员,北京,中国铁道科学研究院金属及化学研究所, 研究实习员,北京,俞醅:摘要:论述国外重载铁路钢轨技术体系及标准,分析我国重载铁路钢轨使用现状,开展 轴重铁路钢轨技术体系及标准研究。针对轨型/单重研究、轨头廓形优化

2、及新廓形钢轨的研发、重载国外重载铁路钢轨技术体系及标准铁路用新钢种钢轨研究、维修养护策略研究、轴重钢轨的选用、重载铁路钢轨标准研究进行分 世界上重载铁路比较发达的国家铁路运输均以货运析,提出 轴重铁路钢轨使用单重 /钢轨, 为主,列车轴重大多为 以上,最大轴重为 。各国直线铺设钢轨强度等级为 或 ,曲 依据国情,在钢轨轨型/单重、廓形、强度、维修养护策线铺设钢轨强度等级为 及以上;钢轨廓形 略等技术体系及标准上不尽相同”。】。选用新廓形钢轨廓面。建议设置试验段,对技 北美铁路主要以货运为主,列车轴重大多为术体系进行试验验证。 在钢轨轨型/单重方面,年以前主要采用 钢关键词: 轴重铁路钢轨;技术

3、体系;标准研究;轨,单重/./。随着重载技术的发重载铁路展,研发了单重/ /轨型钢轨,以期通过提高钢轨单重延长钢轨使用寿命和减少维修养护工作量。年,大量铺用 钢轨,使用表明,提高钢轨单重并未获得预期效果,钢轨使用寿命并年 未大幅延长。因此,年后,北美各铁路公司逐渐以?满足我国重载铁路的快速发展需要,于/开始对 轴重铁路钢轨技术体系及标准进行研 铺用单重/钢轨为主。在钢轨硬度与强度上,直的热究,在借鉴国外重载铁路发达国家钢轨技术及标准制 线段多铺设轨面硬度 、抗拉强度定成熟经验基础上,总结分析我国重载铁路钢轨使用现 轧钢轨;曲线段多铺设轨面硬度 、抗拉强度状,开展适应 轴重铁路钢轨的轨型、廓形、

4、强度级 的热处理钢轨。近年来,从本进口的少量耐别、维修养护策略、标准等研究,提出我国/重铁 磨性能更好的过共析热处理钢轨钢轨在曲线段路钢轨技术体系及标准。 铺设使用。钢轨廓形主要采用 廓形钢轨,为改善. .万方数据轴重铁路钢轨技术体系及标准研究张银花等轮轨接触关系,及时优化钢轨轨头廓形。采用合理润滑 因是有缝线路,钢轨接头伤损严重。世纪年代和摩擦系数控制、针对性打磨及检查与养护制度,最大 中后期,大秦铁路逐渐在直线段铺设钢轨强度等级为的微合金热轧钢轨,曲线段铺设钢轨强度等级限度延长钢轨使用寿命。目前,钢轨预防性打磨周期直万一 为 及以上的线段每通过总重 万,中等半径曲线段每/全长热处理钢轨,并

5、采用万通过总重 万,小半径曲线段每通过总重 无缝线路,钢轨的使用寿命有所延长。近年来随着万万 万。美国重载铁路直线段钢轨换轨周期约 吨列车的开行及年运量的大幅增加,钢轨伤损急剧增加。年,开展了延长大秦重载铁路钢轨及车轮使用为通过总重,曲线段为通过总重。和北美铁路最新版本的钢轨标准一 中 寿命的研究,开发了钢轨强度等级包括 及以上个轨型,但推荐用于新钢轨 的与热轧钢轨、 的热处理钢、 和 。钢轨分为 轨、钢质更加纯净及夹杂物更少的钢轨、高强热弹生产的断面只有性垫板等,并优化了焊接技术,铺设上线后并配以合理普通碳素轨和低合金轨两大类。其中普通碳素轨的热轧态踏面硬度为 以上,抗拉强度不低于 , 润滑

6、、打磨和养护维修技术,大秦铁路钢轨使用寿命得断后伸长率不低于%;低合金轨根据所含合金量的 到大幅度提高。年,铺设的攀钢集团有限公司钢轨累计通过总重达亿,直线钢轨累计重伤率约为不同,热轧态有标准强度和中等强度等级。其中标准强度等级钢轨踏面硬度为 ,抗拉强度不低于 处/。年,铺设了鞍山钢铁集团公司和攀钢集团有限公司钢轨,直线母材厂焊重,断后伸长率不低于%;中等强度等级钢轨伤率在通过总重寸接近处/,通过总重时踏面硬度为 以上,抗拉强度不低于 ,断接近处/,钢轨重伤率大幅降低。目前,在曲线半径后伸长率%以上。标准中对两大类钢轨相应热处理性能的曲线段,钢轨使用寿命可达通过总重,直及焊接后处理方式也做了明

7、确规定。热处理钢轨的硬度均在 及以上。此外,对钢轨的合金成分及性能指 线段通过总重可达。图为年以前不同类型钢轨轨头重伤数量,图为年月一 年月一标,外观尺寸及表面质量,检验内容、方法及频次,钢区段采取延长钢轨使用寿命多项措施后,钢轨通过轨标识等进行了规定。总重与重伤率关系垆。澳大利亚、南非、巴西、俄罗斯等国家的列车轴重.京包线 /钢轨的使用多在以上.铺设较大单重/、较高强度的年,结合廓形优化工作,试制了约和硬度钢轨,曲线段铺设轨廓形,钢种采用美标面硬度 的钢轨,并进行有效的润滑、打磨、检 /钢轨,廓形采用美标月铺设在京包线上,直线段铺设热查和养护。曲线钢轨使用寿命可达,直线段钢轨的 钢种,于年轧

8、钢轨,曲线段铺设热处理钢轨,跟踪了个完整大修使用寿命可达亿以上。周期的钢轨使用情况【。由于/廓形钢轨与我国车我国重载铁路钢轨的使用现状我国既有铁路多铺用 /钢轨,如北同蒲和大包线等。大秦铁路二期改造后,重车线铺用 /钢轨。年,结合廓形优化研究,在大包线铺设 /美国 廓形钢轨。年前,朔黄铁路铺设/钢轨,年大修换铺/钢轨。.大秦铁路 /钢轨的使用大秦铁路开通时,全线铺设钢轨强度等级为的普通热轧钢轨,耐磨性能较差。在半径图不同类型轨头重伤数量的曲线上,钢轨使用个月侧磨达,/,:毫。薹苎; . .万方数据轴重铁路钢轨技术体系及标准研死伥银彳也守缝线路,而后换铺/钢轨,为无缝线路。自换铺/钢轨后,钢轨伤

9、损率大幅度下降,与铺设无缝线路有关,而钢轨单重提高和弯曲应力下降是钢轨寿命延长直接因素。换铺前后钢轨伤损统计见图。图钢轨通过总重与重伤率关系辆良好的轮轨匹配,显示出其优越性。曲线段耐磨性能优良。/钢轨在亿大修换轨周期内只更换次曲线钢轨,铺设/钢轨需图钢轨伤损统计更换次,个别地段需要更换次。通过对我国既有重载铁路钢轨使用的长期跟踪研钢轨重伤率降低。 /钢轨通过总重究得出以下结论:小半径曲线外股钢轨侧磨是控下道时,总重伤率为.处/,比相同条件下制钢轨寿命的主要因素,应铺设高强度热处理钢轨。/钢轨的重伤率处/低得多,也低于大秦重载铁路通过总重亿时的重伤率处/年铺设的攀钢 钢轨伤损类型主要为焊接接头重

10、伤和母材轨头核集团有限公司伤,铺设/钢轨的北同蒲线钢轨焊缝和核伤占重伤/钢轨。的%以上,铺设/钢轨的大秦重车线钢轨核伤是/钢轨维修养护工作量 /钢轨减少约倍。 主要重伤类型。与/钢轨相比, /钢轨根据钢轨重伤发展规律和寿命预测,若按钢 显示出母材及焊接接头的重伤率低、维修养护工作量减轨重伤率小于处/考虑大修换轨周期, 少等优越性。在 轴重钢轨条件下,铺设/钢轨 /使用寿命可以超过。 钢轨比铺设/钢轨重伤率明显降低。从技术性、经济性、配套性上考虑,我国铁轴重铁路钢轨技术体系及标准研究路推广使用/钢轨轨道结构可行。.北同蒲线 /钢轨的使用 .轨型/单重研究钢轨整体强度受动弯应力、温度应力和残余应力

11、影北同蒲线为我国既有重载铁路和客货混跑线路,年和运量.,列车轴重。线路铺设 响,其综合作用导致钢轨使用过程中发生横向疲劳断裂/热轧钢轨,一直未使用热处理钢轨。钢轨的伤损与 核伤。动弯应力由轮轨力引起,是导致钢轨破坏的大秦铁路钢轨伤损形式类似,主要是钢轨外股侧磨、疲 直接因素,动弯应力随着轴重增加而增加,通常随着钢劳核伤、内股压溃、斜裂纹、剥离掉块、螺栓孑裂纹和 轨单重的增加,钢轨动弯应力减小。焊接接头伤损等。焊缝伤损和轨头核伤占重伤的%以 在不同单重下,对不同轴重下的弯曲应力静强上,孑裂伤损比例较高年占重伤的.%, 度和疲劳强度进行计算,对计算结果进行定性分析得年占.%。由于线路曲线未铺设热处

12、理钢轨,钢轨 出结论:钢轨承受的弯曲应力与/钢轨基本一使用寿命短【”。 致,钢轨与/钢轨基本一致; /钢轨与.朔黄铁路 /: /钢轨的使用 钢轨的弯曲应力最大,/钢轨次之, /钢朔黄铁路年通过总重超过亿吨,列车轴重 ,是 轨与钢轨最小。 轴重时/钢轨与钢轨在我国运煤专线之一。年前铺设/钢轨,为有 的弯曲应力与/钢轨和钢轨在轴重/卡当。:巴孽嗯 / . .万方数据轴重铁路钢轨技木体系及标准研究 张银花等从轴重增至 后,疲劳寿命下降为原来的.倍。在铝热焊接头各项性能指标满足相关标准要求。相同运用条件下,/钢轨和钢轨疲劳寿命估算 从年开始, 、钢轨/值最小,/钢轨疲劳寿命约为 在大秦重载铁路铺设,使

13、用结果表明,钢轨在通过总/钢轨和钢轨的.倍,/钢轨与钢轨疲劳寿命约为 / 重约为亿时,曲线段半径外股钢轨因侧磨钢轨和钢轨的倍。 .超限而更换下道;直线段累计通过总重约 /,.轨头廓形优化及新廓形钢轨的研发 钢轨累计重伤率为.处/,目前,我国 钢轨累计重伤率为.处/。因此可得出结论,直线段/钢轨的轮轨接触多在轨距角处,轮轨长期在轨距角处接触将引起钢轨的滚动接触疲劳伤钢轨使用寿命可超过亿通过总重,曲线段钢轨使用寿损,降低钢轨使用寿命。新廓形钢轨的优化设计首 命可超过亿通过总重【】。先考虑重载铁路钢轨实际使用过程中轨头几何尺寸的 .过共析钢轨的研发和试验变化规律【 ,并参考这些年来美国 轨头廓面的修

14、世年代,本学者首先开展了过共析钢轨改规律,将轨头尺寸由原来的月、修改成 国外称钢轨的研究。研究表明,将钢轨钢中的含、,轨头显得更“凸”。轮轨理论 碳量提高至.%.%时,由于增加了珠光体组织中的几何接触关系更佳,能够降低轮轨接触应力,减少疲劳 渗碳体密度,耐磨性能比含碳量为.%.%的共析伤损,延长钢轨使用寿命。 钢轨提高%以上。另外,通过控制轧制和在线热处理仿真计算结果表明,新廓形钢轨显著改善了轮技术,可抑制过共析钢轨中呈网状分布的二次渗碳体的轨关系,轮轨主要接触位置更处于轨头踏面中心区域, 析出,使过共析钢轨具有高的强度和硬度,同时仍具有轮轨接触应力大幅降低,直线钢轨的应力和接触应 足够的韧性

15、和塑性。由于过共析钢轨中未添加新的合金力下降%;在半径曲线,外股钢轨的 元素。成本基本未增加,性价比高,可作为重载铁路曲应力和接触应力约下降%。 线用钢轨的佳选。年,攀钢集团有限公司按照新廓形钢轨试 从年起,中国铁道科学研究院和攀钢集团有限制热处理钢轨约 ,鞍山钢铁集团公司试制新廓 公司共同开展过共析钢轨暂命名为的试验研形 热轧钢轨约. ,年在大秦 究【】。通过试验室试验、丽轮工业试制、性能试验、焊接试验,以及与本和北美过共析钢轨性能指标对比,铁路重车线铺设。跟踪观测结果表明,新廓形钢轨在直线段的光带较为居中,轨距角处未出现肥边和剥离 得出初步结论:我国研发的过共析钢轨踏面硬度达到掉块,曲线段

16、热处理钢轨未出现剥离掉块等伤损, ,抗拉强度 ,断后伸长率和断面收缩率分别为.%和.%,与本过共析钢轨的性能指标接使用状态较好,具有良好的轮轨关系。.重载铁路用新钢种钢轨研究 近;轨头、轨底处的组织基本为珠光体,轨腰处存在少.和钢轨的研发及使用 量二次渗碳体组织,略差于日本过共析钢轨,但明显好于北美过共析钢轨;焊接性能良好,可在重载铁路上进为满足重载铁路的使用要求,从年开始,研发了 行试铺试验,考核其使用性能。、高强新钢种钢轨。/.维修养护策略研究是在 成分基础上加入.%.%合金元素,增加了碳含量,降低了含量,热轧状态轨面硬度在 为减缓曲线钢轨磨耗、抑制钢轨剥离掉块,应合以上,强度等级,断后伸长率%, 理采用钢轨润滑技术。曲线钢轨磨耗及轮轨润滑机理表热处理后强度 ,断后伸长率%。是 明,钢轨磨耗与剥离掉块相互影响、相互制约,在轴重重载铁路半径 曲线外股,可根据侧磨情在成分基础上加入.%.%合金元素,热轧况进行钢轨润滑。合理钢轨润滑方案包括润滑剂选择、状态轨面硬度 、强度 .热处理后强度润滑部位、润滑时机、润滑频次,以及注意问题等。,断后伸长率%。种钢轨成分中加人了合钢轨打磨可延长钢轨和车轮的使用寿命。钢轨打磨金元素,提高钢轨的淬透性,焊接性能优良,闪光焊和, / :曼。:苎。.万方数据