一、研究的背景與問題
在國家實施“八縱八橫”鐵路網(wǎng)規(guī)劃和西部開發(fā)的背景下，中西部鐵路建設存在建設條件差、供給能力不足等明顯短板。偏遠地區(qū)新建線路或大維修工程用鋼軌，難于實現(xiàn)500米成品鋼軌點對點線路直鋪，生產供給鏈、運輸鏈偶發(fā)時空梗阻現(xiàn)象；若采用既有焊軌基地供給，存在運距長、多次倒運和運力差異等困難；若沿線新建焊軌線，又會產生土地占用、重復建設等資源浪費問題。
開展鋼鐵企業(yè)“500米成品鋼軌生產技術創(chuàng)新與產業(yè)化應用”研究，創(chuàng)建面向線路直接鋪設的一站式鋼軌生產方式，可實現(xiàn)500米長鋼軌直接供給，并進一步提升生產質量管控能力；同時，滿足中國國土面積胡煥庸線以西直鋪鋼軌的戰(zhàn)略需求，降低鐵路建設成本、緩解鐵路運輸壓力、保障鋼軌質量、提升線路施工進度，解決西部偏遠地區(qū)高效直接鋪設鋼軌的難題。
圖1 擬解決的主要問題與不足
主要問題：國內路網(wǎng)建設和焊軌能力分布不平衡。既有線路建設鋼軌供給模式，是鋼軌廠先將100米鋼軌鐵路運輸至各鐵路局集團公司焊軌基地，經焊軌基地焊接成500米長鋼軌后，再運至鋪軌現(xiàn)場焊連、鋪設。這種多點作業(yè)、多級管控的傳統(tǒng)長鋼軌生產供給模式，存在鋼軌易受損傷、供應效率低、運輸成本高、資金占用大等問題，增加了西部及無人偏遠地區(qū)路網(wǎng)建設難度。
主要不足：鋼軌實物質量如何更好滿足直供線路鋪設和長壽化服役等要求。如：持續(xù)提升鋼軌穩(wěn)定服役的氫含量控制；鋼軌硫含量對接頭性能影響情況；存有高速鋼軌高低點差大于0.30mm現(xiàn)象；不同鋼種鋼軌不能混焊和焊接接頭合格率不穩(wěn)定；未形成合金鋼軌成熟穩(wěn)定的焊接工藝等。
這些問題與不足涉及鋼軌內部質量、外形尺寸、焊接質量、時序銜接、運輸?shù)榷鄠€方面,需要結合項目研究進一步提升和優(yōu)化，如圖1所示。
二、思路與技術方案
針對上述問題與不足，構建鋼軌潔凈化、均質化冶煉和高精度軋制、高表面控制技術體系，依托先進的鋼軌全萬能連軋、在線余熱淬火、長鋼軌焊接等生產技術裝備，通過企業(yè)主體、市場導向、產學研用深度融合的研發(fā)合作，集成鋼鐵企業(yè)500米成品鋼軌生產技術，在鋼鐵企業(yè)內部完成500米成品鋼軌生產和質量管控。這一方面可以突破傳統(tǒng)長鋼軌供給模式，縮短供應鏈，延伸鋼軌生產產業(yè)鏈；另一方面可以從生產源頭進一步保證母材和焊接接頭質量穩(wěn)定性，提高路網(wǎng)建設長鋼軌供給效率和安全性，實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)生產500米成品鋼軌制造和直供線路鋪設的“快遞服務”。項目主要研究內容及總體思路，如圖2所示。
圖2 項目研究內容及總體思路
包頭鋼鐵（集團）有限責任公司圍繞500米成品鋼軌生產制造，形成企業(yè)長鋼軌生產流程一貫制控制技術，在企業(yè)內部構建標準化生產流程和模塊化界面管理模式，解決長鋼軌生產、運輸、質量控制等過程中多級管控問題，建立工序可控、質量穩(wěn)定、可追溯性的關鍵技術流程和質量保障體系；深化百米鋼軌生產技術研究，通過冶煉和軋制工藝創(chuàng)新與優(yōu)化，提升鋼軌潔凈度、均質化水平、尺寸精度和組織性能穩(wěn)定性，為長鋼軌穩(wěn)定生產奠定堅實基礎；對影響成品鋼軌接頭合格率因素開展深入研究，實現(xiàn)工序間反饋，優(yōu)化前工序生產控制，并確定更有利于長鋼軌質量保證和應用的生產工藝、作業(yè)標準，提高鋼軌接頭合格率；通過500米成品鋼軌批量化生產與規(guī)模化直供線路鋪設，實現(xiàn)技術驗證和典型應用。
三、主要創(chuàng)新成果
項目研究填補了鋼鐵企業(yè)500米成品鋼軌產品空白，解決了我國西部偏遠地區(qū)高效直接鋪設鋼軌的難題，實現(xiàn)了長鋼軌“短流程”制造與應用。系列研究成果、創(chuàng)新裝備、規(guī)?；a與實踐應用，形成鋼鐵企業(yè)500米成品鋼軌生產技術集成。主要創(chuàng)新性進展如下：
1、國際上首家集成了鋼鐵企業(yè)廠內500米成品鋼軌生產技術，縮短了長鋼軌生產制造流程，實現(xiàn)了鋼軌生產到線路鋪設“JIT”；解決了長鋼軌生產流程長、運輸環(huán)節(jié)多、質量多級管控等影響直接鋪設的難題；形成了長鋼軌規(guī)?；?、標準化、連續(xù)化生產技術體系和綠色低碳作業(yè)新模式，率先獲得鋼軌產品全生命周期評價（LCA)。
2、為保證長鋼軌服役及焊接性能，開發(fā)了鋼軌鋼精煉深脫硫技術，優(yōu)化真空精煉吹氬工藝，實現(xiàn)鋼軌[S]≤0.005%；形成氫含量系列控制技術，鋼軌坯可控溫緩冷，實現(xiàn)鋼軌[H]≤0.3×10-6。
3、率先采用中間包感應加熱技術生產鋼軌，提高了連鑄生產穩(wěn)定性和鋼坯內部質量，鑄坯等軸晶率提高4%以上，穩(wěn)定控制鑄坯錳偏析指數(shù)≤1.06。
4、開發(fā)利于長鋼軌質量控制的百米鋼軌高精度軋制技術，提高了鋼軌通長尺寸控制精度，百米鋼軌頭尾兩端軌高尺寸偏差≤0.40mm，端部高低點差≤0.20mm；在線熱處理珠光體、貝氏體鋼軌組織性能穩(wěn)定；百米鋼軌合格率達到95%以上。
5、研究揭示了500米成品鋼軌焊接過程灰斑和微裂紋形成機理和影響機制，通過鋼軌Mn、S含量控制和焊接工藝優(yōu)化，采用鋼軌端頭打磨機器人系統(tǒng)，提高了鋼軌焊接接頭質量，實現(xiàn)500米成品鋼軌接頭合格率≥99.5%，接頭落錘合格率100%。
四、應用情況與前景
1.應用情況
項目開展以來，已累計生產各類500米成品鋼軌270余萬噸，實現(xiàn)發(fā)運2.2萬公里，利潤3.4億元。形成滿足高速、普速、重載線路的多品種500米成品鋼軌系列，標志性產品大規(guī)模應用于川藏鐵路拉林線、青藏鐵路、蘭新二線及大秦鐵路等一大批國家重大鐵路項目工程，實現(xiàn)500米成品鋼軌直鋪應用。
項目實施過程中，創(chuàng)新開發(fā)應用了長鋼軌系列生產裝備和技術。中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會組織的科技成果評價認為：“500米成品鋼軌生產技術創(chuàng)新與產業(yè)化應用項目研究成果，整體達到國際先進水平”。研究內容、創(chuàng)新技術、主要成果和典型應用，如圖3所示。
圖3 項目創(chuàng)新技術、主要成果和應用
項目研究共形成專利18項（發(fā)明專利9項、實用新型9項），參與4項標準制修訂，發(fā)表相關技術論文25篇。
2、推廣應用前景
企業(yè)生產的500米成品鋼軌大量用于國家路網(wǎng)和西部開發(fā)建設，其生產運輸、質量管控、資金成本等優(yōu)勢日趨顯現(xiàn)，規(guī)?；?、標準化、綠色化生產技術體系和低碳新模式推廣優(yōu)勢顯著。
500米成品鋼軌一貫制生產控制技術，促進了鋼鐵企業(yè)生產效率提升和產品質量系統(tǒng)性改進。直供模式較傳統(tǒng)模式，減少鋼軌倒運次數(shù)和傷損，有效地緩解了鐵路運輸壓力和運力消耗，提高了供給效率，降低了用戶端庫存和資金占用，實現(xiàn)了鋼軌生產制造和產業(yè)上下游的接力對接與低碳排放。
國際權威機構出具的“百米鋼軌全生命周期評價報告”和“U76CrRE鋼軌產品環(huán)境聲明”，標志著系列產品可綠色化生產應用，環(huán)境友好。
鋼鐵企業(yè)500米成品鋼軌制造集成技術和“JIT”生產模式，有效地保證了鋼軌產品質量穩(wěn)定性和供給時效性，符合低碳綠色發(fā)展戰(zhàn)略需求；為國家路網(wǎng)建設實現(xiàn)高質量發(fā)展，提供了長鋼軌集成制造技術和實踐應用等重要支撐，社會效益顯著，市場應用前景廣闊。
