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图文|青山简科

编辑|青山简科

前言

中国高铁，已经成为中国铁道技术方面的一张响亮的名牌，受到各国的好评。

然而，就是这么一个世界认可的技术却仍存在关键短板，即无缝钢轨养护问题。

为了发展高铁，我们曾努力克服钢轨的无缝化，而如今养护却成了问题。

这一瓶颈为何无法突破，自主化的难点又在哪里呢？

钢轨是铁路轨道中的重要组成部件，它需要直接接触火车车轮，因此它的好坏直接作用于火车。

可以说，火车上的人们舒适度如何，出行效率高低与否，亦或是旅程是否安全等问题，都系于火车车轮下的钢轨。

要锻造性能优异的钢轨，并不是一件容易的事情，特别是对于高铁这样高速行驶的列车组来说，对于钢轨的要求更高。

一般的钢轨制造又需要涉及哪些高新技术呢？本文将从钢轨的生产、无缝钢轨的原理和养护方法等方面进行探讨。

钢轨的生产：多种高新技术的结合

根据生产工艺，钢轨的制作主要分为三个部分，分别是冶炼、轧制以及精整，当然在经过上述三个过程之后，还需要进行质检，并根据钢轨的长进行定尺化的生产。

我们就根据这样的生产工艺，进行一一的阐明和叙述。

钢材“精炼”技术，它包含其他多个技术。

例如生铁脱硫的预处理，为了提高铁的硬度所形成的氧气顶吹转炉冶炼技术、炉外精炼、真空脱气等。

最后，将打制好的钢铁，制成成型的坯块所涉及到的大方坯连铸技术等。

很多人对于这些技术背后的意义并不清楚，我们先来看看脱硫。

硫化物可能给环境带来的污染问题，大家深有体会。

那么脱硫处理的钢铁，可以减少或者避免污染这点毫无疑问了。

从生铁变成钢铁，是一个钢质不断洁净化的过程。

在经过脱硫的预处理后，还需要进行炉外精炼以及真空脱气等技术，并配合一定的先进设备，不断地锻造，让钢更加洁净。

在炉外精炼技术中，工作人员通过不断调整钢水成分和钢水温度。

将原本夹杂在钢中的杂质尽数稀出，保证出钢时候各个成分比例合理，并确保钢水精度。

真空脱气，则主要目的在于溶解在钢水中的氢气、氧气，毕竟这些气体的存在会影响钢轨的钢性能。

大方坯连铸机工艺，主要为了防止在浇筑过程中氧气的进入，进而与铁发生氧化反应。

同时连铸可以进一步减少钢中的杂质，改善钢坯的表面质量。

钢轨的“精轧”技术，包括步进式加热炉对钢材进行加热、高压力的水柱除鳞，万能轧机对钢轨进行压制和钢轨热预弯等。

对钢坯进行加热目的是为了进一步加工处理钢材。

为后续的工序提供基础，而步进式加热炉可以让钢坯均匀加热，尽可能让钢轨各个部分热量统一。

利用高压力的水柱对钢轨表面进行除鳞，让表面更加平整，保证表面质量。

而热预弯处理技术可以有效减少残余应力以及矫直过程中所产生的噪音。

之后再利用万能轧机器进行生产，中国自主研发的万能轧机，是特别为时速为350公里的客运高铁专线轨道而研制的。

通过机械的高速运转，可以支撑350公里时速的钢轨成批量的生产出来，并投入快速发展的高铁事业。

第三步就是钢轨的“精整”技术，这一阶段的几大技术，是在经过前两道工序基础上，对钢轨进行一些微调整。

比方说平立复合矫直、四面液压补矫，主要目的是为了进一步矫正钢轨的曲平、尺度等。

而对于部分地区的钢轨可能需要进行进一步测量尺寸，进行裁切，需要利用联合锯钻机床定尺和钻孔等，以满足钢轨投入使用。

最后一步，是对已经成型的钢轨进行检测，现行检测技术包括利用超声波、涡流对钢轨内部是否存在裂痕等情形进行检测。

而发生问题后可采用激光对平直度进行调整。

在这一基础上，为保证钢轨整体高度一致，需要进行长定尺化生产，减少焊接头，保证平滑度。

由此可以发现，从普通的生铁到一份合格的钢轨，中间需要经历大大小小数十道工序和技术的参与，缺一不可。

这复杂的工序标准，保证了每一段出厂的钢轨其品质和尺寸统一。

但是自然的复杂往往让这些精工细作的钢轨出现不少问题。而它们又该如何处理呢？

无缝钢轨与热胀冷缩

作为世界高铁的第一强国的中国，目前运营的高铁里程居于世界前列。

除了距离长，更为关键的是，中国高铁绵延数百公里，但是从来没见到任何缝隙。

这就是无缝钢轨的功劳。

无缝钢轨是指在铁路轨道上没有接头的钢轨，它可以有效减少车轮与钢轨之间的冲击，提高行车的平稳性和安全性，降低运行成本和维护费用。

无缝钢轨的制作方法是将钢轨在高温下焊接成一体，然后在低温下进行拉伸，使钢轨产生一定的预应力，以抵抗温度变化引起的热胀冷缩。

热胀冷缩是指物体在温度变化时，其体积或长度也随之发生变化的现象。

对于钢轨来说，由于它们暴露在自然环境中，受到日照、风雨、季节等因素的影响，其温度会不断变化，从而导致钢轨的长度也不断变化。

如果钢轨之间有接头，那么当温度升高时，钢轨会向两边伸展，接头会留出一定的空隙，以便钢轨有足够的伸缩空间。

当温度降低时，钢轨会向中间收缩，接头会被压紧，以保证钢轨的连续性。

但是如果钢轨之间没有接头，那么当温度升高时，钢轨会受到周围固定物体的约束而无法伸展，从而产生内应力。

当内应力超过钢轨的强度时，就会导致钢轨发生弯曲、扭曲、开裂等损坏。

当温度降低时，钢轨会收缩而形成松弛状态，从而影响行车的稳定性和安全性。

因此，无缝钢轨需要在制作过程中进行拉伸处理，使其在正常温度下处于一种受拉状态。

这样当温度升高时，钢轨可以释放部分预应力而保持平直；当温度降低时，钢轨可以保持一定的预应力而避免松弛。

无缝钢轨的养护：自主化仍有难题

无缝钢轨虽然有许多优点，但是也有不少难题。

其中最大的难题就是如何对无缝钢轨进行有效的养护和检测。

由于无缝钢轨没有接头，因此传统的养护和检测方法都不适用。

例如，不能使用机械矫直机对无缝钢轨进行矫直；不能使用超声波探伤仪对无缝钢轨进行探伤；不能使用电焊机对无缝钢轨进行焊接等。

为了解决这些问题，中国铁路部门和科研机构投入了大量的人力和物力，开展了多项技术研究和试验。

目前已经取得了一些成果。

例如：开发了基于激光测量技术的无缝线路检测车，在高速运行中对无缝线路进行实时监测和分析，并及时发现和报告异常情况。

开发了基于电磁感应技术的无缝线路探伤车，在高速运行中对无缝线路进行全面的探伤，能够检测出钢轨内部的裂纹、腐蚀、磨损等缺陷。

开发了基于热处理技术的无缝线路修复车，在高速运行中对无缝线路进行局部的加热和冷却，能够调整钢轨的预应力，消除钢轨的弯曲、扭曲等变形；

开发了基于机器人技术的无缝线路维护车，在高速运行中对无缝线路进行清扫、润滑、更换等维护工作，能够提高工作效率和安全性。

这些技术的应用，为无缝钢轨的养护和检测提供了新的手段和方法，也为高铁的安全运行保驾护航。

然而，这些技术仍然存在一些不足和难题，例如：

技术水平不高，设备性能不稳定，检测和修复效果不理想，需要进一步完善和优化。

技术成本较高，设备投入较大，运行费用较高，需要进一步降低和节约。

技术依赖度较高，设备供应较少，运行风险较大，需要进一步自主化和多元化。

无缝钢轨的养护和检测仍面临诸多难题。

还需要进一步加大技术创新力度,降低使用成本,提高自主化程度。

只有做好无缝钢轨的全生命周期管理，才能保证高铁安全高效运行。这需要政府部门、科研机构、企业共同努力,以科技创新推动高铁建设。

小结：中国高铁的光辉与挑战——无缝钢轨

无缝钢轨是中国高铁技术的一大亮点，也是一大难点。它既展示了中国铁道技术的先进性和创新性，也暴露了中国铁道技术的不足和挑战。

为了保障无缝钢轨的正常使用和安全运行，我们需要不断地研究和探索新的技术和方法，提高无缝钢轨的养护和检测水平，实现无缝钢轨的自主化和智能化。

这样才能让中国高铁在世界铁道领域保持领先地位，为国家经济社会发展做出更大贡献。

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