Schienenstahl. Schienenstahl und Schienenmarkierung Aus welchem Material bestehen die Schienen?
Einführung
Schienenstahl ist ein kohlenstofflegierter Stahl, der mit Silizium und Mangan legiert ist. Kohlenstoff verleiht Stahl Eigenschaften wie Härte und Verschleißfestigkeit. Mangan verstärkt diese Eigenschaften und erhöht die Viskosität. Silizium macht Schienenstahl auch härter und verschleißfester. Schienenstahl kann mit Hilfe von Mikrolegierungszusätzen noch besser werden: Vanadium, Titan und Zirkonium.
Die vielfältigen Anforderungen, die dabei an die Qualität von Eisenbahnschienen gestellt werden, erfordern die Verbesserung technologischer Prozesse, die Entwicklung, Erprobung und Umsetzung neuer Technologien sowie den Einsatz fortschrittlicher Verfahren im Bereich der Schienenproduktion.
Die Technologie zur Herstellung von Eisenbahnschienen, die in heimischen Hüttenwerken betrieben wird, gewährleistet die erforderliche Qualität und Haltbarkeit der Produkte. Schienenstahl in der Russischen Föderation wird jedoch aus mehreren Gründen in offenen Herdöfen geschmolzen, was die technologischen Möglichkeiten der Metallurgen einschränkt, die Qualität des für die Schienenherstellung verwendeten Stahls erheblich und stark zu verbessern.
Hauptgrund für die geringe Verbreitung der Schienenherstellung aus Elektrostahl ist die Zielorientierung des Baus moderner Elektrostahlhütten mit Großraumöfen zur Nutzung regionaler Schrottressourcen und zur Versorgung von Regionen mit Metallprodukten Industrie- und Bauzwecke. Gleichzeitig wird eine ausreichend hohe Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit erreicht.
Allgemeine Eigenschaften von Schienenstählen
Die Produktion von Schienen in unserem Land macht etwa 3,5% der Gesamtproduktion von fertigen Walzprodukten aus, und die Frachtintensität der Eisenbahn ist fünfmal höher als in den USA und 8- bis 12-mal höher als auf den Straßen anderer entwickelter kapitalistische Länder. Dies stellt besonders hohe Anforderungen an die Qualität der Schienen und des zu ihrer Herstellung verwendeten Stahls.
Schienen sind unterteilt in:
Bei den Typen P50, P65, P65K (für Außengewinde von gebogenen Gleisabschnitten), P75;
Verfügbarkeit von Schraubenlöchern: mit Löchern an beiden Enden, ohne Löcher;
Stahlschmelzverfahren: M - aus Herdstahl, K - aus Konverterstahl, E - aus Elektrostahl;
Art der Ausgangsknüppel: aus Blöcken, aus kontinuierlich gegossenen Knüppeln (CWB);
Anti-Flake-Behandlungsmethode: aus evakuiertem Stahl, nach kontrollierter Abkühlung, nach isothermischem Halten.
Die chemische Zusammensetzung von Schienenstählen ist in Tabelle 1 in Stahlsorten dargestellt, die Buchstaben M, K und E geben das Verfahren des Stahlschmelzens an, die Zahlen geben den durchschnittlichen Massenanteil an Kohlenstoff an, die Buchstaben F, C, X, T geben Stahl an Legieren mit Vanadium, Silizium, Chrom bzw. Titan.
Tabelle 1 - Chemische Zusammensetzung von Schienenstählen (GOST 51685 - 2000)
Breitspurbahnschienen der Typen R75 und R65 werden gemäß GOST 24182-80 aus offenem Herdstahl M76 (0,71 ... 0,82 % C; 0,75 ... 1,05 % Mn; 0,18 ... 0,40 % Si) hergestellt ;< 0,035 % Р и < 0,045 % S), и более легкие типа Р50 - из стали М74 (0,69...0,80 % С). После горячей прокатки все рельсы подвергают изотермической обработке для удаления водорода с целью устранения возможности образования флокенов. Рельсы поставляют для эксплуатации на железных дорогах незакаленными (сырыми) по всей длине и термоупрочненными по всей длине. Концы сырых рельсов подвергают поверхностной закалке с прокатного нагрева или с нагрева ТВЧ. Длина закаленного слоя от торца рельса 50...80 мм, а твердость закаленной части IIB 311...401. Сырые рельсы из стали М76 должны иметь ов >Ј 900 MPa und 5 > 4 %. Die Herstellungstechnologie von Schienen sollte sicherstellen, dass sie keine entlang der Walzrichtung gestreckten Linien nichtmetallischer Einschlüsse (Aluminiumoxid) enthalten, die länger als 2 mm (Gruppe I) und mehr als 8 mm (Gruppe II) sind, da solche Linien als a dienen Quelle der Einleitung von Kontaktermüdungsrissen während des Betriebs.
Die hohe Verkehrsdichte der Bahnen hat dazu geführt, dass die Leistungsfähigkeit von rohen, nicht warmfesten Schienen den Anforderungen der harten Arbeit des Schienennetzes nicht mehr genügt.
Eine weitere Erhöhung der Lebensdauer thermisch gehärteter Schienen kann durch Legieren des Schienenstahls erreicht werden. Vielversprechend ist das Legieren von Kohlenstoff-Schienenstahl mit geringen Zusätzen von Vanadium (-0,05%), die Verwendung von legierten Stählen wie 75GST, 75KhGMF usw. sowie die Verwendung einer thermomechanischen Behandlung.
Schienen sind eisenprofilierte Walzprodukte in Form von Bändern, die mit Trägern befestigt und für die Bewegung von Schienenfahrzeugen von Eisenbahnen und U-Bahnen, Straßenbahnen, Zügen und Wagen von Bergwerkstransport- und Einschienenstraßen sowie im Allgemeinen von allen beweglichen, drehbaren und drehbaren Konstruktionen bestimmt sind .
Schienen - Teile des Oberbaus der Straße, die auf Stützen gelegt und an ihnen und aneinander befestigt sind, bilden eine Schienenstrecke. Die Schienen nehmen direkt den Druck der Räder des Rollmaterials auf.
Wir vertreten Eisenbahnschienen, die vom Hüttenwerk Novokuznetsk mit folgenden Namen hergestellt werden:
Eisenbahnschienen - Schienen, die für Verbindungs- und fugenlose Gleise von Eisenbahnen und für die Herstellung von Weichen bestimmt sind, werden gemäß GOST R 51685-2000 hergestellt.
Schienen sind in Typen unterteilt: P50, P65 (für Außengewinde von gekrümmten Straßenabschnitten, GOST 8161-75) und P75.
Eisenbahnschienen werden aus den Stahlsorten K78HSF, E76, E78HSF, M76F, K76F, E76F, K76T, M76T, E76T, M76, K76 hergestellt.
Schienenbezeichnungsschema: Schienentyp, Qualitätsgruppe, Stahlsorte, Schienenlänge, Vorhandensein von Bolzenlöchern, Bezeichnung dieser Norm.
Schienen für Industriebahngleise - Breitspurschienen für Eisenbahngleise und Weichen von Industrieunternehmen werden gemäß GOST R 51045-97 hergestellt und in 3 Typen unterteilt: PP50, RP65 und RP75.
Schienen dieses Typs bestehen aus Kohlenstoffstahl der Güteklasse 76 und aus speziellem mikrolegiertem Kohlenstoffstahl der Güteklassen 76T, 76F und 76Ts.
Schienenbezeichnungsschema: Schienentyp, Schienenlänge, Schraubennuten (2 - an beiden Enden, 0 - ohne Löcher), Schienenhärtung (T - wärmeverfestigt, H - nicht wärmeverfestigt), Stahlsorte, Standardbezeichnung.
Breitspur-Eisenbahnschienen aus offenem Herdstahl - Breitspur-Eisenbahnschienen der Typen P75, P65 und P50 aus offenem Herdstahl werden gemäß GOST 24182-80 hergestellt. Das Design und die Abmessungen der Schienen werden gemäß GOST 7174-75, GOST 8161-75 und GOST 16210-77 berücksichtigt.
Es werden Schienen von 2 Genauigkeitsgruppen hergestellt:
Gruppe 1: Schienen aus ruhigem Ofenstahl, desoxidiert mit komplexen Desoxidationsmitteln ohne Verwendung von Aluminium. Solche Gleise sind blau markiert.
Schienen R75, R65 werden aus Stahl M76V, M76T, M76VT, M76Ts erhalten;
R50-Schienen - aus Stahl M74T, M74Ts.
Gruppe 2: Schienen bestehen aus ruhigem Ofenstahl, desoxidiert mit Aluminium oder, wie es oft genannt wird, einer Mangan-Aluminium-Legierung. Solche Schienen sind mit weißen Markierungen gekennzeichnet.
Für die Herstellung von Schienen wird R75, R65 Stahl M76 verwendet;
Für R50-Schienen wird M74-Stahl verwendet.
Die Länge der Schienen beträgt 24,92; 24,84; 12.42; 12,46 Meter.
Eisenbahnschienen, wärmebehandelt durch Massenhärtung in Öl - P50-, P65-, P75-Schienen aus offenem Hartstahl. Solche Schienen werden einer Wärmebehandlung gemäß GOST 18267-82 über die gesamte Länge durch Massenabschrecken in Öl und anschließendem Anlassen im Ofen unterzogen. Die Reichweite und chemische Zusammensetzung solcher Schienen ist in GOST 24182-80 angegeben.
Gehärtete Schienen werden in die erste und zweite Klasse eingeteilt. Schienen der 1. Klasse werden in Schienen der ersten Gruppe von 1- und 2-Klassen und der zweiten Gruppe von 1- und 2-Klassen unterteilt. Schienen werden nach GOST 24182-80 in Gruppen und Klassen eingeteilt.
Basierend auf Materialien von der Website http://www.corunamet.ru/produkcia/relsi/
Ein langfristiger und störungsfreier Betrieb von VSP-Elementen ist nur möglich, wenn sie aus einem geeigneten Material bestehen. Und heute werden wir sehen, aus was für Eisenbahnschienen aus Stahl bestehen, warum gerade dieses Metall gewählt wurde, welche Eigenschaften es hat. Die Informationen helfen Ihnen bei der Auswahl der richtigen Walzprodukte für den direkten Gleisbau.
Es ist wichtig, die Besonderheiten der Moderne zu berücksichtigen. Seit fast 100 Jahren hat sich die Tragfähigkeit des Schienenverkehrs um das 8-10-fache und die Geschwindigkeit seiner Bewegung entlang der Strecke um das 5-fache erhöht. Es stellt sich heraus, dass die tragenden Strukturen völlig unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt sind. Daher müssen sie stärker, härter und verschleißfester sein als noch vor einem Jahrhundert.
Schienenstahl
Es kombiniert mehrere Arten ähnlicher Metalle auf einmal, ähnlich in der Anwendung - verwendet für die Herstellung von VSP-Elementen (Gleisoberbau). Feinnadelperlit bildet die Grundlage der Phasenstruktur für alle im Konverter- oder Lichtbogenofen erschmolzenen Varianten. Nach der Wärmebehandlung wird es so homogen wie möglich und erhält Viskosität, ausreichende Härte und hohe Verschleißfestigkeit.
Nach Desoxidatoren wird es in 2 Hauptgruppen unterteilt:
I - schädliche Verunreinigungen werden mit Ferromangan oder Ferrosilizium entfernt;
II – Aluminiumeinschlüsse werden verwendet, um Sauerstoff zu entfernen (aufgrund ihrer Natur als bevorzugter angesehen).
Grundstoffe für die Herstellung von Schienen
Viel hängt davon ab, in welchem Bereich die Walzprodukte eingesetzt werden. VSP-Elemente bestehen aus Konverterstahl, die im Gleis verlegt werden und eine Breit- oder Schmalspur bilden. Aber die krantragenden Metallkonstruktionen müssen bereits völlig anderen Belastungen standhalten, daher verwenden Fabriken für ihre Herstellung kohlenstoffreiche Legierungen.
Ein ganz anderer Fall sind die sogenannten Kontaktbilder, die zur Erstellung der U-Bahn-Leinwand montiert werden. Sie akzeptieren keine großen Spannungen, aber sie müssen den Strom effektiv entfernen, daher bestehen sie aus relativ weichen Metallen.
Chemische Zusammensetzung und ihre Vorteile
Für die wichtigsten Stahlsorten der Eisenbahnschiene ist dies durch GOST R 554 97-2013 geregelt. Dieser zwischenstaatliche Standard legt fest, dass der Hauptbestandteil Eisen ist, aber zusätzlich müssen auch eine Reihe von Elementen in der Legierung enthalten sein - in folgenden Massenanteilen:
- Kohlenstoff (Kohlenstoff) - von 0,71 bis 0,82% verbessert die mechanischen Eigenschaften um etwa die Hälfte. Seine Partikel binden Ferromoleküle und verwandeln sie in Karbide, die viel stärker und größer sind. Und Hochtemperatureinflüsse werden nicht so kritisch.
- Mangan - von 0,25 bis 1,05% verbessert die Schlagfestigkeit (um ein Viertel bis ein Drittel) sowie die Verschleißfestigkeit und Härte. Darüber hinaus verschlechtert sich die Plastizität nicht, was sich am positivsten auf die Herstellbarkeit des fertigen Walzprodukts auswirkt.
- Silizium – von 0,18 bis 0,4 %, ist erforderlich, um Sauerstoffverunreinigungen zu entfernen und somit die innere Kristallstruktur des Materials zu optimieren. Mit einem solchen Additiv wird die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Seigerungsflecken deutlich verringert und die Haltbarkeit um etwa das 1,4-fache erhöht.
- Vanadium - von 0,012 bis 0,08 %, abhängig von der spezifischen Stahlsorte für die Herstellung von Schienen. Wichtig, um eine ausreichende Kontaktfestigkeit zu gewährleisten. In Kombination mit Kohlenstoff bildet es Carbide, die die Dauerfestigkeit (nämlich ihre untere Schwelle) erhöhen.
Eine gesonderte Betrachtung verdienen unerwünschte oder sogar schädliche Verunreinigungen, die mit Hilfe moderner Technologien noch nicht vollständig isoliert wurden. Das:
- Stickstoff - von 0,03 bis 0,07 %, schlecht, weil er die Legierungswirkung neutralisiert. Dadurch bilden sich Nitride in der Dicke des Profils, die einer thermischen Härtung nicht zugänglich sind, was bedeutet, dass sie die mechanischen Eigenschaften der fertigen VSP-Elemente reduzieren.
- Schwefel - bis zu 0,045%. Seine Einschlüsse verhindern, dass die Legierung während der Warmumformung unter Druck verformbar wird. Infolgedessen kann nach dem Walzen ein Produkt erhalten werden, das anfällig für Risse ist, und es muss sofort verworfen werden.
- Phosphor - bis zu 0,035. Es erhöht auch die Zerbrechlichkeit der Metallstruktur. Damit häuft sich schnell Ermüdung, was zu schnellen Delaminationen und Brüchen führt.
Der größtmöglichen Übersichtlichkeit halber stellen wir in der folgenden Übersichtstabelle die chemische Zusammensetzung gängiger Stahlsorten für Eisenbahnschienen dar:
| Stahlsorte | Massenanteil der Elemente % | ||||||||
| Kohlenstoff | Mangan | Silizium | Vanadium | Titan | Chrom | Phosphor | Schwefel | Aluminium | |
| Nicht mehr | |||||||||
| K78HSF | 0,76-0,82 | 0,75-1,05 | 0,40-0,80 | 0,05-0,15 | 0,040-0,60 | 0,025 | 0,025 | 0,005 | |
| E78HSF | |||||||||
| M76F | 0,71-0,82 | 0,25-0,45 | 0,03-0,15 | 0,035 | 0,040 | 0,020 | |||
| K76F | 0,030 | 0,035 | |||||||
| E76F | 0,025 | 0,030 | |||||||
| M76T | 0,007-0,025 | 0,035 | 0,040 | ||||||
| K76T | 0,030 | 0,035 | |||||||
| E76T | 0,025 | 0,030 | |||||||
| M76 | 0,035 | 0,040 | 0,025 | ||||||
| K76 | 0,030 | 0,035 | |||||||
| E76 | 0,025 | 0,030 | |||||||
Anmerkungen: In Stahlsorten geben die Buchstaben M, K, E - die Methode des Stahlschmelzens an, die Zahlen - den durchschnittlichen Massenanteil von Kohlenstoff, die Buchstaben F, C, X, T - Stahllegierung mit Vanadium, Silizium, Chrom und Titan, bzw. Der Massenanteil von Restelementen ist zulässig - Chrom (in Schienen der Kategorien T1, T2, H), Nickel und Kupfer jeweils nicht mehr als 0,15% mit einem Gesamtmassenanteil von nicht mehr als 0,40%. Die chemische Zusammensetzung für R65K muss der angegebenen entsprechen, mit Ausnahme des Massenanteils an Kohlenstoff, der 0,83 - 0,87 % betragen muss. In diesem Fall werden die Zahlen in der Stahlsorte durch 85 ersetzt. |
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Wie Sie sehen können, werden zusätzlich zwei weitere Komponenten angezeigt - Titan und Chrom. Wir haben sie oben nicht im Detail beschrieben, da sie bei weitem nicht immer vorhanden sind, aber der erste von ihnen ist eine nützliche Verunreinigung, deren positive Wirkung darin besteht, die Festigkeit zu erhöhen, und der zweite ist ein Restelement. Es lohnt sich auch, auf das Vorhandensein von Aluminium zu achten, das zur Gewichtsreduzierung beiträgt, ohne andere Qualitätsindikatoren zu beeinträchtigen.
Mechanische Eigenschaften
- Schlagfestigkeit - Die Härte des mit Additiven legierten Materials erreicht nach dem volumetrischen Härten 60 HRC auf der Rockwell-Skala, die Viskosität beträgt 2,5 kg / cm2. Aus diesem Grund sind bereits verlegte Metallstrukturen schwer versehentlich zu beschädigen.
- Beständigkeit gegen zyklische Belastungen - Eisenbahnwalzmetall besteht aus Stahl, da seine Zugfestigkeit 1000 MPa erreicht. Unter den klimatischen Bedingungen unserer Breiten verformen sie sich (besonders bei richtiger Pflege) über Jahrzehnte nicht.
- Moderate Plastizität - ein warmgewalztes Produkt kann während der Produktion auf eine Temperatur von 1000 Grad Celsius erhitzt werden. Der Indikator für seine relative Verengung wird 25% nicht überschreiten. Es stellt sich ein Profil ohne Hohlräume und kleinere Mängel heraus, die sich im Betrieb schnell zu schwerwiegenden Mängeln entwickeln können.
Die Kombination solcher praktischer Eigenschaften bestimmt auch die ständige Beliebtheit und weit verbreitete Verwendung von I-Trägerführungen aus der betreffenden Legierung.
Anwendung und Sorten von Schienenstahl
Das Haupteinsatzgebiet von Metall (was aus dem Namen hervorgeht) ist die Herstellung von Walzprodukten zum Verlegen von VSP.
Betrachten Sie nun die beliebtesten Variationen von Legierungen:
- 76 ist die beliebteste. Daraus werden Profile der Serien P50 und P65 hergestellt, die 3/4 aller Tragwerke von Breitspurbahnen ausmachen.
- 76F - bereits mit Vanadium verstärkt, mit einer erhöhten Ressource. Daher wird es zur Herstellung von Walzprodukten verwendet, die später in Linien für Hochgeschwindigkeitslokomotiven und andere schnelle Transportmittel verlegt werden.
- K63 - legiert mit Nickel (bis zu 0,3%), hat eine beeindruckende Härte und eine bessere Korrosionsbeständigkeit. Kranschienen werden daraus gefertigt, die Stahlsorte hält Belastungen stand, die in anderen Fällen kritisch geworden sind.
- K63F - mit Wolframzusätzen, d. h. mit noch höherer Wechselfestigkeit.
- M54 - angereichert mit Mangan und dadurch hat es eine gute Viskosität. Es hat seine Anwendung bei der Herstellung von Auflagen für Kreuzungen und Weichen gefunden.
- M68 - relevant bei der Herstellung bestimmter Elemente des Gleisoberbaus.
Der Bedarf an mechanischen Eigenschaften in verschiedenen Kombinationen bestimmt eine solche Vielfalt an Optionen. Hinzu kommen ein relativ geringes Gewicht und niedrige Kosten, und Sie erhalten ein sehr praktisches Design für den Bau von Transportleitungen und -kreuzungen.
Die Art des Schienenstahls ist auf der Markierung angegeben, die entweder permanent oder temporär sein kann. Im ersten Fall wird es durch Branding aufgetragen, im zweiten - mit Farbe. Unter anderen Bezeichnungen ist die Konformität des Walzprodukts mit GOST sowie seine zusätzlichen Merkmale (gekürzte Länge, Qualität, Lage der technischen Löcher usw.).
Profile können bis zum Ablauf der vom Hersteller angegebenen Betriebszeit betrieben und anhand der fehlenden Tonnage berechnet werden. Auch ein vorzeitiger Ausfall der ESP-Elemente durch das Auftreten von Defekten ist möglich. Dann müssen sie ersetzt oder repariert werden. Über verschiedene Arten von Mängeln können Sie in nachlesen.
Wir haben also herausgefunden, dass die Stahlsorten für die Eisenbahnschienen 76 und 76F sind, mit einem hohen Kohlenstoffgehalt und mit Vanadiumzusätzen (im zweiten Fall). Es wird in Konverter- und Lichtbogenöfen geschmolzen, mit Ferrosilizium- und Aluminium-Desoxidation, gefolgt von Entphosphorung und Schlackenerneuerung, mit Vakuum und Wärmebehandlung. Die fertigen Walzprodukte zeichnen sich bei dieser Vorgehensweise durch einen hohen Reinheitsgrad und eine geringe Fehleranfälligkeit aus.
Auf ähnliche Weise produzieren Fertigungsanlagen nicht nur bahnbildende Strukturen, sondern auch andere wichtige Elemente, die in Eisenbahnanlagen verwendet werden. Schauen wir sie uns genauer an.
Radstähle - für Eisenbahnräder
Die Felgen der beweglichen Teile des Transportmittels müssen einfach verschleißfest sein (andernfalls werden alle Festigkeitsvorteile des Oberwagens des Gleises auf Null reduziert). Daher werden sie aus den von uns betrachteten Metallarten hergestellt, die mit Karbiden angereichert sind. Dann fallen sie seltener aus, provozieren also weniger Notfälle und senken langfristig auch die Kosten für den Betrieb von Lokomotiven und Waggons.
Kohlenstoff in Radstählen
Die Analyse der chemischen Zusammensetzung ergab, dass Kohlenstoffeinschlüsse die Verschleißfestigkeit des Metalls erhöhen, aber auch die Anfälligkeit für kritische Temperaturen erhöhen. Bei Felgen ist es besonders wichtig, sie widerstandsfähig gegen thermische Schäden zu machen. Es ist zu bedenken, dass vorzeitiger Verschleiß (insbesondere bei unvorsichtiger Wartung) dazu führen kann, dass sich Fahrzeuge mit beeindruckender Geschwindigkeit verirren.
Daher macht es keinen Sinn, sich ausschließlich auf kohlenstoffreiche Legierungen zu konzentrieren - ihre Festigkeit kann in diesem Fall durchaus Schaden anrichten. Für die Freigabe von Rädern ist gewöhnlicher Schienenstahl möglicherweise nicht geeignet, die Marke für ihre Herstellung muss die folgenden Standards erfüllen:
- AAR M-107 / M-208 - Amerikaner;
- EN 13262 - Europäisch;
- JIS E 5402-1 – Japanisch;
- GOST 10791-2011 - branchenübergreifend.
Die Designlösungen des Landes der aufgehenden Sonne verdienen besondere Aufmerksamkeit. Die Eisenbahnkommunikation dort ist ziemlich gut entwickelt und befindet sich heute auf einem modernen Niveau, das nicht nur den GUS-Staaten ebenbürtig sein sollte. Die Lokomotiven dort sind fortschrittlich und bewegen sich mit beeindruckenden Geschwindigkeiten. Wie können die beweglichen Teile dieses Transportmittels den schwersten Belastungen standhalten? Versuchen wir es herauszufinden.
Japanische Radstähle
Vor rund 90 Jahren standen lokale Ingenieure und Bauherren vor einem globalen Problem: Experten stellten fest, dass die Räder ihrer Fahrzeuge vorzeitig verschleißen, obwohl die Ressource auf Jahre hinaus kalkuliert war.
Die Erklärung wurde gefunden und erwies sich als einfach: Die Legierung zur Herstellung von Metallelementen, hergestellt nach entlehnten europäischen Technologien, enthielt nur 0,5% Kohlenstoff. Ein solcher Massenanteil reichte eindeutig nicht aus, um die erforderliche Verschleißfestigkeit bereitzustellen.
Wissenschaftler aus Japan haben verstanden, dass eine Erhöhung des Kohlenstoffanteils in der Dicke des Profils auch zu negativen Folgen führen kann (insbesondere zum Auftreten einer Tendenz zu thermischen Schäden). Daher wurden groß angelegte Studien gestartet, deren Ziel es war, die optimale Konzentration des Zusatzstoffs unter Beibehaltung aller vorteilhaften Eigenschaften zu finden. Als Ergebnis einigten wir uns auf die Marke von 0,6-0,75 %, was der Norm JIS E 5402-1 entspricht.
Mehr Kohlenstoff in den Rädern bedeutet weniger Schienenverschleiß
Die Recherchen ermöglichten eine weitere wichtige Schlussfolgerung: Bei einem Gleichgewicht zwischen Verunreinigungen und dem Grundmetall werden nicht nur die beweglichen Teile des Transportmittels, sondern auch die Elemente des VSP, auf denen sie sich bewegen, länger betrieben.
Auch für diesen Effekt wurde eine Erklärung gefunden: Kleinste Partikel brechen von den Rädern ab, setzen sich an der Kontaktstelle ab und die abrasive Wirkung auf der Lauffläche kommt zum Vorschein. Als Ergebnis erscheinen Kratzer auf dem Kopf und Risse im Laufe der Zeit.
Diese Ergebnisse veranlassten die Ingenieure, den Kohlenstoffgehalt experimentell zu erhöhen – bis zu dem Niveau, mit dem die Stahlsorte für JIS E 5402-1 jetzt aufwarten kann (d. h. bis zu 0,75 %).
Japanische Räder auf einer deutschen Eisenbahn
Es gab ein Problem in der deutschen Bahnkommunikation: Die beweglichen Teile von Nahverkehrszügen (ICE) wurden schnell deformiert, was zu deren Ausfall, Qualitätsverlust der Kupplung und Notsituationen führte. Als die Deutsche Bann erfuhr, dass die Shinkan-sen-Lokomotiven aus dem Land der aufgehenden Sonne auch bei maximal zulässiger Geschwindigkeit keine derartigen Probleme hatten, wollte sie einen Vergleichstest durchführen.
Deutsche Züge wurden sowohl mit europäischen Rädern aus der ER7-Legierung (mit einem Massenanteil von Kohlenstoff bis zu 0,52 %) als auch mit japanischen Rädern ausgestattet, die nach dem JIS E 5402-1-Standard hergestellt wurden. Nach 6 Jahren unabhängiger Tests von 2003 bis 2009 zeigte die zweite Option, dass sie dem Verschleiß 1,5-mal effektiver standhält.
Parallel dazu wurden die im Gleis verlegten Metallkonstruktionen regelmäßig überprüft. Es stellte sich heraus, dass sie auch langsamer gelöscht werden - genau 1,5 Mal. Es verbleiben weniger abrasive Partikel auf der Kontaktfläche. Die Anreicherung des Materials mit Kohlenstoff ergibt eine gute Steigerung der Betriebsressource - danke an die Japaner für diese Entdeckung.
Vorteile von Eisenbahnschienen
Moderne Sorten davon haben die folgenden Vorteile (und ein Material wie Schienenstahl hilft, diese praktischen Vorteile hervorzuheben):
- verteilen Sie die getesteten Lasten gleichmäßig über die gesamte Länge des Stegs;
- Bereitstellung einer zuverlässigen Oberfläche für die Räder von Fahrzeugen, die dazu beiträgt, eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit zu entwickeln und aufrechtzuerhalten;
- haben eine beträchtliche Ressource (über 50 Jahre), in der sie starken Belastungen standhalten und dem Verschleiß effektiv widerstehen können.
Damit helfen sie bei der Bewältigung der Hauptaufgabe – sie sind der Schlüssel zum schnellen und sicheren Transport von Personen und Gütern.
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Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,5 - 1,10 % nach der Wärmebehandlung hat eine hohe Festigkeit, hohe Härte und Verschleißfestigkeit. Diese Qualitäten werden bei der Herstellung von Produkten für den Schienenverkehr und Teilen von Schienenfahrzeugen, Stahlseilen, Lagern und anderen Produkten verwendet. Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt wird sowohl in BOFs als auch in Lichtbogenöfen hergestellt. Die Technologie zum Schmelzen eines solchen Stahls weist einige Unterschiede zu der Technologie zum Herstellen von Metall mit einem geringeren Kohlenstoffgehalt auf.
Schienenstahl, das 0,60 - 0,80 % C enthält, und einem Kord ähnlicher Zusammensetzung wird in Sauerstoffkonvertern und Lichtbogen-Stahlschmelzöfen erschmolzen. Die schwierigste Aufgabe bei der Herstellung dieser Stahlsorten besteht darin, einen niedrigen Phosphorgehalt im Metall zu erhalten, wenn das Blasen beim Kohlenstoffgehalt der Sorte gestoppt wird.
In Top- und kombinierten Blassauerstoffkonvertern beginnt die Entphosphorung ab den ersten Blasminuten. Bei einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,6 - 0,9 % stabilisiert sich jedoch der Phosphorgehalt im Metall oder steigt sogar leicht an. Bei deutlich geringerem Kohlenstoffgehalt wird eine weitere Abnahme der Phosphorkonzentration beobachtet. Daher ist bei einem hohen Phosphorgehalt im Gusseisen und der Beendigung des Blasens bei dem Gradkohlenstoffgehalt die Phosphorkonzentration im Metall normalerweise höher als der erforderliche Gehalt im Stahl.
Um den erforderlichen Phosphorgehalt in kohlenstoffreichem Stahl zu erhalten, der mit Beendigung des Einblasens auf Kohlenstoffgehalt geschmolzen wird, wird eine Schlackenerneuerung verwendet. Gleichzeitig sinkt die Produktivität der Stahlhütten und die Kosten für Schlackebildung und Gusseisen steigen.
Bei verschiedenen Anlagen wird der Konverterabbau zum Schlackenaustrag bei einem Kohlenstoffgehalt von 1,2 - 2,5 % durchgeführt. Bei einem Phosphorgehalt im Gusseisen von 0,20 - 0,30 % wird die Schlacke bei einem Kohlenstoffgehalt von 2,5 - 3,0 % und 1,3 - 1,5 % zweimal erneuert. Nach dem Abladen der Schlacke wird frisch gebrannter Kalk in den Konverter gegeben. Der FeO-Gehalt in der Schlacke wird innerhalb von 12–18 % gehalten, indem das Niveau der Düse über dem Bad verändert wird. Zur Verflüssigung der Schlacke wird beim Blasen Flussspat in einer Menge von 5–10 Gew.-% Kalk zugesetzt. Diese Maßnahmen ermöglichen es, eine Phosphorkonzentration von nicht mehr als 0,010 - 0,020 % zu erreichen, wenn das Blasen auf den Kohlenstoffgehalt im Stahl abgeschlossen ist.
Beim Abstich wird das Metall in einer Pfanne mit Ferrosilizium und Aluminium desoxidiert. In diesem Fall ist eine obligatorische Operation das Abtrennen der Konverterschlacke. Sein Eindringen in die Pfanne führt während der Desoxidation und insbesondere während der Verarbeitung außerhalb des Ofens unter reduzierender Schlacke zur Entschwefelung zu einer Rephosphorisierung des Metalls.
Das Reinigen des Metalls im Konverter auf einen niedrigen Kohlenstoffgehalt ermöglicht seine tiefe Entphosphorung. In diesem Zusammenhang hat die Technologie des Schmelzens von Schienen- und Cordstahl in Sauerstoffkonvertern, die eine Oxidation von Kohlenstoff auf 0,03 - 0,07% und eine anschließende Aufkohlung des Metalls in der Pfanne mit Petrolkoks, Anthrazit usw. vorsieht, einige Popularität erlangt Die Verwendung dieser Technologie erfordert das Vorhandensein von reinen schädlichen Verunreinigungen und Vergasergasen. Dies erfordert eine spezielle Ausbildung, deren Organisation erhebliche Schwierigkeiten bereiten kann.
Einige Unternehmen verwenden die Technologie zur Herstellung von Schienen- und Kabelstahl in Sauerstoffkonvertern, indem sie kohlenstoffarmes Metall schmelzen und es dann mit flüssigem Eisen aufkohlen, das in eine Stahlgießpfanne gegossen wird, bevor die Schmelze aus dem Konverter gezapft wird. Seine Verwendung setzt das Vorhandensein von Gusseisen mit ausreichend reinem Phosphorgehalt voraus. Um den Kohlenstoffgehalt im Stahl in den geforderten Grenzen zu halten, erfolgt die abschließende Aufkohlung des desoxidierten Metalls mit Feststoffaufkohlungsmitteln im Prozess der Vakuumbehandlung.
In Lichtbogen-Stahl-Schmelzöfen werden Schienen- und Cordstahl nach konventioneller Technologie erschmolzen, wobei Maßnahmen zur intensiven Entfernung von Phosphor aus dem Metall - Eisenerz-Zusatzstoffe in der Charge und zu Beginn einer kurzen Oxidationsperiode mit kontinuierlicher Schlackenentfernung und eingesetzt werden seine Erneuerung mit Kalkzusätzen. Gleichzeitig werden zwangsläufig auch Maßnahmen ergriffen, die darauf abzielen, das Eindringen von Hochofenschlacke in die Stahlgießpfanne zu verhindern.
Aufgrund des geringen Sauerstoffgehalts in hochkohlenstoffhaltigem Schienenstahl kann ein hoher Reinheitsgrad in Bezug auf Oxideinschlüsse auch ohne den Einsatz von relativ aufwändigen Arten der Behandlung außerhalb des Ofens wie Evakuieren oder Behandlung am ICD erreicht werden. In der Regel reicht es aus, das Metall in der Pfanne mit einem Inertgas zu spülen. Gleichzeitig muss die Pfannenschlacke zur Vermeidung einer Sekundäroxidation des Metalls eine Mindestmenge an Eisen- und Manganoxiden enthalten.
Zu diesem Zweck empfiehlt es sich, beim Schmelzen von Schienenstahl in Lichtbogen-Stahlschmelzöfen, deren Konstruktion keinen Erkerauslass aus Metall vorsieht, eine verkürzte Schmelzerholungszeit durchzuführen. Dazu wird nach Erreichen des erforderlichen Phosphorgehalts im Metall die Schlacke aus der Oxidationsperiode des Schmelzens aus dem Ofen abgelassen. Stahl wird vorläufig mit Silizium und Mangan desoxidiert, die in Form von Ferrosilizium und Ferromangan oder Silicomangan in den Ofen eingeführt werden. Dann wird eine neue Schlacke in den Ofen eingebracht, die mit gemahlenem Koks oder gestrahlten Elektroden und granuliertem Aluminium vor der Freisetzung der Schmelze desoxidiert wird. Auch Ferrosiliziumpulver kann für diesen Zweck verwendet werden. Die endgültige Desoxidation von Stahl mit Silizium und Aluminium erfolgt in einer Pfanne während des Abstichs. Nach dem Abstich in die Pfanne wird das Metall zur Homogenisierung und hauptsächlich zur Entfernung von Al2O3-Ansammlungen mit einem Inertgas gespült. Während des Betriebs der Schienen führen Ansammlungen von Al 2 O 3 zu Delaminationen im Arbeitsteil des Schienenkopfes. Die Folge einer Delamination kann die vollständige Trennung der delaminierten Platten am Schienenkopf und deren vorzeitiges Versagen sein.
[Artikel] Schienenstahl und Schienenmarkierung
Schienenstahl und Schienenmarkierung
Schienenstahl
Das Schienenmaterial ist Schienenstahl. Die Schienen bestehen aus zwei Gruppen: Gruppe I – aus ruhigem Ofenstahl, desoxidiert in einer Pfanne mit komplexen Desoxidationsmitteln ohne die Verwendung von Aluminium oder anderen Desoxidationsmitteln, die schädliche nichtmetallische Einschlüsse im Stahl bilden; Gruppe II - aus ruhigem Ofenstahl, desoxidiert mit Aluminium oder Mangan-Aluminium-Legierung.
Die Qualität von Stahl wird durch seine chemische Zusammensetzung bestimmt (Tabelle 1.2).
Mit zunehmendem Kohlenstoff C im Stahl nehmen die Gesamtbiegefestigkeit der Schienen, die Härte und die Verschleißfestigkeit zu. Mangan Mn erhöht die Härte, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit von Schienenstahl, während Silizium Si die Härte und Verschleißfestigkeit erhöht. Phosphor P und Schwefel S sind schädliche Verunreinigungen. Bei niedrigen Temperaturen werden Schienen mit hohem Phosphorgehalt spröde und schwefelrote Spröde (Risse bilden sich beim Rollen der Schienen). Vanadium, Titan und Zirkonium sind mikrolegierende und modifizierende Zusätze, die die Struktur und Qualität von Stahl verbessern.
Die Makrostruktur von modernem Kohlenstoffschienenstahl ist lamellarer Perlit mit kleinen Ferritadern an den Grenzen der Perlitkörner. Eine signifikante Härte, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit von Kohlenstoffstählen wird erreicht, indem ihnen eine homogene Sorbitstruktur verliehen wird (durch eine spezielle Wärmebehandlung).
Die mechanischen Eigenschaften von Stahl für Schienen der Gruppen I und II bei Zugversuchen müssen den in der Tabelle angegebenen Daten entsprechen. 1.3.
Diese Daten entsprechen Schienen aus Herdstahl, nicht über die gesamte Länge gehärtet.
Schienenstahl muss ein sauberes, gleichmäßiges, dichtes Feinkorngefüge (Makrostruktur) aufweisen.
Die Herstellungstechnologie von Schienen muss das Fehlen von Flocken sowie von lokalen nichtmetallischen Einschlüssen (Tonerde, Titankarbide und -nitride oder mit Silikaten zementierte Tonerde) garantieren, die sich entlang der Walzrichtung in Form von Spuren - Linien - verlängern.
Die Oberfläche des Schienenkopfes an seinen Enden wird durch Walzen oder Induktionserwärmung mit Hochfrequenzströmen gehärtet.
Um eine höhere Verschleißfestigkeit und Haltbarkeit zu gewährleisten, werden die Schienen aus offenem Kohlenstoffstahl (Typen R75, R65, R50) hergestellt und auf der gesamten Länge einer hermetischen Behandlung durch Massenabschreckung in Öl und anschließendem Anlassen im Ofen (GOST 18267-82). Die Makrostruktur des gehärteten Metalls des Schienenkopfes ist gehärtetes Sorbit. Die Brinell-Härte auf der Rollfläche des Kopfes gehärteter Schienen sollte zwischen 341 und 388 HB liegen, der Hals und die Sohle - nicht mehr als 388 HB.
Die mechanischen Eigenschaften von körpergehärteten Schienen müssen durch Werte gekennzeichnet sein, die nicht unter den folgenden liegen:
Schienen, die die technischen Anforderungen und Normen vollständig erfüllen, gehören zur 1. Klasse. Schienen mit Abweichungen in der chemischen Zusammensetzung und den mechanischen Eigenschaften gehören zur 2. Klasse.
Volumetrisch gehärtete Schienen haben eine 1,3- bis 1,5-mal höhere Lebensdauer als herkömmliche Schienen.
Die Betriebsbedingungen der Schienen auf den Straßen Sibiriens und des Fernen Ostens sind fast doppelt so schwierig wie im europäischen Teil Russlands. Daher wurden derzeit Schienen mit Tieftemperaturzuverlässigkeit R65, volumengehärtete Gruppe I, hergestellt aus Vanadium-Niob-Bor-haltigem Stahl unter Verwendung von nitrierten Ferrolegierungen zum Legieren, geschaffen. Für diese Schienen wird Elektrostahl verwendet, dessen Kochung in Lichtbogenöfen erfolgt.
Bei einer Temperatur von minus 60 °C halten Schienen aus Elektroband doppelt so hohen Stoßbelastungen stand wie Schienen aus Herdstahl.
Gegenwärtig gehören die russischen Schienen zu den besten der Welt. Japanische, französische, schwedische und kanadische Schienen weisen jedoch deutlich geringere Eigenspannungsniveaus und eine größere Sauberkeit und Geradheit des Schienenstahls auf. Deshalb hat jetzt deren Ankauf für Hochgeschwindigkeitsstrecken der russischen Eisenbahn begonnen.
Markierung, Schienenlebensdauer und Maßnahmen zu deren Verlängerung
Schienen werden zur korrekten Verlegung auf der Straße und zur Bestimmung von Ort und Zeit der Herstellung jeder einzelnen Schiene markiert. Es ist unterteilt in die Haupt- (permanente), die während des Walzens durch Stempeln in heißem und kaltem Zustand (Abb. 1.2) durchgeführt wird, und eine zusätzliche oder temporäre, die mit Farbe hergestellt wird. Die Hauptwerkskennzeichnung zeigt die Konformität der Schienen an
Anforderungen der Normen und kennzeichnet zusätzlich die Merkmale jeder Schiene (Kürzung, Steigung usw.).
Das Werk, das Schienen herstellt, gewährleistet während der Betriebszeit, berechnet in Millionen Tonnen Bruttoraumzahl T, den ordnungsgemäßen Betrieb der Schienen unterwegs. Die Schienen werden entweder wegen Kopfverschleiß oder wegen Defekts aus dem Gleis entfernt. In der Regel erreicht der vertikale Verschleiß des Kopfes nicht die Grenzwerte bei der Geschwindigkeit der Betriebszeit T, bei der ein kontinuierlicher Schienenwechsel aufgrund ihrer begrenzenden Leistung bei Einzelfehlern durchgeführt wird.
Derzeit wurde die Klassifizierung von Schienenfehlern übernommen, die in der Tabelle angegeben ist. 1.4.
Die Intensität einer einzelnen Schienenausfahrt hängt von ihrer Betriebszeit (durchfahrene Tonnage), der Gleiskonstruktion, den Belastungen der Schienen durch Radsätze des umlaufenden Rollmaterials, dem Gleisplan und -profil, dem Schienentyp, der Stahlqualität und anderen Faktoren ab. Auf Abb. 1.3 zeigt gemittelte Wachstumskurven für das Netz der ehemaligen UdSSR für einen einmaligen Abzug von nicht wärmebehandelten Schienen auf geraden und flachen Kurven in Abhängigkeit von der fehlenden Tonnage mit einem Verbindungsgleis auf Holzschwellen.
Volumetrisch gehärtete Schienen haben eine deutlich geringere Streckgrenze, was beispielsweise im Diagramm in Abb. 1.4 für die Strecke St. Petersburg - Moskau.
Der größte Einzelausbau schadhafter Schienen erfolgt wegen ungenügender Kontaktdauerfestigkeit des Metalls, wegen übermäßigem seitlichen Verschleiß des Kopfes in Kurven und wegen Korrosion der Schienensohle und Korrosionsermüdungsrissen (Mängel 44, 17, 21, 14, 11, 69 – siehe Tabelle 1.4).
Die Schienenlebensdauer wird derzeit durch den Einsatz ressourcenschonender Technologien verlängert, insbesondere ein gutes Mittel zur Wiederherstellung der Gebrauchseigenschaften von Schienen ist das periodische Schleifen unterwegs oder das Schärfen von Altschienen in Schienenschweißbetrieben. Zum Schleifen von Schienen werden Schienenschleifmaschinen und Schienenschleifzüge mit Schleifscheiben verwendet.
Die Verbesserung der Schienenqualität erfolgt in drei Hauptrichtungen: Verbesserung der Reinheit des Schienenstahls; Erhöhung der Härte des Schienenmetalls und Verbesserung seiner Struktur; Erhöhung der Geradheit der Schienen während der Herstellung. In Entwicklung befindet sich auch die R65sh-Schiene, die einen Spielraum in der Kopfhöhe (6 ... 7 mm) zum Nachschleifen haben wird.
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