一、研究的背景與問題
在國家實(shí)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(shè)存在建設(shè)條件差、供給能力不足等明顯短板。偏遠(yuǎn)地區(qū)新建線路或大維修工程用鋼軌，難于實(shí)現(xiàn)500米成品鋼軌點(diǎn)對點(diǎn)線路直鋪，生產(chǎn)供給鏈、運(yùn)輸鏈偶發(fā)時(shí)空梗阻現(xiàn)象；若采用既有焊軌基地供給，存在運(yùn)距長、多次倒運(yùn)和運(yùn)力差異等困難；若沿線新建焊軌線，又會產(chǎn)生土地占用、重復(fù)建設(shè)等資源浪費(fèi)問題。
開展鋼鐵企業(yè)“500米成品鋼軌生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”研究，創(chuàng)建面向線路直接鋪設(shè)的一站式鋼軌生產(chǎn)方式，可實(shí)現(xiàn)500米長鋼軌直接供給，并進(jìn)一步提升生產(chǎn)質(zhì)量管控能力；同時(shí)，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(shè)成本、緩解鐵路運(yùn)輸壓力、保障鋼軌質(zhì)量、提升線路施工進(jìn)度，解決西部偏遠(yuǎn)地區(qū)高效直接鋪設(shè)鋼軌的難題。
圖1 擬解決的主要問題與不足
主要問題：國內(nèi)路網(wǎng)建設(shè)和焊軌能力分布不平衡。既有線路建設(shè)鋼軌供給模式，是鋼軌廠先將100米鋼軌鐵路運(yùn)輸至各鐵路局集團(tuán)公司焊軌基地，經(jīng)焊軌基地焊接成500米長鋼軌后，再運(yùn)至鋪軌現(xiàn)場焊連、鋪設(shè)。這種多點(diǎn)作業(yè)、多級管控的傳統(tǒng)長鋼軌生產(chǎn)供給模式，存在鋼軌易受損傷、供應(yīng)效率低、運(yùn)輸成本高、資金占用大等問題，增加了西部及無人偏遠(yuǎn)地區(qū)路網(wǎng)建設(shè)難度。
主要不足：鋼軌實(shí)物質(zhì)量如何更好滿足直供線路鋪設(shè)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(diǎn)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(nèi)部質(zhì)量、外形尺寸、焊接質(zhì)量、時(shí)序銜接、運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)方面,需要結(jié)合項(xiàng)目研究進(jìn)一步提升和優(yōu)化，如圖1所示。
二、思路與技術(shù)方案
針對上述問題與不足，構(gòu)建鋼軌潔凈化、均質(zhì)化冶煉和高精度軋制、高表面控制技術(shù)體系，依托先進(jìn)的鋼軌全萬能連軋、在線余熱淬火、長鋼軌焊接等生產(chǎn)技術(shù)裝備，通過企業(yè)主體、市場導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)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(chǎn)技術(shù)，在鋼鐵企業(yè)內(nèi)部完成500米成品鋼軌生產(chǎn)和質(zhì)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(yīng)鏈，延伸鋼軌生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈；另一方面可以從生產(chǎn)源頭進(jìn)一步保證母材和焊接接頭質(zhì)量穩(wěn)定性，提高路網(wǎng)建設(shè)長鋼軌供給效率和安全性，實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)500米成品鋼軌制造和直供線路鋪設(shè)的“快遞服務(wù)”。項(xiàng)目主要研究內(nèi)容及總體思路，如圖2所示。
圖2 項(xiàng)目研究內(nèi)容及總體思路
包頭鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司圍繞500米成品鋼軌生產(chǎn)制造，形成企業(yè)長鋼軌生產(chǎn)流程一貫制控制技術(shù)，在企業(yè)內(nèi)部構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)流程和模塊化界面管理模式，解決長鋼軌生產(chǎn)、運(yùn)輸、質(zhì)量控制等過程中多級管控問題，建立工序可控、質(zhì)量穩(wěn)定、可追溯性的關(guān)鍵技術(shù)流程和質(zhì)量保障體系；深化百米鋼軌生產(chǎn)技術(shù)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(zhì)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(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；對影響成品鋼軌接頭合格率因素開展深入研究，實(shí)現(xiàn)工序間反饋，優(yōu)化前工序生產(chǎn)控制，并確定更有利于長鋼軌質(zhì)量保證和應(yīng)用的生產(chǎn)工藝、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提高鋼軌接頭合格率；通過500米成品鋼軌批量化生產(chǎn)與規(guī)?；惫┚€路鋪設(shè)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)驗(yàn)證和典型應(yīng)用。
三、主要?jiǎng)?chuàng)新成果
項(xiàng)目研究填補(bǔ)了鋼鐵企業(yè)500米成品鋼軌產(chǎn)品空白，解決了我國西部偏遠(yuǎn)地區(qū)高效直接鋪設(shè)鋼軌的難題，實(shí)現(xiàn)了長鋼軌“短流程”制造與應(yīng)用。系列研究成果、創(chuàng)新裝備、規(guī)?；a(chǎn)與實(shí)踐應(yīng)用，形成鋼鐵企業(yè)500米成品鋼軌生產(chǎn)技術(shù)集成。主要?jiǎng)?chuàng)新性進(jìn)展如下：
1、國際上首家集成了鋼鐵企業(yè)廠內(nèi)500米成品鋼軌生產(chǎn)技術(shù)，縮短了長鋼軌生產(chǎn)制造流程，實(shí)現(xiàn)了鋼軌生產(chǎn)到線路鋪設(shè)“JIT”；解決了長鋼軌生產(chǎn)流程長、運(yùn)輸環(huán)節(jié)多、質(zhì)量多級管控等影響直接鋪設(shè)的難題；形成了長鋼軌規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化、連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù)體系和綠色低碳作業(yè)新模式，率先獲得鋼軌產(chǎn)品全生命周期評價(jià)（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(shù)，優(yōu)化真空精煉吹氬工藝，實(shí)現(xiàn)鋼軌[S]≤0.005%；形成氫含量系列控制技術(shù)，鋼軌坯可控溫緩冷，實(shí)現(xiàn)鋼軌[H]≤0.3×10-6。
3、率先采用中間包感應(yīng)加熱技術(shù)生產(chǎn)鋼軌，提高了連鑄生產(chǎn)穩(wěn)定性和鋼坯內(nèi)部質(zhì)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(zhì)量控制的百米鋼軌高精度軋制技術(shù)，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(diǎn)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(dá)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(jī)理和影響機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)，提高了鋼軌焊接接頭質(zhì)量，實(shí)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(yīng)用情況與前景
1.應(yīng)用情況
項(xiàng)目開展以來，已累計(jì)生產(chǎn)各類500米成品鋼軌270余萬噸，實(shí)現(xiàn)發(fā)運(yùn)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(biāo)志性產(chǎn)品大規(guī)模應(yīng)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(xiàng)目工程，實(shí)現(xiàn)500米成品鋼軌直鋪應(yīng)用。
項(xiàng)目實(shí)施過程中，創(chuàng)新開發(fā)應(yīng)用了長鋼軌系列生產(chǎn)裝備和技術(shù)。中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會組織的科技成果評價(jià)認(rèn)為：“500米成品鋼軌生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用項(xiàng)目研究成果，整體達(dá)到國際先進(jìn)水平”。研究內(nèi)容、創(chuàng)新技術(shù)、主要成果和典型應(yīng)用，如圖3所示。
圖3 項(xiàng)目創(chuàng)新技術(shù)、主要成果和應(yīng)用
項(xiàng)目研究共形成專利18項(xiàng)（發(fā)明專利9項(xiàng)、實(shí)用新型9項(xiàng)），參與4項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)制修訂，發(fā)表相關(guān)技術(shù)論文25篇。
2、推廣應(yīng)用前景
企業(yè)生產(chǎn)的500米成品鋼軌大量用于國家路網(wǎng)和西部開發(fā)建設(shè)，其生產(chǎn)運(yùn)輸、質(zhì)量管控、資金成本等優(yōu)勢日趨顯現(xiàn)，規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化、綠色化生產(chǎn)技術(shù)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(chǎn)控制技術(shù)，促進(jìn)了鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)效率提升和產(chǎn)品質(zhì)量系統(tǒng)性改進(jìn)。直供模式較傳統(tǒng)模式，減少鋼軌倒運(yùn)次數(shù)和傷損，有效地緩解了鐵路運(yùn)輸壓力和運(yùn)力消耗，提高了供給效率，降低了用戶端庫存和資金占用，實(shí)現(xiàn)了鋼軌生產(chǎn)制造和產(chǎn)業(yè)上下游的接力對接與低碳排放。
國際權(quán)威機(jī)構(gòu)出具的“百米鋼軌全生命周期評價(jià)報(bào)告”和“U76CrRE鋼軌產(chǎn)品環(huán)境聲明”，標(biāo)志著系列產(chǎn)品可綠色化生產(chǎn)應(yīng)用，環(huán)境友好。
鋼鐵企業(yè)500米成品鋼軌制造集成技術(shù)和“JIT”生產(chǎn)模式，有效地保證了鋼軌產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和供給時(shí)效性，符合低碳綠色發(fā)展戰(zhàn)略需求；為國家路網(wǎng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，提供了長鋼軌集成制造技術(shù)和實(shí)踐應(yīng)用等重要支撐，社會效益顯著，市場應(yīng)用前景廣闊。
