Loại thép nào được sử dụng cho đường ray?

Thép Đường Sắt Là Vật Liệu Đặc Biệt, Không Phải Thép Nhẹ

Đường ray là một đoạn thép cán nóng-có tác dụng chịu tải trọng của bánh xe, dẫn hướng cho đoàn tàu và cung cấp bề mặt chạy. Đường ray thực hiện điều này khi phải chịu áp lực tiếp xúc lớn hơn gigapascal dưới mỗi bánh xe và chịu hàng triệu chu kỳ tải mỗi năm. Thép kết cấu thông thường không thể chịu được nhiệm vụ này: nó quá mềm để bị mài mòn và quá yếu khi bị mỏi đối với ứng suất tiếp xúc lăn. Do đó, thép đường ray là loại thép có hàm lượng cacbon-cacbon cao, thường nằm trong khoảng từ 0,60 đến 0,82% cacbon, với cấu trúc vi mô peclit gồm các tấm ferit và xi măngit mịn xen kẽ. Ngọc trai mang lại sự kết hợp quan trọng: độ cứng cao để chống mài mòn và độ dẻo dai phù hợp để ngăn chặn các vết nứt lan rộng. Hàm lượng carbon đặt thép đường sắt vượt trội so với thép xây dựng và thành phần được kiểm soát chặt chẽ vì cứ 0,1% carbon, mangan hoặc silicon sẽ làm thay đổi tốc độ mài mòn, độ bền mỏi và khả năng hàn của đường ray.

Lớp hóa học trên các hệ thống tiêu chuẩn chính

Cấp đường sắt được xác định theo hệ thống tiêu chuẩn của quốc gia mua hàng và cùng một đường ray danh nghĩa có thể tồn tại trong một số phiên bản quốc gia. Bảng dưới đây tóm tắt các loại được buôn bán rộng rãi với phạm vi cacbon và mangan điển hình của chúng.

Hai gia đình nổi bật. Các loại thuộc dòng U{1}}là thép đường ray của Trung Quốc: U71Mn là loại thép đặc trưng, ​​​​U75V bổ sung vanadi để có độ bền cao hơn trên các tuyến đường nhanh và các loại crom và vanadi đáp ứng nhu cầu vận chuyển-nặng và có độ cứng rất cao. Dòng EN 13674-1 sử dụng ký hiệu R với độ cứng hoặc độ bền trong tên: R260 là loại tiêu chuẩn và các loại được làm cứng ở đầu như R350HT và R370CrHT đẩy độ cứng bề mặt vào phạm vi 350 đến 390 HBW cho các điều kiện mài mòn nghiêm trọng.

Đường ray được xử lý nhiệt và hợp kim

Khi nhu cầu mài mòn vượt quá mức mà lớp ngọc trai đơn giản có thể mang lại, câu trả lời là làm cứng đầu hoặc hợp kim hóa, hoặc cả hai. Làm cứng đầu là một-xử lý nhiệt trực tiếp trên đầu ray sau khi lăn: đầu ray được làm nguội nhanh chóng để tạo thành một viên ngọc trai mịn có độ cứng bề mặt từ 350 đến 390 HBW đối với các loại như R350HT, trong khi phần thành và đế giữ cấu trúc cứng hơn, dễ hàn hơn. Điều này tập trung độ cứng chính xác ở những nơi xảy ra mài mòn và giữ cho phần còn lại của đường ray có thể định hình và hàn được, đó là lý do tại sao đường ray được làm cứng ở phần đầu- chiếm ưu thế trên các đường vận chuyển-nặng và các đường cong khắc nghiệt. Hợp kim còn có tác dụng: vanadi và crom tinh chế ngọc trai và tăng độ bền, còn hợp kim vi mô niobium-cải thiện độ dẻo dai. Các cấp độ bền rất cao được sử dụng trên các dây nặng nhất, chẳng hạn như các thanh ray crom{11}}molypden và bainitic hiện đang xuất hiện, đẩy độ cứng và độ dẻo dai vượt quá giới hạn peclit, nhưng chúng vẫn được quy định theo cùng một khung tiêu chuẩn và được xác minh bằng các thử nghiệm giống nhau: độ bền kéo, độ cứng bề mặt và lõi, năng lượng va đập và trạng thái mỏi.

Đường ray nhẹ và đường ray cần cẩu

Không phải tất cả đường ray đều là đường ray chính. Đường ray nhẹ từ 8 đến 30 kg/m, được sử dụng để vận chuyển mỏ, đường công nghiệp nhẹ và đường tạm thời, được cuộn thành GB/T 11264 với các loại mềm hơn như 55Q và Q235, vì nhiệm vụ của chúng là tốc độ thấp và tải trọng trục thấp, trong đó khả năng chống mài mòn ít quan trọng hơn tính kinh tế và khả năng gia công. Đường ray cần cẩu, dòng QU từ QU70 đến QU120, được sử dụng trên giàn và đường ray của cần trục trên cao; chúng được cuộn theo đặc điểm kỹ thuật của đường ray cần cẩu với đầu phẳng, rộng được thiết kế cho bánh xe phẳng của cần cẩu và đường ray QU của Trung Quốc thường được cung cấp ở dạng U71Mn, với các yêu cầu về độ cứng và độ thẳng được đặt ra theo tiêu chuẩn đường ray cần cẩu thay vì theo thông lệ đường chính. Sự khác biệt quan trọng trong việc mua sắm: đường ray R260 chính không thể được thay thế đơn giản thành đường ray cần cẩu hoặc đường xe điện trong mỏ vì hình dáng, độ cứng và hệ thống buộc chặt là khác nhau.

Chọn hạng cho một dự án

Việc lựa chọn điểm bắt đầu từ tiêu chuẩn dự án chứ không phải từ bảng tên. Các yếu tố đầu vào chi phối là tải trọng trục, trọng tải hàng năm, tốc độ tối đa, mức độ nghiêm trọng của đường cong và khí hậu. Các tuyến đường vận chuyển hạng nặng-có trọng tải hàng năm cao và đường cong sắc nét chọn cấp độ cứng cao nhất, đầu-được làm cứng hoặc hợp kim crom-, vì độ mài mòn chứ không phải độ mỏi quyết định tuổi thọ của đường ray. Các tuyến hành khách tốc độ cao-chọn các loại có khả năng chống mỏi cao và độ cứng ổn định, chẳng hạn như U75V ở Trung Quốc hoặc R260 ở Châu Âu, với các yêu cầu về chất lượng bề mặt được thắt chặt. Các tuyến giao thông hỗn hợp{10}}thông thường được phục vụ tốt bởi cấp tiêu chuẩn, R260 hoặc U71Mn. Các đường dây vùng lạnh{14}}thêm yêu cầu về năng lượng-tác động ở nhiệt độ sử dụng tối thiểu và môi trường ăn mòn có thể bổ sung các yêu cầu về hợp kim hoặc lớp phủ. Trong mọi trường hợp, người mua phải nêu rõ cấu hình, cấp độ và tiêu chuẩn quản lý, ví dụ: 60 kg/m U75V đến GB/T 2585 hoặc 60E1 R260 đến EN 13674-1 và yêu cầu chứng chỉ kiểm tra nhà máy để có thể kiểm tra các giá trị cơ học và hóa học được giao theo giới hạn cấp độ.

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Có phải thép đường ray chỉ là-thép cacbon cao không?

Đó là-thép cacbon cao, chứa 0,60 đến 0,82% cacbon nhưng cũng được kiểm soát hàm lượng mangan, silicon và cặn, được cán thành hình dạng chính xác và được kiểm tra độ cứng, độ bền kéo và độ mỏi. Cấp độ và tiêu chuẩn cùng nhau xác định vật liệu.

Câu 2: Sự khác biệt giữa R260 và R350HT là gì?

R260 là loại ngọc trai tiêu chuẩn có độ bền kéo tối thiểu là 880 MPa. R350HT là cùng một dòng nhưng được làm cứng ở đầu-với độ cứng bề mặt từ 350 đến 390 HBW cho dịch vụ vận chuyển-nặng và-có độ mài mòn cao.

Câu 3: Chữ U trong U71Mn có ý nghĩa gì?

Tiền tố U là tên gọi của Trung Quốc cho thép đường sắt. U71Mn là thép ray mangan có hàm lượng carbon từ 0,65 đến 0,76% và mangan từ 1,10 đến 1,40%, trên mỗi GB/T 2585.

Câu hỏi 4: Tại sao các thanh ray được gia cố đầu-được sử dụng trên các đường cong?

Bởi vì các đường cong tạo ra tỷ lệ mài mòn cao nhất. Việc làm cứng đầu đặt độ cứng 350 đến 390 HBW chính xác trên bề mặt chạy, kéo dài tuổi thọ đường ray nhiều lần so với loại tiêu chuẩn trên cùng một đường cong.

Câu 5: Đường ray cần cẩu có thể được sử dụng trên các tuyến đường sắt không?

Không. Đường ray của cần cẩu có cấu hình đầu, độ cứng và hệ thống buộc khác nhau, được thiết kế cho bánh xe cần trục phẳng và tốc độ thấp. Các tuyến đường sắt yêu cầu hồ sơ và cấp đường sắt theo tiêu chuẩn quản lý.

Câu hỏi 6: Điểm được giao được xác minh như thế nào?

Bằng chứng chỉ kiểm tra nhà máy với số nhiệt, phân tích nồi và kiểm tra cơ học, cũng như bằng cách kiểm tra thành phần hóa học so với giới hạn cấp của tiêu chuẩn. Độ cứng có thể được xác minh trên đầu ray bằng máy kiểm tra cầm tay khi giao hàng.