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一、钢轨的功用和类型第二章钢轨内容提要二、钢轨截面设计原则三、钢轨材质及其力学指标四、钢轨尺寸允许偏差及平直度要求五、钢轨损伤六、钢轨的长度及接头七、现钢轨标记八、现行规范中钢轨相关规定一、钢轨的功用和类型（1）为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面，引导机车车辆前进；1.钢轨的功能（2）钢轨要承受来自车轮的巨大垂向压力，并以分散形式传递到轨枕；（3）在电气化铁道或自动闭塞区段，还兼做轨道电路之用，为轨道电路提供导体。一、钢轨的功用和类型钢轨分类依据：世界铁路所用轨道通常按每延米质量来分类；2.钢轨的类别中国钢轨类别：43kg/m、50kg/m、60kg/m和75kg/m。（44.653、51.514、60.64、74.414kg/m)通俗的叫法：43轨、50轨、60轨、75轨一、钢轨的功用和类型(1)具有足够的刚度(2)具有一定的韧性(3)具有足够的硬度且均匀性良好(4)足够光滑又有一定粗糙度的顶面(5)良好的道岔机加工性能和可焊性(6)化学成分便于进行热处理(7)高速铁路钢轨的高平直度3.对钢轨的基本要求制造容易、造价合理、经久耐用二、钢轨截面设计原则力学角度：工字型截面的构件具有最佳的抗弯曲性能。1.钢轨的最佳断面形状HFBbGEC组成部分：钢轨头部、钢轨腰部和钢轨底部。主要尺寸：钢轨高度、轨头宽度、轨底宽度和轨腰宽度。二、钢轨截面设计原则（1）钢轨头部宜大而厚，并具有与车轮踏面相适应的外形（改善轮轨接触条件、提高抵抗压陷的能力），同时具有足够的支撑面积（磨耗）。（2）实践表明：长期工作后的钢轨顶面变为近似于200-300mm半径的圆弧。较轻型钢轨顶面常用一个半径为300mm的圆弧组成；而较重型钢轨顶面则常用三个半径分别为80、300、80mm或80、500、80mm的复合圆弧组成。（3）轨顶面与侧面的连接圆弧半径为13mm（75轨为15mm）(轮缘内圆角半径：L16mm，V18mm)：增大☞轮缘爬轨，减小☞轮缘磨耗。2.钢轨头部二、钢轨截面设计原则（4）轨头底面称轨头的下颚，是和夹板顶面相接触的部分，常用斜坡分别为1：2.75、1：3、1：4。过缓☞夹板受到过大动力作用，加速夹板螺栓的松动和磨耗；过陡☞螺栓所收拉力过大而容易折断。（5）轨头下角亦应做成圆弧☞避免应力过分集中，不使夹板的支承看到较小过多，一般圆弧的半径为2-4mm。2.钢轨头部二、钢轨截面设计原则（1）轨腰必须具有足够的厚度和高度，具有较大的承载能力和抗弯能力。（2）轨腰的两侧为直线或曲线，而以曲线最常用，以有利于传递车轮轨钢轨的冲击动力作用和减少钢轨轧制后因冷却而产生的残余应力。50、60和75轨轨腰圆弧半径分别为350、400和500mm。（3）轨腰与轨头、底的连接，须保证夹板能有足够的支承面，并使截面的变化不致过分突然，以免产生过大的应力集中。为此，轨腰与轨头-复曲线，如60轨采用了半径为25和8mm的复曲线进行连接；轨腰与轨底-单曲线，半径为14-20mm。3.钢轨腰部二、钢轨截面设计原则（1）轨底应具有足够的宽度和厚度，并具有必要的刚度和抗锈蚀能力。（2）轨底顶面可以做成单坡或折线坡的斜坡。如为单坡，则要求与轨头下颚的斜坡相同；如为折线坡，则支托夹板部分要求与轨头下颚同，其余部分可采用较平缓的斜坡，如1：6-1:9，两斜面之间，用半径为15-40mm的圆弧连接。（3）轨底的上下角也应做成圆角，半径一般为2-4mm。4.钢轨底部二、钢轨截面设计原则轨头顶面宽度：b=0.34M+51.70(mm)；轨腰厚度：t=0.16M+7.08(mm)；轨身高度：H=1.92M+54.16(mm)；轨底宽度：B=1.25M+69.25(mm)。5.钢轨截面的经验公式钢轨高度要保证钢轨具有足够的惯性矩和截面系数来承受车轮的竖直压力，并要使钢轨在横向水平力作用下具有足够的稳定性。轨身高与轨底宽之间应有一个适当的比例,一般为:H/B≈1.15-1.20。三、钢轨材质及其力学指标钢轨出现质量问题是由于钢轨的内部夹杂、缺陷所引起的疲劳折损1.钢轨的材质钢轨的材质是指钢轨的化学成分及其金相组织，要使钢轨具有高可靠性的前提是钢轨材质具有较高的纯净度和合理的化学成分。钢轨的强度、耐磨性能及抵抗冲击的性能，主要取决于钢轨的化学成分、金属组织及生产工艺过程和热处理工艺。提高钢轨材质的纯净度是减少钢轨疲劳折损、提高钢轨可靠性、延长使用寿命的有效途径之一。☞钢轨钢的主要元素是碳和铁，并根据强度和硬度的要求增加其他化学元素，同时限制磷和硫等有害元素的含量。同一种类型的钢轨中，不同炉号和生产批次，其化学元素也有一些差别，所以钢轨中化学元素含量是一个范围。三、钢轨材质及其力学指标1.钢轨的材质碳（C，一般含量为0.65%，但一般不超过0.82%）锰（Mn，0.6-1.0%，如含量超过1.2%，则称为高锰钢）硅（Si，含量一般为0.15-0.30%）磷和硫（一般要求磷和硫的含量都小于0.04%）增多可提高抗拉强度、耐磨性和硬度过多，变脆，塑性指数（伸长率、断面收缩率和冲击韧性）降低提高强度和耐磨性，增加韧性，并去除有害的氧化铁和硫类杂质。如果超过1.2%，硬度、抗冲击性、耐磨性能能得到较大的提高，但锰对钢轨的焊接有不利影响使钢轨致密，提高耐磨性；降低焊接性能使钢轨变脆，含磷过多（超过0.1%），出现冷脆性，严寒地区，钢轨断裂；硫不溶于铁，不论含量多少，均生成硫化铁，在985°C时，呈晶态结晶析出，这种晶体性脆易溶，出现热脆性（800-1200°C)，轧制或热加工工程中，钢轨断裂，出现大量废品。三、钢轨材质及其力学指标1.钢轨的材质世界各国开发的钢轨钢主要有碳素钢、合金钢和热处理钢三种。按其金相组织又分为珠光体钢、贝氏体钢和马氏体钢三种。碳素钢生成成本最低，但其金相组织是较粗大的珠光体，因此其强度和韧性并非是最理想的；合金钢是通过增加铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、铌（Ni）、钒（V）、钛（Ti）和铜（Cu）等元素，获得细化珠光体组织，可提高钢轨的抗拉强度、耐磨性能和疲劳强度，但其焊接性能不如碳素体钢轨钢，生成成本也较高；热处理钢主要是通过热处理形成细微珠光体组织，获得高强度和高韧性，但其如处理设备投资较大。三、钢轨材质及其力学指标2.钢轨的力学性能、硬度、冲击韧性断面收缩率、、伸长率疲劳极限、、屈服极限强度极限ksrsb这些指标对钢轨的承载能力、磨耗、压溃、断裂及其他伤损有显著的影响。常用钢种：U74（抗拉强度σb=785Mpa）――碳素钢；U71Mn（σb=883Mpa）――合金钢。PD3（一般σb=980Mpa），秦沈采用PD3全长淬火钢轨碳微钒轨（σb=1300Mpa）－寿命提高50％以上）（淬火：采用电感应加热的方法，以局部改变轨头钢的组织，从而提高钢轨的强度和韧性。）三、钢轨材质及其力学指标2.钢轨的力学性能钢轨依其力学性能可分为三类：第一类为普通钢轨，其抗拉强度为800MPa；第二类为高强度钢轨，其抗拉强度不小于900MPa；第三类为耐磨钢轨，其抗拉强度不小于1100MPa。落锤试验：锤击重量：60以下轨，1000kg；75轨，1000kg和1270kg；锤击高度：60以下轨，依钢轨类型、抗拉强度、弹性和刚性来确定；75轨，11.2m（1000kg）和8.2m（1270kg）；记录事项：锤击1次，查看试件是否出现裂纹和断裂，并记录拱度以供参考。轨端淬火：对钢轨淬火可以提高钢材的硬度，改善钢材的机械性能。目前，我国U71Mn和U74轨采用轨端淬火，PD3和稀土轨可不进行轨端淬火。钢轨全长淬火工艺在我国已有应用。三、钢轨材质及其力学指标2.钢轨的力学性能钢轨的使用性能和所选轨钢力学性能对照表表2-1踏面的硬度分布曲线等焊接区踏面的平直度碳当量、相变行为CCT图、TTT图可焊性塑性（伸长率、断面收缩率）、冲击韧性、断裂韧性、残余应力抗裂性（断裂安全性）疲劳强度、疲劳裂纹扩展速率、钢轨的纯净度、残余应力抗疲劳失效抗拉强度、硬度耐磨性屈服强度抗压性能轨钢的力学性能钢轨的使用性能四、钢轨尺寸允许偏差及平直度要求1.钢轨尺寸允许偏差钢轨截面尺寸偏差和平直度也是钢轨质量的一个重要指标。如采用截面尺寸偏差过大或平直度不良的钢轨，则很难铺设高质量的铁路轨道。为保证列车运行的平稳性，则要求轨道的几何形位稳定，轨头的轮轨接触光带位置及宽度稳定。而要达到这一点，高精度的外形尺寸和高平直度的钢轨是必不可少的。见表2-2。需要注意的是表2-1所给偏差是根据我国《铁路用热轧钢轨》（GB2585-2007）的要求来确定的，与高速铁路的要求尚有很大差距，必须在钢轨轧制、冷却、较直等生产环节引入先进技术，如万能法轧制、立卧复合矫直、压力机补矫等，才能生产出满足高速铁路要求的钢轨。高速铁路钢轨尺寸允许偏差请查相关资料。2.钢轨平直度要求由于钢轨焊缝材质、金相组织、硬度、韧度等与钢轨母材的差别，焊接设备的精度高低，操作工人的技术熟练程度以及焊接方法（接触焊、气压焊和铝热焊）的不同等，都会造成钢轨焊接接头处的轨面不平整。四、钢轨尺寸允许偏差及平直度要求表2-2钢轨尺寸允许偏差允许偏差（mm）项目45、50、60kg/m钢轨75kg/m钢轨头宽±0.5±0.5腰厚+1.0、-0.5+0.75、-0.5腰高±0.5+0.3、-0.7高度+0.8、-0.5±0.8底宽+1.0、-2.0+1.0、-1.5轨头0.50.3钢轨截面不对称轨底1.01.0≤12.5m±6长度（20oC时）＞12.5m±10焊接轨±20非焊接轨±6.0断面铣斜（垂直、水平方向）1.01.0向上方0.50.5向下方0.50.5端部弯曲（1m内）左右0.50.5直径±1.0±1.0螺栓孔位置±1.0±1.0五、钢轨损伤（一）钢轨伤损概念指钢轨在使用过程中，由于机车车辆的动力作用、自然环境和钢轨本身的质量等原因，发生折断、裂纹及其它影响和限制钢轨使用性能的伤损。（二）钢轨伤损分类依据伤损在钢轨断面上的位置、伤损外貌及伤损原因编号9类32种，见表2-3用两位数表示，十位数表示伤损的部位和状态，个位数表示造成伤损的原因。钢轨伤损分类具体内容见“铁道工务技术手册（轨道）”表2-3钢轨伤损分类总表0123456789伤损的原因伤损的分类及编号伤损位置及状态由于钢轨制造方面的缺陷造成的伤损由于钢轨金属接触疲劳造成的伤损由于钢轨断面设计或接头连接结构缺点造成的伤损由于钢轨保养和使用方面的缺点造成的伤损由于车轮造成的伤损由于工具撞击或其他机械作用造成的伤损由于钢轨焊接工艺缺陷造成的伤损由于钢轨淬火工艺缺陷造成的伤损由于钢轨焊补工艺缺陷或接续线焊接不良造成的缺陷由于上述以外的其他原因造成的伤损1轨头表面金属碎裂或剥离10111417182轨头横向裂纹20212426273轨头纵向的水平或垂直裂纹30384轨头表面压陷或磨耗404143444647495轨腰损伤50525355566轨底损伤6062667钢轨折断70798钢轨锈蚀899钢轨的其他伤损9599五、钢轨损伤五、钢轨损伤钢轨折断：指有下列情况之一者：钢轨全截面至少断成两部分；裂缝已经贯通整个轨头截面或轨底截面；钢轨顶面上有长大于50mm、深大于10mm的掉块。钢轨折断直接威胁行车安全，应及时更换。钢轨裂纹：指除钢轨折断之外，钢轨部分材料发生分离，形成裂纹。常见钢轨伤损种类：常见的有钢轨磨耗、接触疲劳伤损、剥离及轨头核伤、轨腰螺栓孔裂纹等。（三）钢轨伤损五、钢轨损伤（四）常见的钢轨伤损1.轨腰螺栓孔裂纹指钢轨在列车冲击荷载作用下，其螺栓孔边角处，由于存在应力集中或其他缺陷而造成的裂纹。这种裂纹受载荷反复作用而扩展，甚至发生断裂。五、钢轨损伤轨腰螺栓裂纹发生的主要原因：钻孔时在螺栓孔周边产生有肉眼不能发现的发裂，在荷载的作用下加速裂纹发展；由于钢轨接头养护中存在的高低台阶、错牙、轨端低塌、鞍型磨耗及道床板结，列车通过时产生的高频力P1和准静态力P2对螺孔应力的影响极大。研究结果表明，P1和P2的合力决定着轨端的第一螺孔的应力水平，因而也决定着螺孔