При какой температуре плавятся рельсы

Из какой стали делают рельсы

Первые рельсы из чугуна появились в середине XVIII века, по ним перемещались грузовые вагоны на гужевой тяге. Постепенно чугунные рельсы заменялись стальными. Долгий эволюционный путь привёл к появлению технологий, позволяющих изготавливать прочные виды современной рельсовой стали. По железнодорожным магистралям теперь мчатся высокоскоростные пассажирские и тяжеловесные грузовые поезда. И в связи с большими нагрузками, оказываемыми на рельсы подвижным составом, возникают новые виды износа и дефектов, такие как проявление контактной усталости качения и тонкие внутренние трещины. Эти проблемы поставили задачу создания новых марок рельсовой стали, обладающих повышенной сопротивляемостью к износу.

Мартеновский процесс был основной технологией выплавки стали до семидесятых годов, в том числе для производства марок стали для ж/д рельсов. Но ему на смену пришла новая технология получения стальных заготовок. Они формируются в результате непрерывного литья блюмы и не имеют свойственных слиткам недостатков, таких как наличие неметаллических включений, газовых полостей и усадочных пустот. А в рельсах такие производственные дефекты проявляются в виде вертикальных трещин в головке, сеток мелких трещин и усадочных раковин.

В настоящее время рельсы изготавливаются на прокатных станах с использованием технологий, позволяющих эффективно уменьшать содержание неметаллических включений. Применяемое вакуумирование даёт возможность регулировать количество углерода, водорода и кислорода. Эта технология позволяет снизить уровень водорода до предельно допустимых величин и практически исключить образование флокенов, приводящих к понижению несущей способности рельсов.

Те, кого интересует, какая сталь используется для изготовления рельсов в настоящее время, должны знать, что сегодня выпускаются марки стали, позволяющие производить термическую обработку при изготовлении рельсов, существенно повышающую их качественные характеристики.

Типы стали для рельс

На вопрос, из какой стали сделаны рельсы, ответ один: их производят из углеродистой стали. Но качественные характеристики различаются по химическому составу, микро- и макроструктуре. Выбор марки стали для рельсов зависит от их предназначения: для эксплуатации на железных дорогах, под подъёмными кранами, в рудниках и т. д.

Если говорить о том, из какой стали делают рельсы железнодорожные, то в данном случае учитывают условия их эксплуатации. В зависимости от этого используются рельсы с различным классом твёрдости: высоким, повышенным и обычным. Для их изготовления применяются, соответственно, базовые марки стали – 100, 90 и 76. Рельсовая сталь марки 100 имеет самую высокую твёрдость.

Существуют определённые требования к массовой доле элементов, входящих в состав марки рельсовой стали:

Источник

Рельсовая сталь

Современный железнодорожный транспорт не похож на тот, что был 100 лет назад. Скорость поездов с того времени увеличилась почти в 5 раз, а грузоподъемность в 8-10. Такие количественные изменения не могли не затронуть и рельсы, по которым перемещается локомотив. Их износостойкость, прочность и твердость также достигли нового уровня своих значений. В нынешнее время рельсовая сталь обладает целом рядом функциональных особенностей.

Химический состав

Рельсовые марки стали подразделяются на 2 группы в зависимости от вида применяемых раскислителей:

Химический состав рельсы полностью регулируется государственным стандартом ГОСТ Р 554 97- 2013. Согласно ему, помимо основного компонента железа, сплав должен включать в себя следующий набор элементов:

В зависимости от содержания серы и фосфора рельсовые стали подразделяются 2 сорта. Первый сорт имеет в своем составе меньший процент данных вредных примесей. Он более предпочтителен и применяется на более ответственных участках железнодорожного пути.

Механические свойства

Рельсовые марки стали отличаются повышенной стойкостью к циклическим нагрузкам. Их предел прочности в зависимости от марки колеблется в пределах от 800 до 1000 МПа. Деформироваться рельсовая сталь начинает в промежутке от 600 до 810 МПа. Опять же, это зависит от того соотношения легирующих элементов в составе стального сплава.

Сталь хорошо справляется с ударной нагрузкой. Значение ударной вязкости составляет 2,5 кг/см2. Твердость сплава находится в прямой зависимости от качества проведения термической обработки. Объемная закалка способно увеличить данный параметр до 60 единиц по шкале Роквелла.

Рельсовая марка обладает умеренной пластичностью. Относительное сужение для нее равняется 25%, что позволяет прокатывать рельсы горячим способом. Предварительно нагрев их до температуры 900-1000 ºC.

Применение и марки рельсовой стали

Как уже было сказано ранее, основное назначение данного металла — это изготовление рельс железнодорожного пути. Ниже приведен список тех марок, которые наиболее активно применяются для этой цели:

Рельсовая марка стали сегодня является одним из ключевых материалов, применяемых при изготовлении железнодорожного полотна. Это стало благодаря оптимальным значениям механических характеристик и, что не менее важно, низкой стоимостью такого рода рельс. Но до сих пор, процесс по поиску оптимального химического состава стали данной группы продолжается. Кто знает какие решения будут приняты через год, и как они повлияют на долговечность железнодорожных путей.

Источник

[Статья] Рельсовая сталь и маркировка рельсов

Материалом для рельсов служит рельсовая сталь. Рельсы изготавливаются двух групп: I группа — из спокойной мартеновской стали, раскисленной в ковше комплексными раскислителя-ми без применения алюминия или других раскислителей, образующих в стали вредные строчечные неметаллические включения; II группа — из спокойной мартеновской стали, раскисленной алюминием или марганец-алю-миниевым сплавом.

Качество стали определяется ее химическим составом (табл. 1.2).

С повышением в стали углерода С повышается общая прочность рельсов при изгибе, твердость и износостойкость. Марганец Mn увеличивает твердость, износостойкость и вязкость рельсовой стали, а кремний Si — твердость и износостойкость. Фосфор Р и сера S — вредные примеси. При низких температурах рельсы с большим содержанием фосфора становятся хрупкими, а серы — красноломкими (при прокате рельсов образуются трещины). Ванадий, титан и цирконий — микролегирующие и модифицирующие добавки, улучшающие структуру и качество стали.

Макроструктура современной углеродистой рельсовой стали представляет пластинчатый перлит с небольшими прожилками феррита на границах перлитных зерен. Значительная твердость, сопротивление износу и вязкость углеродистых сталей достигаются приданием им однородной сорбитной структуры (с помощью специальной термической обработки).

Механические свойства стали для рельсов I и II групп при испытаниях на растяжение должны соответствовать данным, приведенным в табл. 1.3.

Эти данные соответствуют рельсам, изготовленным из мартеновской стали, не закаленным по всей длине.

Сталь для рельсов должна иметь чистое, однородное, плотное мелкозернистое строение (макроструктуру).

Технология изготовления рельсов должна гарантировать отсутствие в них флокенов, а также местных неметаллических включений (глинозема, карбидов и нитридов титана или глинозема, сцементированного силикатами), вытянутыми вдоль направления проката в виде дорожек — строчек.

Поверхность головки рельса на его концах подвергается закалке с прокатного или индукционного нагрева токами высокой частоты.

Для обеспечения большей износостойкости и долговечности рельсы изготавливают из мартеновской высокоуглеродистой стали (типы Р75, Р65, Р50), подвергая их герметической обработке по всей длине путем объемной закалки в масле с последующим печным отпуском (ГОСТ 18267—82). Макроструктура закаленного металла головки рельса представляет собой сорбит закалки. Твердость по Бринеллю на поверхности катания головки закаленных рельсов должна быть в пределах 341—388 НВ, шейки и подошвы — не более 388 НВ.

Механические свойства объемноза-каленных рельсов должны характеризоваться величинами не менее указанных ниже:

Временное сопротивление на разрыв, кПа. 12 МО5

Предел текучести, кПа. 8,1 • 10e5

Ударная вязкость при 20 С, кгм/см2 2,5

Рельсы, полностью удовлетворяющие техническим требованиям и стандартам, относятся к 1-му сорту. Рельсы, имеющие отклонения в химическом составе и механических свойствах, относятся ко 2-му сорту.

Объемнозакаленные рельсы имеют срок службы в 1,3—1,5 раза выше, чем обычные.

Условия эксплуатации рельсов на дорогах Сибири и Дальнего Востока почти вдвое тяжелее, чем в Европейской части России. Поэтому в настоящее время созданы рельсы низкотемпературной надежности Р65, объемнозакаленные I группы, изготовляемые из ванадий-ниобий-боросодержащей стали с использованием для легирования азотированных ферросплавов. Для этих рельсов используется электросталь, варка которой производится в дуговых печах.

При температуре минус 60 °С рельсы из электростали выдерживают ударные нагрузки вдвое большие, чем рельсы из мартеновской стали.

В настоящее время российские рельсы — одни из лучших в мире. Однако японские, французские, шведские и канадские рельсы имеют значительно более низкий уровень собственных напряжений и большую чистоту рельсовой стали, а также прямолинейность. Именно поэтому сейчас началась их закупка для участков скоростного движения российских железных дорог.

Маркировка, сроки службы рельсов и мероприятия по их продлению

Маркировка рельсов производится для правильной укладки их в путь и для определения места и времени изготовления каждого отдельного рельса. Она подразделяется на основную (постоянную), выполняемую во время прокатки клеймением в горячем и холодном состоянии (рис. 1.2) и дополнительную или временную, выполненную краской. Основная заводская маркировка указывает соответствие рельсов

требованиям стандартов, а дополнительная отмечает особенности каждого рельса (укорочение, сорт и т. д.).

Завод, изготовляющий рельсы, гарантирует исправную службу рельсов в пути в течение срока наработки, исчисляемого в миллионах тонн брутто пропущенного тоннажа Т. Рельсы изымаются с пути или по износу головки или по дефектности. Как правило, вертикальный износ головки не достигает предельных значений при норме наработки Т, при которой производят сплошную смену рельсов из-за их предельного выхода по одиночным дефектам.

В настоящее время принята классификация дефектов рельсов, приведенная в табл. 1.4.

Интенсивность одиночного выхода рельсов зависит от их наработки (пропущенного по ним тоннажа), конструкции пути, нагрузок на рельсы от колесных пар обращающегося подвижного состава, плана и профиля пути, типа рельсов, качества стали и других факторов. На рис. 1.3 приведены осредненные для сети бывшего СССР кривые нарастания одиночного изъятия нетермообработанных рельсов на прямых и пологих кривых в зависимости от пропущенного тоннажа при звеньевом пути на деревянных шпалах.

Объемнозакаленные рельсы имеют значительно меньший выход, что видно, например, на графике рис. 1.4 для линии С.-Петербург — Москва.

Наибольшее одиночное изъятие дефектных рельсов производится из-за недостаточной контактно-усталостной прочности металла, из-за чрезмерного бокового износа головки в кривых и из-за коррозии подошвы рельса и кор-розионно-усталостных трещин (дефекты 44, 17, 21, 14, 11, 69 — см. табл. 1.4).

Продление сроков службы рельсов в настоящее время производится путем применения ресурсосберегающих технологий, в частности, хорошим средством восстановления служебных свойств рельсов является их периодическая шлифовка в пути или острожка старогодных рельсов на рельсосварочных предприятиях. Для шлифовки рельсов применяются рельсошлифовальные механизмы и рельсошлифовальные поезда с абразивными кругами.

Повышение качества рельсов ведется по трем основным направлениям: повышение чистоты рельсовой стали; повышение твердости рельсового металла и улучшение его структуры; повышение прямолинейности рельсов при изготовлении. Разрабатывается также рельс Р65ш, который будет иметь запас в высоте головки (6. 7 мм) на последующую шлифовку.

Источник