周清躍

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 金屬及化學(xué)研究所，北京 100081）

1 軌型的由來(lái)

鋼軌軌型和定尺長(zhǎng)度是鐵路發(fā)展和冶金技術(shù)進(jìn)步的體現(xiàn)。自1894年漢陽(yáng)鐵廠建成投產(chǎn)，我國(guó)鋼軌生產(chǎn)已經(jīng)有127年的歷史。

鋼軌軌型舊時(shí)稱軌式、樣式，20世紀(jì)50年代鋼軌標(biāo)準(zhǔn)稱為品種（如重軌品種、輕軌品種等），現(xiàn)在鋼軌標(biāo)準(zhǔn)（TB/T 2344.1）稱為軌型，多以kg/m表示（公稱單重）［1］。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了不同軌型鋼軌的斷面型式尺寸（型式尺寸是指未考慮公差的理論尺寸）。國(guó)外對(duì)鋼軌軌型叫法也不同，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)將軌型稱為鋼軌斷面，歐洲標(biāo)準(zhǔn)稱為鋼軌廓形，日本標(biāo)準(zhǔn)稱為鋼軌類型。

現(xiàn)代鐵路鋼軌軌型均為工字形。工字形斷面最早由美國(guó)工程師史蒂文斯于1830年設(shè)計(jì)［2］，我國(guó)稱為工字形斷面，國(guó)外稱為T形鋼軌［3］。鋼軌工字形的形狀一直使用至今，只是在單重，軌頭、軌腰和軌底金屬分配，軌頭軌冠形狀等方面不斷改進(jìn)。

道岔鋼軌由于受力和加工的需要，歐洲標(biāo)準(zhǔn)將其歸為3類：非對(duì)稱鋼軌、對(duì)稱厚腰鋼軌和對(duì)稱全腰鋼軌［4］。目前我國(guó)納入標(biāo)準(zhǔn)的道岔用軌只有非對(duì)稱鋼軌，如50AT1、60AT1等［5］。

除以上斷面鋼軌外，還有輕軌（9～30 kg/m鋼軌）［6］、有軌電車用槽型軌［7-8］、起重機(jī)鋼軌［9］等。按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，輕重軌的劃分標(biāo)準(zhǔn)為：38 kg/m及以上為重軌（實(shí)際軌型有38、43、50、60、75 kg/m）；38 kg/m以下為輕軌（實(shí)際軌型有9、12、15、18、22、24、30 kg/m）。

2 我國(guó)鋼軌軌型發(fā)展

2.1 對(duì)稱斷面鋼軌

100多年來(lái)，我國(guó)鐵路曾經(jīng)使用的鋼軌軌型種類較多，但在我國(guó)制造和使用、曾納入標(biāo)準(zhǔn)的軌型不足15種［5，10］。

2.1.1 漢陽(yáng)鋼軌

1894年漢陽(yáng)鐵廠建成投產(chǎn)，1922年全面停產(chǎn)。這一時(shí)期，漢陽(yáng)鐵廠生產(chǎn)了不同樣式的鋼軌用于我國(guó)鐵路建設(shè)，其中以英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為藍(lán)本的85磅鋼軌納入我國(guó)第1個(gè)鋼軌標(biāo)準(zhǔn)《奏定八十五磅鋼軌及附屬品制造驗(yàn)收通行章程》。

2.1.2 38～50 kg/m鋼軌（簡(jiǎn)稱P38～P50）

1950年12月，原鐵道部頒布了《鐵路鋼軌及配件規(guī)范書（草案）》，規(guī)定鋼軌軌型有5種：中華30式、中華33式、中華38式、中華43式和中華50式。1953年，原重工業(yè)部和原鐵道部共同制定了重暫2—53《重軌品種》（品種即為軌型、規(guī)格，以蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)為藍(lán)本制定），納入標(biāo)準(zhǔn)的軌型有38、43、50 kg/m三種。GB 181—1963《每米50公斤鋼軌型式尺寸》、GB 182—1963《每米43公斤鋼軌型式尺寸》、GB 183—1963《每米38公斤鋼軌型式尺寸》中鋼軌型式尺寸沿用了重暫2—53規(guī)定；1981年，制定了GB 2585—1981《鐵路用每米38～50公斤鋼軌技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)，其中鋼軌型式尺寸沿用1963年標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，只是尺寸公差進(jìn)行了修改（見(jiàn)GB 2585—1981編制說(shuō)明）。TB/T 2344.1—1993《43 kg/m鋼軌軌型尺寸》、TB/T 2344.2—1993《50kg/m鋼軌軌型尺寸》、TB/T 2344.3—1993《60 kg/m鋼軌軌型尺寸》首次將60 kg/m鋼軌納入其中，而38～50 kg/m鋼軌的軌型均沒(méi)有發(fā)生變化。

自1951年重慶鋼鐵公司（簡(jiǎn)稱重鋼）率先研發(fā)生產(chǎn)P38鋼軌以來(lái)，至20世紀(jì)60年代，我國(guó)鋼軌斷面從P38發(fā)展到P50。這3種鋼軌軌型為1個(gè)系列，軌頭均由R13、R300、R13 mm三段圓弧組成，軌頭側(cè)面沒(méi)有斜度，一直沿用至今，斷面沒(méi)有變化（2020年將P43、P50鋼軌軌頭側(cè)下顎圓弧由R2 mm改為R5 mm，其他均未改變［10］）。

2.1.3 60～75 kg/m鋼軌（簡(jiǎn)稱P60～P75）

為了鐵路發(fā)展需要，20世紀(jì)70年代研發(fā)生產(chǎn)了P60鋼軌，80年代研發(fā)生產(chǎn)了P75鋼軌。

P60鋼軌斷面尺寸由中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所（簡(jiǎn)稱鐵科院鐵建所）設(shè)計(jì)，主要尺寸參考了歐洲UIC60（60E1）鋼軌，除軌高高4 mm外，其他均基本相同，軌頭由3段弧組成，即R13、R80、R300 mm；軌頭側(cè)面從頂面以下14.2 mm開(kāi)始設(shè)置1∶20斜度。

P75鋼軌斷面尺寸由鐵科院鐵建所設(shè)計(jì)，與蘇聯(lián)P75鋼軌斷面完全相同，軌頭由3段弧組成，即R15、R80、R500 mm；軌頭側(cè)面從頂面以下16.6 mm開(kāi)始設(shè)置1∶20斜度。

2.1.4 新軌頭廓形鋼軌

為了改善輪軌匹配關(guān)系、提高動(dòng)車組運(yùn)行穩(wěn)定性、降低輪軌接觸應(yīng)力、降低鋼軌維養(yǎng)成本、延長(zhǎng)輪軌使用壽命，同時(shí)滿足高速和重載鐵路發(fā)展需要，2011年中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司金屬及化學(xué)研究所設(shè)計(jì)了新軌頭鋼軌P60N（N為英文NEW的縮寫）［11-12］，2013年設(shè)計(jì)了P75N鋼軌［13］，2020年設(shè)計(jì)了P50N鋼軌［14］。為了方便鋼軌互換，新軌頭廓形鋼軌僅修改了軌冠部位尺寸，其他尺寸均與原鋼軌相同。

2.2 非對(duì)稱斷面鋼軌

為了滿足道岔受力和道岔加工需要，我國(guó)于20世紀(jì)70年代起由鐵科院鐵建所設(shè)計(jì)了50AT和60AT鋼軌，其中AT為矮型特種斷面拼音縮寫，數(shù)字50、60分別代表用于50、60 kg/m鋼軌的軌道，鋼軌單重分別為69.3、82.2 kg/m。

隨著高速鐵路的發(fā)展、道岔技術(shù)的引進(jìn)，我國(guó)鐵路和冶金部門又研發(fā)了60AT2（60D40）、60AT3（Zu1-60）、60TY（翼軌用特殊斷面）3種道岔鋼軌。其中：60AT2與歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN 13674.2）中的60E1A5相同；60AT3與歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN 13674.2）中的60E1A1相同，60TY為我國(guó)自主設(shè)計(jì)的斷面，是在60 kg/m鋼軌基礎(chǔ)上加寬了軌頭和軌腰厚度。

2.3 不同軌型鋼軌研發(fā)和首軋情況

1950年5月10日，重鋼利用1938年從漢陽(yáng)鐵廠遷來(lái)的800 mm軋機(jī)，利用自煉小鋼錠試軋出新中國(guó)成立后的第1根12.5 m長(zhǎng)85磅鋼軌；1951年試軋P38鋼軌成功。

1953年和1956年，鞍山鋼鐵公司（簡(jiǎn)稱鞍鋼）在我國(guó)率先分別生產(chǎn)出P43和P50鋼軌。2021年，我國(guó)首根P50N鋼軌在鞍鋼下線。

1965年武漢鋼鐵公司正式生產(chǎn)P43和P45鋼軌（生產(chǎn)P45鋼軌40余萬(wàn)t，其中出口坦贊20萬(wàn)t，我國(guó)使用20余萬(wàn)t，但P45鋼軌軌型最終未納入正式標(biāo)準(zhǔn)）。

1970年包頭鋼鐵公司（簡(jiǎn)稱包鋼）正式生產(chǎn)P50鋼軌，1976年和1984年在我國(guó)率先試制成功P60和P75鋼軌。

1975年攀枝花鋼鐵公司（簡(jiǎn)稱攀鋼）正式生產(chǎn)P50鋼軌，1979年試制成功P60鋼軌，1985年試制成功P75鋼軌；2011年攀鋼首根P60N鋼軌下線，2013年首根P75N鋼軌下線。

2013年邯鄲鋼鐵公司正式生產(chǎn)P60鋼軌。

目前道岔鋼軌主要由攀鋼生產(chǎn)。1977年，攀鋼研發(fā)成功50AT鋼軌；1979年，包鋼研發(fā)成功60AT鋼軌；1999年，攀鋼研發(fā)成功60AT鋼軌；2010年，攀鋼60AT在線熱處理鋼軌通過(guò)上道審查，開(kāi)始上道使用；2005年，攀鋼60AT2（60D40）鋼軌軋制成功；2011年，攀鋼60AT2在線熱處理鋼軌通過(guò)質(zhì)量認(rèn)證；2007年，攀鋼60TY鋼軌研發(fā)成功并上道使用。

2.4 我國(guó)鋼軌軌型發(fā)展相關(guān)建議

我國(guó)鋼軌軌型從新中國(guó)成立前進(jìn)口多個(gè)國(guó)家的多種軌型，到20世紀(jì)50年代根據(jù)蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)自主研發(fā)生產(chǎn)的P38和P43、60年代P50、70年代P60、80年代P75，鋼軌軌型得到了很大發(fā)展，尤其新中國(guó)成立后鋼軌單重逐步提高，滿足了我國(guó)鐵路軸重和速度發(fā)展的需求。目前我國(guó)鐵路P60軌道結(jié)構(gòu)已成為主要軌道結(jié)構(gòu)，至2017年底占正線總延長(zhǎng)86.3%［15］、2021年底占正線總延長(zhǎng)90.0%以上。隨著高速鐵路的發(fā)展，新軌頭廓形的研發(fā)極大改善了輪軌接觸關(guān)系，不僅提高了高速鐵路動(dòng)車組運(yùn)行穩(wěn)定性和旅客舒適性，同時(shí)對(duì)減少鋼軌病害出現(xiàn)、延長(zhǎng)鋼軌使用壽命、降低鋼軌維養(yǎng)成本具有重要作用，2016年以后國(guó)家鐵路基本使用P60N鋼軌。在道岔鋼軌方面，我國(guó)普速鐵路主要使用50AT1、60AT1；高速鐵路主要使用60AT2、60AT3、60TY，道岔軌型的發(fā)展?jié)M足了道岔制造的需要。但在鋼軌軌型方面仍有以下工作需要開(kāi)展。

2.4.1 軌型系列化

美國(guó)AREMA標(biāo)準(zhǔn)推薦新建鐵路使用軌頭廓形優(yōu)化后的115RE、136RE和141RE鋼軌。美國(guó)鐵路軸重大（達(dá)到30～35 t），主要使用136RE（68 kg/m）鋼軌；美國(guó)曾用5年多時(shí)間對(duì)141RE鋼軌進(jìn)行試用評(píng)價(jià)，結(jié)果表明141RE鋼軌單重比136RE增加3 kg/m，但使用壽命并沒(méi)有相應(yīng)提高，養(yǎng)修工作量也沒(méi)有明顯減少。因此，即使35～40 t軸重的鐵路，美國(guó)有關(guān)部門仍推薦使用136RE鋼軌，說(shuō)明美國(guó)鐵路對(duì)鋼軌軌型經(jīng)濟(jì)性和性價(jià)比的重視程度。

在軸重不大的重載鐵路使用單重很大的鋼軌，既不經(jīng)濟(jì)，又由于焊接面積大、導(dǎo)致接頭傷損多。我國(guó)鐵路除P60鋼軌外，其他軌型（P38、P43、P50和P75）均采用蘇聯(lián)軌型尺寸，大秦鐵路使用P75鋼軌，該種鋼軌目前在俄羅斯使用不多。瓦日鐵路設(shè)計(jì)軸重30 t，選用P60鋼軌，使用效果需進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤觀測(cè)。

美國(guó)鋼軌軌型系列為115RE、136RE和141RE，軌頭廓形統(tǒng)一；俄羅斯鋼軌軌型系列為P50、P65和P75，軌頭廓形統(tǒng)一；我國(guó)鋼軌軌型系列為P50、P60和P75。隨著重載鐵路的發(fā)展，是否需要在50和75 kg/m之間研發(fā)一種單重為65～68 kg/m的鋼軌，需盡快開(kāi)展研究。

2.4.2 軌頭廓形統(tǒng)一

為了降低輪軌接觸應(yīng)力、減少打磨工作量、延長(zhǎng)鋼軌使用壽命，美國(guó)也對(duì)軌頭廓形進(jìn)行了優(yōu)化。首先優(yōu)化了136RE（68 kg/m）鋼軌，并于2003年首次納入AREMA標(biāo)準(zhǔn)，2007年又對(duì)其進(jìn)行修改。2011年將新軌頭廓形應(yīng)用于美國(guó)鐵路常用的115RE和141RE新制鋼軌中，2017年又應(yīng)用到132RE鋼軌中，形成了鋼軌軌頭的統(tǒng)一廓形，4種新軌頭廓形軌冠尺寸主要由約R200、R44、R14 mm（8、1.75、9/16英寸）等幾個(gè)圓弧構(gòu)成。新廓形鋼軌納入標(biāo)準(zhǔn)后，舊廓形鋼軌在標(biāo)準(zhǔn)中被刪除。

俄羅斯使用的P50、P65和P75鋼軌也具有統(tǒng)一軌頭廓形，其軌冠由R15、R80、R500 mm三個(gè)圓弧組成。

2016年以來(lái)，我國(guó)國(guó)家鐵路網(wǎng)基本采用P60N鋼軌，但道岔區(qū)域未采用，主要靠鋼軌打磨來(lái)優(yōu)化軌頭廓形；P50N鋼軌也基本沒(méi)有在國(guó)家鐵路推廣應(yīng)用?？梢?jiàn)即使在國(guó)家鐵路網(wǎng)也未形成統(tǒng)一的軌頭廓形，給輪軌關(guān)系的優(yōu)化管理帶來(lái)一定困難，需繼續(xù)開(kāi)展相關(guān)軌頭廓形統(tǒng)一工作。

3 鋼軌定尺長(zhǎng)度發(fā)展和演變

我國(guó)鋼軌定尺長(zhǎng)度，漢陽(yáng)鐵廠時(shí)期為9.144 m（30英尺）。1922年和1936年頒布的2個(gè)鋼軌標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的定尺長(zhǎng)度為10、12 m。1950年鋼軌標(biāo)準(zhǔn)首次出現(xiàn)了12.5 m和15 m；重暫2—53明確規(guī)定了鋼軌的定尺長(zhǎng)度為12.5 m一種；GB 181—1963規(guī)定鋼軌定尺長(zhǎng)度在保留12.5 m基礎(chǔ)上，首次納入25 m定尺鋼軌。從此，鋼軌定尺長(zhǎng)度主要有12.5 m和25 m兩種。1966年12月，鞍鋼首次生產(chǎn)出25 m定尺長(zhǎng)度的P43鋼軌［16］；TB/T 2344—2003首次納入50、100 m定尺鋼軌，2003年鞍鋼生產(chǎn)出我國(guó)首根50 m定尺鋼軌；2004年12月，攀鋼生產(chǎn)出我國(guó)首根具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的百米定尺鋼軌。

國(guó)外鋼軌定尺長(zhǎng)度情況為：日本150 m（實(shí)際應(yīng)用為50 m）、德國(guó)120 m、法國(guó)80 m、美國(guó)24.4 m（80英尺）、俄羅斯25 m。

鋼軌長(zhǎng)定尺生產(chǎn)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）減少接頭數(shù)量。接頭數(shù)量越少鐵路運(yùn)營(yíng)安全性越高，同時(shí)因平順性提高，一方面增加了旅客舒適性，另一方面大幅減少鋼軌焊接工作量和線路維養(yǎng)工作量。

（2）去掉軌端探傷盲區(qū)。鋼軌生產(chǎn)過(guò)程中采用在線探傷，探頭起落需一段時(shí)間，兩端至少有0.3～0.5 m鋼軌不能準(zhǔn)確探傷，而鋼軌定尺長(zhǎng)度為12.5 m或25 m時(shí)，兩端鋸切量不足0.5 m，導(dǎo)致軌端存在探傷盲區(qū)。

（3）去掉軌端矯直盲區(qū)。鋼軌生產(chǎn)采用平立復(fù)合輥矯，鋼軌進(jìn)出矯直機(jī)時(shí)兩端至少有1 m鋼軌矯直不充分，所以鋼軌定尺長(zhǎng)度為12.5 m或25 m時(shí)存在矯直盲區(qū)；同時(shí)，軌端壓下量與鋼軌本體壓下量不同，表現(xiàn)為兩端鋼軌軌高比本體高出0.3～0.5 mm，這對(duì)保證鋼軌軌高一致性從而保證軌道的平順性不利。

鋼軌采用長(zhǎng)定尺生產(chǎn)后，矯直前鋼軌長(zhǎng)度達(dá)到103 m以上，在完成矯直和探傷后，可切除兩端各0.5～1.5 m鋼軌，將探傷盲區(qū)和矯直盲區(qū)徹底去除，有效提高鋼軌端頭質(zhì)量。百米定尺鋼軌的研制成功，為我國(guó)高速鐵路建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4 結(jié)論與建議

20世紀(jì)50年代，我國(guó)鐵路使用P38、P43鋼軌；60年代開(kāi)始主要使用P50鋼軌（正線P50鋼軌，站線P43鋼軌）；70年代開(kāi)始使用P60鋼軌；80年代開(kāi)始在大秦鐵路使用P75鋼軌。

隨著高速和重載鐵路的發(fā)展，2011年我國(guó)自主設(shè)計(jì)研發(fā)了新軌頭廓形鋼軌P60N，2013年設(shè)計(jì)研發(fā)了P75N鋼軌。目前我國(guó)鐵路干線大量使用60 kg/m鋼軌。截至2021年底，線路鋪設(shè)的60 kg/m鋼軌占90%以上，60 kg/m軌道結(jié)構(gòu)成為我國(guó)鐵路的主要軌道結(jié)構(gòu)。

我國(guó)于20世紀(jì)70年代設(shè)計(jì)研發(fā)了道岔用50AT、60AT鋼軌；21世紀(jì)初研發(fā)了60AT2、60AT3和60TY鋼軌，道岔軌型的發(fā)展?jié)M足了道岔制造的需要。

關(guān)于鋼軌的定尺長(zhǎng)度，從漢陽(yáng)鐵廠時(shí)期的9.144 m（30英尺）發(fā)展到2004年12月我國(guó)首根具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的百米定尺鋼軌下線，為我國(guó)高質(zhì)量建設(shè)高速鐵路提供了保障。

針對(duì)我國(guó)鐵路鋼軌軌型發(fā)展中存在的問(wèn)題，提出如下建議：

（1）盡快統(tǒng)一軌頭廓形，尤其道岔區(qū)軌頭廓形應(yīng)盡快與區(qū)間鋼軌軌頭廓形相一致。

（2）積極研發(fā)新軌型鋼軌（如65～68 kg/m鋼軌），適應(yīng)我國(guó)重載鐵路發(fā)展需要。

（3）新設(shè)計(jì)鋼軌軌型時(shí)需根據(jù)我國(guó)鐵路情況進(jìn)行優(yōu)化。