再用轨使用现状的调查分析

田常海， 刘佳朋， 石彤， 王晨阳， 梁旭， 周韶博

（中国铁道科学研究院集团有限公司 金属及化学研究所，北京 100081）

0 引言

国外钢轨使用分为一次和二次甚至多次使用［1］，我国普速铁路干线下道钢轨也二次使用，二次使用的钢轨称为再用轨，分为整形整修和一般整修及不整修再用轨［2］。20 世纪开始进行厂内整形整修和一般整修研究与实践［3−5］。

随着钢轨质量提高、100 m 定尺长度钢轨使用、焊接质量和工艺水平提高、运输和线路条件改善、钢轨养护维修作业水平提高，特别是钢轨打磨技术应用，干线钢轨大修周期由原来的700 Mt 提高到1 000 Mt［6］。干线下道钢轨作为再用轨使用、养护维修等情况发生了变化，2014 年前，少部分线路再用轨只进行修理性打磨，大部分线路再用轨不打磨；2014 年后，大部分线路再用轨按目标廓形进行预防性或修理性打磨，少部分线路再用轨不打磨。由于将再用轨作为干线钢轨的使用情况和再用轨使用后打磨维修条件的变化，中国国家铁路集团有限公司希望完善再用轨使用技术条件，在对再用轨伤损研究分析基础上［7］，有必要进一步调研再用轨使用现状。

进行整形整修再用轨、一般再用轨及未整修再用轨使用和伤损情况调查，获得再用轨使用现状。

1 再用轨测试区段

2020 年，调研中国铁路北京、上海、郑州和沈阳局集团有限公司再用轨使用现状，测试再用轨硬度、轨头廓形、焊接接头平直度等项目，统计分析再用轨伤损情况。再用轨测试区段统计见表1，此外，还统计分析了七滦线唐山南、开平和洼里站再用轨伤损情况。

表1 再用轨测试区段统计

2 再用轨硬度测试

再用轨踏面硬度与强度正相关［8］，在北京、上海、郑州和沈阳铁路局集团公司选择典型线路进行再用轨踏面中心和轨距角区域布氏硬度测试。测试位置避开焊缝200 mm 以上，测点间距大于100 mm，每次测试6 个点，再用轨硬度测试结果见表2。

表2 再用轨硬度测试结果

风上线和陇海铁炉站6 道再用轨分别为2019 年铺设的秦沈客运专线和陇海线线路区间下道钢轨，下道前钢轨按1—1.5年周期进行预防性打磨，铺设1年的再用轨还未硬化。铺设未打磨的七滦线上、下行再用轨踏面中心硬化率为9%～15%，高于大秦重载线钢轨硬化率4%～11%［9］，轨距角区域硬化率可达23%～25%；打磨的再用轨踏面中心硬化率仅为1%～5%。可以看出，打磨将未打磨再用轨踏面中心硬化率降低至1%～5%，打磨去除再用轨踏面部分硬化层，降低了硬化率、延缓了钢轨性能劣化、减少了疲劳伤损。

3 再用轨轨头廓形测试

新长线K331 左股和七滦线上行K35 左股及京沪线新马桥站3道再用轨廓形与60N标准廓形比对见图1。

图1 廓形对比

（1）预防性打磨的新长线再用轨轨头廓形在横向−20～+32 mm最大竖向偏差约0.5 mm。

（2）不打磨的七滦线上行K35 左股及京沪线新马桥站3道再用轨轨头廓形在横向−20～+32 mm最大竖向偏差约3 mm。不打磨的再用轨轨顶面趋于平面。

4 再用轨垂直磨耗、轨底边缘厚度测试

再用轨垂直磨耗、轨底边缘厚度测试结果见表3。区间再用轨垂直磨耗4.3～7.6 mm，考虑到干线钢轨下道通过总质量约700 Mt，累计通过总质量约1 500 Mt，再用轨垂直磨耗不足8 mm；站线再用轨垂直磨耗4.3～4.8 mm；区间和站线再用轨轨底边缘厚度分别为10.4～14.5 mm和14.3～14.5 mm。再用轨垂直磨耗未达到轻伤标准9 mm［6］，轨底边缘厚度也未达到重伤标准（无轻伤标准）8 mm［6］。观测预防性打磨再用轨存在鱼鳞纹、无剥落掉块伤损、个别位置存在隐伤（见图2）；未打磨再用轨肥边和剥落掉块深度可达3 mm 和4 mm，个别剥落掉块达到了轻伤标准，但未达到重伤标准［6］，个别剥落掉块和肥边伤损达到了病害整治限度［6］；此外，个别线路存在干线下道钢轨夹板未切除情况（见图3）。文献［7］统计分析了区间再用轨重伤情况，累计通过总质量300 Mt/km再用轨伤损量为3.7处/km，是累计通过总质量1 000 Mt 干线钢轨伤损率1.5 处/km［10］的2.5 倍；分析七滦线唐山南、开平和洼里站再用轨伤损数据：站线再用轨伤损主要发生在到发线，占总伤损的76%，其他站线伤损占总伤损的17%，站线中正线伤损仅占总伤损的7%。

图2 典型再用钢轨伤损

图3 再用轨夹板未切除

表3 再用轨垂直磨耗、轨底边缘厚度测试结果

5 再用轨焊接接头平直度测试

利用电子平直尺对表3 中测试位置前后500 m 内再用轨焊接接头轨顶面中心区域平直度［11］进行测试。结果表明：

（1）在测试的55 个再用轨厂焊焊接接头中，高、低接头占比分别为27%和73%。高接头平直度为0.08～1.20 mm/m，均值为0.39 mm/m；低接头平直度为−2.34～−0.10 mm/m，均值为−0.55 mm/m；

（2）在测试的7 个再用轨铝热焊焊接接头中，高、低接头占比分别为71%和29%。高接头平直度为0.07～0.71 mm/m，均值为0.23 mm/m；低接头平直度为−1.5～−1.2 mm/m，均值为−1.40 mm/m。

虽然测试的焊接接头低塌最大值达到−2.34 mm/m，超过了TG/GW 102—2019《普速铁路线路修理规则》病害的整治限度−0.5 mm/m［6］，但仍未达到轻伤标准［6］。

6 结论

（1）不打磨的再用轨踏面中心硬化率为9%～15%，打磨的再用轨踏面中心硬化率为1%～5%。打磨去除再用轨踏面部分硬化层，可延缓再用轨性能劣化、减少疲劳伤损。

（2）打磨的再用轨轨头廓形在横向−20～+32 mm与60N 标准廓形竖向偏差最大约0.5 mm；不打磨的再用轨轨头廓形在横向−20～+32 mm与60N标准廓形竖向偏差最大可达3 mm，长期不打磨的再用轨轨顶面趋于平面。

（3）再用轨垂直磨耗为4.3～7.6 mm，累计通过总质量为1 500 Mt，钢轨垂直磨耗不足8 mm；轨底边缘厚度为10.4～14.5 mm。

（4）厂焊接头中，高接头平直度为0.08～1.20 mm/m，低接头平直度为−2.34～−0.10 mm/m；铝热焊接头中，高接头平直度为0.07～0.71 mm/m，低接头平直度为−1.5～−1.2 mm/m。

（5）未打磨再用轨最严重伤损为4 mm 深的剥落掉块和3 mm 肥边；预防性打磨再用轨存在鱼鳞纹、个别位置有隐伤；个别线路存在干线下道钢轨未切除夹板情况；累计通过总质量300 Mt/km 再用轨伤损量为3.7 处/km；站线再用轨伤损主要发生在到发线，占总伤损的76%，其他站线再用轨伤损占总伤损的17%，站线正线再用轨伤损仅占总伤损的7%。

（6）个别再用轨的剥离掉块和肥边及接头低塌超出了病害整治限度，垂直磨耗、接头低塌、剥落掉块、轨底边缘厚度等伤损未达到轻重伤标准。