第一节　钢轨

一、钢轨的主要作用

钢轨是轨道结构的重要部件，主要作用是支撑并引导机车车辆的车轮，直接承受来自车轮的载荷和冲击，并将其传布于轨枕及各扣件。在自动闭塞区段，钢轨成为信号电流的导体，起到轨道电路的作用。在电气化区段，钢轨还用作牵引电流的回流电导线。

二、钢轨的性能和成分

（一）钢轨的性能

1.机械性能

金属材料抵抗载荷作用的能力称为金属材料的机械性能，通常包括强度、塑性、硬度、韧性和疲劳等。

（1）强度：金属材料在载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力，常以强度极限、屈服极限等指标表示；强度极限（抗拉强度）是指金属材料抵抗拉伸载荷作用而不至破坏的最大应力；屈服极限（屈服强度）是指金属材料在载荷不增加的情况下，仍能产生明显塑性变形时的应力。

（2）塑性：金属材料在载荷作用下，产生显著形变而不致破坏，并在载荷取消后仍能保持变形前形状的能力，常以伸长率和断面收缩率等指标来表示；伸长率是试样拉断后，标定长度的伸长量与原始标定长度之比值的百分数；断面收缩率是试样断口面积的缩减量与原截面积之比值的百分数。

（3）硬度：金属材料抵抗另一种更硬物体（材料）压入其表面的能力。

（4）韧性：金属材料抵抗冲击载荷作用而不致破坏的能力。

（5）疲劳：在交变载荷的作用下，材料发生断裂的现象，金属材料抵抗疲劳的能力用疲劳强度来衡量；疲劳强度就是金属材料在无数次重复交变载荷作用下，而不致破坏的最大应力。

2.综合性能

钢轨在运行中承受列车的压力、撞击、弯曲和磨耗等作用，因而要求具有以下几个方面的综合使用性能，即：足够的抗压强度，良好的耐磨性，较强的抗剥离、抗磨擦能力，较强的抗疲劳性，一定的耐腐蚀性和良好的可焊接性等。

（二）钢轨的成分

由于我国铁路网的发展，钢轨用量极大，从经济上考虑，历来采用以碳作强化元素的普通高碳素钢轨，随着运输的增长和高速铁路需要，低合金轨和合金轨的应用也逐步扩大，钢轨的主要化学成分有碳和硅等强化元素，以锰为主及少数生产厂矿源中含有的铜、钒、钛等有益元素，其次是少量难于去净的有害元素，如硫、磷、氧、氢等，这些元素对钢轨的性能都会产生一定影响。

1.强化元素

碳和硅是钢轨中的强化元素，其共同特点是增强钢轨的强度、硬度和耐磨性。但这些元素在钢轨中的成分都不宜过多，若含碳量过多会使钢的塑性和韧性下降，降低焊接性能；含硅量过多，会使钢质硬而脆，容易在焊缝中产生气孔、夹杂，一些在溶渣中未去净的过量硅，会形成非金属夹杂物，成为钢轨疲劳的伤损源。所以除高硅钢轨外，一般含硅量均小于0.4％。

2.有益元素

锰是钢轨中主要的有益元素，与氧结合，可降低钢中的含氧量，提高钢的性能；与硫结合，能消除硫的有害作用，改善钢轨在焊接时的抗热裂性，减少气孔的产生。钢中有一定量的锰对提高钢轨的强度、硬度，增强耐磨性、延长使用期限都有一定作用。钢轨中含有微量的钒和钛，有助于使钢的晶粒细化，增强钢的机械性能。钢轨中含有少量的铜，有利于提高钢轨的抗疲劳、耐腐蚀性能。但如果含铜轨的轧制工艺不良，在其钢轨表面会产生鱼鳞状开裂。

3.有害元素

有害元素分两大类，第一类是固体元素，如硫和磷，都是在冶炼时由矿石和燃料中带入的有害杂质，会增加钢中化学成分的偏析，不利于焊接。其中硫化物常以颗粒状残留于钢中，热轧时与钢一起被压延成带状夹杂，造成轨头或轨腰水平裂纹和分层，轨头至轨底间的纵向裂纹，螺孔裂纹，以及钢轨材质过软形成的轨头压陷等缺陷。磷化物的最大危害是大大降低钢的塑性和韧性，特别在低温条件下，增大钢的冷脆性，导致断轨。

第二类是气体元素。由于冶炼时投入的炉料潮湿或含锈使钢水吸收大量的气体，冷凝时虽大部分逸出，但仍有少量氮、氧、氢的有害气体存在，降低钢的强度和塑性。尤其是氢在钢中极为有害，钢中溶入氢会造成氢脆，出现显微裂纹（即白点）和发生氢裂纹，在较低的应力作用下发生脆性断裂。

三、国产标准钢轨横截面名称及主要尺寸

国产标准钢轨横截面名称如图1-1所示，钢轨主要尺寸如图1-2所示，钢轨各部尺寸见表1-1。

四、钢轨的标志

钢轨出厂时有制造厂标、钢轨类型、钢种符号、制造年月、熔炼号、品级号等标志。

钢轨标志一般轧制于钢轨一侧轨腰上，有两种类型，钢轨生产厂家名称、代号，一般是辊轧凸字，字体凸出于轨腰表面；钢轨炉罐号一般打在钢轨的另一面，为热轧凹字，字体凹陷在轨腰表面以下。

（1）国产钢轨生产厂家名称、代号（辊轧凸字）见表1-2。

（2）国产钢轨炉罐号含义（热轧凹字）见表1-3。

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（3）部分进口钢轨生产厂家名称、代号（辊轧凸字）见表1-4。

续上表