【正文】 30kg／ m、 37kg／ m、 40kg／ m、 50kg／m、 60kg／ m五種。另外還有道岔軌，日本主要有 51． 7kg／ m、 69． 5kg／ m、 99． 8kg／ m種，中國(guó)僅有塒 m和 60kg／ m兩種。 (3)供工廠吊車用的吊車軌，中國(guó)主要有 70kg／ m、 80kg／ m、 100kg／ m、 120kg／ m四種規(guī)格。 根據(jù)鋼種的不同，鋼軌又可以分為碳素軌、合金軌和熱處理軌三種。碳素軌主要以碳、錳兩元素來(lái)提高強(qiáng)度、改善韌性。前蘇聯(lián)和美國(guó)多采用高碳、低錳類碳素軌，而歐洲、日本則采用高錳、中碳類碳素軌。合金軌則是以碳素軌為基礎(chǔ)，添加適量合金元素如釩、鈦、鉻、鉬等，從而提高鋼軌的強(qiáng)度和韌性。北美和前蘇聯(lián)的合金鋼軌多為 Cr— No軌或 Cr— V軌。中國(guó)的合金鋼軌則是 Re— Nb軌和 V— Ti軌。熱處 理鋼軌主要是將碳素鋼軌通過(guò)加熱和控制冷卻，來(lái)改善其金相結(jié)構(gòu)，通過(guò)熱處理細(xì)化晶粒，形成細(xì)珠光體組織，從而獲得高強(qiáng)度和高韌性。 按鋼軌的力學(xué)性能，通常鋼軌分為三類：第一類普通軌，它是指抗張強(qiáng)度不小于 800MPa的鋼軌；第二類高強(qiáng)軌，它是指抗張強(qiáng)度不小于 900MPa的鋼軌；第三類為耐磨軌，它是指抗張強(qiáng)度不小于 1100MPa的鋼軌。 699．鋼軌斷面的特點(diǎn)和改進(jìn)趨勢(shì)有哪些 ? 鐵路車速和軸重的不斷提高，要求鋼軌具有更大的剛度和更好的耐磨性。 為使鋼軌具有足夠的剛度，可適當(dāng)增加鋼軌高度， 以保證鋼軌有大的水平慣性矩。同時(shí)為使鋼軌有足夠的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)鋼軌度寬度時(shí)應(yīng)盡可能選擇寬一些。為使剛度與穩(wěn)定性匹配最佳，各國(guó)通常在設(shè)計(jì)鋼軌斷面時(shí)控制其軌高與底寬之比，即 H／ B。一般 H／ B 控制在1． 15— 1． 248。一些國(guó)家鋼軌的 H／ B值如表 41所示。 改進(jìn)軌頭斷面設(shè)計(jì)也是提高剛度和耐磨性的方法之一。 早期鋼軌的軌頭斷面，其踏面比較平緩，兩側(cè)采用半徑較小的圓弧。直到 20世紀(jì)五六十年代，人們?cè)谘芯夸撥壾夘^剝離時(shí)，發(fā)現(xiàn)無(wú)論原設(shè)計(jì)的軌頭外形如何，經(jīng)列車車輪磨耗，軌頂踏面外形幾乎全都呈圓形，而且 兩側(cè)圓弧半徑較大。經(jīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M發(fā)現(xiàn)，軌頭剝離與軌頭內(nèi)圓角處輪軌接觸應(yīng)力過(guò)大有關(guān)。為減少鋼軌剝離傷損，各國(guó)都對(duì)軌頭圓弧設(shè)計(jì)進(jìn)行了修改， 以使塑性變形達(dá)到最小程度。 第一，各國(guó)在軌頭踏面設(shè)計(jì)上遵循了這樣一條原則：軌頂踏面圓弧盡量符合車輪踏面的尺寸，即采用了軌頭在接近磨耗后的踏面圓弧尺寸，如美國(guó)的 59． 9kg／ m鋼軌，軌頭圓弧就采用 R254— 1t31． 75 一 R9． 52；前蘇聯(lián)的 65kg／ m 鋼軌，軌頭圓弧采用 11500 一 R80一 R15； UIC 的 60kg／ m鋼軌，軌頭圓弧采用 11300一 RS0 一 R13。從上可以看 出，現(xiàn)代鋼軌軌頭斷面設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是采用復(fù)曲線，三個(gè)半徑。在軌頭側(cè)面則采用上窄下寬的直線型，直線斜度一般為 l： 20～ l： 40。在軌頭下腭處多采用斜度較大的直線，其斜度一般為 1：3～ l： 4。 第二，在軌頭與軌腰過(guò)渡區(qū)為減少應(yīng)力集中所造成裂縫，增加魚尾板與鋼軌間的摩擦阻力，在軌頭與軌腰過(guò)渡區(qū)也采用復(fù)曲線，在腰部采用大半徑設(shè)計(jì)。如 UIC的 60kg／ m鋼軌，其軌頭與腰過(guò)渡區(qū)采用 R7一 R35一 R120。 日本的 60kg／ m鋼軌，其軌頭與腰過(guò)渡區(qū)采用R19一 R19一 R500。 第三，在軌腰與軌底過(guò)渡區(qū)，為 實(shí)現(xiàn)斷面平穩(wěn)過(guò)渡，也采用復(fù)曲線設(shè)計(jì)，逐步過(guò)渡與軌底斜度平滑相連。如 UIC60kg／ m鋼軌，是采用 R120一 R35一 R7。日本 60kg／ m鋼軌，是采用 R500一 R19。中國(guó)的 60kg／ m鋼軌，則是采用 R400一： R20。 第四，軌底底部全是采用平底，以使其斷面有很好的穩(wěn)定性。軌底端面均采用直角，然后用小半徑圓角，一般采用 R4～ R2。軌底內(nèi)側(cè)多采用兩組斜線設(shè)計(jì)，斜線斜度有的采用雙斜度，也有的采用單斜度。如 UIC60kg,／ m鋼軌，是采用 1： 2． 75+l： 14雙斜度。日本的60kg／ m鋼軌，則采用 1： 4單 斜度。中國(guó) 60kg／ m鋼軌采用 1： 3+1： 9雙斜度。 第二節(jié)現(xiàn)代化鋼軌生產(chǎn)工藝 700．現(xiàn)代化鋼軌生產(chǎn)工藝有哪些 ? 目前，世界上主要采用兩種現(xiàn)代鋼軌生產(chǎn)工藝：一種為長(zhǎng)流程工藝；另一種為短流程工藝。 長(zhǎng)流程工藝是以礦石為原料，經(jīng)高爐、轉(zhuǎn)爐冶煉，再經(jīng)爐外精煉和真空脫氣處理，有效控制成分和有害氣體后，經(jīng)連鑄機(jī)鑄成一定尺寸的鋼坯，這些鋼坯在步進(jìn)式爐內(nèi)加熱到軋制溫度后，被送到開(kāi)坯機(jī)進(jìn)行開(kāi)坯形成鋼軌雛形，然后在萬(wàn)能粗軋機(jī)組進(jìn)行可逆多道次粗軋，最后在萬(wàn)能精軋機(jī)上軋出成品。成品鋼軌在熱狀態(tài)下由熱鋸切 成定尺后，送步進(jìn)式冷床上冷卻，然后送到中間倉(cāng)庫(kù)堆垛等待加工。鋼軌冷加工過(guò)程是：首先將鋼軌送到平立聯(lián)合矯直機(jī)上進(jìn)行矯直，對(duì)鋼軌進(jìn)行表面及內(nèi)部質(zhì)量檢查 (超聲波及渦流探傷 )，然后對(duì)鋼軌進(jìn)行銑頭、鉆孔，最后對(duì)加工好的成品軌進(jìn)行質(zhì)量抽查和包裝。長(zhǎng)流程工藝如圖 41所示。 短流程工藝是以廢鋼為主要原料，經(jīng)電爐粗煉、 LF 精煉、 VD 脫氣后送連鑄機(jī)鑄成所需尺寸的鋼坯。其后部工藝與長(zhǎng)流程相同。短流程工藝如圖 42所示。 比較兩種工藝，我們不難發(fā)現(xiàn)兩種工藝具有許多相同工序，如精煉、脫氣、連鑄、萬(wàn)能軋制等， 這些正是現(xiàn)代鋼軌生產(chǎn)工藝的主要特征。它體現(xiàn)了鋼軌生產(chǎn)“三精”的基本要求，即精煉、精軋、精整。它所生產(chǎn)的鋼軌不僅具有精確的斷面尺寸，而且具有良好的內(nèi)在質(zhì)量。這些都是傳統(tǒng)模鑄加普通孔型法軋制工藝根本無(wú)法比擬的。隨著連鑄技術(shù)的進(jìn)步，檢測(cè)技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的結(jié)合，今后鋼軌生產(chǎn)的最佳工藝將是：采用連鑄異形坯，直接送萬(wàn)能軋機(jī)軋制，長(zhǎng)尺冷卻、長(zhǎng)尺矯直，采用；自動(dòng)化在線檢測(cè) (檢查中心 )等項(xiàng)技術(shù)，流程更短， 收得率更高，具體隋況如圖 43所示。 701．鋼軌普通孔型系統(tǒng)有何特點(diǎn) ? 鋼軌孔型系統(tǒng)分為兩類：一 類為普通孔型系統(tǒng)，另一類為萬(wàn)能孔型系統(tǒng)。由于生產(chǎn)鋼軌的坯料是采用連鑄矩 (方 )形坯或模鑄矩 (方 )形坯，矩形坯或方坯與成品鋼軌斷面形狀上沒(méi)有幾何相似性，加上在鋼軌整個(gè)軋制過(guò)程中其腿部處于拉縮變形，因此為保證成品腿高，就要求采用異形孔，首先切出高而寬的腿部，這是鋼軌孔型設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵。為此，無(wú)論是普通孔型法還是萬(wàn)能法，都必須先將矩形坯或方坯軋成近似鋼軌外形的帽形。一般在軋成帽形的過(guò)程中變形是不均勻的，金屬在軋輥的切楔作用下被強(qiáng)迫寬展形成寬而厚的腿部。為盡量減小不均勻變形，通常采用 3~5個(gè)帽形孔，帽形孔配置在 2輥 式可逆開(kāi)坯軋機(jī)上。粗軋軌形孔也多配置在 2輥式可逆軋機(jī)上，軋件在粗軋軌形孔中變形，并逐漸接近成品鋼軌斷面尺寸。以上孔型與軋機(jī)配置，普通孔型系統(tǒng)與萬(wàn)能 孔 型系統(tǒng)基本是一樣的。兩者不同之處在于對(duì)具有初步軌形的軋件的進(jìn)一步加工和最終加工方法上。普通 孔 型法是繼續(xù)在 2 輥式軋機(jī) (或 3輥式軋機(jī) )上采用閉口式軌形孔進(jìn)行中軋和精軋，最后軋出成品，由于其孔型設(shè)計(jì)多是采用不對(duì)稱設(shè)計(jì)，因此其成品斷面的對(duì)稱性不理想，其軌高、底寬、腹高等尺寸的控制精度也不高，工人調(diào)整軋機(jī)要憑經(jīng)驗(yàn)，常常還會(huì)因孔型磨損，對(duì)軋件產(chǎn)生楔卡作用，造成鋼軌腿尖加工不 良，出現(xiàn)圓角或粗糙等缺陷。有關(guān)孔型法軋制鋼軌的孔型系統(tǒng)圖見(jiàn)圖 44。 702．鋼軌萬(wàn)能法孔型系統(tǒng)有何特點(diǎn) ? 萬(wàn)能法孔型系統(tǒng)的孔型設(shè)計(jì)則要考慮均勻變形，對(duì)稱設(shè)計(jì)。初具軌形的軋件，在萬(wàn)能孔中其腰部承受萬(wàn)能軋機(jī)上下水平輥的切楔作用，其頭部和腿部的外側(cè)承受萬(wàn)能軋機(jī)立輥側(cè)壓垂直作用。為確保鋼軌頭和腿的寬度和側(cè)面形狀，還要在軋邊機(jī)的立軋孔內(nèi)，對(duì)其軌頭和軌底側(cè)面進(jìn)行立軋加工。這樣的 孔 型系統(tǒng)可以保證鋼軌從粗軋軌形孔到成品孔軋件的變形是均 勻的、對(duì)稱的，各部分金屬的延伸也接近相同，這就大大提高了鋼軌斷面尺寸的精 度和外形的規(guī)范。萬(wàn)能法孔型系統(tǒng)見(jiàn)圖 45。萬(wàn)能法軋制鋼軌是法國(guó)鋼鐵集團(tuán)哈亞士廠 1973 年首先開(kāi)發(fā)成功并獲取專利的，后又被日本、巴西、南非、美國(guó)、澳大利亞等國(guó)采用?，F(xiàn)萬(wàn)能法軋制鋼軌已被世界認(rèn)同，這是生產(chǎn)高精度鋼軌的最好工藝。 703．鋼軌的矯直原理有哪些 ? 鋼軌經(jīng)過(guò)緩冷后，由于斷面各部厚度不同，其冷卻速度也不同，加上金屬?gòu)膴W氏體向珠光體轉(zhuǎn)變所引起的體積變化，均會(huì)引起鋼軌彎曲。鋼軌冷卻后一般彎向頭部。彎曲鋼軌無(wú)法加工，也無(wú)法使用，因此在鋼軌標(biāo)準(zhǔn)中各國(guó)均做出嚴(yán)格規(guī)定，即成品鋼軌必須以平直狀態(tài)交貨。要達(dá)到平直狀 態(tài)就必須對(duì)鋼軌進(jìn)行矯直。 材料力學(xué)研究認(rèn)為，鋼軌的矯直過(guò)程是一個(gè)彈塑性變形的復(fù)雜過(guò)程。這一過(guò)程可看做兩個(gè)階段，即反向彎曲階段和彈性恢復(fù)階段。在反向彎曲階段，鋼軌受到外力和外力矩作用，產(chǎn)生彈塑性變形。在彈性恢復(fù)階段，鋼軌在存儲(chǔ)在自身內(nèi)的彈性變形能的作用下，力圖恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。鋼軌矯直就是要經(jīng)過(guò)多次這樣反向彎曲和彈性恢復(fù)的抗?fàn)帲朔鋬?nèi)部反彈力矩，最后因屈服而達(dá)到平直。在鋼軌矯直過(guò)程中，鋼軌斷面各部分受力不同，產(chǎn)生不同程度的變形。以其中性軸為界，在靠近中性軸附近多產(chǎn)生彈性變形，在遠(yuǎn)離中性軸處則產(chǎn)生 塑性變形，見(jiàn)圖 46。具體塑性變形深透程度是受矯直壓力決定的。鋼軌矯直的數(shù)學(xué)條件為： 1/ρ反 =1/ρ彈 +1/ρ殘 式中： ρ反 —— 反彎曲率半徑； ρ彈 —— 彈性恢復(fù)曲率半徑； ρ殘 —— 殘余曲率半徑。 只有在 1/ρ殘 =0時(shí)，才能實(shí)現(xiàn) 1/ρ反 =1/ρ彈 ，則鋼軌才能被矯直。 鋼軌矯直應(yīng)力應(yīng)滿足下式： σs≤ σ矯 σb 即矯直應(yīng)力最小要等于被矯鋼軌鋼的屈服強(qiáng)度，否則不可能產(chǎn)生永久的塑性變形；但矯直應(yīng)力也不能過(guò)大，必須小于被矯鋼軌鋼的抗張強(qiáng)度，否則鋼軌就要被矯斷。 704．鋼軌矯直的三種工藝各有什么特點(diǎn) ? 鋼軌矯直有三種工藝，即壓力矯直工藝、輥式矯直工藝和拉伸矯直工藝。 壓力矯直工藝速度低，僅用于對(duì)鋼軌進(jìn)行補(bǔ)充矯直。鋼軌常規(guī)矯直工藝主要采用輥式矯直工藝。在輥式矯直中又有大變形量矯直與小變形量矯直之分。采用大變形量矯直鋼軌可以用較少的矯直輥對(duì)鋼軌進(jìn)行矯直，但往往使鋼軌的殘余應(yīng)力較大。采用小變形量矯直，則需要較多的矯直輥，但鋼軌的殘余應(yīng)力較小。實(shí)踐證明，現(xiàn)代輥式矯直工藝存在兩種弊病：一是造成鋼軌殘余應(yīng)力大，過(guò)大的殘余應(yīng)力將會(huì)威脅列車的行車安全，減少鋼 軌壽命；二是輥矯工藝無(wú)法矯直每支鋼軌的兩端，為保證端頭的平直度，還必須采用壓力矯對(duì)端頭進(jìn)行補(bǔ)矯，即使這樣，壓力矯也很難使鋼軌端頭達(dá)到高速鐵路對(duì)鋼軌端頭平直度 (0． 1mm／ m)的要求。為什么要這樣高的平直度精度呢 ?這是因?yàn)樵诟咚贄l件下，在機(jī)車車輪作用下，鋼軌和軌枕之間要產(chǎn)生振動(dòng)，這種振動(dòng)往往會(huì)造成行車事故，因此高速鐵路用的鋼軌要具有高的平直度精度和小的殘余應(yīng)力。 法國(guó)從 1976年開(kāi)始研究新的鋼軌矯直工藝，到 1981年發(fā)明了采用拉伸法矯直鋼軌的新工藝。采用這種工藝，可以保證鋼軌具有高的平直度精度和微小的 殘余應(yīng)力。 拉伸矯直工藝是在鋼軌兩端施加大于被矯鋼軌鋼屈服強(qiáng)度的拉力，鋼軌在拉力作用下，沿其長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，伸長(zhǎng)多少取決于平直度要求。這里的平直應(yīng)是連續(xù)的平直，不能是斷續(xù)或局部的。與輥矯工藝相比，拉伸矯直鋼軌殘余拉應(yīng)力僅為輥式矯直的 1／ 10。拉伸矯直機(jī)設(shè)備能力為 10000～ 15000kN，可以矯直各種斷面的鋼軌，這樣的拉力采用液壓很容易實(shí)現(xiàn)。 眾所周知，鋼軌在使用時(shí)要承受巨大的長(zhǎng)度方向的拉力，這個(gè)拉力往往造成材料的早期疲勞和加速裂紋擴(kuò)展。法國(guó)鋼鐵研究院的國(guó)家鋼軌實(shí)驗(yàn)室專門對(duì)采用拉伸矯與輥矯工藝 矯直的鋼軌進(jìn)行了疲勞檢驗(yàn)對(duì)比。試驗(yàn)采用 UIC60kg／ m 鋼軌，其 σb為 900MPa，以及 136RE的合金軌，其 σb為 1： 100MPa。 對(duì)這兩個(gè)鋼種，拉伸矯直比輥式矯直，鋼軌的裂紋擴(kuò)展時(shí)間要延長(zhǎng) 40％一 60％，且具有低的疲勞擴(kuò)展速度?？偟氖褂脡勖?，拉伸矯直鋼軌增加 30％～50％，其疲勞表面積增加 50％以上，這就使鋼軌壽命延長(zhǎng) 40％，使鋼軌更安全。經(jīng)過(guò)拉伸矯直， UIC 耐磨軌屈服強(qiáng)度提高 70MPa， 136RE 合金軌屈服強(qiáng)度提高 90MPa。對(duì)于輥式矯直工藝，欲提高鋼軌屈服強(qiáng)度是根本不可能的。提高屈服強(qiáng)度對(duì)曲線上低軌 抗壓潰和高軌抗剝離都有重要的作用。 705．鋼軌生產(chǎn)過(guò)程是如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的 ? 整個(gè)鋼軌生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：要實(shí)現(xiàn)全部生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的在線計(jì)算機(jī)管理，即要實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化和管理自動(dòng)化?；A(chǔ)自動(dòng)化的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)從煉鋼原料準(zhǔn) 備到成品發(fā)貨全部生產(chǎn)工序的設(shè)備邏輯控制、回路控制、信號(hào)調(diào)節(jié)、過(guò)程變量的采集、顯示等功能，一般它是由操作站和 PLC(可編程序控制器 )構(gòu)成的。 過(guò)程自動(dòng)化是要對(duì)全部生產(chǎn)活動(dòng)和過(guò)程進(jìn)行控制。為了有效地控制關(guān)鍵生產(chǎn)過(guò)程，通常是在煉鋼 (包括精煉、脫氣 )、連鑄、 軋制、精整等工序分別各自用一臺(tái)過(guò)程機(jī)進(jìn)行工藝控制。這些過(guò)程機(jī)可利用通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，以保證各生產(chǎn)過(guò)程之間的數(shù)據(jù)傳遞，平衡協(xié)調(diào)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)。過(guò)程控制機(jī)大多數(shù)是采用美國(guó) DEC 公司的 Micro Vax機(jī)，過(guò)程機(jī)一般設(shè)在各操作臺(tái)內(nèi)。 管理自動(dòng)化是要實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)中技術(shù)質(zhì)量管理，生產(chǎn)成本管理，原料、材料、備品備件管理，人事、生產(chǎn)計(jì)劃管理的在線計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，做到所有數(shù)據(jù)共享，隨時(shí)可以查詢有關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行物流