钢轨是轨道结构的重要部件，承担着引导车轮、传递载荷的作用。性能优良、质量稳定的长定尺钢轨是建设世界一流高速铁路，实现高速列车安全、平稳、舒适和高速运行的重要保证。我国已开通运营2万多公里高速铁路，全部采用国内自主研发生产的具有完全自主知识产权的国产百米定尺钢轨。钢轨使用情况良好，完全满足高速铁路建设和运营的需要。
高速铁路用百米定尺钢轨的研制成功，对我国高速铁路的建设和运营及冶金行业的发展起到了极其重要的作用：（1）高速铁路采用百米定尺钢轨与采用25m定尺钢轨相比，减少3/4焊头，不仅提高了钢轨安全使用性能和高速铁路运行品质，还提高了无缝线路钢轨焊接生产效率，为大规模建设高速铁路创造了有利条件，满足了大规模、快速度、高质量建设世界一流高速铁路的需要。（2）使国内钢轨生产厂家的生产设备和钢轨实物质量处于世界一流水平，钢轨总产量达到世界第一，有力推动了冶金企业的技术进步，并提高了其国际地位。（3）大幅节约建设资金。与进口相比，使用国产钢轨可节约近一半费用。以建设4万km高速铁路需要近千万吨百米定尺钢轨计，可节约资金500多亿元人民币。另外，高速铁路钢轨还可以出口，为我国冶金企业扩大国外市场和高速铁路技术走出国门贡献力量。
为了满足高速铁路对钢轨的要求，实现钢轨的自主研发和生产，首先要制定出既具有国际先进水平，又符合国内实际，可操作性强的高速铁路钢轨标准。
1998年，为修建秦沈客运专线，中国铁道科学研究院（简称铁科院）首次起草制定了《时速300km高速铁路60kg/m钢轨暂行技术条件》和《时速200km客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件》（铁科技基〔1999〕06号）；2004—2005年，对上述2个暂行技术条件进行第一次修订，原铁道部先后颁布了《350km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件》（铁科技函〔2004〕120号）和《250km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件》（铁科技函〔2005〕298号）；2007年，对一些重要条文进行修订，原铁道部印发局部修订条文的通知（铁科技函〔2007〕164号）；2010年，制定了TB/T3276―2011《高速铁路用钢轨》，历经13年，形成了我国高速铁路钢轨行业标准[1-4]，并于2013年荣获中国标准创新贡献二等奖。
2000年前后，通过对欧洲高速铁路钢轨生产和使用的技术考察[5-6]，结合原铁道部科研项目（2001G017），对秦沈客运专线进口和国产钢轨的实物性能质量进行对比[7-8]，有关方面一致认为，国内钢轨生产厂家要生产出满足高速铁路要求的钢轨，采用当时使用的模铸、孔型轧制等技术设备不行，必须对钢轨制造技术进行升级。为此，鞍山钢铁集团有限公司（简称鞍钢）在国内首家引进具有世界先进水平的钢轨万能轧机，于2003年4月完成万能法轧制钢轨的技术改造，并于2003年10月生产出我国第1支50m长定尺钢轨。随后，攀钢集团有限公司（简称攀钢）进行技术改造，并于2004年12月生产出我国第1支百米定尺钢轨。包头钢铁（集团）有限责任公司（简称包钢）和武汉钢铁（集团）公司（简称武钢）也分别于2006年和2008年完成了钢轨生产的升级改造。
我国4大钢厂经过现代化技术改造后，钢轨生产设备采用转炉、连铸、万能轧机（见图1）、平立复合矫直机、在线自动化检测等，实现钢轨生产的“精炼”“精轧”“精整”“质量自动检测”和“长尺化”，钢轨生产设备达到国际先进甚至领先水平，为生产高速铁路用性能优良、质量稳定的长定尺钢轨创造了条件。
为推动高速铁路钢轨国产化，原铁道部有关方面先后多次召开会议部署相关工作：
图1 万能轧机轧制钢轨
（1）2003年6月13日及8月8日，原铁道部高速铁路办公室在北京主持召开了“时速350km高速铁路钢轨论证会”和“时速350km高速铁路钢轨技术研讨会”。会议明确我国高速铁路钢轨的轨型及定尺长度，对高速铁路用钢轨的技术条件、长定尺钢轨运输、钢厂钢轨生产技术改造及进程等问题进行交流和讨论（高速办函〔2003〕12号）。
（2）2004年10月及11月，原铁道部先后召开会议，就建设世界一流客运专线，钢轨、道岔及牵引供电等主要装备现代化工作方案和具体推进计划等工作进行专题研究，并发布了会议纪要（铁科技函〔2004〕718号）。
（3）2005年1月，铁科院项目组相关人员陪同原铁道部有关方面对国内4家钢轨生产厂的技术改造进展情况进行实地考察，督促钢厂加快技术改造进程。
（4）2005年3月15日，原铁道部召开客运专线钢轨相关技术研讨会。会议介绍了高速铁路对钢轨的要求、高速铁路钢轨技术标准的形成及特点，分析了高速铁路钢轨国产化、工程化尚需进一步解决的若干问题及对策措施，进一步明确了高速铁路钢轨生产和供应计划（铁运函〔2005〕334号）。
以上工作有力推动了高速铁路钢轨的国产化进程。
1.4.1 鞍钢50 m、百米定尺钢轨
2003年10月底，鞍钢产50m定尺钢轨在原沈阳铁路局长（春）大（连）线K283＋930—K284＋930区段进行上道试铺。项目组结合《高速铁路用50m长定尺钢轨的试制与试验（2003G014）》，对钢轨使用情况进行多次跟踪观测。结果表明，钢轨总体使用情况良好。
2007年4月，鞍钢完成了百米定尺钢轨生产的技术改造。按高速铁路钢轨暂行技术条件要求生产的百米定尺U71Mnk钢轨于2007年9月在京广下行线提速区段K799+700—K807+000铺设上道进行使用考核，项目组结合《客运专线钢轨关键技术研究（2008G001-A）》，对钢轨使用情况进行长期跟踪观测。结果表明，钢轨使用情况良好[9]。
1.4.2 攀钢百米定尺钢轨
攀钢按高速铁路钢轨暂行技术条件要求生产的U75V和U71Mnk百米定尺钢轨，分别于2005年底和2006年10月在陇海线K1162—K1173上下行提速区段铺设上道，项目组结合《客运专线钢轨关键技术研究（2008G001-A）》，对其使用情况进行长期跟踪观测，对钢轨轨头廓形、轨面加工硬化随通过总质量的变化规律、钢轨磨耗和伤损发展规律、钢轨打磨技术等进行初步研究。结果表明，钢轨总体使用情况良好[9]。
1.4.3 包钢、武钢百米定尺钢轨
包钢按高速铁路要求生产的U75V和U71Mnk钢轨，分别于2007年初和2007年底在京广线下行提速区段信阳工务段管内K830—K840及K820—K830区间铺设上道，项目组对其使用情况进行长期跟踪观测。结果表明，钢轨总体使用情况良好[9]。
武钢按高速铁路要求生产的U75V和U71Mnk百米定尺钢轨，于2009年3—4月在京广线上行K907—K956区间铺设上道，项目组对其使用情况进行长期跟踪观测。结果表明，钢轨总体使用情况良好[9]。
按高速铁路钢轨技术条件生产的百米定尺钢轨在既有线上道试铺取得了良好效果，增强了有关方面对自主研发和使用高速铁路钢轨的信心，为高速铁路钢轨国产化奠定了坚实基础。
铁科院项目组按高速铁路钢轨暂行技术条件要求，对包钢、攀钢、鞍钢和武钢技术改造后生产的U71Mnk、U75V百米定尺钢轨进行型式检验；对钢轨生产设备、工艺流程、质量控制体系进行跟踪、监督、检查；对生产合格率进行重点关注；对钢轨焊接及铺设使用进行跟踪；对百米定尺钢轨性能进行综合评定，并出具评定报告[10-14]。
2006年9月22日、11月9日和2007年7月6日，包钢、攀钢和鞍钢高速铁路用U71Mnk和U75V百米定尺钢轨先后通过了原铁道部运输局主持的上道技术审查（运基线路〔2006〕372号、运基线路〔2006〕418号、运基线路〔2007〕338号）。
2008年6月11日，武钢时速160km60kg/mU71Mn百米定尺钢轨通过上道技术审查（运基线路〔2008〕314号）；2008年7月11日，武钢时速160km60kg/mU75V百米定尺钢轨通过上道技术审查（运基线路〔2008〕366号）；2008年12月27日，武钢高速铁路用U71Mnk和U75V百米定尺钢轨通过上道技术审查（运基线路〔2009〕21号）。
至此，国内4家钢轨生产厂先后完成了高速铁路钢轨的上道技术审查，具备了为高速铁路供轨的资格。
为监督和控制高速铁路钢轨的实物质量，原铁道部实现了钢轨的批检验和驻厂监督制度。自2009年以来，铁科院项目组对每家钢厂各进行6次批检验。钢轨内部质量检验内容包括成品钢轨的化学成分、氢氧氮含量、硬度、拉伸、显微组织、脱碳层、非金属夹杂物、热酸浸低倍、硫印等；钢轨外观质量检验内容包括钢轨几何尺寸、平直度及表面质量等项目。为了保证所取样品具有代表性，钢轨内部质量检验样品一般从焊轨基地或钢厂随机取样；外观质量检验样品在焊轨基地抽取，数量一般为20支百米定尺钢轨。通过钢轨批检验，稳定和提高了钢轨的性能质量，使高速铁路钢轨的成品合格率由生产初期的80%提高到95%以上，质量异议逐年减少。同时，钢轨批检验工作还为不断完善我国钢轨标准提供了依据[15]。
日本高速铁路采用JIS60钢轨，欧洲高速铁路采用UIC60钢轨，我国高速铁路究竟采用什么轨型的钢轨，是欧洲广泛采用的UIC60轨型还是中国60kg/m轨型？
日本高速铁路自20世纪60年代以来一直采用强度等级为800MPa的钢轨；欧洲高速铁路建设初期采用强度等级为700MPa的钢轨，后来采用强度等级为880MPa的钢轨（UIC900A）；我国高速铁路究竟采用什么强度等级的钢轨？是780MPa的U74、880MPa的UIC900A和U71Mn，还是980MPa的U75V钢轨，或是采用强度等级更高的热处理钢轨？
日本、法国和德国高速铁路钢轨的定尺长度分别为50、80和120m，我国高速铁路究竟应采用何种长度的定尺钢轨？
自我国计划修建高速铁路以来，应如何选用钢轨轨型、强度等级、定尺长度的问题就一直放在有关人员的面前。
铁科院项目组通过对国内外高速铁路钢轨技术的研究，提出我国高速铁路采用中国60kg/m钢轨轨型，在客运专线上选用强度等级为880MPa级的U71Mnk钢轨、在兼顾货运的铁路上选用强度等级为980MPa级的U75V钢轨，定尺长度采用100m的建议，并通过相关会议予以落实（技委〔2005〕12号）[16-20]。
根据国外高速铁路钢轨的使用经验，结合我国实际情况及现有钢种的性能特点，对高速铁路用钢轨材质进行优化。重点调整了U71Mnk钢轨钢中的Mn含量，提高了对钢中有害元素P、S含量的限制要求。U71Mn钢轨钢中Mn含量的调整考虑到与U71Mnk钢轨化学成分的兼容性，同时要便于热处理（研究表明，当钢轨钢中Mn含量超过1.30%时，在钢轨热处理中容易出现马氏体组织）。实践证明，经优化后的U71Mnk钢轨综合性能明显提高。2011年制定高速铁路钢轨标准时，再次调整了钢中的Mn含量，同时将U71Mnk牌号改为U71MnG牌号，U75V改为U75VG[19-20]。
铺设无缝线路必须对钢轨实施焊接（见图2）。钢轨焊接有闪光焊、气压焊和铝热焊等焊接方式。钢轨闪光焊因质量稳定可靠，被广泛使用。为了满足百米定尺钢轨的焊接需要，原铁道部在全路新建或改建了11个焊轨基地。每个基地按照2条焊接线和2条精整线设计，生产线布局为U形或Z形，并全部增加了时效工艺。全路每年可完成2万km以上的钢轨焊接生产，焊轨基地规模和主要装备水平达到世界一流。
百米定尺钢轨的长度是25m定尺钢轨的4倍，无论是运输装载方式还是平车联挂运输方案均需进行研究。通过理论计算分析和实物钢轨运输试验，铁科院运输及经济研究所成功完成了采用8辆普通平车运输百米定尺钢轨的运输方案，并通过原铁道部科技司、运输局组织的技术审查（科技运〔2006〕95号）。随后又完成了采用普通平车运输500m焊接长钢轨的运输方案。
采用普通平车运输长定尺钢轨（见图3），提高了运输效率，对我国铁路建设高峰期每年需要运输300万t以上长定尺钢轨而言，具有十分重要的现实意义。
图2 焊接长钢轨吊装
图3 普通平板车运输百米定尺钢轨
针对高速铁路轮轨关系存在的问题，开展轮轨硬度、型面匹配研究[21-24]，设计了高速铁路钢轨打磨廓形[25]，通过打磨成功治理了动车组构架报警、车体晃车[26-27]。结合《高速铁路轮轨廓面及硬度匹配技术研究（2010G006-F）》，在长期跟踪研究钢轨型面随通过总质量变化规律的基础上，应用轮轨接触理论，研发了具有良好轮轨关系的新轨头廓形钢轨60N[28]。
2011年7月14日，原铁道部运输局组织召开60N钢轨上道试铺会议（运基线路〔2011〕429号）；2011年11月，60N钢轨首次在沪昆上行K1825—K1828既有线上道试铺；2011年8月，百米定尺60NU71Mnk钢轨在京石高速铁路下行K63+368—K78+368区间进行上道试铺；2011—2015年，60N钢轨在既有铁路全面推广使用，达到预期目标。
2015年3月5日，中国铁路总公司技术委员会办公室组织召开60N钢轨推广使用技术论证会；2015年6月19日，中国铁路总公司技术委员会召开会议，明确同意60N钢轨在高速铁路扩大试用（铁总技委函〔2015〕675号）；2015年9月，TJ/GW142—2005《60N、75N钢轨暂行技术条件》颁布（铁总科技〔2015〕248号）；2017年9月，60N、75N钢轨以修改单的方式纳入高速和普速钢轨铁道行业标准，同时纳入正在修订中的铁道行业标准《钢轨第1部分：43～75kg/m钢轨》报批稿。
自2011年60N钢轨上道试铺以来到2016年底，已分别在我国普速和高速铁路各铺设使用130万t和30万t以上，取得了良好的使用效果。60N钢轨轨头廓形与60kg/m钢轨对比见图4。
图4 60N钢轨轨头廓形与60 kg/m钢轨对比
针对如何科学、合理使用钢轨，尤其是依据不同线路和运营条件合理选用钢轨，项目组借鉴国外标准、结合国内实际及多年钢轨使用所积累的经验，起草制定了《钢轨使用指导意见》，由原铁道部颁布执行（运工线路函〔2014〕264号）。2017年9月，在原指导意见基础上，经修订形成中国铁路总公司企业标准QCR583—2017《钢轨使用规范》，并增加了应优先使用60N和75N钢轨、道岔应采用在线热处理钢轨、可采用原位焊复处理焊接接头重伤等新规定。
钢轨的使用规范规定了钢轨轨型、定尺长度、材质和强度等级的选用，钢轨焊接、打磨、润滑、焊补、钻孔等的原则要求。钢轨使用规范的颁布实施，对提高我国钢轨使用水平具有重要的现实意义。
高速铁路用高品质百米定尺钢轨的研发与应用，是业界公认的高速铁路技术国产化做得最好的领域之一，高速铁路钢轨成套技术2009年获得国家科技进步二等奖。高速铁路钢轨能实现国内自主研发和生产并取得成功，与领导重视、上下同心，且百米定尺钢轨难以进口；与及时制定标准、进行钢轨生产升级改造、百米定尺钢轨在既有线进行充分使用考核；与及时解决重大技术问题及相应配套技术等原因有关。其中标准先行、科研先导、质量至上和科学管理是重要因素。
制定具有世界先进水平、可操作性强的钢轨标准，是高速铁路钢轨国产化成功的关键。
在修建秦沈客运专线以前，原铁道部和冶金部分别制定和执行各自标准，钢轨行业基本处于“钢厂做什么，铁路用什么”的状态。为满足修建高速铁路的需要，必须将“钢厂做什么，铁路用什么”改变为“铁路要什么，钢厂做什么”，以实现高速铁路钢轨的自主研发和生产。
为了制定高速铁路钢轨技术条件，铁科院项目组先后研究和翻译了日本JIS、法国SNCF、德国DIN、国际铁路联盟UIC、正在起草制定的欧洲标准EN、国际标准ISO及当时正在修建高速铁路的韩国、西班牙等采用的暂行技术条件，为了开阔思路，同时也研究和翻译了美国、俄罗斯、澳大利亚等国家的钢轨标准。经过研究，认为正在起草的欧洲钢轨标准prEN13674最值得借鉴。因此，我国《时速300km高速铁路60kg/m钢轨暂行技术条件》和《时速200km客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件》（铁科技基〔1999〕06号）就是借鉴欧洲标准草案结合我国具体实际制定的。
秦沈客运专线高速试验段的钢轨从法国进口，其他钢轨由我国生产。我国按时速200km标准要求生产的钢轨，其出厂时的成品合格率不到50%，出厂后的质量异议达到10%。可见，当时我国钢轨生产水平难以满足生产高速铁路钢轨的需要。
铁路和冶金行业经过近10年的努力，在钢轨暂行技术条件的引导下，完成了高速铁路钢轨的国产化，做到了“铁路要什么，钢厂做什么”；高速铁路钢轨的合格率也由升级改造初期的80%提高到现在的95%以上，钢轨质量达到世界先进水平。
铁科院项目组20年来一直动态跟踪研究并翻译出版国外钢轨标准[29-31]；同时针对钢轨生产和使用中发现的问题，不断完善标准。2017年，再次对钢轨标准进行修订，形成了铁道行业标准《钢轨第1部分：43～75kg/m钢轨》和《钢轨第2部分：道岔用非对称断面钢轨》报批稿。至此，我国钢轨标准完全与具有世界先进水平的欧洲标准接轨。钢轨标准技术的发展和完善，为我国高速铁路钢轨国产化发挥了重要作用。
长期、系统开展钢轨制造和使用技术研究是成功实现高速铁路钢轨国产化的重要保障。
百米定尺钢轨是一个异型断面长大件，轧制后直接上道使用，生产环节多、工艺复杂、涉及众多专业领域，看似简单实则对生产技术要求极高。同时，钢轨使用条件苛刻，影响行车安全，是高速铁路安全的重要管控对象。
以问题为导向，以提高钢轨档次和品质为目标，国内钢厂围绕高洁净度钢轨钢冶炼技术、高尺寸精度钢轨轧制技术、高平直度钢轨复合矫直技术及先进的钢轨质量检测技术进行技术攻关，形成了整套钢轨生产和检测技术，钢轨内部和外观质量达到了世界先进水平；铁科院项目组长期从事钢轨技术研究，在高速铁路钢轨方面，围绕标准，性能评价，轮轨匹配，轨头廓形优化，打磨、焊接、探伤，伤损发展规律等开展研究，取得了一系列成果，为高速铁路国产化及不断提高钢轨使用和维修养护技术水平、保障高速铁路安全运行作出积极贡献。
保持钢轨质量持续稳定是高速铁路钢轨国产化成功的重要保证。
钢轨质量优劣直接关系到高速铁路运营安全。为了保证钢轨质量，原铁道部对高速铁路钢轨的质量实施全程监督，主要体现在以下方面：
（1）对钢厂技术改造后生产的高速铁路钢轨进行型式检验，并通过在既有线上道试铺开展综合评定，发现问题及时改进，以进一步提高钢轨质量水平；
（2）对高速铁路钢轨生产实现驻厂监督制度，重点检查钢轨生产过程并按比例抽检钢轨的实物质量；
（3）对钢轨实物质量实现批量抽检制度，系统、长期、全面地对钢轨性能质量进行跟踪检验，发现问题及时反馈和处理，为持续保持钢轨质量稳定发挥了重要作用。
上述制度实施至今，效果显著。
高速铁路钢轨国产化的成功实现与原铁道部实施的科学管理是分不开的：钢轨生产方面实现严格的准入制度；钢轨质量管控方面实现批检验和驻厂监督制度；钢轨供应方面实现统一定价、集中采购、专业代理制度；对钢轨实现优质优价；最为重要的是钢轨管理始终坚持以质量第一为目标，避免受到市场化负面因素的冲击。
我国已经成为钢轨技术大国，但要成为钢轨技术强国，还任重道远：我国钢轨生产能力和钢轨实际产量均处于世界第一，但钢轨的国际影响力还需进一步夯实和提高；目前钢轨出口主要用于不发达国家或发达国家的重载铁路线路上，高速铁路用钢轨出口还不多；高速铁路成套技术出口，包括钢轨技术，目前还在路上；高速铁路钢轨的养护维修经验还需进一步积累。随着高速铁路的发展，钢轨技术还需继续深化研究，不断取得新的成果。
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