文|小彭的灿烂笔记

编辑|小彭的灿烂笔记

(资料图片仅供参考)

前言

铁路轨道，也被称为铁路线或铁路，在交通革命和塑造现代世界中发挥了至关重要的作用，铁轨的发展有着跨越几个世纪的丰富而迷人的历史。

从最初简陋的木制电车轨道到今天复杂的钢铁和混凝土轨道，铁路轨道的演变证明了人类的聪明才智和工程实力，铁路轨道的起源可以追溯到古代文明，原始形式的轨道系统用于运输重物，它有何历史发展？

历史发展

在古希腊，被称为“Diolkos”的石槽被用来运送船只穿越科林斯地峡，在古埃及，类似的木制轨道被用来运输石头建造金字塔，然而，直到18世纪和19世纪的工业革命期间，现代铁路系统的想法才开始成形。

对更高效的货物和人员运输的需求导致了轨道技术的重大发展，早期的铁路是用木制轨道建造的，简单而有效，铁轨由铺设在沙砾或石床上的木轨或“枕木”组成，木制枕木用于支撑铁轨并保持其对齐。

最著名的早期木制铁路之一是弗朗西斯·威洛比爵士于1604年在英国修建的Wagonway，它把他的煤矿和河流连接起来，促进了煤炭到市场的运输，类似地，理查德·雷诺兹在1767年发明的“板道”系统使用铸铁板作为木制轨道的更耐用的替代品。

从木轨到铁轨的转变标志着铁路发展的一个重要转折点，铁的强度和耐用性增加，使其成为铁路的首选材料，能够运输更重的货物和更快的速度。

第一条使用铸铁铁轨的公共铁路是英格兰的斯托克顿-达灵顿铁路，于1825年开通，由乔治·斯蒂芬森设计的先驱机车“动力1号”在这些铁轨上运行，这条铁路是铁路史上的关键时刻，因为它展示了蒸汽动力机车和铁轨的潜力。

随着铁路网络的扩展，标准化的需求变得显而易见，1830年，乔治·斯蒂芬森的儿子罗伯特·斯蒂芬森引入了“斯蒂芬森轨距”，规定铁路轨道的标准宽度为4英尺8英寸(1435毫米)。

这种轨距成为全世界铁路事实上的标准，被称为“标准轨距”轨距的标准化使得不同铁路线之间能够互通和无缝运输，促进了铁路网络的发展，便利了国际贸易。

铁轨的使用继续增长，但随着火车速度的提高，铁的局限性变得明显，在交通繁忙和高速行驶的情况下，铁轨容易磨损、变形和断裂，19世纪中期，钢成为铁路轨道用铁的优质替代品，钢轨更坚固、更耐用、更不易磨损，是重载和快速客运列车的理想选择。

由亨利·贝塞麦爵士于19世纪50年代发明的贝塞麦炼钢法彻底改变了钢铁生产，这种工艺允许以较低的成本大规模生产高质量的钢材，使钢轨对于铁路来说更容易获得和更经济。

19世纪下半叶，世界各地的铁路网迅速扩张，铁路成为运输的支柱，促进了全球范围内的人员、货物和原材料的流动，在美国，第一条横贯大陆铁路的修建是一项不朽的成就。

它于1869年完工，连接了美国东西海岸，大大缩短了旅行时间，为定居和经济增长开辟了新的机会，同样，俄罗斯于1916年完成的跨西伯利亚铁路建设将莫斯科与符拉迪沃斯托克连接起来，全长超过5000英里。

这条铁路在俄罗斯的工业发展和与远东的贸易中发挥了至关重要的作用，随着混凝土轨枕和连续焊接钢轨(CWR)的发展，20世纪见证了铁路轨道技术的进一步发展。

与传统的木制枕木相比，混凝土枕木具有更高的耐用性，并减少了维护工作，无缝线路消除了对连接轨道的需求，使列车行驶更加平稳， 高速铁路成为铁路运输的新领域。

1964年，日本引进了新干线，俗称“子弹头列车”，以其前所未有的速度和效率彻底改变了长途旅行，包括法国、中国和德国在内的许多国家都采用了高速铁路系统，彻底改变了城际交通。

铁路电气化是铁轨历史上的另一个重大发展，电气化提供了几个优势，包括减少对化石燃料的依赖，降低运营成本，提高加速和效率，1883年，第一条电气化铁路——沃尔克电气化铁路在英国布赖顿开通。

随后电力牵引系统的进步，如架空电线和第三铁路系统，使得铁路网广泛电气化，铁路轨道的发展并非没有挑战，铁路面临着持续的压力，既要提高安全性、运输能力和速度，又要降低环境影响和维护成本。

混凝土板式轨道、磁悬浮(Maglev)技术和智能轨道监控系统等创新已被引入，以应对这些挑战，磁悬浮列车利用磁斥力悬浮在轨道上方，提供了更高速度和减少摩擦的潜力。

展望未来，可持续发展和创新将是铁路发展的前沿，铁路将在实现全球气候目标方面发挥至关重要的作用，为公路和航空运输提供更绿色的替代方案。

正在努力开发环保轨道材料，如回收材料和复合材料，以减少铁路建设和维护对环境的影响，数字技术和自动化的进步将使“智能轨道”具备实时监控、预测性维护和自动列车控制等功能，从而提高安全性和效率。

高速铁路网络的整合、hyperloop技术的开发以及发展中国家铁路网络的扩张都是铁路行业未来增长和创新的潜在途径，铁轨的历史发展是人类智慧、工程技术和社会变革的非凡历程。

从简陋的木制轨道到复杂的钢铁和混凝土系统，铁路轨道的演变塑造了现代运输和贸易的世界，标准轨距的发展、钢轨的问世、铁路网的扩张以及高速铁路和电气化的引入都是这一非凡旅程中的里程碑。

随着我们的前进，铁路行业的挑战和机遇依然巨大，可持续性、创新和数字化将是塑造铁路轨道未来的关键驱动力，确保铁路在未来几代人的全球运输、连通性和经济发展中继续发挥至关重要的作用。

应用材料

铁轨是现代交通运输的支柱，支撑着运送乘客和货物的火车长距离行驶，铁轨材料的选择对于确保安全、高效和长寿至关重要，有人可能想知道为什么铁轨是由生锈的铁制成的，通常被称为“风化钢”或“耐候钢”，而不是以耐腐蚀著称的不锈钢。

耐候钢，也称为COR-TEN钢(从耐腐蚀性和拉伸强度来看)，是一种低合金钢，专门设计用于在暴露于大气条件下时形成保护层，它是由美国钢铁公司在20世纪30年代开发的，其主要合金元素包括铜、镍、铬和磷。

耐候钢的显著特征是其通过形成稳定且粘附的锈层来自我保护免受腐蚀的能力，这种锈层被称为“铜锈”，作为一种屏障，防止下面的钢铁进一步腐蚀和退化，铜锈非常美观，使耐候钢呈现出典型的生锈外观。

尽管耐候钢外表生锈，但它具有很强的耐腐蚀性，表面形成的铜锈充当了抵抗大气腐蚀的保护屏障，使其非常适合户外应用，包括铁路轨道。

与不锈钢相比，耐候钢需要最少的维护，随着时间的推移，不锈钢容易出现点蚀和缝隙腐蚀，耐候钢的自我保护特性减少了对高成本和劳动密集型维护工作的需求。

耐候钢比不锈钢更具成本效益，使其成为大型铁路基础设施项目的一个有吸引力的选择，较低的初始成本，加上减少的维护费用，使其成为经济上可行的选择。

耐候钢的抗拉强度与铁路轨道中使用的传统碳钢相当，确保了铁路基础设施的结构完整性和安全性，耐候钢最显著的特征之一是其生锈的外观。

虽然有些人可能会觉得这种外观很有吸引力，适合铁路轨道等户外应用，但其他人可能会质疑这种美学，然而，耐候钢的外观是一个主观的问题，很大程度上取决于个人的喜好和使用环境。

在某些情况下，耐候钢可以被认为是铁路轨道的一个有吸引力的选择，因为它与自然环境和谐融合，并补充了景观，它质朴的外观能唤起怀旧感，将现代铁路旅行与丰富的铁路运输历史联系起来。

耐候钢的自我保护性能有助于其环境效益，与不锈钢等其他耐腐蚀材料相比，它的低维护要求减少了频繁喷漆或涂层的需要，从而减少了废物的产生和对环境的影响。

耐候钢在铁路轨道等户外应用中的长寿也有助于可持续发展，更换和维护需求的减少延长了铁路基础设施的生命周期，最终最大限度地减少了材料消耗和废物产生。

不锈钢因其卓越的耐腐蚀性而闻名，这使其适用于暴露于恶劣环境和腐蚀剂的广泛应用，它的高铬含量形成了一个钝化的氧化层，提供了一个有效的抗腐蚀屏障。

成本难题

然而，不锈钢价格较高，对于大型铁路项目来说，成本效益较低，此外，不锈钢的高强度和硬度会增加火车车轮的磨损，导致长期维护成本增加。

相比之下，耐候钢提供了耐腐蚀性、成本效益和强度的平衡，使其非常适合铁路轨道等户外应用，耐候钢已经在全球各种铁路项目中展示了其性能和耐用性。

当用于铁路轨道时，耐候钢被证明是可靠和坚固的，能够承受重型列车和恶劣天气条件的压力，耐候钢履带上保护性铜锈的形成提高了它们的寿命，确保履带随着时间的推移保持其结构完整性和功能能力。

虽然耐候钢为铁路轨道提供了许多优势，但它也有一些限制和维护方面的考虑，耐候钢需要一个初始活化期来充分形成保护性铜锈，在此期间，铁锈可能会污染邻近的材料，因此在安装过程中需要仔细规划。

虽然耐候钢适用于大多数室外环境，但在高氯化物或盐暴露的极端条件下，其性能可能会有所不同，在这种情况下，可能需要额外的保护涂层。

虽然耐候钢比传统碳钢需要更少的维护，但定期检查和监控对于确保轨道的安全性和完整性仍然至关重要，铁轨材料的选择是确保安全、高效和长寿的关键因素。

耐候钢具有独特的自我防腐能力，已被证明是铁路轨道等户外应用的可靠且经济的选择，其耐腐蚀性、低维护要求和成本效益使其成为全球铁路基础设施项目的首选。

虽然耐候钢可能没有不锈钢的视觉吸引力，但其美学可以与自然环境和谐融合，产生怀旧感和与铁路运输的历史联系，在铁路轨道上使用生锈的铁或耐候钢证明了工程性能、成本效益和可持续性之间的平衡。

随着技术和材料科学的不断发展，耐候钢将继续在铁路基础设施的发展中发挥重要作用，确保未来几代人的安全高效运输。

参考文献

【1】《铁路基本知识（第三版）》艾迪拓中国铁道出版社1997年04月

【2】《世界铁路》罗庆中科学出版社2017年

【3】《铁路概论》周卫东人民交通出版社2020年

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