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人民3型蒸汽机车在运用初期被用于牵引轻载旅客列车和货运列车。尽管人民3型蒸汽机车牵引力较大,但由于重量大,机动性反而逊于人民1型蒸汽机车;此外,安装在煤水车上的给水加热器也时常出现故障,并且由于导轮的简化结构,导致脱轨频发。因此,随着人民4型蒸汽机车的投入运用,许多人民3型蒸汽机车转为调车作业。
根据新提瓦特国有铁道于1947年1月1日的统计,人民3型蒸汽机车在役数量为153台,分布于璃月、须弥、层岩等机务段;2台机车因事故报废除籍。
随着国有铁道于20世纪70年代开始推广内燃机车,人民3型蒸汽机车在役数量逐年递减。至1980年3月底,仅有42台人民3型蒸汽机车在役。人民3型蒸汽机车最后运行于层岩矿铁线,而最后运用的C5-0123号机车,于2014年8月退役。
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