Почему железнодорожные пути не делают из нержавеющей стали?

Почему железнодорожные пути не сделаны из нержавеющей стали

Железнодорожные пути не изготавливают из нержавеющей стали по четырем практическим причинам: твердость, ударная вязкость, свариваемость и стоимость. Рельс должен выдерживать повторяющиеся нагрузки от колес в десятки тонн на ось, противостоять абразивному износу на протяжении десятилетий, поглощать удары на стыках и изгибах рельса и при монтаже быть сваренным в длинные непрерывные отрезки. Нержавеющая сталь слишком мягка для рабочей поверхности, дорога в необходимых объемах и ее трудно надежно сваривать в полевых условиях.

Стандартная рельсовая сталь представляет собой углеродистую-марганцевую или легированную перлитную сталь, обычно содержащую около 0,6–1,3 % углерода и 0,8–1,4 % марганца, иногда с добавками хрома или ванадия. Этот состав обеспечивает твердость, износостойкость и усталостную прочность, необходимые для эксплуатации железных дорог. Поверхностный оксид, образующийся на углеродистой рельсовой стали, представляет собой защитный слой, замедляющий дальнейшую коррозию; она не нарушает целостность рельса так же, как точечная коррозия в других областях применения.

Металлургические причины

Твердость и износостойкость: рельсовая сталь легирована и часто -закалена головкой до твердости 240–390 HB на рабочей поверхности, что намного тверже, чем у обычных марок нержавеющей стали (обычно около 200 HB), что предотвращает быстрый поверхностный износ и деформацию при контакте с колесом.

Ударная вязкость: рельсы должны воспринимать динамические нагрузки тяжелых, быстрых поездов. Углеродистые-марганцевые рельсовые стали с контролируемой перлитной микроструктурой обеспечивают прочность, необходимую для предотвращения хрупкого разрушения, в том числе в холодном климате.

Упрочнение: содержание марганца придает поверхности рельса способность -упрочняться в процессе эксплуатации, поэтому при движении поверхность беговой поверхности становится более твердой, а не более мягкой.

Свариваемость: рельсы соединяются оплавленной-стыковой сваркой и алюминотермической сваркой в ​​бесстыковой рельс. Углеродистая-марганцевая рельсовая сталь сваривается стабильно; нержавеющую сталь гораздо сложнее и дороже сваривать до того же качества.

Стоимость: нержавеющая сталь содержит 10-20% хрома и других легирующих элементов, что делает ее в несколько раз дороже за тонну рельсовой стали. Магистральный путь потребляет тысячи тонн стали на километр, поэтому решающее значение имеет стоимость.

Что содержит рельсовая сталь

Рельсовая сталь состоит в основном из углерода, кремния и марганца со строго ограниченным содержанием фосфора и серы. Углерод повышает твердость и прочность на разрыв, марганец улучшает ударную вязкость, износостойкость и прокаливаемость, а кремний способствует раскислению и прочности. Ванадий, хром или молибден добавляются в более высокие сорта для дополнительной прочности и усталостной стойкости.

Марки стали Common Rail по всему миру

Обзор стандартов на стальные рельсы

Часто задаваемые вопросы

Нержавеющая сталь слишком мягкая, чтобы ее можно было использовать в качестве рельса?

Обычные аустенитные нержавеющие стали имеют твердость примерно 200 HB, тогда как рельсовая сталь имеет твердость 240-270 HB для стандартных марок и 350–390 HB для марок с закалкой головкой. Нержавеющая сталь быстро изнашивается при контакте с колесами и деформируется при больших нагрузках на ось.

Ослабляет ли ржавчина стальные рельсы?

Поверхностная ржавчина на углеродистой рельсовой стали образует стабильный оксидный слой, который замедляет дальнейшую коррозию. Рельсы проектируются с учетом этого, и регулярные проверки и техническое обслуживание позволяют контролировать любую локальную коррозию. Нержавеющая сталь не требуется для обеспечения длительного срока службы рельсов.

Почему свариваемость так важна для рельсов?

Современные пути представляют собой бесстыковые рельсы, в которых струны длиной 100 м и более свариваются вместе для устранения стыков. Плохая свариваемость означает большее количество соединений, больший объем технического обслуживания и более высокий риск возникновения дефектов, поэтому углеродистая-марганцевая рельсовая сталь предпочтительнее нержавеющей.

Какая сталь используется для изготовления высокоскоростных-железнодорожных рельсов?

На высокоскоростных-линиях обычно используются сплавы-с закалкой, например R350HT (EN 13674-1), или сплавы с микролегированием ванадия, например U75V, которые сочетают в себе высокую твердость, усталостную прочность и стабильную свариваемость.

Можно ли использовать нержавеющую сталь в строительстве путей?

Да. Нержавеющая сталь используется для изготовления некоторых крепежных элементов, рельсовых зажимов и компонентов в агрессивных средах, таких как туннели, береговые линии и химические заводы, но не используется для самих ходовых рельсов.

Каково типичное содержание углерода в рельсовой стали?

Большинство рельсовых сталей содержат 0,6-0,85% углерода, а марганца - от 0,8% до 1,4%. В марках с более высоким содержанием углерода, таких как U75V и R350HT, используется микролегирование и термообработка для достижения предела прочности на разрыв 980–1175 МПа.