侯?lèi)?ài)華，李 哲

（1.中鐵物總技術(shù)有限公司，北京 100036；2.鞍鋼股份質(zhì)檢計(jì)量中心，遼寧 鞍山 114000）

鋼軌平直度直接影響列車(chē)的運(yùn)行速度和旅客乘車(chē)的舒適性，甚至危及行車(chē)的安全性。隨著高速鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的發(fā)展，對(duì)鋼軌的平直度提出了更高的要求。此外，鋼軌母材平直度會(huì)影響鋼軌焊接接頭平直度，而無(wú)縫線(xiàn)路的平順性又與鋼軌焊接接頭的平直度密切相關(guān)。因此，為保障列車(chē)運(yùn)行的平穩(wěn)性，提升鋼軌平直度勢(shì)在必行。影響鋼軌平直度合格率的因素有很多，如萬(wàn)能軋制工藝、預(yù)彎效果、平立復(fù)合矯直工藝、端部補(bǔ)矯工藝及平直度檢測(cè)等，而想要有效提升鋼軌平直度控制水平，有必要去研究各生產(chǎn)工序中鋼軌平直度控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 各生產(chǎn)工序平直度控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

1.1 軋制

鋼軌軋制過(guò)程中，影響鋼軌平直度的主要因素為鋼軌軌高尺寸波動(dòng)局部“高點(diǎn)”和頭尾側(cè)彎。

鋼軌軌高尺寸波動(dòng)形成的局部“高點(diǎn)”是鐵路用鋼軌突出且較難解決的軋制缺陷，“高點(diǎn)”缺陷與萬(wàn)能三機(jī)架連軋的生產(chǎn)方式有關(guān)。目前，除攀鋼稍有不同外，鞍鋼、包鋼、武鋼、邯鋼都采用緊湊式萬(wàn)能三機(jī)架連軋方式，如圖1所示。該布置形式下的軋件尾部在脫離上一機(jī)架孔型時(shí)，軋件的彎曲應(yīng)力瞬間被釋放而產(chǎn)生自然狀態(tài)下的彎曲。由于彎曲應(yīng)力釋放速度快，就出現(xiàn)了“甩尾”現(xiàn)象，“甩尾”產(chǎn)生的擺動(dòng)力使下一孔型的金屬充填出現(xiàn)瞬間異常，該異常充填反映在軌高方向上即為“高點(diǎn)”缺陷[1]，從而導(dǎo)致鋼軌垂直方向平直度指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)于三機(jī)架連軋的生產(chǎn)方式，可通過(guò)改善鋼軌在萬(wàn)能機(jī)組中的頭底延伸系數(shù)、控制萬(wàn)能機(jī)組機(jī)架間的微張力、增加軋制道次、控制導(dǎo)衛(wèi)間隙等措施進(jìn)行控制，在控制較好的情況下，可將“高點(diǎn)”缺陷控制在0.3 mm以下，使其不會(huì)導(dǎo)致鋼軌平直度超標(biāo)。

圖1 緊湊式三機(jī)架連軋布局

鋼軌頭尾側(cè)彎主要分兩種情況，鋼軌前端向軌底方向彎曲和軋件翹曲變形，軋件翹曲變形即軋件的上翹或下扣[2]。造成鋼軌前端向軌底方向彎曲的原因?yàn)檐堉七^(guò)程中軌頭的延伸大于軌底的延伸，此類(lèi)彎曲可通過(guò)優(yōu)化導(dǎo)衛(wèi)裝置來(lái)處理，例如采用魚(yú)尾形導(dǎo)衛(wèi)裝置，引導(dǎo)軋件平滑過(guò)渡，可有效減小鋼軌頭尾側(cè)彎。軋件上翹或下扣的原因比較復(fù)雜，與鋼坯溫度、輥徑差和軋件導(dǎo)入角等因素有關(guān)。國(guó)內(nèi)外研究表明，通過(guò)調(diào)整鋼坯加熱制度、優(yōu)化軋制線(xiàn)高度、合理配置輥徑差等措施可解決軋件翹曲變形問(wèn)題。

1.2 預(yù)彎

鋼軌預(yù)彎是在鋼軌冷卻前對(duì)其預(yù)先進(jìn)行一個(gè)與自然冷卻彎曲方向相反的彎曲過(guò)程，通過(guò)預(yù)彎曲來(lái)補(bǔ)償鋼軌冷卻過(guò)程形成的應(yīng)力彎曲，鋼軌冷卻后達(dá)到的預(yù)彎效果如圖2所示。預(yù)彎工藝主要是對(duì)矯直前鋼軌彎曲度進(jìn)行控制，使其順利進(jìn)入矯直機(jī)。制定預(yù)彎工藝方案時(shí)，應(yīng)充分考慮鋼軌開(kāi)始預(yù)彎溫度、冷卻速度、步距及環(huán)境溫度等因素的影響，通過(guò)試驗(yàn)摸索確定合適的預(yù)彎曲線(xiàn)，以達(dá)到最佳的預(yù)彎效果，從而保證鋼軌冷卻后的平順性，為后續(xù)矯直工藝的順利進(jìn)行提供保證。

圖2 鋼軌冷卻后的預(yù)彎效果

1.3 矯直

矯直是對(duì)鋼軌進(jìn)行多次彈塑性彎曲變形、消除原始曲率、保證百米鋼軌平直度合格的過(guò)程。鋼軌生產(chǎn)一般采用輥式矯直工藝，影響輥式矯直效果的主要因素包括：矯直溫度、矯直機(jī)矯直輥施加壓力以及矯直絕對(duì)壓下量、鋼軌的矯前彎曲度、鋼軌的強(qiáng)度及硬度、鋼軌的矯直方式、鋼軌的矯直次數(shù)。輥式矯直按壓下量可分為大變形量矯直與小變形量矯直[3]。采用大變形量矯直可使鋼軌塑性變形充分，但往往也會(huì)使鋼軌留有較大的殘余應(yīng)力。采用小變形量矯直后鋼軌的殘余應(yīng)力較小，但不利于鋼軌端部側(cè)彎和扭曲的矯直。平輥矯直機(jī)工作原理如圖3所示，P1、P3、P5、P7四個(gè)平輥起水平支撐作用，通過(guò)調(diào)整P2、P4、P6、P8平輥的壓下量，來(lái)使鋼軌達(dá)到矯直效果。在制定矯直工藝參數(shù)方案時(shí)，應(yīng)充分考慮鋼軌矯前狀態(tài)、軌型及鋼種的影響，合理分配壓下量，以使所有矯直輥都可發(fā)揮作用，在保證矯直效果的前提下應(yīng)盡量減小鋼軌的殘余應(yīng)力。鋼軌矯直后應(yīng)檢查矯直效果，并保證檢查頻次。

圖3 平輥矯直機(jī)工作原理圖

1.4 補(bǔ)矯

由軋鋼原因造成的鋼軌端部不規(guī)則彎曲（如局部下彎、硬彎、水平S彎等）難以通過(guò)輥式矯直糾正，需要增加補(bǔ)矯設(shè)備來(lái)進(jìn)行修正。目前，鋼軌端部彎曲主要采用雙向液壓矯直機(jī)進(jìn)行補(bǔ)矯。由于雙向液壓矯直為人工操作，存在反復(fù)彎曲造成鋼軌殘余應(yīng)力增加的問(wèn)題，因此在制定雙向液壓矯直規(guī)程時(shí)，應(yīng)對(duì)補(bǔ)矯次數(shù)和壓下力做出限制；使用雙向液壓矯直機(jī)時(shí)，應(yīng)保證接觸滑動(dòng)頂塊、定位裝置及人工靠尺測(cè)量矢度的精確度等。

1.5 平直度檢測(cè)

目前，鋼軌平直度檢測(cè)主要分為自動(dòng)檢測(cè)和人工檢測(cè)兩種。生產(chǎn)廠(chǎng)家通常采用非接觸式激光測(cè)量設(shè)備對(duì)鋼軌平直度進(jìn)行在線(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)鋼軌平直度的全長(zhǎng)檢測(cè)。自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備應(yīng)定期送檢和標(biāo)定，以保證檢測(cè)設(shè)備的準(zhǔn)確性。人工檢測(cè)采用“平直尺+塞尺法”（使用塞尺劃塞平直尺與檢測(cè)面的縫隙）來(lái)確定平直度數(shù)值。人工檢測(cè)應(yīng)保證檢具校驗(yàn)合格、人員配置合理、正確使用檢具、保證逐支檢查且不漏項(xiàng)等，以使成品鋼軌平直度符合《TB/T 2344—2012》和《TB/T 3276—2011》等標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 改進(jìn)鋼軌平直度的建議

2.1 使用全萬(wàn)能成品孔型

鋼軌萬(wàn)能軋制的成品孔型可分為半萬(wàn)能孔型和全萬(wàn)能孔型（見(jiàn)圖4、圖5）。目前，國(guó)內(nèi)鋼軌生產(chǎn)廠(chǎng)的萬(wàn)能軋制生產(chǎn)線(xiàn)上以生產(chǎn)半萬(wàn)能成品孔型居多。半萬(wàn)能成品孔型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是上、下兩個(gè)水平輥在軌頭踏面部位開(kāi)口，當(dāng)軋制過(guò)程中的軋件變形時(shí)，軌頭踏面部分將自由寬展。全萬(wàn)能成品孔型由上、下兩個(gè)水平輥和左、右兩個(gè)立輥組成，水平輥軋制鋼軌腰部方向，右側(cè)立輥軋制鋼軌軌底方向，左側(cè)增加帶軌頭踏面廓形的淺槽立輥。與半萬(wàn)能成品孔型相比，全萬(wàn)能孔型在軌頭踏面處沒(méi)有輥縫開(kāi)口，可充分對(duì)鋼軌軌頭踏面進(jìn)行壓縮，確保軌高尺寸穩(wěn)定，提高踏面廓形精度和平直度。在保證軌高尺寸、軌頭踏面廓形精度及平直度方面，全萬(wàn)能成品孔型較半萬(wàn)能成品孔型更有優(yōu)勢(shì)[4]。

圖4 鋼軌半萬(wàn)能成品孔型

圖5 鋼軌全萬(wàn)能成品孔型

2.2 制定內(nèi)控制度

對(duì)鋼軌平直度有較大影響的關(guān)鍵工藝技術(shù)（如軋制工藝、矯直工藝等）制定技術(shù)控制要求，并對(duì)軋制后尺寸波動(dòng)范圍、輥矯后平直度等制定指標(biāo)控制要求；對(duì)鋼軌平直度檢測(cè)技術(shù)和方法制定控制要求，如加嚴(yán)平直度檢測(cè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鋼軌端部垂直方向平直度公差控制在標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上再加嚴(yán)0.05 mm。通過(guò)制定企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，使鋼軌平直度質(zhì)量始終保持在一定或者超前水平上，以便更好地滿(mǎn)足鋼軌高平直度的要求。

2.3 鋼軌平直度二次檢測(cè)

目前，鋼軌生產(chǎn)廠(chǎng)一般在橫移臺(tái)架或輥道平臺(tái)上做鋼軌成品平直度檢測(cè)，以此作為鋼軌出廠(chǎng)前平直度驗(yàn)收依據(jù)，但這樣很容易忽視鋼軌堆垛碼放后平直度變化情況。通過(guò)觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，鋼軌堆垛碼放后會(huì)出現(xiàn)平直度變化的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)了平直度不合格情況，這可能與鋼軌殘余應(yīng)力、彈性回復(fù)和溫度變化等因素有關(guān)。因此，有必要對(duì)鋼軌平直度做二次檢測(cè)，對(duì)堆垛碼放或運(yùn)輸車(chē)上的鋼軌按照一定的比例進(jìn)行平直度抽檢或者全檢，將不合格品挑出。

2.4 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中增加高點(diǎn)控制內(nèi)容

鋼軌用戶(hù)和生產(chǎn)廠(chǎng)愈加重視鋼軌局部“高點(diǎn)”問(wèn)題?！案唿c(diǎn)”是一種軋制缺陷，對(duì)鋼軌垂直方向平直度影響較大。目前，鋼軌生產(chǎn)廠(chǎng)一般采用修磨方式處理該缺陷，修磨后按照電子尺測(cè)量數(shù)據(jù)的最大值與最小值差值小于0.3 mm進(jìn)行控制。但高點(diǎn)修磨后形態(tài)存在差異，如圖6、圖7所示，低點(diǎn)凹陷程度不同，最大值與最小值間距也不同。為了使技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)能夠更好地指導(dǎo)生產(chǎn)，應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)中明確“高點(diǎn)”定義，制定檢測(cè)規(guī)則和公差要求等。

圖6 高點(diǎn)修磨后形態(tài)1

圖7 高點(diǎn)修磨后形態(tài)2

2.5 強(qiáng)化第三方監(jiān)督作用

中國(guó)鐵物在各鋼軌生產(chǎn)廠(chǎng)建立了駐廠(chǎng)鋼軌質(zhì)量監(jiān)督站，按照《鋼軌質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)》要求，對(duì)鋼軌生產(chǎn)工藝過(guò)程、成品質(zhì)量、理化性能試驗(yàn)等進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督。通過(guò)第三方質(zhì)量監(jiān)督，減少了出廠(chǎng)的不合格品量，促進(jìn)了鋼軌生產(chǎn)廠(chǎng)質(zhì)量管理水平的提高。近年來(lái)，中國(guó)鐵物不斷加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)化質(zhì)監(jiān)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，在保障鋼軌質(zhì)量方面發(fā)揮了重要的作用。

3 結(jié)論

鋼軌平直度控制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，每個(gè)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要，鋼軌生產(chǎn)軋制、預(yù)彎、輥矯、補(bǔ)矯、質(zhì)檢等工序都存在影響鋼軌平直度的關(guān)鍵點(diǎn)，因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)這些關(guān)鍵環(huán)節(jié)的控制。采用全萬(wàn)能成品孔型結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定鋼軌頭尾軌高尺寸波動(dòng)，有效降低高點(diǎn)高度；制定工藝內(nèi)控制度能夠有助于強(qiáng)化生產(chǎn)廠(chǎng)過(guò)程控制能力；完善標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)鋼軌端部局部高點(diǎn)控制的要求，能夠更好地指導(dǎo)鋼軌生產(chǎn)和驗(yàn)收；通過(guò)具備相關(guān)資質(zhì)、專(zhuān)業(yè)化的第三方監(jiān)督檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)鋼軌生產(chǎn)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督，能夠促進(jìn)鋼軌生產(chǎn)廠(chǎng)在工藝規(guī)程執(zhí)行、質(zhì)量控制管理水平上的提高，進(jìn)而確保鋼軌質(zhì)量。