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等火車時不知你是否關注過,鐵軌頂部锃明瓦亮,而兩側則是銹跡斑斑,這樣的軌道還安全嗎?換成永遠不生銹的鐵軌有沒有可行性呢?
鐵路是國家經濟發展的大動脈,人們平時出行也離不開它,細心的人肯定能發現,鐵軌頂端整天跑火車的軌道面,還能看到鐵軌的原色,而兩側則是銹跡斑斑,好像很多年都沒換過鐵軌一樣。這種生銹的鐵軌還安全嗎?為何就不能換成類似不銹鋼這種永遠不會生銹的材料呢?
火車軌道的歷史
現在火車軌道都是鐵的,但最早的火車軌道并非如此,它們是用木頭制成的,后來隨著科技發展,火車軌道才逐漸用鐵取代了木頭。
早在1604年,弗朗西斯·威洛比在英國修建一條軌道,將河流和煤礦連接起來,方便將挖出來的煤運到碼頭上。
這條軌道是用木頭制成的,上邊跑的并不是火車,因為那時候還沒有火車這個概念。軌道上運行的都是煤礦上的運煤車。
到1767年時,理查德·雷諾茲發明了“板道”系統,使用鑄鐵板來替代木軌道,讓板道具備更好的承載力和更強的耐久性。
從木頭到鐵板的變化,成為鐵路發展史上一個重要的轉折點,為后來火車運輸的蓬勃發展奠定了基礎。
1804年,英國礦山技師利用蒸汽機,造出了世界上第一臺蒸汽火車。這款最原始的火車技術并不成熟,不利用軌道行駛,時速只有五六公里,連馬車都跑不過。
為了提升火車的速度和運載能力,工程師們引入鐵軌系統,把火車放到鐵軌上運行,完美解決了以上兩個問題,從此拉開了火車快速前進的序幕。
200多年來,火車從蒸汽機發展到內燃油,又進化現在的電動機,時速也從最初的五六公里,發展到現在的磁懸浮列車五六百公里。
火車發展速度很快,但鐵軌卻沒有太大的變化,唯一有點變化的也就是不同國家選擇不同的軌距,以至于如今國際上有米軌、標準軌和寬軌之分。
自從鐵被用來做火車軌道之后,一直到現在全球的鐵路都用鐵軌,最多也就是軌道底下的枕木,從木頭換成了混凝土樁而已。
鐵軌雖然賦予了火車巨大的承載力,但相信細心的網友已經發現,所有的鐵軌都存在一個通病,那就是和車輪接觸的頂部表面光,而鐵軌兩側都是銹跡斑斑。
很多人不免心里嘀咕,這是多久沒換過鐵軌了?這種生銹的鐵軌安全嗎?要知道我們的動車高鐵,時速可是二三百公里,鐵軌出問題很容易釀成大事故。
鐵軌不是鐵,銹也不是銹
雖然我們一直稱火車軌道為鐵軌,實際上如今的軌道還真不是鐵的。就如火車的名字一樣,都是一直以來的習慣形成的名字。
最初靠著燒柴或煤,給蒸汽機加入驅動火車前進,車頭里燃燒著熊熊烈火,才有了“火車”這個名字,后來火車以內燃機為動力,如今更是以電為動力,火車依然還叫火車。
鐵軌也是一樣的道理,最初的軌道確實是鐵的,因為那時候鐵就是最堅硬的材質。現在的軌道可不是鐵的,因為鐵已經完全無法滿足火車對軌道的需求。
我國目前所有的軌道,都是使用高錳鋼材質,其中含錳量超過13%,韌性比普通鋼材高1.8倍,比鐵更是高出不知凡幾。
高錳鋼還有一個非常優秀的特點,那就是剛出廠時柔韌性極高,可以根據軌道需求改變方向,但安裝之后停放一段時間,就變得“鋼性十足”。
軌道表面像鐵銹一樣的東西,其實也不是真正的銹,而是高錳鋼和空氣中的氧發生反應,形成的一層致密保護膜,雖然這層膜看起來很像鐵銹。
這層氧化膜厚度只有0.1到0.3毫米之間,把這層膜去掉之后,里邊的鐵軌依然光亮如新,就如軌道頂端整天和車輪摩擦的面一樣。
所以說,這層膜并不是鐵銹,雖然難看了一點,但對鐵軌的保護作用非常強大。有了這層致密膜保護,鐵軌一年的銹蝕程度也只有0.1-0.2毫米左右,1毫米厚的鐵軌,足夠銹蝕5年至10年。
我國常用的50型軌道,其厚度通常在15.5毫米上下,就算是一直不更換,也足夠銹蝕七八十年甚至上百年。
這就意味著,如果民國時期修建鐵路就是用高錳鋼,后來一直不換鐵軌,挺到現在也不至于爛透。“鐵銹”之下的軌道就是這么強橫。
雖便鐵軌表面有鐵銹,但大家完全不用擔心它的安全性,按照鐵路部門的規定,這些軌道使用壽命不會超過20年,也就是說離著報廢期還有很長時間就會更換。
目前,我國鐵路部門每年更換的鐵軌達140萬噸,這些鐵軌并非不能用了,而是到了更換年限強制報廢而已。
這換下來的140萬噸鐵軌中,真正因為銹蝕而必須更換的部分不足1%。所以說軌道表面的銹,并不是真的銹,而是對鐵軌的一層保護。
用不銹鋼做鐵軌,有沒有可行性?
在很多人心目中,不銹鋼永遠不會生銹,而且硬度也極高,用它做鐵軌,豈不是就不存在生銹問題?事實上,這是只知其一不知其二,不銹鋼絕對不適合做鐵軌。
首先,不銹鋼其實并不硬,反而是延展性和回彈性更好。不銹鋼比較硬,那只是我們普通人的錯覺,相對而言其硬度并不出色。
至于延展性和回彈性好,在別的方面可能算優點,但用在鐵路上絕對是缺點。現在的動車高鐵,時速動輒二三百公里。
火車鋼輪對鐵軌的沖擊力非常大,這就對鐵軌的硬度和抗沖擊力提出了很高的要求,不銹鋼顯然達不到這樣高的要求。
鋪設鐵軌本就是為了確保道路平坦,不銹鋼在強大沖擊下變得坑坑洼洼,對火車運行絕對是一個大隱患。
另外,不銹鋼表面太光滑更容易反射陽光,嚴重影響火車司機的視線,對于高速運行的火車而言,這又是一大安全隱患。
其次,不銹鋼價格太高,鋪設鐵路有點浪費。不銹鋼的價格一般維持在每噸1.3萬元至1.4萬元之間,而高錳鋼的價格只有三四千元,兩者的價格達到三四倍的差距。
我國鐵路建設到處開花,八縱八橫的鐵路干線之外,還要修建更多的支線鐵路,整個鐵路形成一張密集的網,鐵路用鋼超過2300萬噸,使用不銹鋼和高錳鋼的成本相差巨大。
更重要的是,生產不銹鋼要添加鎳和鉻等金屬,尤其是鎳這種金屬,國內市場上供應異常緊缺,無法保障鋪設鐵軌所需。
第三,不銹鋼受環境影響大,熱脹冷縮明顯。鐵路可能鋪設在各種惡劣的環境中,南方的高溫濕熱,東北的寒冷干燥,都會對不銹鋼產生巨大影響。
夏季高溫不銹鋼受熱膨脹,冬季低溫又導致其遇冷收縮,這就容易導致鐵軌變形開裂,在列車沖擊下小裂縫變成大裂縫,如果沒能及時發現就會導致嚴重事故。
不銹鋼的這一特性,會給鐵路工人帶來更大的工作量,而且也增加了火車運營的風險。為了避免生銹使用不銹鋼,根本就是得不償失。
關于鐵路的那點秘密
前文提到過,我國平均每年換下來的鐵軌超140萬噸,很多人肯定會想,這些鐵軌得賣不少錢呢,實際上,這些鐵軌還真就一點都沒賣。
一點都沒賣,那這些鐵軌是回爐重造了嗎?當然也不是。這些鐵軌全都埋到地底下去了,是不是很不可思議?
雖然很難理解,但道理其實很簡單。這些鐵軌回收再利用,回爐的成本非常高,相對于我國每年天量的鋼鐵產量,這點廢鋼根本就不值得回爐。
運輸的成本,重新冶煉的成本,加起來都不是小數,而且原本就已經添加了錳等金屬,想要再提煉出來根本就不具備經濟性。
直接就地掩埋,高錳鋼的致密保護層,可以有效延緩鐵軌的銹蝕速度,萬一真發生戰爭等意外情況,這些鐵軌扒出來簡單處理一下又能使用,居安思危大概就是如此。
另外,可能很多人都沒注意到,高鐵和普通火車的軌道也有區別。普通火車軌道下鋪滿碎石,而高鐵軌道則是整體澆筑的混凝土軌道板。
這些碎石也不是隨便用的,全都是經過認真篩選的,每塊碎石的粒徑都在22到63毫米之間,這樣堆積在一起,既能排水又能避免飛石影響列車安全。
高鐵鐵路采用混凝土軌道板,每公里造價達1.2億-1.5億,雖然造價昂貴,但安全性和穩定性更有保障。
不起眼的鐵路下,隱藏著巨大的智慧,高速飛馳的列車,帶著我們飛速發展,暢達更美好的未來!
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