1、国内外钢轨技术的研究及进展,周清跃,铁道科学研究院研发中心 2007年12月,2019年2月9日,第2页 共 页,目录,1. 国内外钢轨标准 2. 钢轨的生产技术 3. 轨钢的研究进展 4. 钢轨的焊接体系 5. 钢轨的合理使用 6. 轮轨的硬度匹配,2019年2月9日,第3页 共 页,引言,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
2、，近年来正在大力发展100m长定尺钢轨。,2019年2月9日,第4页 共 页,近年来我国铁路每年钢轨用量约100150万吨，到2010年将达到200多万吨。仅钢轨材料费就需耗资4590亿元；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。,2019年2月9日,第5页 共 页,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本领域的地位和水平。,2019年2月9日,第6页 共 页,1.1 国外钢轨标准,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
3、准为2000年版。 2）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。,2019年2月9日,第7页 共 页,2）前苏联/俄罗斯钢轨标准： OCT 24182-80，热轧钢轨（前苏联标准） OCT 18267-82; 热处理钢轨（前苏联标准） OCT P 51685-2000：有较大的修改（俄罗斯标准）。,2019年2月9日,第8页 共 页,3）日本钢轨标准： JIS E1101，1993,2001;热轧钢轨 JIS E1123，端部热处理钢轨 JIS E 11201994，热处理钢轨日本钢轨技术条件要
4、求不高，但钢轨实物水平很高。,2019年2月9日,第9页 共 页,4）国际铁路联盟：UIC860 钢轨供货技术条件第八版（1986.7）：本标准是流行较广的钢轨标准之一，许多国家在钢轨的国际采购招标中均使用这一标准。但由于国际铁路联盟工作重点发生变化，不再制定和修订钢轨标准，1986年制定的国际铁路联盟钢轨标准显然不能满足铁路发展和冶金生产技术进步的要求。,2019年2月9日,第10页 共 页,5）欧洲钢轨标准：EN13674-1：2003（E）1994年11月提出初稿，1996年2月提出第二稿，1998年第三稿面世，2000年确定了标准号，2003年正式颁布。该标准全面反映了高速铁路对钢轨的
5、要求，是当今世界上最先进、最严格的标准之一。在标准范围中明确规定了该技术条件适用于高速铁路。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。,2019年2月9日,第11页 共 页,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、周清跃主编译）中。,2019年2月9日,第12页 共 页,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，
6、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。,2019年2月9日,第13页 共 页,从此改变了钢厂不采用铁路钢轨标准的历史。现在已经形成了由铁道部提出标准，钢厂按此生产的局面。从而大大推动了钢轨生产的现代化技术改造。,2019年2月9日,第14页 共 页,目前国内主要钢轨标准有： 1）时速200公里客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件（科技基199901号）：原用于秦沈客运专线，现用于时速200公里提速线路。 2）时速300公里高速铁路60kg/m钢轨暂行技术条
7、件（科技基199901号）：原用于秦沈客运专线综合试验段进口钢轨。,2019年2月9日,第15页 共 页,3）时速200公里客运专线60AT钢轨暂行技术条件（科教基200041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200041号）：用于秦沈客运专线。,2019年2月9日,第16页 共 页,5）250km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件（铁科技函2005298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。,2019年2月9日,第
8、17页 共 页,6）350km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件（铁科技2004120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，采用欧洲标准中规定的A级平直度及几何尺寸的要求（为顶极标准），并在试验方法等方面兼顾国内习惯。,2019年2月9日,第18页 共 页,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。,2019年2月9日,第19页 共 页,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 40
9、2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。,2019年2月9日,第20页 共 页,9）TB/T2344-2003 ：43kg/m75kg/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70100万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。,2019年2月9日,第21页 共 页,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
10、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。,2019年2月9日,第22页 共 页,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。,2019年2月9日,第23页 共 页,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L
11、F炉外精炼真空脱气连铸等。 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。,2019年2月9日,第24页 共 页,图1 钢坯冶炼和连铸系统,2019年2月9日,第25页 共 页,图2 轨钢的转炉冶炼,2019年2月9日,第26页 共 页,图3 轨钢的四流方坯连铸,2019年2月9日,第27页 共 页,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； 采用多
12、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。,2019年2月9日,第28页 共 页,图4 采用万能轧机轧制钢轨,2019年2月9日,第29页 共 页,图5 钢轨热预弯,2019年2月9日,第30页 共 页,图6 钢轨热预弯,2019年2月9日,第31页 共 页,图7 钢轨平立复合矫直,2019年2月9日,第32页 共 页,图8 激光辅助四面液压矫直,2019年2月9日,第33页 共 页,3）钢轨质量检测 质量检测一般采用集中布置，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
13、肉眼检查等。,图9 钢轨平直度激光自动检测,2019年2月9日,第34页 共 页,2.2 国内钢厂技术改造进展情况,自铁道部修建秦沈客运专线、颁布时速200和300公里客运专线钢轨技术条件以来，大大推动了国内钢厂的技术改造：鞍钢已于2002年底引进国外先进设备和技术，完成了炉外精炼、真空脱气、大方坯连铸和万能法轧制钢轨的技术改造，2007年完成了100m长定尺钢轨的技术改造。,2019年2月9日,第35页 共 页,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
14、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。,2019年2月9日,第36页 共 页,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。,2019年2月9日,第37页 共 页,三 轨钢的研究及进展,3.
15、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0.801.20Cr的EN320Cr）。 按交货状态可分为热轧钢轨和热处理钢轨。 热处理钢轨依其工艺条件又可分为离线热处理钢轨（钢轨轧制冷却后再重新加热）及在线热处理钢轨（利用轧制余热对其进行热处理，不再二次加热）。,2019年2月9日,第38页 共 页,按轨钢的最低抗拉强度可分为680MPa级（欧洲EN200）、780MPa级（如U74等）、880MPa级（如U71Mn）、980MPa级（U75V，U76NbRE热轧轨）、1080MP
16、a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。,2019年2月9日,第39页 共 页,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0.400.80%范围内变化，锰含量小于1.301.40，无其他合金元素加入。日本及欧洲一些国家仍生产和使用抗拉强度为680MPa780MPa的碳素钢轨。这种含碳量低的钢轨生产方便，韧塑性好，焊接性能优良，不易断裂，并且成本较低。但是由于强度等级较低，耐磨性能较差，可用在运量不大、耐磨性能无需很高的铁路线路上。,2019年
17、2月9日,第40页 共 页,目前国内使用的普通及微合金钢轨主要有四个钢种，即抗拉强度为780MPa级的U74、880MPa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，焊接范围较窄。,2019年2月9日,第41页 共 页,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
18、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780880MPa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，在繁忙重载铁路干线的直线上使用具有优势。,2019年2月9日,第42页 共 页,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
19、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。,2019年2月9日,第43页 共 页,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
20、钢轨。,2019年2月9日,第44页 共 页,3.5轨钢的最新研究动向 3.5.1国外轨钢的研究动向 1）过共析珠光体钢轨 通过添加合金元素以及热处理可提高钢轨的强度。对于珠光体钢轨来说，达到1300MPa基本已到极限。再进一步提高强度和硬度，轨头表面会形成不希望出现的脆性贝氏体和马氏体组织。 鉴于上述情况，日本新日铁公司的研究人员提出了这样一种新思路，即通过增加珠光体中渗碳体相的密度来提高耐磨性能，并研究了过共析钢轨。新开发的过共析钢轨完成了北美重载铁路线上试验后，目前已在美国铺设使用10万余吨。,2019年2月9日,第45页 共 页,2）抗破损钢轨通过调整热处理时的冷却速度，将钢轨踏面和轨
21、顶角处理成不同的硬度。在冲击载荷的作用下，硬度较软的踏面处会产生更多的磨损。通过“增加”轨顶面中心即踏面处的磨耗率，这部分的有害的疲劳裂纹能被自然“磨”掉而不扩展，不需要进行昂贵的打磨。自1990年开始,这种钢轨已经在Burlington Northern 进行试验，结果令人满意。,2019年2月9日,第46页 共 页,3）马氏体钢轨由于珠光体型钢轨已经接近研发极限，许多制造商正在试验其他高强度钢轨。 近来英钢联研究开发了轨头硬度达445HB的低碳马氏体钢轨钢，并申请了专利。尽管该钢种其耐磨性能与珠光体型热处理钢轨相似，韧性却高很多。,2019年2月9日,第47页 共 页,4） 贝氏体钢轨目前
22、国外新的高强钢轨的研发重点主要集中在贝氏体钢轨上。贝氏体钢轨具有强度高、韧塑性好，显示出强度和韧塑性的良好配合，尤其韧性更好，是珠光体钢轨的2-3倍。另外，贝氏体钢轨由于含碳量低，具有较好的焊接性能，同时还可与珠光体钢轨进行焊接。铁道科学研究院已与鞍钢合作开展了贝氏体钢轨的试验研究，并于2003年7月通过铁道部科技司组织的技术审查，现已上道试铺近4年，表现出比热处理钢轨更好的抗剥离和耐磨性能。,2019年2月9日,第48页 共 页,3.5.2国内钢轨钢的研究方向 1) 专用热处理轨钢 （U77MnCr PG4） 2) 重载铁路用超高强度轨钢（U77MnCr PG4） 3) 高速铁路用轨钢 （U
23、71Mnk） 4) 道岔用钢轨（60D40 60TY）,2019年2月9日,第49页 共 页,四 钢轨的焊接体系,4.1我国既有线钢轨的焊接体系：一般无缝线路钢轨的焊接分三步进行：第一步，在焊轨厂采用闪光焊的方法将25m长钢轨焊成250m500m长轨条；第二步，钢轨运到现场后，在道下采用气压焊或铝热焊的方法焊成1000m-2000m的长轨条；第三步，在道上采用铝热焊或气压焊将钢轨焊成区间或跨区间无缝线路。 其中第二步和第三步又分别称之为单元轨节焊和锁定焊。,2019年2月9日,第50页 共 页,第一步焊接在厂内或基地内进行，均采用闪光焊，采用瑞士产GAAS80焊机或乌克兰K系列焊机。这种焊接方
24、式，质量稳定可靠，是所有焊接方式中最好的； 第二步焊接采用气压焊或铝热焊。从焊接的原理和焊接接头的性能看，气压焊优于铝热焊，但由于铝热焊施工方便，尤其可较好保证焊接接头的平顺性，近年来被广泛使用。,2019年2月9日,第51页 共 页,第三步焊接，采用铝热焊或气压焊，近年来多数采用铝热焊。因为铝热焊是一种填充焊，用于锁定焊非常方便。另外，断轨修复，采用铝热焊也比较方便。所以，虽然铝热焊是一种铸态组织，但是无缝线路的施工和养护缺不了。,2019年2月9日,第52页 共 页,4.2客运专线长定尺钢轨的焊接体系在客运专线铁路中应采用下列焊接方式：在焊轨基地采用固定式闪光焊，在现场采用铝热焊或移动式闪
25、光焊进行焊接。这样可以较好的保证焊接质量。不建议将100m长定尺钢轨直接运至铺轨现场采用移动式闪光焊进行焊接。在新建普通铁路上，可采用移动式闪光焊将100m长定尺钢轨焊成规定的长度，或采用移动式闪光焊或铝热焊进行锁定焊。另外，待既有线不那么繁忙，也可以直接将100m钢轨运至现场直接采用移动式闪光焊轨车进行。,2019年2月9日,第53页 共 页,5 钢轨的合理使用,5.1 严格执行铁道行业钢轨新标准 现行我国钢轨国标于1981年修订（GB2585-81），其内容不仅不能反映现代铁路对钢轨质量的要求，也不能反映冶金系统近年来的技术进步。因此，钢轨的生产和使用各方应严格遵守铁道部颁布的系列钢轨暂行
26、技术条件和标准。,2019年2月9日,第54页 共 页,5.2 合理铺用钢轨、实现钢轨的分级使用 由于铁路的线路状态和载荷条件是不同的，因此，为了延长钢轨使用寿命、降低维修费用，在不同的铁路运输状况下应铺设不同强度等级的钢轨。 在直线上应铺设轨面硬度为260300HB的热轧钢轨，在半径为1000m以下的曲线上应铺设使用高硬度的热处理钢轨（340370HB)。,2019年2月9日,第55页 共 页,硬度较高的热处理钢轨，不宜在直线上铺设使用。硬度的提高减少了钢轨的磨耗，造成了轮轨接触不良或者接触面积的减少，导致接触应力的增加，或者萌生的裂纹难以磨去，最终增加了接触疲劳伤损，反而使用寿命更低。,2
27、019年2月9日,第56页 共 页,图10 浙赣线鹰潭工务段进口热处理钢轨 （在直线上使用、下道时通过总重3.5亿吨）,2019年2月9日,第57页 共 页,图11 浙赣线鹰潭工务段进口热处理钢轨 （在直线上使用、下道时通过总重3.5亿吨）,2019年2月9日,第58页 共 页,图12 浙赣线鹰潭工务段进口热处理钢轨 （从轨头裂纹发展为横向疲劳断裂）,2019年2月9日,第59页 共 页,硬度太低的钢轨也不宜在重载铁路上使用。,2019年2月9日,第60页 共 页,图13 普通钢轨在朔黄铁路的使用情况,2019年2月9日,第61页 共 页,钢轨强度等级的选择还应考虑轮轨关系。前苏联热处理钢轨的
28、大面积使用，造成车轮使用寿命的大幅下降，应引起我国铁路有关部门的重视。,2019年2月9日,第62页 共 页,5.3 进行科学润滑、减少钢轨磨损 大量的试验研究表明，进行科学的钢轨润滑不仅可以节省牵引动力（节省燃料），还可以显著减少车轮及钢轨的磨损。自上世纪80年代以来，美国、欧洲、日本等铁路相继进行轮轨润滑试验，生产了各种类型的润滑器和润滑剂，并投入了实际运用。 实践证明，应根据具体情况进行科学润滑，这样才能取得满意的综合效果，否则会适得其反。从润滑效果而言，固态润滑比液态好，润滑脂比润滑油好。在钢轨出现接触疲劳伤损时应减少或停止任何形式的润滑。,2019年2月9日,第63页 共 页,5.4
29、 开展预防性打磨、延长钢轨使用寿命 在国外，钢轨打磨已有50多年的历史。钢轨打磨的目的在于消除钢轨的波形磨耗、控制钢轨及焊接接头表面接触疲劳伤损以及减轻和消除轮轨噪声。 钢轨打磨方法主要有矫正性打磨、维护性打磨和预防性打磨三种。目前在许多国外铁路公司，这三种方法交叉使用，但以预防性打磨为主。,2019年2月9日,第64页 共 页,所谓预防性打磨，是采用高效率的打磨列车，按规定的打磨样板对钢轨进行经常性的轻度快速打磨。一般情况下，在小半径曲线地段的打磨周期为每通过1015Mt，在缓和曲线地段的打磨周期为每通过20 30Mt，在直线地段的打磨周期为每通过3045Mt。与矫正性和维护性打磨相比，预防
30、性打磨更能够大幅度地提高钢轨使用寿命和改善轮/轨、机车车辆/轨道相互作用。 我国已开展了钢轨打磨工作，但均未采用预防性打磨打磨设备和工艺技术均有待于开展研究。,2019年2月9日,第65页 共 页,5.5 关注滚动接触疲劳（RCF）伤损的研究和治理 在上世纪90年代中期，欧洲及日本由于列车提速以后普遍出现一种由于滚动接触疲劳产生的新的钢轨伤损形式。这种伤损又可以细分为轨头裂纹（head checks）、隐伤（squats，又称dark spot）、剥离掉块（shelling）等。 直到90年代中期，普遍认为轨头裂纹很少导致钢轨在垂直方向断裂，但是后来使用发现，轨头裂纹产生断裂的可能性要比想像的
31、大的多。,2019年2月9日,第66页 共 页,图14 钢轨轨头裂纹（斜裂纹）,2019年2月9日,第67页 共 页,图15 钢轨轨头的隐伤,2019年2月9日,第68页 共 页,图16 由轨头裂纹引起的钢轨 横向断裂,2019年2月9日,第69页 共 页,图17 广深线出现的轨头裂纹和隐伤,2019年2月9日,第70页 共 页,轨头裂纹和隐伤的发展模式对钢轨安全使用构成的威胁较大。裂纹在钢轨踏面斜向向下扩展到一定深度后转向向内发展，即有一个从接触应力控制向弯曲应力控制的过渡。 2000年10月，英国高速列车在Hatifield以185km/h通过R1460m曲线时出现脱轨，造成4人死亡、70
32、人受伤的严重事故，并由此导致英国铁路的限速和混乱。不久查明脱轨事故是由于曲线外股钢轨的断裂引起的，裂纹萌生于滚动接触疲劳的“轨头裂纹”，是钢轨接触疲劳裂纹的发展模式。这则事例生动地说明了高速运输条件下钢轨接触疲劳失效的危险性。,2019年2月9日,第71页 共 页,钢轨的磨损在某种意义上说可以阻止裂纹的形成或发展。当磨损率很大时，磨掉表层金属的速度比接触疲劳裂纹形成的速度要快，那么接触疲劳裂纹将不会产生；当磨损率较高时，会导致接触疲劳裂纹的净缩短；而当磨损率较低时，裂纹将继续发展直至断裂。因此，当采用高强轨、采用更多的钢轨润滑时，应更加关注接触疲劳断裂的危险性。 我国近年来铺设了大量的强度等级
33、较高如U75V钢轨。随着列车提速，其滚动接触疲劳伤损较以前更普遍、更严重了。对此应引起有关部门的重视，尽早进行研究和防范。,2019年2月9日,第72页 共 页,国外对钢轨轨面滚动接触疲劳伤损的治理措施主要有：合理铺用不同强度等级的钢轨，采用预防性打磨以及良好的维修养护等，最大程度地降低接触应力，减少RCF的产生。,2019年2月9日,第73页 共 页,六 轮轨的硬度匹配 轮轨是一对摩擦副，除了设计合理的轮轨廓面外，不同运输条件下轮轨硬度的合理匹配将对提高轮轨的综合使用寿命具有十分重要的作用。 。,2019年2月9日,第74页 共 页,轮轨硬度匹配现状与存在的问题,日本铁路广泛使用轨面硬度大于
34、235HB的钢轨，但车轮的硬度较高，其中SSW-3R车轮轮辋的硬度为311363HB。 重载铁路发达的美国，1996年前广泛铺用的钢轨硬度大于260HB；1996年后，钢轨的硬度大于300HB。 上述国家铁路在小半径曲线上为减少钢轨的磨耗，广泛铺用硬度更高的合金轨（轨面硬度大于320HB）或热处理钢轨（轨面硬度大于340HB）。,2019年2月9日,第75页 共 页,美国车轮标准规定了不同等级车轮的应用范围：L级车轮，主要用于高速运行、制动条件比其他级别车轮更为恶劣而车轮载荷小的场合； A级车轮，主要用于高速运行、制动条件恶劣、中等轮载荷的场合；B级车轮， 主要用于高速运行、制动条件恶劣、较重
35、轮载荷的场合；C级车轮，主要用于轻制动条件和大轮载运输的工况或用于非踏面制动的较严重制动条件的场合。B级或C级车轮用于通用的货车，也推荐用于机车。由于美国铁路大多数为货运专线，列车轴重大，运行速度不高，因此多数采用硬度较高的C级车轮。,2019年2月9日,第76页 共 页,前苏联在上世纪70年代末期，到1986年为止，铺设整体淬火钢轨的总长度已占总线路的50以上。据统计，车轮的平均使用寿命从1980年的10年，缩短到1998年的3年。俄罗斯从1996年开始进行提高轮辋硬度的试验，结果表明，提高轮辋硬度后可明显提高车轮的使用寿命。,2019年2月9日,第77页 共 页,我国铁路客货车车轮的材质为
36、辗钢CL 60或 铸钢ZL-B，轮辋表面的硬度大于 270 HB；在广深客运专线上使用部分新研制的CL50A车轮其轮辋硬度大于240 HB；2002年从法国及乌克兰进口部分按欧洲标准生产的ER7和ER8车轮，在国内既有线上使用。出现的问题主要有：在广深线上根据欧洲标准研制的CL50A车轮、在部分线路上使用的进口ER7和ER8车轮以及在大秦重载铁路C76和C80车上使用的CL60和ZL-B车轮，相继出现严重的辗边、剥离和踏面圆周磨耗等问题，表现出车轮硬度不足，尤其在轴重较大或线路平面条件不好的情况下更为严重。,2019年2月9日,第78页 共 页,系统开展轮轨材料/硬度匹配的研究事实上影响轮轨使用寿命的因素很多，如轮轨的廓面匹配、轮轨的科学润滑以及车轮的及时镟修和钢轨的定期打磨等，应综合考虑。另外，在加强轮轨关系的理论和试验室研究的同时，包括采用实际轮轨材料，研究轮轨硬度匹配对轮轨磨耗以及滚动接触疲劳的影响，更应重视对轮轨伤损的使用跟踪研究：对引进不同材料及硬度的时速200公里及以上动车组车轮在我国的使用情况以及对高速客运专线和重载铁路上使用的车轮和钢轨进行跟踪研究，以进一步研究轮轨关系中硬度的合理匹配问题。,2019年2月9日,第79页 共 页,周清跃联系电话： 办公室93480 手机13601053965 Z,2019年2月9日,第80页 共 页,谢谢大家,
