2015年，一位外国游 客上传的一段视频引起了惊叹：在以300公里的时速飞驰的京沪高铁中，一枚硬币竖立了整整9分钟都没有倒下。“现代高速铁路既快又舒适，中国高铁已经成为全球高铁的领导者。”这名外国小伙在视频中说道。
随着科技的不断发展和进步，新型火车技术正在改变人们的出行方式。其中，中国最新研发的“软钢轨”技术备受关注，这种钢轨不仅柔软，而且可以保证高速列车的安全和稳定性。
今天，我们就来看看硬币“竖立不倒”的秘诀——我国的新型铁路钢轨：无缝对接的它，就像一条绳子一样“柔软”、有韧性。
中国钢轨真的是软的吗？
以前，钢轨和车轮运作起来就是一个“互相折磨”的过程，“咣当—咣当”的响声之下，每一声都象征着严重的铁路磨损。那个年代更换铁轨的技术难题很大，往往需要花费好几天，在这期间会有许多列车班次被延误，所以，人们想了一个主意，那就是加大铁轨的硬度，再定期对车轮进行检修和更换，从而减少了在钢轨上“动工”的频率。
所以，以前的钢轨普遍把硬度做得更高，而且由于钢轨的标准长度最多只有25米，需要用接头夹板和绝缘结把这些钢轨连接在一起，相邻的钢轨中间还必须留有几毫米到十几毫米的缝隙，用来适应热胀冷缩的要求，所以老旧钢轨也就留下了噪音大、颠簸的缺点。
这种钢轨让列车的速度上不去，运输也存在危险性，后来我国积极借鉴国外的铁路经验，进化出了一种全新的优异钢轨，就是那种看起来像面条一样柔软的“软铁轨”。
当然，这个软其实是相对的，本质其实是由于钢轨在拨动的瞬间受力不均，所以呈现出了弯曲，在摄像机的记录下看起来像面条一样柔软。
一、 什么是“软钢轨”？
“软钢轨”，顾名思义，就是一种更为柔软的铁路钢轨。普通的铁路钢轨通常是由钢材直接铸造而成，其刚性较强，但缺乏弯曲性。而“软钢轨”则采用了一种特殊的多层结构设计，在轨道表面增加了一层薄薄的弹性层，从而使得轨道具有更好的弯曲性和柔韧性。
二、 “软钢轨”的优势
降低噪音污染
由于“软钢轨”具有更好的弯曲性和柔韧性，列车在行驶时可以更加平稳，减少了铁路与车辆之间的摩擦和碰撞，从而减少了列车运行时产生的噪音污染。
提高列车安全性
由于“软钢轨”具有更好的柔韧性和弯曲性，可以有效地缓解铁路与车辆之间的冲击和振动，从而提高列车行驶时的稳定性。此外，“软钢轨”还可以减少因列车超速或制动不当产生的侧向力，降低列车脱轨的风险。
延长钢轨使用寿命
由于“软钢轨”采用了多层结构设计，在轨道表面增加了一层弹性层，可以有效地抵抗铁路与车辆之间的振动和冲击，从而减少轨道受损和疲劳裂纹等问题，有助于延长铁路使用寿命。
三、“软钢轨”是如何铸成的？
这些钢轨虽然“软”，但也要经历一个千锤百炼的过程。钢轨是使用高锰钢制成的。锰钢是一种脾气古怪的钢材，根据钢中锰的含量不同，会呈现出截然不同的性质。如果钢中仅有2%~3%的锰，这时候的锰钢就像玻璃纸一样易碎易断裂；但如果加入的锰含量大于13%，它又会呈现出前所未有的硬度和韧性，这种钢被称作高锰钢。
但高锰钢的韧性要用于铁轨还是有些不足，于是，科学家们又在里面加入了一种少见的金属——铟，铟往往加在钢轨的上部，增加了和车轮接触的那一层钢轨的韧性，使其具有一定“弹性”，这样车轮和钢轨两者都能同时得到保护，不仅减少了修理周期，还保证了火车的运行安全。
另外，根据列车的种类不同，比如普通火车、高铁、重载铁路，他们的钢轨的标准也存在很多差距，比如说，重载铁路的钢轨需要达到每米75公斤的标准，而普通火车和高铁的钢轨只需要每米60公斤。
但高铁由于对速度的要求高，所以对钢轨精炼的技术要求更高，比如说，高铁钢轨的脱碳层必须要浅。
脱碳是什么呢？指的是钢材中的碳因为高温，和空气中的氧气发生氧化作用，生成一些含碳气体而导致钢材中的碳层“脱落”的现象。碳在钢材中起到增加硬度的作用，一旦失去了碳，钢材的耐磨性和疲劳极限都会急剧下降。因此对于这种要求特别高的钢轨，甚至需要在隔绝空气的条件下进行“精轧”。
轨造出来之后，还需要克服热胀冷缩的难题。之前铁轨之所以会响很大程度上就是因为相邻钢轨的缝隙，如果要制造无缝钢轨，这就意味着不会再给热胀冷缩留下变形的“余地”，那么，钢轨中无可释放的应力又该如何是好呢？
目前，钢轨设计师解决这个问题的方法，就在于给钢轨设置一个“缓冲区”和“收缩区”。整条钢轨除了这两个部分以外还有一个固定区，它们起到的作用就像字面意思那样。固定区的钢轨收缩是完全被锁定的，而收缩区留有一些细缝，用于满足应力释放的要求，缓冲区则介于两者之间。至于收缩区的这个“缝”应该留多大，还需要综合到当地地区的最高气温和最低温度来决定。
可以说是比起以前死板的固定规则，这样更加照顾当地的地质和气候条件，钢轨自然也就很少出现热胀冷缩导致的故障了。
“软钢轨”上的无缝焊接技术
这种钢轨也更加方便后期的维护和修理，另外一点就是它的无缝技术。
传统的钢轨每12.5米，温度升高一摄氏度的同时，钢轨会膨胀0.0128毫米，如果是在高纬度地区，昼夜温差较大的环境下，钢轨的热胀冷缩会非常明显，这一点在物理学层面叫做比热容，传统钢轨的比热容较低，在吸收和释放热量的时候会产生大幅度的外形变化，所以传统钢轨必须留几毫米到十几毫米的缝隙，而这种柔韧性较好的无缝钢轨，因为添加了新的金属元素，因此比热容较高，热胀冷缩对钢轨的作用力小，所以几乎不需要留有钢轨缝隙。
这种无缝钢轨是高铁的重要组成部分，同时也能运用到普通的动车和重型货运列车上，新的无缝钢轨，让乘坐在车厢内的乘客再也察觉不到以往火车发出的独有噪音，同时又因为铁轨更加平整，所以让火车可以大胆的提升速度，国产高铁列车的行驶速度可以达到350公里每小时，是以往的传统列车，行驶速度的近2倍，想要让高铁安全稳定运行，铁轨的平整度非常关键，有一点瑕疵都会埋下隐患，其次需要对铁轨进行及时的维护和修理，因此具有柔软性、高韧性和缝隙可以忽略不计的新型钢轨，是高铁钢轨的不二之选。
来源：科普启示录，楠竹一，裴实哲
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