Верхнее строение пути состоит из рельсов, скреплений, рельсовых опор (чаще всего в виде шпал); балласта и дополнительных элементов в виде противоугонов, стяжек и других деталей. Кроме того, к верхнему строению относят стрелочные переводы, мостовое полотно и ряд специальных устройств, например путевые заграждения.

В любых климатических зонах и в любое время года конструкция верхнего строения пути должна быть прочной, устойчивой, стабильной, износостойкой, экономичной, обеспечивающей безопасное и плавное движение поездов с большими скоростями.

Рельсы — самый дорогой и самый ответственный элемент верхнего строения пути. К рельсам предъявляют много требований. Чтобы колеса подвижного состава имели меньшее сопротивление движению, нужно, чтобы рельсы были гладкими. С другой стороны, для того чтобы локомотив мог реализовать максимальную силу тяги, желательно увеличить сцепление его колес с рельсами, т. е. рельсы должны иметь шероховатую поверхность. В связи с этим в необходимых случаях под колеса локомотива на рельсы подается песок из специальных устройств (песочниц).

Для меньшего износа рельсы нужно делать из твердой стали. Однако очень твердая сталь может быть хрупкой, что увеличивает опасность излома. Таким образом, рельсы должны быть и твердыми и вязкими. Это противоречие разрешается на основе рационального подбора химического состава стали и с помощью термической обработки. Рельс должен быть достаточно жестким, чтобы лучше сопротивляться изгибу под колесами. В то же время при большой жесткости рельса будут возрастать так называемые динамические силы от колес (т. е. силы в процессе движения). Это противоречие стараются разрешить за счет рационального подбора формы и размеров рельса.

Нельзя забывать, что рельсы — изделие массового производства, поэтому они должны быть достаточно дешевыми.

Форма современного рельса напоминает двутавровую балку, которая лучше других сопротивляется изгибу в вертикальной плоскости.

На русских железных дорогах первый стандарт на рельсы был принят в 1903 — 1907 гг. Было утверждено четыре типа: 1-а, 2-а, 3-а и 4-а с массой соответственно 43,57; 38,42; 33,48; 30,89 кг в 1 м. В 1947 г. и последующих годах были утверждены новые стандарты, устанавливающие следующие типы рельсов: Р43, Р50, Р65 и Р75 с массой соответственно 44,65; 51,67; 64,72; 74,41 кг в 1 м. Буква Р означает слово «рельс», а число указывает приблизительную массу 1 м рельса. В настоящее время рельсы типа Р43 прокатываются лишь для путей промышленного транспорта, а также по заявкам МПС для одиночной смены рельсов Р43, лежащих в пути, и для стрелочных переводов.

Поперечные профили современных стандартных рельсов (рис. 2.1) во многом отличаются от рельсов первых стандартов, принятых в начале нынешнего столетия.

Головка рельса очерчена по коробовой кривой (т. е. кривой переменной кривизны), в результате чего достигаются центральность в передаче усилий от колес и достаточная ширина их контактного следа. Радиус кривой в месте перехода от верха рельса к его боковой грани принят 15 мм, что близко к выкружке на колесе в месте начала гребня. Это затрудняет всползание колеса на рельс. Боковые грани головки наклонены (1:20), что уширяет головку снизу и увеличивает опорную площадь под накладки. Шейка рельса очерчена по кривой переменного радиуса с тем, чтобы сделать утолщение при переходе к головке и подошве. Подошва сделана более мощной по сравнению с рельсами старых стандартов, чтобы исключить опасность ее излома при изгибе.

Следует подчеркнуть, что ширина подошвы и высота пазухи¹ сделаны одинаковыми для рельсов типов Р65 и Р75. Это очень удобно при ведении путевого хозяйства, так как дает возможность применять промежуточные и стыковые скрепления одни и те же для обоих типов рельсов.

Качество рельсов имеет очень большое значение в обеспечении длительных сроков их службы и безопасности движения поездов. Министерство путей сообщения поставило перед металлургами задачу — выпускать такие рельсы, чтобы они до замены могли пропустить груз массой 1200 — 1500 млн. т брутто в прямых и 500 млн. т брутто в кривых малых радиусов (600 м и менее).

На металлургических комбинатах, где прокатывают рельсы, сталь варят либо в мартеновских печах (несколько часов), либо в конвертерах (15-18 мин) кислородно-конвертерным способом. Сталь разливают в изложницы. После остывания образуются слитки. Их разогревают и подают на блюминги, где происходит их предварительное обжатие. Полученная заготовка далее поступает в прокатные станы. Постепенно стальная полоса пропускается через «ручьи» стана и получает профиль рельса.

Мартеновская сталь лучше конвертерной потому, что длительный процесс варки стали позволяет лучше регулировать ее состав, в ней меньше фосфора и серы, меньше вредных примесей.

Рельсы из стали, изготовленной кислородно-конвертерным способом, содержат больший процент фосфора и серы и, следовательно, обладают большей хладно- и красноломкостью (т. е. соответственно опасностью излома при низких и высоких температурах). По этой причине на магистральных линиях рельсы, изготовленные этим способом, вновь не укладываются (применяются на подъездных путях промышленности).

Качество рельсов контролируют по химическому составу, микро- и макроструктуре металла, прочности, прямолинейности² и другим показателям (прочность обычно оценивается величиной временного сопротивления образца при его растяжении).

В состав рельсовой стали, помимо железа, входят следующие химические элементы: углерод³ (0,67 — 0,82%), марганец (0,75 — 1,05%), кремний (0,13 — 0,28%), фосфор (до 0,035%), сера (до 0,045%).

Углерод способствует повышению твердости, т. е. износостойкости, стали. Даже небольшое увеличение содержания углерода с 0,42 до 0,62% = приводит к росту износостойкости стали почти в 2 раза.

Марганец — очень полезная добавка, увеличивающая как износостойкость, так и ударную вязкость (т. е. обеспечивающая малую хрупкость). Кремний — добавка, повышающая твердость и, следовательно, износостойкость стали. Фосфор и сера — вредные добавки. Их наличие связано с тем, что они содержатся в природных железных рудах. В рельсах, которые выпускает ждановский металлургический комбинат «Азовсталь», на базе керченских руд содержится мышьяк (0,15%). Его присутствие в таких размерах не ухудшает сталь.

При производстве стали происходит частичное выгорание примесей из чугуна. Вместе с примесями горит и железо, превращаясь в закись, которая растворяется в жидком металле и может сделать его непригодным для дальнейшей обработки. Поэтому металл перед разливкой в изложницы приходится «раскислять», т. е. освобождать от закиси железа путем добавки в него особых раскислителей, в качестве которых используются Al, SiCa и др.

Раскислители, прореагировав с кислородом, образуют окислы, основная часть которых удаляется со шлаком. Остатки окислов раскислителей образуют неметаллические включения (например, глинозем), которые, раскатываясь вдоль направления проката, образуют дорожки или строчки. Эти включения отличаются высокой твердостью (на порядок выше основного материала), поэтому, попадая в зону максимальных напряжений, они являются очагами образования усталостных трещин.

Исследования последних лет показали, что исключение из раскислителей алюминия позволяет существенно уменьшить длину строчечных неметаллических включений. Поэтому с 1 июля 1981 г. на рельсы введен новый ГОСТ 24182 — 80, отличительная особенность которого заключается в том, что с этого времени новые рельсы делятся на 1 и 2 группы. Рельсы 1 группы изготавливают из мартеновской стали, раскисленной в ковше комплексными раскислителями без применения раскислителей, образующих в стали строчечные неметаллические включения. Наилучшими из них в настоящее время являются железованадийкремнекальциевые раскислители, которые применяет Кузнецкий металлургический комбинат. Возможно также использование кремнемагниетитановых раскислителей.

Рельсы 2 группы изготавливают из мартеровской стали, раскисленной алюминием или марганцевоалюминиевым сплавом.

Применение комплексных раскислителей для изготовления рельсов 1 группы позволяет уменьшить длину строчек неметаллических включений с 8 мм (во 2 группе) до 2 мм (в 1 группе). В связи с этим стойкость и надежность рельсов повышается примерно на 20 — 30%.

Для дальнейшего улучшения химического состава рельсовой стали проводились опыты по введению в нее легирующих добавок, например хрома, что привело к увеличению износостойкости рельсов, но не дало существенного эффекта против возникновения контактно-усталостных повреждений. Опыты со сталью, имеющей повышенный процент кремния (0,49 — 0,64%), показали, что волнообразный износ таких рельсов (см. подробнее в п. 2.3) становится меньше, чем у рельсов стандартного производства.

Если вырезать образец рельсовой стали, отшлифовать его, протравить раствором азотной кислоты в спирте, а затем рассмотреть этот «шлиф» через микроскоп, то будет видна его микроструктура. Она может быть различной: то равномерное или неравномерное распределение черных и белых пятнышек, то какое-то игольчатое строение и т. д. При этом различают структуры: аустенит, мартенсит, сорбит и т. д. Оказывается, что качество рельсов значительно возрастает после их закалки. Лучшими свойствами (износостойкостью и вязкостью) обладают структуры сорбит закалки и троостит закалки.

Многие годы велась опытная закалка рельсов только по концам, а затем по всей длине. Наибольшего успеха достигли на Нижнетагильском металлургическом комбинате, где применяется объемная закалка, т. е. закалка всего рельса (нагрев в печах, а затем охлаждение в масле). Сроки службы рельсов, закаленных таким образом, возросли почти в 1,5 раза по сравнению с незакаленными. Хорошие результаты получены на комбинате «Азовсталь», где применяется поверхностная закалка головки рельсов водовоздушной смесью после нагрева токами высокой частоты. Закалка рельсов с печного нагрева водой также применяется на Днепровском металлургическом комбинате имени Ф. Э. Дзержинского.

Проводятся исследования вариантов технологии создания особо прочных рельсов, в частности изготовления рельсов, у которых головка сделана более твердой, чем шейка и подошва (с помощью особого способа закалки). Твердость характеризуют единицами по Бринеллю. Так, если шейка и подошва будут иметь 331 388 единиц, то головка 450 единиц. Предусмотрены опыты по созданию термоупрочненных рельсов из заэвтектоидной стали (сталь, содержащая углерода более 0,82%), а также рельсов из биметалла, т. е. двухслойных из разных видов сталей.

Оценка качества рельсов проводится также по макроструктуре стали. Эту структуру можно видеть на «шлифе» рельса невооруженным глазом. К хорошей макроструктуре относят мелкозернистую структуру, в которой нет раковин, шлаковин, плен, волосовин, неметаллических включений. Особенно важно, чтобы сталь не имела флокенов (внутренних мелких пустот, возникающих в связи с выделением водорода при остывании стали).

Для улучшения условий эксплуатации пути МПС систематически увеличивает среднюю массу рельсов на сети железных дорог. Почему это выгодно, видно из следующих цифр. Например, рельсы типа Р65 тяжелее рельсов типа Р50 на 26,3%, а срок их службы на 43% больше. Укладка рельсов Р65 вместо Р50 дает экономию металла на 15%. Текущее содержание пути с рельсами Р65 обходится на 15 — 20% дешевле, чем с рельсами Р50, а с рельсами Р75 — на 20 — 25% дешевле, чем с рельсами Р65. Одиночное изъятие рельсов Р75 по дефектам на 30 — 40% меньше, чем рельсов Р65.

Долгие годы стандартная длина рельсов на наших железных дорогах составляла 12,5 м. Очевидно, чем больше длина рельсов, тем меньше стыков на каждом километре пути. Учитывая, что стык — сложное и напряженно работающее место в пути, уже давно стремились увеличить длину рельсов. В настоящее время стандартная длина рельсов 25 м. В пути укладывают рельсы длиной 25 м, как выпускаемые заводами, так и сваренные из рельсов длиной 12,5 м и другой длины.

Рельсы длиной 12,5 используют лишь в следующих случаях: в качестве инвентарных при укладке рельсо-шпальной решетки с железобетонными шпалами (с последующей заменой плетями бесстыкового пути), для стрелочных переводов и в качестве уравнительных рельсов на бесстыковом пути.

В кривых участках пути возникает необходимость в укороченных рельсах (см. п. 4.9

). В связи с этим специально изготавливают рельсы длиной 24,84 и 24,92 м при 25-метровых рельсах и 12,42 и 12,46 м при 12,5-метровых.

По концам каждого рельса имеются отверстия. В рельсах прежних стандартов (1а — 4а) отверстия делались овальной формы. Такая форма не слишком ослабляла шейку по высоте и позволяла рельсу изменять свою длину при изменении температуры.

У современных рельсов, имеющих большие размеры шейки, делают круглые отверстия: они проще в изготовлении и, имея диаметр больше диаметра болта, не затрудняют температурные изменения длины рельсов.

Для рельсов типов Р75 и Р65 ранее выпускались только четырехдырные накладки, а для рельсов типа Р50 — шестидырные. Поэтому на каждом конце рельсов Р75 и Р65 было по два отверстия, а у рельсов Р50 — по три. Однако для уравнительных рельсов, типов Р65 и Р75, укладываемых на бесстыковом пути по концам плетей, приняты усиленные накладки длиной 1000 мм с шестью болтами, поэтому в настоящее время в рельсах Р65 и Р75 просверливается по три отверстия на концах. Это улучшает температурную работу рельсов в стыках и способствует сохранению плавности кривых в плане.

Зная диаметр болтов и болтовых отверстий (см. рис. 2.1), можно подсчитать, чему равен наибольший конструктивный зазор между рельсами в стыках. Для рельсов Р50 он равен 21 мм, а для рельсов Р65 — 23 мм. Фактическую установку зазоров и контроль за их состоянием производят в соответствии с Инструкцией по текущему содержанию железнодорожного пути.

Для того чтобы снизить опасность возникновения трещин у болтового отверстия, на его кромках снимают фаску 1 — 2 мм под углом около 45°.

————————

¹ Пространство между головкой и подошвой, в котором размещается накладка.

² Создана магнитная аппаратура для поточного контроля кривизны рельсов.

³ В закаленных рельсах до 0,77%.

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

Рельсовая сталь - это группа сталей, которых объединяет общий способ применения. А именно, изготовление рельсовых путей сообщения для железнодорожного транспорта. В основе фазовой структуры сплава лежит мелко игольчатый перлит. Для выплавки металла используют либо конверторные, либо обычные дуговые сталеплавильные печи.

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

1. В 1-ую группу входит сталь, раскисленная ферромарганцем или ферросилицием.
2. Вторая - включает в себя раскислители на основе алюминия. Металл 2-ой группы является предпочтительней, т.к. содержит в себе меньший процент неметаллических включений.

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:

• Углерод (0,71-0,82%) является базовой составляющей любой стали. Главное назначение углерода - это увеличение механических характеристик стального сплава. Происходит это за счет связывания молекул железа частицами углерода, в результате чего образуются более крупные, твердые и одновременно прочные молекулы карбидов железа. К тому же углерод позволяет стали дополнительно упрочняться при воздействии на нее повышенной температуры. Таким образом, твердость и предел прочности рельс может быть увеличен еще на 100%.
• Марганец (0,25-1,05%) способствует улучшению механических свойств рельсы. Благодаря его добавлению в состав удается увеличить значение ударной вязкости в среднем на 20-30%. Твердость и износостойкость также повышаются. Но в отличие от углерода, изменение данных показателей происходит без ухудшения его пластичных свойств, что играет не мало важную роль для технологичности рельсовой стали
• Кремний (0,18-0,40%) удаляет остатки кислорода, улучшая тем самым внутреннюю кристаллическую структуру. Снижает вероятность риска образования ликвации - химической неоднородности сплава по своему химическому составу. Все это дает возможность увеличить долговечность железнодорожного пути в 1,3-1,5 раза.
• Ванадий (0,08-0,012%) ответственен за контактную прочность рельсы. При добавлении его в сплав он сразу же связывается углеродом, образовывая карбиды ванадия. Данное соединение имеет повышенную износостойкость и плотность, тем самым увеличивая нижний порог предела выносливости сплава.
• Азот (0,03-0,07%) относится к группе вредных примесей. Его отрицательное воздействие заключается в нейтрализации легирования стали ванадием. Т.е. вместо карбидов образуются нитриды ванадия. Они обладают низкими значениями механических свойств. Не способны термоупрочняться. В общем, сводят дорогостоящее легирование ванадием на нет.
• Фосфор (до 0,035%) входит в группу нежелательных элементов в составе. Его главный отрицательный эффект - это повышение их хрупкости. Железнодорожное полотно обладает достаточной твердостью, но при этом не имеет должного значения прочности. Все это приводит к высокой вероятности образования трещин и последующему разлому рельсы.
• Сера (до 0,045%) снижает технологические параметры стали. Податливость сплава во время его горячей обработки давлением резко падает. Возникает повышенный риск образования трещин. Рельсы, полученные из такой стали, отправляются в брак по причине обладания повышенной хрупкостью.

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:

• Сталь 76. Одна из наиболее востребованных марок в производстве рельс. Основное назначение - изготовление рельс типа РП50 и РП65, которые применяется преимущественно при прокладке железнодорожных путей промышленного транспорта с широкой колеёй.
• Сталь 76Ф. От вышеописанной стали ее отличает дополнительное содержание ванадия в своем составе. Рельсы данной марки обладают большим ресурсом работы - способны пропускать через себя большее количество локомотивов.
• Сталь К63. Данная марка используется при изготовлении крановых рельс. Она дополнительно легирована 0,3% никеля. Металл помимо оптимальной прочности, обладает несколько лучшим значением коррозионностойкости.
• Сталь К63Ф. Рельсы, изготовленные из данной марки, отличаются большей циклической прочностью за счет добавления в их состав вольфрама.
• Сталь М54. Имеет повышенное содержание марганца. Применяется для производства стыковочных рельс-накладок.
• Сталь М68. Используются при прокладке путей верхнего строения.

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.

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.

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.

[Статья] Рельсовая сталь и маркировка рельсов

Рельсовая сталь и маркировка рельсов

Рельсовая сталь

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:

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.

__________________

Зарегистрируйтесь , чтобы скачивать файлы.
Внимание! Перед скачиванием книг и документов установите программу для просмотра книг отсюда . Примите участие в развитии ж/д вики-словаря / Журнал "АСИ" онлайн

Книги по СЦБ | Книги путейцам | Книги машинистам | Книги движенцам | Книги вагонникам | Книги связистам | Книги по метрополитенам | Указания ГТСС

Если не можете скачать файл... / Наше приложение ВКонтакте / Покупаем электронные версии ж.д. документов