Рельсовые и мостовые стали. Рельсы железнодорожные

В последнее время активно ведутся работы по модернизации железнодорожных путей. Устаревшие рельсы и шпалы заменяются новыми элементами, отвечающие международным стандартам.

Большой ассортимент железнодорожных рельс представлен на сайте www.rails.com.ua/relsy.html. Вся продукция имеет заключения о качестве, сертификаты и паспорта.

Области применения

Железнодорожные пути необходимы не только для сообщения между населенными пунктами. Часто их прокладывают на промышленных предприятиях для осуществления подъезда для погрузки или разгрузки. По рельсам передвигается тяжелая строительная техника, например, краны и погрузчики.

Все компоненты железнодорожного полотна имеют специальную маркировку, по которой можно понять, где будут использоваться данные рельсы. Существуют такие варианты использования рельс:

• прокладка узкоколейных путей для железнодорожного транспорта, для перевозки грузов в шахтах или карьерах, на различных промышленных объектах;
• укладка железнодорожного полотна с широкой колеёй на крупных заводах и других предприятиях;
• обустройство метрополитенов;
• проведение путей для железнодорожного транспорта.

Классификация и изготовление рельс

Рельсы, при помощи которых происходит перемещение локомотива с вагонами, маркируются латинской буквой «Р». Затем идут несколько цифр. Это обозначение веса одного метра данной рельсы. По этому показателю можно судить о нагрузке, которую выдержит железнодорожный путь при эксплуатации.

Все рельсы для железнодорожных путей изготавливают из мартеновской стали. Для увеличения прочности используются различные добавки и методы обработки:

• спокойную сталь из мартеновской печи раскисляют специальными добавками, в этот комплекс не включен алюминий. Изготовленные из этого сплава рельсы маркируют голубым цветом;
• с белой маркировкой выпускаются рельсы из марганец-алюминиевого сплава. Его получают путем раскисливания мартеновской стали алюминием;
• высокоуглеродистую сталь дополнительно подвергают термической закалке в масле, такие рельсы отличаются особой прочностью.

Самыми прочными рельсами являются те, которые служат для кладки железнодорожных путей для скоростных поездов и для передвижения грузовых составов. Как правило, они изготавливаются из мартеновской и конверторной стали.

Там, где на пути осуществляется меньшая нагрузка, применяется углеродистая сталь.

(Взамен ГОСТ 7174-75, 8161-75 ,ГОСТ 16210-77,ГОСТ 18267-82)

Дата введения 01.07.2001

Область применения

Настоящий стандарт распространяется на железнодорожные рельсы Р50, Р65, Р75 предназначенные для звеньевого и бесстыкового пути железных дорог и для производства стрелочных переводов. Обязательные требования к качеству рельсов, обеспечивающие безопасность движения, изложены в разделах 5-8 настоящего стандарта.

Классификация рельс

4.1. Рельсы подразделяют: по типам:

• Р65К (для наружных нитей кривых участков пути),

• В - рельсы термоупрочненные высшего качества,
• Т1, Т2 - рельсы термоупрочненные,
• Н - рельсы нетермоупрочненные;

по наличию болтовых отверстий:

• с отверстиями на обоих концах,
• без отверстий;

по способу выплавки стали:

• М - из мартеновской стали,
• К - из конвертерной стали,
• Э - из электростали;

по виду исходных заготовок:

• из слитков,
• из непрерывно-литых заготовок (НЛЗ);

по способу противофлокенной обработки:

• из вакуумированной стали,
• прошедшие контролируемое охлаждение,
• прошедшие изотермическую выдержку.

Конструкция и размеры

5.1. Форма и основные (контролируемые) размеры поперечного сечения рельсов должны соответствовать приведенным на рисунке 1 и в таблице 1. Допускаемые отклонения контролируемых размеров и формы поперечного сечения рельсов должны соответствовать значениям, указанным в таблице 2.

Рисунок 1 - Основные размеры поперечного сечения рельса

Таблица 1
В миллиметрах

Таблица 2
В миллиметрах

5.2. Расположение, количество и диаметр болтовых отверстий в шейке на концах рельсов должны соответствовать приведенным на рисунке 2 и в таблице 3. По согласованию сторон рельсы могут быть изготовлены с другим расположением, количеством и диаметром болтовых отверстий.

Рисунок 2 - Расположение болтовых отверстий

Таблица 3
Размеры в миллиметрах

Современные рельсы можно изготавливать из разных материалов. Однако они должны быть очень прочными и качественными, ведь на них ежедневно воздействует огромная нагрузка.

Купить детали для железной дороги можно на сайте http://rails.com.ua, ведь там предоставлены варианты, которые соответствуют всем правилам и требованиям.

Но из чего же делают рельсы?

Основные материалы для изготовления рельс

Конечно, дать однозначный ответ на этот вопрос просто невозможно. Дело в том, что рельсы могут выполнять разные функции, поэтому для их изготовления нужно пользоваться соответственными материалами.

Железнодорожные изделия можно назвать наиболее распространенными, ведь потребность в них растет ежедневно. Делают такие рельсы из конверторной стали.

В некоторых случаях можно пользоваться мартеновским материалом. Перед тем, как сделать окончательный выбор, стоит определиться с особенностями местности.

Крановые рельсы тоже требуют соблюдения определенных технологий. Такие изделия изготавливают из высокоуглеродистых сплавов.

Сами крановые рельсы получаются очень прочными и надежными. Именно поэтому они выдерживают огромные нагрузки, которые на них воздействуют.

Последняя разновидность – это контактные рельсы. Этими изделиями пользуются в том случае, когда необходимо снять ток.

Вы сможете увидеть контактные рельсы в метро. Они изготовлены из мягкой стали, так как на них не воздействуют слишком большие нагрузки.

Это основные материалы, которые используются для изготовления разных рельс. На выбор напрямую зависит уровень нагрузки и особенности местности, где они будут установлены.

Преимущества железнодорожных рельс

С основными видами и материалами вы разобрались. А теперь стоит упомянуть о преимуществах железнодорожных рельс:

• благодаря качественным изделиям можно обеспечить безопасность пассажирам и машинистам;
• железнодорожные рельсы дают возможность транспортному средству быстро попасть в точку назначения;
• изделия способны выдержать огромную нагрузку, которая воздействует на них каждый день;
• давление колес поезда распространяется на составные части путей.

Это основные моменты, которые касаются использования и изготовления разнообразных видов рельс. Без таких изделий просто невозможно обойтись, ведь железная дорога дает возможность быстро попасть в место назначения, не сталкиваясь с особыми проблемами.

До середины 1990-х годов железные дороги США покупали улучшенные рельсы с закаленной головкой у зарубежных поставщиков, которые тогда были единственными изготовителями этой продукции. Однако с 1994 г., когда выпуск рельсов из высококачественной стали освоила компания Pennsylvania Steel Technologies (PST) на перестроенном заводе в Стилтоне, модернизация которого обошлась в 40 млн. дол., ситуация начала меняться. Примеру PST в 1996 г. последовала компания CF&I Steel на реконструированном заводе в Пуэбло.

Сначала она стала изготавливать рельсы с объемнозакаленной головкой типа DHH 370 (цифра обозначает твердость стали в единицах по Бринеллю), а в 1997 г. перешла на рельсы типа DHH 390. Повышение качества рельсовой стали с доведением ее твердости до 390 ед. по Бринеллю достигнуто благодаря сотрудничеству с японской компанией Nippon Steel, позволившему использовать технологию этой компании, являющейся крупнейшим в мире изготовителем рельсов. Согласно техническим требованиям Американской инженерной железнодорожной ассоциации (AREA), твердость рельсов должна быть не ниже 341 ед. по Бринеллю, так что CF&I превысила этот показатель на 14 %. Еще одним изготовителем улучшенных рельсов в США в ближайшем будущем может стать компания Stafford Rail Steel. В настоящее время железные дороги Северной Америки считают выпускаемую в США рельсовую сталь самой лучшей.

Иностранные компании продолжают выпускать рельсы высокого качества, которые отличаются от изготовляемых в США в основном содержанием серы. В Северной Америке в рельсовой стали допускается существенно большее содержание серы, поскольку, как полагают, она снижает вероятность образования водородных флокенов. За рубежом, в частности в Японии, стремятся уменьшить содержание серы, так как считают, что она с течением времени способствует образованию вертикальных усталостных трещин в головке и ускоряет волнообразный износ вследствие возникновения разрывов между включениями серы. Содержание серы в рельсовой стали представляет предмет ведущейся до настоящего времени дискуссии. Сторонники большего содержания серы утверждают, что ее недостаток может повысить риск водородного охрупчивания, если не контролировать содержание водорода в стали. Сторонники меньшего считают, что внедрение новых технологий, таких, как индукционное перемешивание и вакуумная дегазация, устраняет необходимость в присутствии серы. В любом случае в Северной Америке, по мнению специалистов-металлургов, положение в области рельсовой стали можно считать беспрецедентно благоприятным.

Однако в то время как сталь твердостью 350- 400 ед. по Бринеллю удовлетворяет требованиям современных железных дорог с точки зрения использования для изготовления рельсов, укладываемых на перегонных и станционных путях, для особых мест пути, таких, как стрелочные переводы и глухие пересечения, требования иные. Так, для крестовин нужна рельсовая сталь твердостью 450- 500 ед. по Бринеллю.

В настоящее время преобладает мнение, что перлитная рельсовая сталь для работы при больших осевых нагрузках, по всей видимости, не подходит. Даже если ее твердость удастся повысить до требуемой величины, перлитная микроструктура может обеспечить доведение показателя по Роквеллу только до С-40, так как далее возрастает риск разрушения. Показатель от С-40 до С-45 по Роквеллу может дать проблематичная смесь перлитной и бейнитной структур. В зоне С-45- С-50 желательный результат возможен при преимущественно бейнитной структуре(таб.3.1). Бейнит гораздо тверже перлита и обеспечивает лучшую сопротивляемость износу.

Таблица 3.1 - Химический состав рельсов в Америке

Институт штата Орегон совместно с AAR провел исследования, показавшие наличие двух подходов к получению бейнитной микроструктуры. Один из них предполагает изотермическую обработку обычной углеродистой рельсовой стали до твердости порядка С-45- С-50 по Роквеллу. При другом подходе используется углеродистая сталь с пониженным количеством углерода, повышенным кремния, хрома, марганца, средним молибдена и небольшим содержанием бора. После закалки в воде низкоуглеродистая сталь становится весьма прочной и относительно вязкой. Исследования подтвердили многообещающие качества бейнитных сталей, причем последние достижения в технологии изготовления сделали их выпуск коммерчески целесообразным. При предварительных испытаниях рельсов из бейнитной и из улучшенной стали с закаленной головкой оказалось, что бейнитная сталь с низким содержанием углерода лучше поддается сварке. При испытаниях непосредственно в рельсовой колее бейнитная сталь также показала лучшие результаты, чем улучшенная.

Высокая прочность бейнитной стали обеспечивает ее хорошую сопротивляемость выкрашиванию и отслаиванию, а также гораздо лучшие усталостные характеристики. Поскольку такая сталь дороже, на будущее запланировано улучшить экономические показатели. Еще более благоприятными станут физические характеристики рельсовых сталей следующего поколения. Провели сравнительные испытания новой бейнитной стали марки J9 и аустенитной марганцовистой стали (AMS) в лабораторных условиях на свариваемость, износ и деформацию. Результаты этих испытаний оказались успешными. Проведенные примерно в то же время испытания на моделях в университете штата Иллинойс позволили сравнить указанные стали в условиях контакта при качении колеса по рельсу. Полученные результаты подтвердили явное преимущество стали J9 по сроку службы перед сталью AMS.

Сталь с содержанием углерода 0,5 – 1,10% после термической обработки имеет высокую прочность, высокую твердость и износостойкость. Эти ее качества используются при производстве изделий для железнодорожного транспорта и деталей подвижного состава, металлокорда, подшипников и других изделий. Сталь с высоким содержанием углерода производят как в кислородных конвертерах, так и в дуговых сталеплавильных печах. Технология выплавки такой стали имеет некоторые отличия от технологии получения металла с более низким содержанием углерода.

Рельсовую сталь , содержащую 0,60 – 0,80% С, и аналогичную ей по составу кордовую выплавляют в кислородных конвертерах и дуговых сталеплавильных печах. Наиболее сложной задачей при производстве этих марок стали является получение низкого содержания фосфора в металле при прекращении продувки на марочном содержании углерода.

В кислородных конвертерах верхнего и комбинированного дутья дефос-форация начинается с первых минут продувки. Однако, при содержании углерода около 0,6 – 0,9% содержание фосфора в металле стабилизируется или даже несколько увеличивается. Дальнейшее понижение концентрации фосфора наблюдается при значительно более низком содержании углерода. Поэтому при высоком содержании фосфора в чугуне и прекращении продувки на марочном содержании углерода концентрация фосфора в металле обычно выше требуемого содержания его в стали.

Для получения требуемого содержания фосфора в высокоуглеродистой стали, которую выплавляют с прекращением продувки на марочном содержании углерода, используют обновление шлака. При этом понижается производительность сталеплавильных агрегатов, увеличиваются расходы шлакообразующих и чугуна.

На разных заводах повалку конвертера для слива шлака проводят при содержании углерода 1,2 – 2,5%. При содержании фосфора в чугуне 0,20 – 0,30% шлак обновляют дважды при содержании углерода 2,5 – 3,0% и 1,3 – 1,5%. После скачивания шлака в конвертер присаживают свежеобожженую известь. Содержание FeO в шлаке поддерживают в пределах 12 – 18%, изменяя уровень фурмы над ванной. Для разжижения шлака по ходу продувки присаживают плавиковый шпат в количестве 5 – 10% от массы извести. Эти мероприятия позволяют к моменту окончания продувки до марочного содержания углерода в стали получить концентрацию фосфора не более 0,010 – 0,020%.

Во время выпуска металл раскисляют в ковше ферросилицием и алюминием. При этом обязательной операцией является отсечка конвертерного шлака. Попадание его в ковш приводит к рефосфорации металла при раскислении и, особенно, при внепечной обработке под восстановительным шлаком для десульфурации.

Продувка металла в конвертере до низкого содержания углерода позволяет провести глубокую его дефосфорацию. В связи с этим некоторое распространение получила технология выплавки в кислородных конвертерах рельсовой и кордовой стали, которая предусматривает окисление углерода до 0,03 – 0,07% и последующее науглероживанием металла в ковше нефтяным коксом, антрацитом и др. Использование такой технологии требует наличия чистых по вредным примесям и газам карбюризаторов. Это вызывает необходимость в специальной их подготовке, организация которой может создавать значительные трудности.

На некоторых предприятиях используется технология производства рельсовой и кордовой стали в кислородных конвертерах путем выплавки низкоуглеродистого металла и последующего науглероживания его жидким чугуном, который заливают в сталеразливочный ковш перед выпуском плавки из конвертера. Ее использование предполагает наличие чугуна достаточно чистого по содержанию фосфора. Для получения содержания углерода в стали в требуемых пределах окончательное науглероживание раскисленного металла проводят твердыми карбюризаторами в процессе вакуумной обработки.

В дуговых сталеплавильных печах рельсовую и кордовую сталь выплавляют по обычной технологии, применяя меры для интенсивного удаления фосфора из металла – присадки железной руды в завалку и в начале короткого окислительного периода с непрерывным сходом шлака и его обновлением присадками извести. При этом также обязательно используются мероприятия, направленные на предотвращение попадания печного шлака в сталеразливочный ковш.

Вследствие низкого содержания кислорода в высокоуглеродистой рельсовой стали высокая степень чистоты ее по оксидным включениям может быть получена и без применения таких относительно сложных видов внепечной обработки, как вакуумирование или обработка на УКП. Обычно для этого достаточно продувки металла в ковше инертным газом. При этом, чтобы избежать вторичного окисления металла, ковшевой шлак должен содержать минимальное количество оксидов железа и марганца.

С этой целью при выплавке рельсовой стали в дуговых сталеплавильных печах, конструкция которых не предусматривает эркерного выпуска металла, рекомендуется проводить сокращенный восстановительный период плавки. Для этого после получения требуемого содержания фосфора в металле шлак окислительного периода плавки из печи сливают. Проводят предварительное раскисление стали кремнием и марганцем, которые вводят в печь в виде ферросилиция и ферромарганца или силикомарганца. Затем наводят в печи новый шлак, который перед выпуском плавки раскисляют молотым коксом или электродным боем и гранулированным алюминием. Возможно также использование с этой целью порошкового ферросилиция. Окончательное раскисление стали кремнием и алюминием производят в ковше во время выпуска. После выпуска в ковш металл продувают инертным газом для гомогенизации и, главным образом, для удаления скоплений А12О3. При эксплуатации рельсов скопления А1 2 О 3 вызывают возникновение расслоений в рабочей части головки рельса. Следствием расслоения может быть полное отделение отслоенных пластинок на головке рельса и преждевременный выход его из строя.