Thép cacbon là sắt được hợp kim với cacbon và tính chất của nó chủ yếu bị chi phối bởi hàm lượng cacbon. Bốn loại thông thường, theo thứ tự tăng lượng carbon, là thép carbon thấp, thép carbon trung bình, thép carbon cao và thép carbon siêu cao. Hàm lượng carbon làm tăng độ bền và độ cứng nhưng làm giảm độ dẻo, dai và khả năng hàn, đó là lý do tại sao việc lựa chọn vật liệu luôn là sự cân bằng hơn là chạy đua đến con số cao nhất.
Bốn loại thép cacbon
| Kiểu | Hàm lượng cacbon | Tính chất điển hình | Sử dụng phổ biến |
| Carbon thấp (thép nhẹ) | Dưới 0,3% | Mềm, dẻo, dễ hàn và tạo hình | Kết cấu phần, ống, thân xe, chế tạo tổng hợp |
| Cacbon trung bình | 0.3-0.6% | Cân bằng sức mạnh và độ dẻo | Bánh răng, trục, trục, chi tiết máy |
| cacbon cao | 0.6-1.0% | Cứng, chống mài mòn, kém dẻo | Lò xo, dây điện, dụng cụ cắt, đường ray |
| -cacbon cực cao | 1.0-2.0% | Rất cứng và giòn | Khuôn, chày, lưỡi cắt chuyên dụng |
Thép đường sắt được phân loại như thế nào
Thép đường sắt được sản xuất trong ba gia đình. Các đường ray cacbon được nấu chảy và cuộn từ quá trình nung làm từ quặng sắt-, chủ yếu dựa vào cacbon và mangan để tạo độ bền; thép ray thông thường chứa khoảng 0,40-0,80% cacbon và mangan ở mức khoảng 1,0-1,4%. Đường ray hợp kim bổ sung một lượng nhỏ các nguyên tố hợp kim như vanadi, titan, crom hoặc niobi để nâng cao độ bền và độ dẻo dai ngoài các cấp carbon. Đường ray được xử lý nhiệt là đường ray carbon hoặc hợp kim được nung nóng và sau đó làm mát trong các điều kiện được kiểm soát để tinh chỉnh cấu trúc ngọc trai; đầu đường ray phát triển một lớp cứng giúp cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn và kéo dài tuổi thọ sử dụng.
Cấp đường sắt Trung Quốc và đặc tính cơ học
Đường ray cán nóng-(GB/T 2585)
| Cấp | Độ bền kéo (MPa) | Độ cứng (HB) |
| U75V | ít nhất 980 | 280-320 |
| U78CrV | ít nhất 1080 | 310-360 |
| U76CrRE | ít nhất 1080 | 310-360 |
| U77MnCr | ít nhất 980 | 290-330 |
Đường ray được xử lý nhiệt-
| Cấp | Độ bền kéo (MPa) | Độ cứng (HB) |
| U75V (xử lý nhiệt) | ít nhất 1180 | 320-380 |
| U78CrV (xử lý nhiệt) | ít nhất 1280 | 370-420 |
Các dòng Châu Âu và UIC sử dụng ký hiệu riêng của họ: R260 và R350HT theo EN 13674-1, và các cấp 700, 900A và 1100 theo UIC 860, trong đó con số này là độ bền kéo tối thiểu tính bằng MPa.
Chọn thép đường ray phù hợp
Chọn loại theo phương tiện giao thông: tải trọng trục nặng và những đường cong sắc nét đòi hỏi đầu-độ bền cao hơn,-cao hơn, đó là nơi đường ray-được xử lý nhiệt đạt được ưu thế. Các đường thẳng, tải nhẹ có thể chạy các loại cacbon tiêu chuẩn với chi phí thấp hơn. Khả năng hàn cũng rất quan trọng: đường ray hợp kim và cacbon-cao cần có quy trình hàn được kiểm soát và thành phần hóa học của đường ray phải tương thích với quy trình hàn được sử dụng trong dự án. Đối với các bộ phận buộc chặt, thép lò xo như 60Si2MnA có hàm lượng cacbon-cao và độ cứng của kẹp sau khi xử lý nhiệt thường là 42-50 HRC.
Những quan niệm sai lầm phổ biến
Lượng carbon cao hơn không tự động tốt hơn: thép carbon cực cao-quá giòn đối với các bộ phận kết cấu và động lực học. Đường ray không được làm bằng thép carbon thấp, sẽ bị mòn trong nhiều tháng. Và cụm từ thép hợp kim không có nghĩa là thép không gỉ: các nguyên tố hợp kim được thêm vào với tỷ lệ nhỏ để cải thiện độ bền và độ dẻo dai chứ không phải để chống ăn mòn.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao thép đường sắt luôn có hàm lượng carbon cao?
Bởi vì đầu đường ray phải chống mài mòn và toàn bộ đường ray phải chống lại sự uốn cong và mỏi. Carbon cao mang lại độ cứng và sức mạnh cần thiết, trong khi mức carbon và mangan cụ thể được điều chỉnh để có khả năng hàn và độ bền.
Sự khác biệt giữa đường ray carbon và đường sắt hợp kim là gì?
Đường sắt carbon dựa vào carbon và mangan để tạo ra sức mạnh; đường ray hợp kim bổ sung một lượng nhỏ vanadi, titan, crom hoặc niobi để tăng cường độ và độ dẻo dai cao hơn.
Xử lý nhiệt có tác dụng gì đối với đường ray?
Hệ thống sưởi và làm mát có kiểm soát sẽ tinh chỉnh cấu trúc ngọc trai và tạo ra một lớp cứng ở đầu đường ray, thường tăng độ bền kéo lên 150-200 MPa và cải thiện rõ rệt tuổi thọ mài mòn trên đường cong.
U75V có tốt hơn U71Mn không?
U75V có độ bền cao hơn và khả năng chống mài mòn tốt hơn đồng thời là lựa chọn phổ biến cho các tuyến đường-nặng và{2}}tốc độ cao. U71Mn vẫn được sử dụng rộng rãi cho các dây chuyền thông thường có khả năng hàn và cân bằng chi phí tốt.
Thép carbon cao có thể hàn dễ dàng?
Không. Thép carbon cao cần làm nóng trước có kiểm soát, các quy trình đủ tiêu chuẩn và-kiểm tra sau mối hàn, đó là lý do tại sao hàn đường ray (hàn hàn mối hàn, hàn nhiệt nhôm hoặc hàn nhiệt nhôm) là một hoạt động chuyên môn với các thông số đã được phê duyệt.
Kẹp lò xo nên có độ cứng như thế nào?
Kẹp lò xo đường sắt thường được tôi và tôi luyện ở nhiệt độ 42-50 HRC. Độ cứng thấp hơn có nguy cơ bị biến dạng dẻo và mất tải ở chân; độ cứng cao hơn có nguy cơ bị gãy giòn khi va chạm.