钢 轨 轧 制 专 利 技 术 综 述

钢 轨 轧 制 专 利 技 术 综 述

高聪娟

国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心 江苏 苏州 215000

摘要：钢轨轧制是一种钢轨塑性成形的主要工艺，其实质是采用轧辊将坯料加工成钢轨成品。本文对钢轨轧制技术领域的专利申请进行分析，从国内、国外的专利申请量、专利申请的国别分布等多方面统计分析，阐述了钢轨轧制技术领域的专利申请发展趋势，追踪了钢轨轧制技术领域的发展脉络，以横列式轧机轧制和万能轧机轧制技术分支为主要研究方向，对其技术方向和技术手段的发展脉络进行了梳理，以期从中发现规律，为日后的专利审查实践应用提供帮助。

关键词：钢轨 重轨 轧制 轧机

前言

钢轨的轧制是生产钢轨最主要的技术，轧制工艺主要采用普通孔型系统轧制和万能孔型系统轧制，普通孔型轧制钢轨从开坯到精轧均采用普通孔型轧制，该孔型是由上、下平辊构成的孔型，这种孔型的控制系统简易，由于其孔型设计多是采用不对称设计，因此其成品端面的对称性不理想，其轨高、底宽、腹高等尺寸的控制精度也不高，孔型磨损较快，表面质量不易控制，因此越来越少应用。而万能孔型系统由1对主动水平辊和1对被动立辊组成，且4辊的轴线位于同一平面上，形成万能孔型，平辊对钢轨的腰部进行加工，两侧立辊与平辊的侧面形成加工变形区分别对轨头、轨底进行加工。轧边机主要对轨头、轨底的端部进行加工，轧机导卫横梁直接安装在轴承座上，可以进行整体上下移动，轧钢过程实现全自动控制。

一、多点成形专利技术状况分析

1、国内外专利申请趋势对比

早在19世纪末，钢轨轧制在国外就已经出现，到20世纪60年代开始，该技术在国外开始较快增长，并且在20世纪80年代中期出现了最高峰，经过了前面20年左右的高峰期后，进入80年代末期和90年代初期，该技术在国外的申请量锐减，但进入90年代后期以后，专利申请量达到了一个较为稳定的趋势。由于中国的专利法实施时间较晚，直到专利法实施之后，国内在1988年出现了钢轨轧制的专利申请，进入21世纪之后，中国的相关专利申请增加，但与国外的申请量依然有一定的差距。中国的申请量明显少于国外的申请量，这主要是由于钢轨轧制技术还垄断在国外公司的手里，中国的钢轨轧制设备基本依靠进口，因而申请量依然较少。

2、国外专利申请趋势

钢轨轧制的专利最早见于1899年，且专利申请量趋势大致分为四个时期，第一个时期是萌芽期，从1899年到1960年，该时期的跨度较大，但每年的专利申请量都很少；第二个时期是快速增长期，从1961到1985年，这期间专利申请的数量剧增，其专利数量较萌芽期呈现了明显的增长趋势，尤其是到了1971年以后，增长明显，这主要是随着战后经济的复苏，关于钢轨轧制的研发力度加大，钢轨轧制的发展出现了黄金时段，而由于这一时期的增长过于迅速，故随后在1986年-1996年又出现了一个缓冲过渡期，但是从1997年开始，国外关于钢轨轧制的专利申请有出现了较平稳的发展，这一时期的专利申请量基本趋于稳定，这一时期为平稳发展期。由于钢轨在铁路运输上的重要性，钢轨轧制的研究还在进行中，故可以预期的是，钢轨轧制专利的申请还会有一个稳定的趋势或者增长。

3、中国专利申请趋势

国内的采用钢轨轧制技术的专利申请起步较晚，大致可以分为两个时期，第一时期为1985-2000年，这一时期，中国专利关于钢轨轧制技术的数量较国外专利在量的方面要少很多；中国专利申请数量随年份增长不明显。第二时期为2001年至今，在这一时期，中国专利申请趋势有了明显的提高，尤其是在2008年达到了一个顶峰。

4、主要技术分支

在钢轨的专利申请中，根据所使用的轧机的结构及工作方式，分为：横列式轧机轧制以及万能轧机轧制。

（1）横列式轧机轧制

横列式轧机轧制也可称为孔型轧制技术，其是采用上下两个轧辊形成的孔型进行轧制，技术特点是轧制过程中各个道次均采用二辊孔型轧制。

横列式轧机轧制的发展基本都在1986年以前，这主要是由于其加工的钢轨精度低。从图中可以看出，最早出现的关于横列式轧机轧制钢轨的技术是由美国的肯纳金属公司于1899年申请的，其中采用上下两个平辊构成1个平轧轨形孔，坯料置于平轧轨形孔中，经过多道次可逆轧制得到成品钢轨。横列式轧机轧制钢轨技术的发展是以轧制钢轨的孔型的变化为依据的，从最初的单个的平轧轨形孔，到立轧帽形孔和平轧轨形孔结合轧制，再到平轧轨形孔与斜轧轨形孔结合轧制，到平轧轨形孔与半万能轧制配合，到箱型孔与平轧轨形孔配合，到箱型孔、帽形孔与平轧轨形孔配合，最后到箱型孔、帽形孔、斜轧轨形孔和平轧轨形孔配合轧制，其是随着对钢轨的精度和性能的要求而做出的改进。

（2）万能轧机轧制技术

万能轧机轧制技术是指在轧制过程中采用万能轧机的技术，万能轧机是由上、下两个水平辊以及左右两个立辊构成的四辊轧机，其轧制精度高。

根据轧制过程中所采用的万能轧机的数目，分为1机架万能轧机、2机架万能轧机、3机架万能轧机和4机架万能轧机。万能轧机轧制钢轨最早出现在1900年，最早出现的万能轧机轧制为1机架万能轧机，随后在1925年出现了2机架万能轧机，到了1965年出现了4机架万能轧机轧制钢轨，随后1969年出现了采用3机架万能轧机轧制钢轨的技术。

1机架万能轧机轧机钢轨的技术，在1900年，首次出现的关于万能轧机轧制钢轨的申请，是由美国人SEAMAN JOSEPH S申请的。该万能轧制生产线由多个横列式轧机和1个万能轧机组成，轧制工艺为：开机后采用横列式轧机的箱型孔开坯，然后采用帽形孔轧制，随后采用平轧轨形孔轧制，最后终轧道次采用万能轧机轧制。万能轧机中两个立辊与钢轨的轨腰和轨头与轨底的侧面相配合，轨头的端面采用与轨头相配合的水平辊轧制，轨底的端面采用水平的平辊轧制。2架万能轧机分别用于开坯和精轧，开坯和精轧是两个独立的轧制过程。在1984年申请了万能轧制生产线，随后的申请均围绕万能轧制生产线进行。3机架万能轧制技术主要是在轧制过程中采用3架万能轧机，3架万能轧机轧制时终道次由最初的半万能轧机到后来的终道次采用万能轧机。4机架万能轧制技术是指在轧制钢轨的过程中采用4个万能轧机，其轧制工艺与3机架万能轧机轧制技术基本相同。

二、结语

从国外钢轨轧制技术的专利技术发展来看，该技术领域的技术已经趋于成熟，国内该技术领域的发展起步较晚，技术水平较低，对于国内的申请人来说，想要绕开国外公司的专利壁垒，开辟新的途径较为困难。由于国外的相应技术发展已经非常成熟，因此，国内申请人一方面应当多借鉴国外的各种先进技术，另一方面应在国外技术的基础上加强自主研发，设计出更合理的钢轨孔型以及轧制生产线，设计出适合高性能钢轨的轧制装置，同时提高装置的自动化程度，提高生产效率和轧制精度。
作者简介：
高聪娟1987.01女 汉族籍贯：甘肃定西硕士研究生学历 助理研究员金属压力加工方向  邮编：215000