中国高速铁路用钢轨的质量现状及分析_张银花

DOI:10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.2011.12.001

６卷　第１２期　第４

０１１年１２月　２　　　

钢铁

ｏｌ．４６，Ｎｏ．１２　Ｖ

０１１Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　２

ＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌ　　

中国高速铁路用钢轨的质量现状及分析

张银花，　周清跃，　陈朝阳，　刘丰收

（）中国铁道科学研究院金属及化学研究所，北京１０００８１

摘　要：简要介绍中国高速铁路用钢轨标准的先进性和国内钢厂经过改造后的钢轨生产技术。结合近年来钢轨实物质量的抽检结果，采用数理统计的方法，对中国钢轨的质量现状进行分析研究，并与进口的高速铁路钢轨进行了对比。研究结果表明：中国高速铁路用钢轨标准各项指标与欧洲钢轨标准相当；国内４家钢厂经过技术改造之后，生产设备和工艺已处于世界先进水平；国产钢轨的内部和外观质量与进口高速铁路钢轨处于同一质量水平。针对建议钢厂采取有效措施，减小化学成分范围和波动值；优化轧制和矫直工钢轨生产中和使用初期反映出的问题，

艺；涂刷防脱碳涂料，减小脱碳层深度；严格执行钢轨质量监督检验机制，进一步提高和稳定钢轨质量。关键词：高速铁路用钢轨；标准；生产技术；质量分析；改进建议）文献标志码：Ａ　　文章编号：０４４９７４９Ｘ（２０１１１２０００１０９－－－

ｕａｌｉｔＳｔａｔｕｓａｎｄＡｎａｌｓｉｓｏｆｔｈｅＲａｉｌｆｏｒ　　　　　　Ｑｙｙ　

ＳｅｅｄＲａｉｌｗａｉｎＣｈｉｎａＨｉｈ－　　ｐｙｇ　

，，，ＺＨＡＮＧＹｉｎｈｕａＨＯＵ　ＱｉｎＮＺｈａｏＩＵＦｅｎｓｈｏｕｕｅａｎ　－　Ｚ－　ＣＨＥ　－ｙ　Ｌ　－ｇｇｙｇ

（，，）ＭｅｔａｌａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｏｆＲａｉｌｗａＳｃｉｅｎｃｅｓＢｅｉｉｎ１０００８１，Ｃｈｉｎａ　　　　　ｙｙｙｊｇ　　　　：ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｒａｉｌｓｔａｎｄａｒｄｆｏｒｈｉｈｓｅｅｄｒａｉｌｗａａｎｄｔｈｅｒａｉｌｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｏｆｆｏｕｒｓｔｅｅｌｍｉｌｌｓｉｎＣｈｉｎａａｆ　　　　－　　　　　　　　　　　－ｇｐｙｐｇｙ　　ｔｅｒｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｉｃａｌｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｗｅｒｅｂｒｉｅｆｌｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｌｉｎｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅ　　　　　　　　　　　ｇｙｐｇ　　，，ｒａｉｌｔｈｅｓｔａｔｕｓｏｆｒａｉｌｗａｓａｎａｌｚｅｄｂｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｉｎＣｈｉｎａ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅｉｔｗａｓｃｏｍ－ｕａｌｉｔｕａｌｉｔ　　　　　　　　　　　　ｙｙｑｙｑｙ　　ｗｉｔｈｒａｉｌｉｍｏｒｔｅｄｆｒｏｍｏｔｈｅｒｃｏｕｎｔｒｉｅｓｗｉｔｈａｄｖａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｉｎｈｉｈｓｅｅｄｒａｉｌｗａ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｒｅｄ　　　　　　　　　　－　　　　ｐｇｙｇｐｙｐ　

；ｔｈｅｒａｉｌｓｔａｎｄａｒｄｓｆｏｒｈｉｈｓｅｅｄｒａｉｌｗａｂｅｔｗｅｅｎＣｈｉｎａａｎｄＥｕｒｏｅａｒｅｅｕｉｖａｌｅｎｔｔｈｅｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏａｎｄｅ　　　　－　　　　　　　　　－ｐｇｐｙｐｑｇｙ　　ｏｆ４ｓｔｅｅｌｍｉｌｌｓｉｎＣｈｉｎａｈａｖｅｃｏｍｅｕｔｏｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｗｏｒｌｄｌｅｖｅｌｓｔｈｒｏｕｈｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｉｃａｌｔｒａｎｓｆｏｒｍａｕｉｍｅｎｔ　　　　　　　　　　　　　　　　－ｐｇｇｑｐ　ｔｉｏｎ；ｔｈｅｉｎｎｅｒａｎｄａａｒｅｎｔｏｆｒａｉｌｓｂｏｕｒｃｏｕｎｔｒａｒｅｅｕａｌｔｏｉｍｏｒｔｅｄｒａｉｌｓ．Ａｉｍｉｎａｔｔｈｅｕａｌｉｔｒｏｄｕｃｅｄｒｏｂ　　　　　　　　　　　　　　－ｐｐｙｙｑｐｇｑｙｐｐ　　　　，ｅｒｉｏｄｒｏｄｕｃｉｎｌｅｍｓｗｈｉｃｈｃｏｍｅｆｒｏｍｔｈｅｏｆｒａｉｌａｎｄｕｓｉｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｓｗａｓｓｕｅｓｔｅｄｆｏｒｉｍｒｏｖｉｎｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　　ｐｐｇｇｇｇｐｇ　　，，ｕａｌｉｔｏｆｒａｉｌｔｏａｈｉｈｅｒｌｅｖｅｌｓｕｃｈａｓｒｅｄｕｃｉｎｔｈｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎａｎｄｒａｎｅｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｏｓｉｔｉｏｎｏｔｉｍｉｚｉｎｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　ｑｙｇｇｇｐｐｇ　　　

，ｒｅｖｅｎｔｒｏｃｅｓｓｏｆｒｏｌｌｉｎａｎｄｓｔｒａｉｈｔｅｎｉｎｕｓｉｎｃｏａｔｉｎｗｈｉｃｈｃａｎｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｄｅｔｈｏｆｄｅｃａｒ　　　　　　　　　　　　－ｐｐｇｇｇｇｇｐ　　　ｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ．

：；；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｈｉｈｓｅｅｄｒａｉｌｗａｒａｉｌｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｒｉｔｅｒｉｏｎｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｕａｌｉｔａｎａｌｓｉｓｉｍｒｏｖｅｍｅｎｔｍｅａｓ－　　　　－ｇｐｙｐｇｙｑｙｙｐｙ　　　ｕｒｅ

随着中国高速铁路的迅速发展，对钢轨　　近年来，

的质量和数量都提出了更高的要求。从１９９８年开始，中国铁路和冶金行业，在借鉴国外先进标准的基础上，结合中国的实际情况，经过１制０多年的努力，定出了中国高速铁路用钢轨标准。在标准的引领及铁路快速发展的需求下，国内钢轨生产厂家先后投改造后的巨资完成了钢轨生产的现代化技术改造，钢轨生产设备和工艺达到了国际先进水平，实现了、“、“、“钢轨生产的“精炼”精轧”精整”在线检测”和“，长尺化”钢轨的内部和外观质量与１０年前相比有了质的飞跃，满足了中国大规模建设高速铁路的需

１］

。要［

文章介绍了中国高速铁路用钢轨标准的先进钢轨的现代化生产技术、中国４家钢厂经过技术性、

改造后钢轨的生产设备和工艺，对目前中国４家钢厂生产的钢轨内部和外观质量指标进行了统计分析，针对钢轨质量存在的问题，提出了改进建议。

１　中国高速铁路用钢轨标准

钢轨是轨道结构中的重要部件之一，其质量的好坏直接影响着列车的安全行车、速度、平稳性及舒适性，因此，高速铁路对钢轨的内部和外观质量都提

，女，硕士，研究员；：作者简介：张银花（１９６５—）ａｉｌｎｕｉｎａ．ｃｏｍ；２０１１０６０３　　Ｅ－ｍ＠ｓ　　收稿日期：－－ｐ

·２·

］２３－

。出了更高的要求［

钢　铁第４６卷

在国外高速铁路发达的国家，钢轨生产均采用上述现代化的５大生产技术，确保轨钢的纯净性、钢轨的平直度和几何尺寸精度、钢轨端部的内部和外

］５６－

。观质量等［

高速铁路发达的国家非常重视标准的制定工作。欧洲标准化委员会用了近１起草制定０年时间，了欧洲钢轨标准“ＲａｉｌｗａＡｌｉｃａｔｉｏｎｓｒａｃｋＲａｉｌ－Ｔ　－ｙｐｐ　

／”Ｐａｒｔ１ＶｉｎｏｌｅＲａｉｌｗａＲａｉｌｓ４６ｋｍａｎｄＡｂｏｖｅ　　　　　ｇｙｇ　（），其技术条款全面反映出高速铁路对ＥＮ１３６７４１－是目前世界上最先进的钢轨标准之一。钢轨的要求，

并且在使用中不断地修订和完善。鉴于欧洲钢轨标中国高速铁路钢轨标准主要参考了欧准的先进性，

４］

，洲钢轨标准制定［也在使用中不断修订和完善。

２．２　中国钢轨生产设备及工艺

为了生产满足高速铁路要求的钢轨，国内钢轨生产厂家（鞍钢、攀钢、包钢和武钢）先后投入巨资进

］７８－

。攀钢于２行了钢轨生产的现代化技术改造［００３

年完成了钢轨钢精炼和钢轨精整包括钢轨检测中心的一、二期技术改造。２００４年完成万能轧制的技术改造，并于２００４年１２月２４日生产出国内第一根１００ｍ定尺钢轨。鞍钢分别于２００３年和２００７年完成了万能法轧制钢轨和１００ｍ定尺生产钢轨的技术改造。包钢于２００６年完成了万能轧制的技术改造，目前钢轨质量的控制能力明显提升，成为国内高速钢轨生产的骨干企业之一。２００５年武钢着手进行钢轨生产的现代化技术改造，２００８年初基本完成。／进行了首批３２００９年３月，５０ｋｍｈ高速铁路用轨

的试生产。

中国４家钢厂的生产设备和工艺流程及与国外的对比情况见表１。通过对比可知，中国４家钢厂的钢轨生产设备已处于国际先进水平，可实现钢轨、“、“、“生产的“精炼”精轧”精整”在线检测”和“长尺化”。

目前，中国《高速铁路用钢轨》标准于２０１１年完成了最新一次修订，同年８月开始实施。根据近几年客运专线钢轨技术条件的使用情况，新标准将原有《／／３５０ｋｍｈ客运专线６０ｋｍ钢轨暂行技术条件》ｇ

／／和《２５０ｋｍｈ客运专线６０ｋｍ钢轨暂行技术条ｇ件》进行合并，钢轨几何尺寸、平直度和表面质量均／／按照原《３５０ｋｍｈ客运专线６０ｋｍ钢轨暂行技术ｇ条件》要求，但对夹杂物级别进行了分级。另外，在标准中新增高速铁路钢轨的选用条款等。在中国钢对化学成分、有害元素含量、夹杂物等反轨标准中，

映内部质量的指标及平直度、几何尺寸精度、外观质量等进行了明确而严格的要求，对材质性能包括硬度、拉伸性能、断裂韧性、残余应力、裂纹扩展速率等进行量化规定。钢轨高的内部纯净度、高的平直度、高的几何尺寸精度、高表面质量在中国高速铁路钢轨标准中都有充分的体现。与欧洲钢轨标准相比，中国标准在有害元素含量、夹杂物等级上更加严格。随着技术的进步，钢轨标准还会不断修订和完善。

３　中国高速铁路用钢轨的质量现状及

分析

钢轨的实物质量　　国内钢厂经过技术改造之后，

水平有了质的飞跃。从２对中国经过技００９年开始，术改造后生产的高速铁路用钢轨质量进行了批量检验，从检验结果的统计分析看，近几年随着国内钢厂生产技术和工艺的不断改进和提升，钢轨的内部和外观质量逐年大幅度的提高。以下重点对钢轨的内部质量包括有害元素含量、非金属夹杂物、脱碳层深度、硬度及室温拉伸性能；外观质量包括平直度、几扭曲及表面质量等指标进行统计及分何尺寸公差、

析；为高速铁路用钢轨标准的进一步修订和完善积为钢厂进一步采取措施提高和稳定钢轨质累数据，

量提供参考依据。３．１　内部质量３．１．１　有害元素含量

对国内４家钢厂钢轨的磷、硫、氢、氧含量进行统计分析，结果见表２。由表２可知，成品钢轨中磷、硫、氢、氧含量均较低，满足高速铁路的要求。

２　中国高速铁路用钢轨生产技术

２．１　钢轨现代生产技术

高速铁路钢轨的生产技术通常可概括为“精“、“、“炼”、精轧”精整”在线检测”和“长尺化”５大技术。“精炼”技术包括生铁脱硫预处理→氧气顶吹转炉冶炼→ＬＦ炉外精炼→ＶＤ或ＲＨ真空脱气→大方坯连铸等。“精轧”技术包括步进式加热炉加热→多道次高压水除鳞→万能轧机轧制→热预弯等。“精整”技术包含平立复合矫直→四面液压补矫→联合锯钻机床定尺和钻孔等。“在线检测”主要包括超声波探伤、涡流探伤、激光辅助平直度自动检测、几何尺寸自动检测等。“长尺化”采用长尺矫直冷锯定尺工艺，利用热轧头尾余量切除矫直盲区和使整支钢轨尺寸高度一致，大大提高钢轨整过渡区，体的平顺性。

第１２期张银花等：中国高速铁路用钢轨的质量现状及分析

表１　国内外钢轨生产设备及工艺对比

Ｔａｂｌｅ１　Ｃｏｍａｒｉｓｏｎｏｆｒａｉｌｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｕｉｍｅｎｔａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ　　　　　　　　　　ｐｐｑｐｇｙ　

国外

·３·

精炼

武钢攀钢、鞍钢、包钢国外

高炉铁水→铁水脱硫预处理→氧气顶吹转炉冶炼→ＬＦ炉外精炼→真空脱气（ＲＨ或ＶＤ）→大方坯连铸等

攀钢６流连铸、武高炉铁水→铁水脱硫预处理→氧气顶吹转炉冶炼→ＬＦ炉精炼→真空脱气（ＲＨ）→大方坯连铸（钢５流连铸）

高炉铁水→铁水脱硫预处理→氧气顶吹转炉冶炼→Ｌ鞍钢４流连铸、包Ｆ炉精炼→真空脱气（ＶＤ）→大方坯连铸（钢６流连铸）

步进式加热炉→多级除鳞→万能轧机→自动打印机→热锯→步进式冷床（钢轨热预弯）等

步进式加热炉→多级除鳞（钢轨热预弯）４道除鳞）→７机架万能轧机→自动打印机→热锯→步进式冷床（

步进式加热炉→多级除鳞（鞍钢为步进式＋２道除鳞）→５机架万能轧机→自动打印机→热锯切头→步进式冷床（（链式）钢轨热预弯）

（法国为可变辊距矫直机）长尺矫直）联合锯钻机床定尺和平立复合矫直机（→轨端四面液压矫直机→纵向加工线（钻孔等）

超声波探伤；涡流探伤；激光平直度自动检测；钢轨几何尺寸自动检测等

；超声波探伤（涡流探伤；平直度、断面尺寸、轨底扭曲等自动在线检测１７～２１个探头）超声波探伤；涡流探伤；平直度自动在线检测等钢轨定尺长度：法国８德国１日本５０ｍ，２０ｍ，０ｍ钢轨定尺长度：攀钢、鞍钢、包钢和武钢均为１００ｍ

精轧

攀钢鞍钢、包钢、武钢

精整

国外

国内４家钢厂平立复合矫直机（长尺矫直）联合锯钻机床定尺和钻孔等）→轨端四面液压矫直机→纵向加工线（

在线检测长尺化

国外攀钢、包钢鞍钢、武钢国外国内

表２　４家钢厂Ｕ硫、氢、氧含量的统计结果（共３７１Ｍｎｋ钢轨磷、０炉）

）ｒｏｄｕｃｅｄＴａｂｌｅ２　ＨａｒｍｆｕｌｅｌｅｍｅｎｔｓｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｆＵ７１Ｍｎｋｒａｉｌｓｂ４ｓｔｅｅｌｍｉｌｌｓ（３０ｈｅａｔｓ　　　　　　　　　　ｐｙ　

生产厂家攀钢（６炉）鞍钢（８炉）包钢（８炉）武钢（８炉）技术要求

／％ｗ（Ｐ）

／０．０１２～０．０１９０．０１６　／０．０１４～０．０２２０．０１８　／０．０１０～０．０２２０．０１５　／０．００５１～０．０１３０．０１１　

０２５≤０．

）／％ｗ（Ｓ

／０．００６０～０．０１２０．００８５　／０．００２８～０．００９２０．００５３　／０．００５０～０．０１５０．００８１　／０．００４０～０．０１００．００７０　

０２５≤０．

／ｗ（Ｈ）１０－４％

／０．２～０．５０．３７　／０．３～０．５０．３８　／０．１～１．５０．５８　／０．２～０．５０．３５　

０≤２．

／ｗ（Ｏ）１０－４％

／８～１０．３９．４３／６．３～１３９．０９／８．７～１８１２．５８／１０～１４１２．０４

０≤２

表中数值为最小值～最大值／平均值。　　注：

３．１．２　夹杂物

对４家钢厂２０１０年生产的钢轨夹杂物评定结果进行统计，共统计Ｕ７１Ｍｎｋ钢轨３０炉。除了１

炉钢轨Ｃ类夹杂物为１．其他２５级外，９炉的Ｂ、Ｃ、见表３。由此可见，Ｄ类夹杂物均不大于１级，４家钢厂钢轨夹杂物级别均可满足标准的要求，表明国产高速铁路钢轨的纯净度良好。

表３　４家钢厂Ｕ共２７１Ｍｎｋ钢轨夹杂物统计结果（９炉）Ｔａｂｌｅ３　ＩｎｃｌｕｓｉｏｎｓｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｆＵ７１Ｍｎｋｒａｉｌｓ　　　　　　

）ｒｏｄｕｃｅｄｂ４ｓｔｅｅｌｍｉｌｌｓ（２９ｈｅａｔｓ　　ｐｙ　

夹杂物级别／级

钢种Ｕ７１Ｍｎｋ　技术要求

Ａ类（硫化物）１～１．５　≤２

Ｂ类（氧化铝）０～１　≤１

Ｃ类０～１　≤１

Ｄ类０～１≤１

（硅酸盐）（球状氧化物）

点工序包括原材料等进行严格控制，使钢质更加洁净，内部质量更为稳定。３．１．３　脱碳层深度

标准中明确规定，钢轨脱碳层深度应小于等于０．５ｍｍ。为了在线路开通前有效地将钢轨的脱碳

层打磨去除，保证钢轨的使用性能，对钢轨脱碳层深度提出了小于等于０．３ｍｍ的内控要求。４家钢厂２０１０年生产的钢轨脱碳层深度的统计分布见图１，统计炉数４钢轨的脱碳层深４炉。由统计结果可知，。但除武度满足了标准的要求（小于等于０．５ｍｍ）。钢外，均未完全达到内控要求（小于等于０．３ｍｍ）

影响脱碳层深度的因素有很多，比如，炉内气氛和钢坯的加热温度和时间等。近几年，４家钢厂在减少脱碳层深度方面采取了一系列措施，主要包括控制炉内气氛为弱还原性气氛、减少钢坯在高温段的停留时间、严格控制炉内均热段气压等。脱碳层深度在０．３ｍｍ以下所占比例大幅增加。建议钢厂在钢坯表面涂覆防脱碳涂料，进一步减小钢轨脱碳层深度，使其达到内控要求。

　　４家钢厂通过对轨钢精炼技术的优化和控制，

钢中氢、氧、氮气体含量，硫、磷等有害元素含量以及夹杂物级别等达到较高的水平，钢厂还应继续对重

·４·

钢　铁第４６

卷

（）攀钢；）鞍钢；　（）包钢；）武钢。ａｂｃｄ　（　（

图１　４家钢厂钢轨踏面和轨角脱碳层分布

Ｆｉ．１　Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｄｅｔｈｏｎｒａｉｌｔｒｅａｄａｎｄａｕｅｃｏｒｎｅｒｏｆｆｏｕｒｓｔｅｅｌｍｉｌｌｓ　　　　　　　　　　　　　ｇｐｇｇ

３．１．４　踏面硬度和拉伸性能

４家钢厂钢轨的踏面硬度统计结果见表４和图

２。由图２可知，４家钢厂Ｕ７１Ｍｎｋ钢轨的踏面硬度

基本分布在２攀钢Ｕ６０～２８０ＨＢ之间；７５Ｖ钢轨的

踏面硬度分布在２其他３家均分９０～３１０ＨＢ范围，布在２８０～３２０ＨＢ范围。

表４　４家钢厂钢轨拉伸性能和踏面硬度统计结果

Ｔａｂｌｅ４　Ｔｅｎｓｉｌｅａｎｄｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｏｆｓｕｒｆａｃｅｈａｒｄｎｅｓｓｓｆｏｒｒａｉｌｓｂ４ｓｔｅｅｌｍｉｌｌｓｒｏｅｒｔｉｅｓｒｏｄｕｃｅｄ　　　　　　　　　　　　　　ｙｐｐｐ　

钢种

钢厂攀钢鞍钢

Ｕ７１Ｍｎｋ

包钢武钢技术要求攀钢鞍钢

Ｕ７５Ｖ

包钢武钢技术要求

拉伸性能

Ｒｍ／ＭＰａ　

／９２０～９６０９４２　

／９４５～９７０９５５．６　／９２０～９５５９４０　／９００～９５０９３２．９　／ＭＰ／％／％ＲｐａＡＺ　０．２

／／／４７５～５１０４８４．０３．０～１５．５１４．０２．０～２９．０２５．０　１　２　／／／４５５～５２５４９５．０３．５～１５．５１４．３２．５～３０．５２５．４　１　２　／／／４５０～４９５４７２．５３．０～１６．０１４．８２．０～３３．０２７．３　１　２　／／／４５０～５００４８０．０２．５～１５．０１３．９２．０～３２．０２５．７　１　２　

／１９．０～２２．０２０．５　

／１９．０～２２．０２０．４　／１９．０～２３．０２０．４　／１４．０～２３．０１７．８　

踏面硬度（ＨＢ）／２６５～２８０２７４

／２７０～２８３２７５／２７１～２８１２７４／２６０～２７９２７０２６０～３００／３０１～３０３３０２／２８３～３０２２９４／２８３～３１０２９７／２９８～３１０３０４２８０～３２０

８００≥８≥１　

／／／１０５５～１０５７１０５６５８～５６３５６１１．５～１３．０１２．３　５　１　／／／９８０～１０４０１０１３．８０５～５９０５３８．８２．０～１３．０１２．６　５　１　／／／１０１０～１０４０１０２５８５～５３０５０６．３１．５～１３．０１２．４　４　１　／／／１０３０～１０６０１０４４．３３０～５７５５５７．８１．０～１３．０１２．０　５　１　

８０≥９

≥９　

其中伸　　４家钢厂钢轨拉伸性能统计结果见表４，

长率分布见图３。由结果可知，武钢Ｕ７１Ｍｎｋ钢轨，抗拉强度大于９其他３家钢厂Ｕ００ＭＰａ７１Ｍｎｋ钢

；轨抗拉强度均大于９鞍钢Ｕ２０ＭＰａ７５Ｖ钢轨抗拉

，强度大于９其他３家钢厂Ｕ８０ＭＰａ７５Ｖ钢轨抗拉

；强度均大于１０１０ＭＰａ４家钢厂钢轨断后伸长率　Ｕ７１Ｍｎｋ大于１２．５％，Ｕ７５Ｖ大于１１．０％。

钢轨的踏面硬度和强度与钢中碳、硅、锰等元素

第１２期张银花等：

中国高速铁路用钢轨的质量现状及分析

·５·

·６·

钢　铁第４６卷

含量及组织结构密切相关。从检验结果来看，４家钢厂的钢轨踏面硬度和强度虽可满足标准要求，但仍有较大的离散度，钢厂应在成分精确控制、轧制温度控制等方面采取有效措施，使成分范围尽量窄，且波动小，组织结构尽量精细均匀。

研究表明，拉伸试样的断后伸长率越高，钢轨抵抗滚动接触疲劳伤损的性能越好。钢厂应进一步采取措施提高伸长率指标。３．１．５　残余应力

２０１０年对４家钢厂Ｕ７５Ｖ钢轨的残余应力进

行了测定，结果表明，有１家钢厂钢轨轨底残余应力，超出标准的要求（小于等于为２６０～３００ＭＰａ）。２５０ＭＰａ

钢轨残余应力与钢轨强度、钢轨矫前平直度及矫直工艺参数等有关。钢厂应进一步优化钢轨的热预弯和矫直参数，在保证钢轨平直度符合要求的前提下，使钢轨残余拉应力尽可能的小，以满足标准的

要求。３．２　外观质量

２００９年和２０１０年分别对４家钢厂的钢轨外观

质量进行了批量抽检，项目包括几何尺寸精度、平直度及表面质量。２００９年和２０１０年分别抽检１４次和２每次随机抽检１２次，５～２０支钢轨。从检查结果看，４家钢厂钢轨几何尺寸和表面质量均能满足标准要求，个别钢厂存在钢轨平直度和轨端扭曲超标现象。２０１０年与２００９年比较，４家钢厂钢轨的外观质量均有了提高。

对４家钢厂钢轨外观质量中的平直度、轨端扭曲数据进行统计分析。２０１０年共抽检钢轨平直度钢轨轨端扭曲２各个钢厂钢轨平直度２９１支，３２支，

和轨端扭曲统计分布见图４和图５。由结果可知，４／家钢厂钢轨平直度大多数分布在０．１～０．２ｍｍ（范围，但个别钢厂钢轨端部平直度仍有大于１．５ｍ）／（的，轨端扭曲也有超出标准要求的

。０．４ｍｍ１．５ｍ）

（）Ａ厂；）））Ｄ厂。ａｂＢ厂；ｃＣ厂；ｄ　（　（　（

图４　４家钢厂钢轨平直度分布（两端）

Ｆｉ．４　Ｓｔｒａｉｈｔｎｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｒａｉｌｆｏｒｆｏｕｒｓｔｅｅｌｍｉｌｌｓ　　　　　　　　ｇｇ

４家钢厂在提高钢轨外观质量上开展　　近几年，

了钢坯高质量加热工艺、万能轧制孔型系统优化、高平直度及高表面质量的控制技术等研究，收到了显

著的效果。但仍有几何尺寸、平直度超差问题存在。建议钢厂在优化高尺寸精度、高平直度钢轨生产控制技术的基础上，重点解决轧件尾部出现高点问题，

第１２期张银花等：

中国高速铁路用钢轨的质量现状及分析

·７·

（）Ａ厂；）））Ｄ厂。ａｂＢ厂；ｃＣ厂；ｄ　（　（　（

图５　４家钢厂钢轨扭曲分布（两端）

Ｆｉ．５　Ｔｗｉｓｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｒａｉｌｆｏｒｆｏｕｒｓｔｅｅｌｍｉｌｌｓ　　　　　　　　ｇ

注重轨端补矫，实现高几何尺寸精度、高平直度钢轨的稳定生产。同时应进一步加强表面缺陷自动检测技术的攻关，杜绝表面缺陷超标钢轨出厂。

对进口钢轨的内部和外观质量进行了检验。共检验法国钢轨３炉，奥钢联钢轨８炉，内部质量统计结果，。将国内钢轨见表５钢轨平直度分布情况见图６７～的内部和外观质量和进口的进行对比，结果表明，国外钢轨中的有害元素含量中硫含量高而氧含量低，这与中国钢轨标准和欧洲钢轨标准对硫含量要求不同有关；钢轨夹杂物等级、脱碳层深度、硬度和抗拉性能等指标没有明显差异；进口钢轨的轨端平直度分布／在０～０．几何尺寸公差和表面质量均２ｍｍｍ范围，

４　进口法国和奥钢联高速铁路用钢轨的质量及分析

修建合武客运专线时，从法国和奥钢联００８年，　　２

／进口钢轨２万ｔ左右，采用国内２５０ｋｍｈ钢轨暂行技／术条件，钢轨轨型为６钢种为Ｕ０ｋｍ，７５Ｖ。铁科院ｇ

表５　进口钢轨有害元素含量

Ｔａｂｌｅ５　Ｈａｒｍｆｕｌｅｌｅｍｅｎｔｓｃｏｎｔｅｎｔｏｆｉｍｏｒｔｅｄｒａｉｌｓ　　　　　　ｐ

钢种Ｕ７５Ｖ

生产厂家）法国（Ｎ＝３）奥钢联（Ｎ＝８

技术要求

／％ｗ（Ｐ）０．０１４～０．０１８　０．０１３～０．０１７　

０２５≤０．　

）／％ｗ（Ｓ０．０１５～０．０１９　０．０１０～０．０１２　０．００８～０．０２５

　／ｗ（Ｈ）１０－６

／ｗ（Ｏ）１０－６

７～８８～１００≤２

０．６～０．７　０．４～０．６　０≤２．

）表６　进口钢轨夹杂物级别（奥钢联Ｎ＝８Ｔａｂｌｅ６　Ｇｒａｄｅｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓｉｎｉｍｏｒｔｅｄｒａｉｌｓ　　　　　　ｐ

钢种Ｕ７５Ｖ技术要求

夹杂物级别／级

硫化物）Ａ类（１～１．５　５≤２．

氧化铝）Ｂ类（

０～１　５≤１．

硅酸盐）Ｃ类（０～１．５　５≤１．

球状氧化物）Ｄ类（

０～１　５≤１．

脱碳层深度／ｍｍ０．２４～０．３９

５≤０．

·８·

钢　铁

表７　进口钢轨踏面硬度和拉伸性能

Ｔａｂｌｅ７　Ｔｅｎｓｉｌｅｒｏｅｒｔｉｅｓａｎｄｓｕｒｆａｃｅｈａｒｄｎｅｓｓｏｆｉｍｏｒｔｅｄｒａｉｌｓ　　　　　　　　ｐｐｐ

钢种Ｕ７５Ｖ

钢厂）奥刚联（Ｎ＝８）法国（Ｎ＝３技术要求

第４６卷

Ｒｍ／ＭＰａ　

／１０００～１０７０１０３０　／１０１０～１０６０１０４０　

８０≥９

／％Ａ

／１１．０～１３．５１２．５　／１２．０～１３．５１３．０　

０≥１　

踏面硬度（ＨＢ）／２９７～２９８２９７

／２９２～３０２２９７２８０～３２

０

（）奥钢联；）法国。ａｂ　（

图６　进口钢轨轨端和轨身的平直度

Ｆｉ．６　Ｓｔｒａｉｈｔｎｅｓｓｏｆｂｏｄｓａｎｄｅｎｄｓｏｆｉｍｏｒｔｅｄｒａｉｌｓ　　　　　　　ｇｇｙｐ

达到技术条件要求。从对比分析结果看，国产高速奥钢联高速钢轨处于同一质量水平。钢轨与法国、）。目前，图８钢厂通过打磨和端部矫０．４～０．６ｍｍ（

直的方式消除此处的高点，也在工艺上采取有效

措

５　存在的主要问题及改进措施

５．１　内部质量

钢轨内部质量的统计分析结果表明，国产高速铁路钢轨内部质量良好，钢质洁净，达到了世界先进水平。钢轨的脱碳层深度能满足钢轨标准要求（小。但除了武钢外，于等于０．其他３家钢厂的５ｍｍ）小于等于钢轨脱碳层深度未完全达到内控要求（

。减少脱碳层深度，有利于提高钢轨的预０．３ｍｍ）

打磨质量，保证钢轨预打磨后全长范围内组织和硬度的一致性，防止钢轨出现波磨。５．２　外观质量

钢轨的外观质量包括几何尺寸精度、平直度、轨端扭曲及表面质量。目前存在的主要问题有：个１）别钢轨几何尺寸超标，包括轨冠不够饱满、断面对称度处于允许范围的边缘等。轨冠不够饱满会影响钢轨的预打磨质量，引起钢轨走行面出现双光带（图），严重时会导致列车运行晃车甚至失稳。钢厂通７

过优化孔型设计及控制轧制工艺，已使轨冠饱满度达到标准要求，断面不对称也逐步得到改善。２）钢距离轧件尾部２～３ｍ部位钢轨一端的平直度超差，

轨几何尺寸出现高点，长度２高点幅度００～３００ｍｍ，

第１２期张银花等：中国高速铁路用钢轨的质量现状及分析

·９·

施，保证钢轨几何尺寸在全长上的一致性。３）个别出厂钢轨一端平直度和扭曲超标，影响钢轨的焊接和轨道平顺性，这部分钢轨已在焊轨基地钢轨入场检查时被挑出，并采取了矫直和锯切等方式，避免超标的钢轨铺设到线路上。４）钢轨表面存在轧痕、氧

。这些钢轨为漏检出厂化皮压入等表面缺陷（图９）钢轨，基本已在焊轨基地入场验收时检出。焊轨基地对钢轨的入场验收作为钢轨质量检验的最后一道环节，起着对钢轨质量最后检查及把关作用，是整个质量控制过程中不可缺少的一环

。

（）轨腰轧痕；）轨距角氧化皮压入（；）轨底轧痕。深０．ａｂ５５ｍｍ）ｃ　（　（

图９　钢轨表面缺陷Ｆｉ．９　Ｓｕｒｆａｃｅｄｅｆｅｃｔｓｏｆｒａｉｌｓ　　　ｇ

５．３　检测设备

质量检测设备未全部投入正常使用，特别是涡流探伤设备，各个钢厂均未充分发挥其有效作用，钢厂正在积极采取措施，解决涡流探伤设备准确探测问题。目前钢厂对钢轨的外观质量检测除了有自动检测手段外，还通过人工肉眼在线检查钢轨的表面缺陷，以确保出厂钢轨的质量，钢轨标准中对人工在线检测有明确的规定。５．４　改进建议

对于上述在钢轨生产制造过程中和使用初期反）映出来的问题，建议采取如下措施加以改进：钢厂１应在化学成分精确控制、轧制温度控制等方面采取有效措施，使化学成分范围尽量窄，且波动小，组织）结构尽量精细；采取对加热钢坯刷涂防脱碳涂料２）等措施，以减少钢轨脱碳层深度；进一步优化钢轨３的热预弯和平立复合矫直工艺参数，在保证钢轨平直度符合要求的前提下，减少钢轨的残余拉应力，满）足技术条件的要求；在优化高尺寸精度、高平直度４钢轨生产控制技术的基础上，重点解决轧件尾部出现高点问题，注重轨端补矫，实现高几何尺寸精度、高平直度钢轨的稳定生产；进一步加强表面缺陷５））的检查，杜绝表面缺陷超标钢轨出厂；加强钢轨的６）驻厂验收和批量检验；加强焊轨基地的入场验收。７

纯净度、高的平直度、高的几何尺寸精度、高表面质量及高的可靠性在钢轨标准中都有充分的体现。中国４家钢厂钢轨生产设备已处于国际先进水平，可实现钢轨现代化生产。

）钢轨实物质量批量检验统计分析结果表明，２

国产高速铁路成品钢轨内部的磷、硫、氢、氧含量均较低，夹杂物级别及脱碳层深度等指标均满足标准但除了武钢外，其他３家钢厂钢轨的脱碳层深要求；

度均未完全达到小于等于０．３ｍｍ的内控要求。）３４家钢厂Ｕ７１Ｍｎｋ钢轨硬度基本分布在２６０～２８０ＨＢ之间。攀钢Ｕ７５Ｖ钢轨硬度分布在

其他３家钢厂Ｕ２９０～３１０ＨＢ范围，７５Ｖ钢轨硬度分布在２８０～３２０ＨＢ范围。武钢Ｕ７１Ｍｎｋ钢轨抗，拉强度大于９其他３家钢厂Ｕ００ＭＰａ７１Ｍｎｋ钢轨，抗拉强度均大于９鞍钢Ｕ２０ＭＰａ７５Ｖ钢轨抗拉强，度大于９其他３家钢厂Ｕ８０ＭＰａ７５Ｖ钢轨抗拉强，度均大于１０１０ＭＰａ４家钢厂钢轨断后伸长率　Ｕ７１Ｍｎｋ大于１２．５％，Ｕ７５Ｖ大于１１．０％。有１家

。钢厂的Ｕ７５Ｖ钢轨轨底残余应力超过２５０ＭＰａ）钢轨的平直度良好。４家钢厂钢轨轨端平４

／（直度大多数分布在０．范围，轨１～０．２ｍｍ１．５ｍ）端扭曲有超标现象；实物钢轨表面质量总体情况良好，但也有表面缺陷超标的钢轨出厂；几何尺寸精度总体良好，有时钢轨轨冠饱满度、断面不对称等指标出现超标；有的钢厂距离轧件尾部２～３ｍ部位钢轨／几何尺寸出现高点，幅度达到０．４～０．６ｍｍｍ。

（下转第１４页）

６　结论及建议

）中国高速铁路用钢轨标准对钢轨的内部和１

外观质量都做了明确而严格的规定，钢轨高的内部

·１４·

钢　铁

工业出版社，２００５．

第４６卷

３　结论

）利用含硼季铵盐作为新型劣化抑制剂处理１焦炭，能够改善焦炭的热态性能，使ＣＲＩ明显降低，有显著的经济效益。ＣＳＲ显著升高，

）浸泡含硼季铵盐的负载方式对焦炭热态性２能的改善要优于喷洒方式，但喷洒方式也能够显著改善焦炭热性能，并且便于工业化应用。

）含硼季铵盐作为劣化抑制剂能够改善焦炭３

的热态性能是因为喷洒含硼季铵盐后焦炭表面气孔数量和深度都明显减小，使气－固接触面积减少，减弱了焦炭与二氧化碳之间的接触，抑制焦炭的劣化反应，从而达到改善效果。

）含硼季铵盐抑制剂含有的硼元素和碳氢结４

构具有物理阻隔和化学修饰的双重作用，能够提高焦炭机械强度及抗烧蚀性能。

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）与法国、奥钢联进口高速铁路钢轨的内部和５

外观质量作了对比。结果表明，国产钢轨与进口高速铁路钢轨处于同一质量水平。

）建议钢厂在化学成分的精确控制上采取有６效措施，使化学成分的范围尽量窄，且波动值小；采取对加热钢坯刷涂防脱碳涂料等措施，以减少钢轨脱碳层深度；进一步优化轧制工艺，使钢轨全长方向几何尺寸保持一致；在优化平立复合矫直工艺的基础上，注重轨端补矫，进一步提高钢轨的平直度；进一步提高和稳定钢轨质量，特别注意减少钢轨表提高钢轨成品合格率，杜绝缺陷超标钢轨面缺陷，

出厂；建议有关方面进一步加强钢轨的驻厂验收、批量检验和焊轨基地的入厂验收，有效监督钢轨质量。

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