虽然U75V钢轨硬度、强度等级比U71Mn略大，但国铁的实践表明，其在曲线地段的耐磨性与U71Mn相比并无明显优势，主要是其化学成分经历了一个调整过程。1998年前生产的U75V钢轨在曲线地段铺设时其使用寿命比U71Mn轨提高约50%，虽耐磨性不如热处理钢轨，但U75V钢轨平直度较好、质量稳定。此外，当时的热处理钢轨生产能力有限，且工艺不完善导致热处理钢轨质量不够理想(如采用喷雾冷却导致硬化层硬度均匀性较差、质量不稳定等)。因此，U75V钢轨在国铁中得以推广使用，但随后发现其存在一些缺陷，如硬度提高后导致其韧塑性降低，对裂纹产生的缺口敏感性增加，可焊性差，且在钢轨预弯矫直、锯轨、卸轨作业及上道使用中易发生脆断，危及行车安全。为此，攀枝花钢铁有限公司于1998年调整了U75V钢轨的化学成分，如降低碳、硅、钒等的含量，以提高钢轨的韧塑性，使脆断现象有所减少，焊接性能也得到改善;但耐磨性能比调整前有明显降低，从各路局的反馈看，其在小曲线上的耐磨性能与U71Mn相比已无明显优势。此外，地铁线路的调研也表明，目前包括铺设U75V钢轨在内的小半径曲线(半径400m以下)地段钢轨侧磨速率较快。如正线上铺设U75V的一些R300m曲线5年左右即换轨，出入线地段甚至有2年即换轨的情况出现(正线侧磨重伤标准为15mm［4］)。因此，无论铺设U71Mn还是U75V钢轨的线路，有必要借鉴国铁经验，在小半径曲线地段采用热处理钢轨(硬度一般在330HB以上)以延缓钢轨侧磨，尤其是对线网中年通过总重较大的主干线。
钢轨材质的纯净性
钢轨的纯净性与钢轨的抗疲劳性能密切相关，应尽可能减少钢轨中夹杂物、有害元素(硫、磷等)及氢、氧、氮等气体的含量。因含有这些物质的部位易产生疲劳裂纹，进而形成核伤，导致钢轨强韧性能的降低。对于热处理钢轨而言其纯净性更为重要，各钢种中的S(硫)、P(磷)含量见表5［2-3，5］，一般而言，强度等级及硬度越高的钢轨，S、P含量控制得越严。我国U71Mn、U75V钢轨的S、P含量相对较高(仅比UIC900A低)，热处理钢轨的S、P含量与国外热处理钢轨相比略高;国铁客运专线上采用的U71Mn(k)与欧洲EN260的S、P含量及力学指标一致。城市轨道交通车辆的轴重轻、速度低，钢轨轮轨力小，钢轨磨耗较少，故与客运专线类似，钢轨的疲劳伤损成为相对突出的问题，见图1。这主要有两方面原因:一是城市轨道交通车辆的发车间隔小(北京地铁1号线高峰时段发车间隔达2min5s)，过载频率高;二是减振地段的轨道刚度低，钢轨应变相应也较大。此外，小半径曲线上因轮轨力相对较大，除存在侧磨外，疲劳伤损问题也较突出，并伴随剥离掉块，。因此，城市轨道交通用钢轨应像国外钢轨看齐，进一步降低钢轨中S、P等有害元素的含量，提高钢轨的抗疲劳性能，尤其是小半径地段采用的热处理钢轨更应如此。
提高钢轨使用寿命的其他建议
除钢种的合理选择外，其他措施对于提高钢轨使用寿命也至关重要。1)钢轨预打磨。新线上实施预打磨对于消除钢轨表面脱碳层、轨面毛刺、锈迹等瑕疵，改善轮轨接触关系，缩短轮轨磨合期以延缓钢轨病害发生具有显著效果。以往的轨道交通工程建设，对于新线开通的预打磨工作重视程度不够，随着新开通线路局部区段钢轨异常磨耗的出现，目前这一问题也日益引起各相关单位的重视。对于建设的第一条地铁线路，轨道设计单位一般应要求将打磨车费用纳入工艺专业概算，作为本城市线网中需优先考虑配置的大型工务维修设备。由于铣磨车费用较高，考虑设备国产化率问题，第一条线上可不配置，在续建线路中需结合线网建设情况及各条线路的造价再综合考虑何时配置。2)钢轨接头焊接质量的控制。城市轨道交通的钢轨焊接因受铺轨工期、下料口(地下线车站铺轨基地下料口较小，一般约30m×5m)等原因影响，不具备基地焊的条件，故一般采用现场移动闪光接触焊。钢轨闪光焊后，焊接接头组织尤其是奥氏体晶粒粗化，韧塑性下降较多。对于淬火轨而言，原淬火硬化层消失，运营后经列车碾压易形成低接头。因此，需对焊接接头进行焊后热处理。目前，地铁中普遍采用的移动闪光焊后热处理方式为火焰加热，温度不易控制，导致热处理质量不稳定，且地下线焊接时烟气不易消散，作业环境差，操作不当易导致焊接接头的平直度较差(目前地铁中焊接接头的垂直不平顺度控制得普遍不好)，这些因素均对接头质量的可靠性有一定影响。因此，今后有必要研究类似基地焊采用的电感应加热焊后热处理装置。接头的平直度也应严格控制，如采用精度较高、操作方便的数字显示钢轨平直度检测仪检测接头的平直度。3)曲线钢轨涂油。曲线外股钢轨涂油可有效减缓钢轨的侧磨，这在国内外国铁及地铁领域均是成熟的经验。但应注意，曲线钢轨润滑后，在磨耗降低的同时，有可能会加剧钢轨的接触疲劳伤损。通常做法是先打磨钢轨消除疲劳源，再涂油润滑。若有条件应尽可能采用固体润滑剂，实践证明固体润滑不仅可大幅减少钢轨磨耗，且不会导致钢轨剥离掉块的发生，对于提高钢轨的使用寿命效果明显［6］，且可避免使用液体润滑剂导致道床及扣件脏污等问题。当然，涂油并非越多越好，应合理确定涂油周期及涂油量，合理涂油的基本原则是确保钢轨疲劳伤损和磨耗伤损的比例较接近［7］。此外，对于小半径曲线上的钢轨波磨问题，可采用轨顶摩擦控制装置，通过调整轮轨接触面摩擦系数在一定范围的方式减缓钢轨磨耗。此类装置在北京地铁新线建设及既有线改造中已尝试采用。
结语
通过对城市轨道交通钢轨应用方面相关问题的分析，有以下结论:1)不同强度等级、硬度的钢轨各有其优缺点，除钢轨自身特点外，应从轮轨系统的角度，结合所设计工程自身的特点，综合考虑后选择合适的钢轨。2)从目前城市轨道交通钢轨的使用情况看，U71Mn及U75V在小半径地段的钢轨侧磨均较严重，因此无论是选用U71Mn还是U75V钢轨，在小半径地段采用热处理轨均有必要，尤其是线网中年通过总重较大的主干线。3)城市轨道交通用钢轨的选择，除钢轨自身的耐磨性、经济性等因素的考虑外，还应与车辆(轴重、轮轨硬度的匹配要求等)、行车(线路的年通过总重)等专业进行配合后，综合考虑确定。目前城市轨道交通轨道设计时对于钢轨的选择主要从本专业角度考虑，与其他相关专业的接口配合有待加强。4)城市轨道交通轴重轻，但过载频率高、小半径曲线多，减振地段钢轨应变较大，导致钢轨接触疲劳问题相对突出，因此应更加重视钢轨材质的纯净性问题，尽可能降低钢轨中有害元素(如S、P)及非金属夹杂物的含量，尤其是小半径曲线上采用的热处理轨。5)除钢种的选择外，其他措施是否到位对于提高轮轨系统的使用寿命也至关重要，如钢轨预打磨、焊接接头质量的严格控制、合理涂油方式的选择等。此外，目前城市轨道交通用钢轨尚处于直接采用国铁钢种的阶段。由于城市轨道交通与国铁在技术标准、车辆类型、施工条件、施工方法、运营特点及养护维修模式等方面均有所差异，因此今后有必要针对城市轨道交通自身特点，研发城市轨道交通专用的钢轨。
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只看楼主 我来说两句 抢板凳