軌道交通是公共交通的重要組成部分之一。鋼軌作為軌道結構中最重要的組成部件，直接承受了列車車輪和其他方面的載荷，并傳遞給軌下基礎部件，為車輪提供連續、平順和阻力最小的滾動表面，確保機車車輛順利行進，而其優良的物理特性與它的外形、材料、生產工藝等都息息相關。

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鋼軌自1767年發明至今，已經歷了230余年，隨著鐵路技術的發展，鋼軌的斷面也經歷從平板形到T形又到U形的過程，直到1864年才最后固定為工字形。鋼軌由軌頭、軌腰和軌底組成，工字型的鋼軌其頂面在寬度和厚度上達到一定的規格后，能保持穩固結實的狀態；為了兼顧鋼軌的穩定性，鋼軌底面的寬度也要達到一定的規格，增大受力面積；另外，車輪在結構上要和鋼軌吻合，車輪上帶有輪緣，故鋼軌的高度必須足夠高才能容得下輪緣。因此，工字形斷面被界內認定為最好的鋼軌斷面結構，尤其從材料力學角度上來看，工字形鋼軌在強度上的表現最佳，因能展現出鋼材最優利用率而被一直沿用至今。

鋼軌的主要成分是鐵，此外還有碳、錳、硅、磷、硫等元素。其中碳是鐵以外含量最多的元素，碳元素決定了鋼軌的強度、硬度和耐磨性，不過碳的含量不宜過多，否則會增大材質脆性，也會造成其他缺陷。錳元素決定了鋼軌的強度和韌性，也能削弱硫的副作用。硅元素能夠消除鋼液中的氧與氣泡，從而增加鋼的密度。但磷元素和硫元素都會對鋼軌起到不利作用，前者會使鋼軌具有冷脆性，后者會使鋼軌具有熱脆性，兩種元素都應盡量除去。

通常軌道上的鋼軌長度為12.5米或50米，但鋼軌之間并非都是無縫連接。中間用夾板和聯結零件進行連接的線路會留有縫隙，這種縫隙叫接頭軌縫。接頭軌縫是為了避免鋼軌在受熱膨脹伸展而發生相互擠壓，從而會使鐵軌扭曲上拱的現象，使得機車車輛無法正常行駛。另外，我們在坐火車時聽到“哐當哐當”的聲音，就是火車車輪壓過軌縫時產生的。

相比其他交通工具，軌道交通工具的優勢較為明顯，不僅裝載量大，而且運輸距離遠、運輸成本低、受氣候影響小，如今也已成為了一種主要的交通運輸方式。

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鐵路鋼軌中的科學

圖文簡介

鋼軌作為軌道結構中最重要的組成部件，直接承受了列車車輪和其他方面的載荷，并傳遞給軌下基礎部件，為車輪提供連續、平順和阻力最小的滾動表面，確保機車車輛順利行進。