Из какой стали изготовлены рельсы. Рельсовая сталь. Углерод в колесных сталях

В последнее время активно ведутся работы по модернизации железнодорожных путей. Устаревшие рельсы и шпалы заменяются новыми элементами, отвечающие международным стандартам.

Большой ассортимент железнодорожных рельс представлен на сайте www.rails.com.ua/relsy.html. Вся продукция имеет заключения о качестве, сертификаты и паспорта.

Области применения

Железнодорожные пути необходимы не только для сообщения между населенными пунктами. Часто их прокладывают на промышленных предприятиях для осуществления подъезда для погрузки или разгрузки. По рельсам передвигается тяжелая строительная техника, например, краны и погрузчики.

Все компоненты железнодорожного полотна имеют специальную маркировку, по которой можно понять, где будут использоваться данные рельсы. Существуют такие варианты использования рельс:

• прокладка узкоколейных путей для железнодорожного транспорта, для перевозки грузов в шахтах или карьерах, на различных промышленных объектах;
• укладка железнодорожного полотна с широкой колеёй на крупных заводах и других предприятиях;
• обустройство метрополитенов;
• проведение путей для железнодорожного транспорта.

Классификация и изготовление рельс

Рельсы, при помощи которых происходит перемещение локомотива с вагонами, маркируются латинской буквой «Р». Затем идут несколько цифр. Это обозначение веса одного метра данной рельсы. По этому показателю можно судить о нагрузке, которую выдержит железнодорожный путь при эксплуатации.

Все рельсы для железнодорожных путей изготавливают из мартеновской стали. Для увеличения прочности используются различные добавки и методы обработки:

• спокойную сталь из мартеновской печи раскисляют специальными добавками, в этот комплекс не включен алюминий. Изготовленные из этого сплава рельсы маркируют голубым цветом;
• с белой маркировкой выпускаются рельсы из марганец-алюминиевого сплава. Его получают путем раскисливания мартеновской стали алюминием;
• высокоуглеродистую сталь дополнительно подвергают термической закалке в масле, такие рельсы отличаются особой прочностью.

Самыми прочными рельсами являются те, которые служат для кладки железнодорожных путей для скоростных поездов и для передвижения грузовых составов. Как правило, они изготавливаются из мартеновской и конверторной стали.

Там, где на пути осуществляется меньшая нагрузка, применяется углеродистая сталь.

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%.

Введение

Рельсовая сталь - это углеродистая легированная сталь, которая легируется кремнием и марганцем. Углерод дает стали такие характеристики, как твердость и износостойкость. Марганец увеличивает эти качества и повышает вязкость. Кремний также делает рельсовую сталь более твердой и износостойкой. Рельсовую сталь может стать еще качественнее с помощью микролегирующих добавок: ванадия, титана и циркония.

Широкий спектр требований, предъявляемых в связи с этим к качеству железнодорожных рельсов, требует совершенствования технологических процессов, разработки, опробования и внедрения новых технологий и использования прогрессивных процессов в области производства рельсов.

Действующая на отечественных металлургических комбинатах технология производства железнодорожных рельсов обеспечивает необходимое качество и стойкость продукции. Однако в силу ряда причин рельсовая сталь в Российской Федерации выплавляется в мартеновских печах, что ограничивает технологические возможности металлургов для существенного и резкого повышения качества стали, используемой для производства рельсов.

Основной причиной малой распространенности производства рельсов из электростали является целевая направленность строительства современных электросталеплавильных цехов с печами большой емкости на утилизацию региональных ресурсов скрапа и обеспечение регионов металлопродукцией промышленного и строительного назначения. При этом достигаются достаточно высокая экономическая эффективность и конкурентоспособность.

Общая характеристика рельсовых сталей

Производство рельсов в нашей стране составляет около 3,5 % от общего производства готового проката, а грузонапряженность железных дорог в 5 раз выше, чем в США, и в 8...12 раз выше, чем на дорогах других развитых капиталистических стран. Это налагает особо высокие требования к качеству рельсов и стали для их изготовления.

Рельсы подразделяют:

По типам Р50, Р65, Р65К (для наружных нитей кривых участков пути), Р75;

Наличию болтовых отверстий: с отверстиями на обоих концах, без отверстий;

Способу выплавки стали: М - из мартеновской стали, К - из конвертерной стали, Э - из электростали;

Виду исходных заготовок: из слитков, из непрерывно-литых заготовок (НЛЗ);

Способу противофлокенной обработки: из вакуумированной стали, прошедшие контролируемое охлаждение, прошедшие изотермическую выдержку.

Химический состав рельсовых сталей представлен в таблице 1 в марках стали буквы М, К и Э обозначают способ выплавки стали, цифры - среднюю массовую долю углерода, буквы Ф, С, X, Т - легирование стали ванадием, кремнием, хромом и титаном соответственно.

Таблица 1 - Химический состав рельсовых сталей (ГОСТ 51685 - 2000)

Рельсы железнодорожные широкой колеи типов Р75 и Р65 изготовляют по ГОСТ 24182-80 из мартеновской стали М76 (0,71... 0,82 % С; 0,75...1,05 % Mn; 0,18...0,40 % Si; < 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 МПа и 5 > 4%. Технология изготовления рельсов должна гарантировать отсутствие в них вытянутых вдоль направления прокатки строчек неметаллических включений (глинозема) длиной более 2 мм (группа I) и более 8 мм (группа II), так как подобные строчки служат источником зарождения трещин контактной усталости в процессе эксплуатации.

Высокая грузонапряженность железных дорог привела к тому, что работоспособность сырых нетермоупрочненных рельсов перестала удовлетворять требованиям тяжелой работы сети железных дорог.

Дальнейшее повышение эксплуатационной стойкости термически упрочненных рельсов может быть достигнуто легированием рельсовой стали. Перспективным является легирование углеродистой рельсовой стали небольшими добавками ванадия (-0,05 %), применение легированных сталей типа 75ГСТ, 75ХГМФ и др., а так же применение термомеханической обработки.

Значительные твёрдость, сопротивление износу и вязкость высокоуглеродистых сталей достигаются приданием им специальной термической обработкой однородной сорбитной структуры.

Нормы по гарантии качества изготовителей железнодорожных рельсов представлены в таблице 5.

Рис.1 Характеристики поперечных профилей рельсов Р75 (а), Р65 (б), Р50(в)

Таблица 5

Примечание:

Т1, Т2 - термоупрочненные рельсы, выпускаемые по ГОСТ Р 51685-2000;

СС – рельсы для скоростного совмещенного движения;

НЭ, НК - рельсы низкотемпературной надежности;

ИЭ - рельсы повышенной износостойкости и контактной выносливости;

3. Конструкции железнодорожного пути на мостах.

3.1. Схемы примыкания рельсовых плетей к мостам.

В России на мостах и подходах к ним обычно укладывается тот же тип рельсов, что и на перегонах. В настоящее время на мостах эксплуатируются преимущественно термоупрочненные рельсы типа Р65. Имеющиеся незакаленные рельсы Р65 и даже термоупрочненные рельсы Р50 в плановом порядке заменяются на термоупрочненные Р65.

В зависимости от климатических и эксплуатационных условий на мостах и подходах к ним может укладываться бесстыковой путь с рельсовыми плетями, перекрывающими мост и подходы, путь с длинными сварными рельсами (длиной не более длины температурного пролета) и звеньевой путь с рельсами длиной 25 м..

Укладка бесстыкового пути на мостах не менее эффективна, чем на земляном полотне. В результате ликвидации стыков уменьшаются динамические напряжения в элементах пролетных строений, снижается интенсивность расстройства их соединений и мостового полотна, а соответственно уменьшаются затраты на содержание как пути на мостах, так и самих мостов. Поэтому применение бесстыкового пути на мостах - важная задача.

При укладке сварных рельсовых плетей бесстыкового пути и длинных рельсов на мостах должны учитываться особенности совместной работы пути и моста. Основной особенностью здесь является подвижность подрельсового основания, вызванная изменением длины пролетного строения при изменении температуры воздуха и проходе подвижного состава. Подвижность пролетного строения при интенсивном торможении может составлять от 20 до 30 % его температурных перемещений. В то же время сварные рельсовые плети, перекрывающие мост, могут оставаться неподвижными.

При наличии связей "рельс-пролётное строение" в рельсовых плетях появляются дополнительные продольные усилия, передающиеся при непрерывной рельсовой нити бесстыкового пути не только на пролетные строения, но и на опорные части и на подходы к мосту. Поэтому до укладки бесстыкового пути мосты обследуют и, если необходимо, капитально ремонтируют.

Как на отечественных, так и на зарубежных железных дорогах, на мостах применяют два типа мостового полотна: балластное (с ездой на балласте) и безбалластное.

Мостовое полотно с ездой на балласте (рис. 2) применяется с железобетонными пролетными строениями длиной преимущественно до 33 м и сталежелезобетонными - длиной более 33 м. ..

На мостах с железобетонными пролетными строениями длиной до 3,6 м с ездой на балласте рельсовые плети работают практически независимо от пролетного строения и не испытывают дополнительных воздействий, связанных с его деформациями. Такие мосты почти не имеют строительного подъема, а изменение температуры пролетного строения вследствие большой массы бетона происходит с 4-5-часовым отставанием от изменения температуры окружающего воздуха. Поэтому при изменениях температуры и проходе поезда продольные деформации (изменения длины) такого пролетного строения бывают невелики. Это позволяет устраивать на железобетонных мостах с пролетными строениями до 33 м и ездой на балласте бесстыковой путь такой же конструкции, как и на земляном полотне.

Рис.2 Мостовое полотно с ездой на щебеночном балласте и железобетонных шпалах при балластном корыте, предусматривающем пропуск щебнеочистительных машин:слева-без охранных приспособлений, справа-с охранными приспособлениями

На мостах с ездой на балласте, имеющих полную длину более 50 м, а также на путепроводах с ездой на балласте при полной их длине более 25 м для предупреждения большого поперечного смещения от оси моста подвижного состава в случае его схода требуется укладывать контруголки.

На мостах с ездой на балласте путь укладывается на специальных мостовых железобетонных шпалах, к которым можно прикреплять контруголки. Контруголки крепятся к шпалам шурупами, вворачиваемыми в деревянные вкладыши. Контруголки сводятся концами, образуя челнок, острия которого должны быть не ближе 10 м от задней стенки устоя (рис. 3). При укладке на мостах железобетонных шпал в пределах "челноков" располагают шпалы с постепенным уменьшением расстояния между осями деревянных вкладышей (рис. 4).

В качестве балласта на мостах и подходах к ним применяется щебень из твердых пород. На отдельных мостах и подходах к ним эксплуатируется путь на асбестовом балласте. Однако в последние годы в плановом порядке асбестовый балласт заменяется щебеночным.

Рис. 3. Схемы расположения железобетонных и деревянных шпал при примыкании рельсовых плетей к мостам (а) и перекрытии мостов рельсовыми плетями (б): А - рельсовые плети; Б - железобетонные шпалы; В - деревянные шпалы

Рис. 4. Схема укладки железобетонных шпал в пределах «челноков» (цифрами обозначены типы шпал от Ш1 до Ш21)

Ширина плеча балластной призмы на мостах и подходах к ним устраивается не менее 35 см. При этом она не зависит от класса линии, т. е. является фактором, обеспечивающим устойчивость бесстыкового пути. Толщина балластного слоя под шпалой устраивается не менее 25 см. На отдельных мостах из-за габаритов толщина балластного слоя может быть ограничена до 15 и даже 10 см. В таких случаях необходимо принимать все меры для уменьшения динамического воздействия подвижного состава на путь. Это достигается путем ликвидации рельсовых стыков в пределах моста и периодической шлифовкой рельсов.

На мостах старой постройки в процессе эксплуатации высота балластной призмы увеличивалась в результате выправки пути в профиле, а также из-за отсутствия достаточно простых технологий по очистке щебня на мостах. Это приводит к значительному увеличению постоянной нагрузки на мост. Для ее ограничения высота балласта под шпалой не должна превышать типовую более чем на 30 см. При большей высоте ширина лотка становится недостаточной для обеспечения необходимого поперечного профиля призмы. Поэтому в новых проектах ширина лотка понизу составляет 4,9 м.

В эксплуатируемых мостах старой постройки во избежание осыпания балласта с пролетного строения приходится наращивать борта лотков. На некоторых дорогах укладывают железобетонные уголки, горизонтальная полка которых размещается под балластом.

Во всех случаях необходимо, чтобы нижняя постель шпалы была ниже борта, и дополнительная нагрузка от увеличения собственного веса пролетного строения не превосходила допускаемую.

Довольно часто устраивают мостовое полотно с металлическими ортотропными плитами с ребрами жесткости. Плита имеет одинаковую жесткость в продольном и поперечном направлениях и включается в работу верхнего пояса продольной балки, что упрощает и усиливает конструкцию моста и удешевляет его содержание. На плите укладывают обычное верхнее строения пути (щебень, шпалы и т.д.).

Иногда вместо металлической применяют железобетонную плиту, работающую совместно с верхними поясами главных ферм пролетного строения. Плиты в этом случае, как правило, приклеиваются к балкам клеем на эпоксидной основе. Путь укладывается на щебне.

Имеются и другие конструкции балластного мостового полотна. На железных дорогах России, кроме железобетонных мостов, мостовое полотно с ездой на балласте применяется преимущественно на сталежелезобетонных мостах, включающих металлические пролетные строения с установленными на них железобетонными балластными корытами. Балластное корыто на таких мостах работает совместно с верхними поясами продольных балок, на которых оно закрепляется. Однако и на этих мостах влияние продольных подвижек пролетных строений на рельсовые плети снижается за счет балласта. Содержание пути на мостах с ездой на балласте наиболее просто и экономично по сравнению с другими конструкциями мостового полотна и мало отличается от эксплуатации пути на земляном полотне. Тем не менее, на большей части металлических мостов применяется безбалластное мостовое полотно.

Безбалластное мостовое полотно может быть на деревянных и металлических поперечинах или на железобетонных плитах.

Мостовое полотно на деревянных поперечинах (мостовых брусьях) устраивается согласно рисунку 5. В качестве охранных приспособлений на мостах с деревянными и металлическими поперечинами применяются контруголки сечением 160x160x16 мм. На эксплуатируемых мостах впредь до переустройства или капитального ремонта допускаются контруголки меньшего сечения, но не менее 150x100x14 мм.

Мостовое полотно с металлическими поперечинами эксплуатируется преимущественно на мостах довоенной постройки.

Рис.5. Мостовое полотно на мостовых брусьях с костыльным креплением рельсов: слева - охранный уголок прикреплен лапчатым болтом, справа- - охранный уголок прикреплен костылями

Примечание. В скобках даны минимально необходимые зазоры между рельсовыми подкладками, охранными уголками и шайбами лапчатых болтов на участках, оборудованных автоблокировкой.

В последние годы резко возросли объемы укладки мостового полотна с железобетонными плитами (рис. 6). Изготовление и укладка безбалластных железобетонных мостовых плит производятся по типовым проектам. Сопряжение железобетонных плит с балками пролетных строений может производиться с помощью прокладного слоя из цементно-песчаного раствора с деревянными прокладками, из антисептированных деревянных досок и резины, а также других конструкций.

В качестве охранных приспособлений на мостах с железобетонными плитами применяются контруголки сечением 160x160x16 мм. Охранные приспособления на мостах с безбалластным мостовым полотном (деревянные, металлические поперечины, железобетонные плиты) устанавливают при длине мостового полотна более 5 м или при расположении мостов в кривых радиусом менее 1000 м.

Как известно, одна из основных особенностей работы пути, в том числе и бесстыкового, на мостах заключается в подвижности подрельсового основания. Рельсовые плети бесстыкового пути, перекрывающие мост, не имеют возможности перемещаться вместе с основанием.

Рис.6. Мостовое полотно на безбалластных железобетонных плитах:

1 - безбалластная ж.б. плита, 2-контруголок, 3 - путевой рельс со скреплениями, 4 - главные балки, 5 - опорная деревянная прокладка, 6 - высокопрочная шпилька крепления плиты, 7 - цементно-песчаная подливка, 8 - овальное отверстие для шпильки и нагнетания раствора под плиту, 9 - шайбы

Поэтому при наличии связей «рельсовые плети - пролетное строение», вследствие продольных подвижек последнего как в плетях, так и в продольных балках пролетного строения, появляются дополнительные продольные силы. Ввиду того, что площадь поперечного сечения продольных балок, поясов ферм пролетного строения многократно превышает площадь сечения рельса, то наиболее опасными будут дополнительные продольные силы для рельсовых плетей. Дополнительные силы в рельсовой плети в сумме с поперечными силами от подвижного состава, а также от изменения температуры плети не должны вызывать перенапряжений рельсов в зоне моста и подходов. Это требование выполняется при условии непревышения расчетных напряжений над допустимыми.

При этом условии учитывается, что температура рельсов на мостах в летнее время может быть ниже на 8-10°С температуры рельсов на подходах к ним, а также что в зимнее время продольные деформации пролетного строения, вызванные проходом поезда, противоположны по направлению температурным и уменьшают воздействие последних на плети.

Для определения дополнительных сил в рельсовых плетях на мостах и подходах к ним, вызванных подвижками пролетного строения, необходимо знать длины пролетных строений, значения перемещений и распределение сил сопротивлений (r м) по длине мостового полотна.

На участках с подвижками пролетного строения более 3 - 5 мм происходит фрикционное проскальзывание его относительно рельсовых плетей, и сопротивления уже не зависят от величины перемещений, т, е. r м = соп st

В известных зарубежных работах при определении дополнительных продольных сил в рельсовых плетях принимают r м = соп st . Это упрощение при перемещениях пролетного строения, вызванных изменениями температуры на 15ºС, почти в 2 раза увеличивает расчетное значение силы по сравнению с ее фактической величиной. При увеличении перепада температуры разность между расчетными и фактическими значениями дополнительных сил уменьшается. Например, для пролетного строения длиной 55 м при перепаде температуры на 45ºС разность между расчетной и фактической величиной дополнительных продольных сил не превышает 7-10 %.

При сплошном закреплении плетей скреплениями КД, КБ на мостах с пролетными строениями длиной 45-55 м, их продольные деформации могут вызвать в рельсовых плетях дополнительные осевые напряжения порядка 50-75 МПа, которые в сумме с изгибными и температурными напряжениями могут превышать допускаемые значения по прочности рельсов. Эти дополнительные напряжения способствуют быстрому расстройству мостового полотна, опорных частей пути в зоне подходов, а в отдельных случаях и выбросу пути в зоне подходов. Поэтому закрепление рельсовых плетей в соответствии с требованиями к их закреплению на земляном полотне неприемлемы для безбалластных мостов .

Самый лучший вариант в плане взаимодействия плетей и пролетных строений - применение скреплений, которые не препятствуют перемещению продольных строений относительно плетей. Закрепление рельсовых плетей без защемления подошвы рельсов на отечественных железных дорогах применяется на безбалластных мостах длиной 33 м и менее, а на зарубежных дорогах на мостах длиной до 25-30 м. При таком закреплении плетей удлинение или укорочение пролетных строений не вызывает дополнительных сжимающих или растягивающих напряжений в плети, а величина зазора при изломе плечи не превышает допускаемого значения. Закрепление плетей на мостах длиной до 33 м осуществляется при помощи костыльных или раздельных скреплений (КД, КБ) с неплотно забитыми костылями или клеммами с подрезанными лапками, что обеспечивает зазор между клеммой и верхом подошвы рельса (рис. 7). При длине мостов больше 33 м во избежание раскрытия большого зазора рельсовые плети закрепляются на ограниченном протяжении мостового полотна в зоне неподвижного конца пролетного строения (0.2÷ 0,25). На этом участке рельсовые плети крепятся так же, как и на земляном полотне с нормативной затяжкой гаек клеммных болтов. На остальном протяжении мостового полотна плети крепятся без защемления клеммами. При таком закреплении почти исключается появление в плетях дополнительных сил, вызванных подвижками пролетного строения. Внедрение такой схемы закрепления плетей позволило расширить полигоны применения бесстыкового пути на отечественных железных дорогах на однопролетных мостах длиной до 55 м и многопролетных - до 66 м .

Рис. 7. Прикрепление рельсовых плетей к мостовым брусьям креплениями КД с укороченными ножками клемм

На целом ряде зарубежных железных дорог бесстыковой путь укладывается на мостах большей длины (табл. 6).

Таблица 6

Увеличение длин мостов, на которых можно укладывать бесстыковой путь, достигается за счет более благоприятных климатических условий, применения новых конструкций прикрепления мостовых брусьев к поясам продольных балок или ферм. исключающих влияние продольных перемещений пролетного строения на напряженное состояние плетей (рис. 8), специальных конструкций рельсовых скреплений. В частности, в Японии применяются скрепления (рис. 9), из которых «А» обеспечивает погонные сопротивления продольному сдвигу 100 Н/см, «В» - 50 Н/см, «С» - не оказывает сопротивления продольному сдвигу. Комбинацией этих скреплений достигаются требуемые погонные сопротивления.

Рис. 8. Узел соединения мостового бруса (1) с продольной балкой (2), допускающий их взаимные перемещения.

Рис. 9. Скрепления, предназначенные для укладки на мостах без балласта.

Наряду с выполнением требований по прочности, устойчивости пути, величине зазора, образующегося в случае излома плети, на мостах необходимо соблюдать еще и условие, чтобы горизонтальные силы, передаваемые рельсовыми плетями на мостовое полотно в момент разрыва плети зимой, не превышали значений расчетных тормозных сил, на которые рассчитываются опорные части и опоры мостов. На однопролетных мостах свыше 55 м и многопролетных свыше 60 м закрепление плетей только в зоне неподвижных концов пролетных строений в климатических условиях железных дорог России не обеспечивает требование по зазору. На этих мостах укладывается либо звеньевой путь, либо рельсовые плети длиной не более длины температурного пролета моста (рис. 10).

Для компенсации температурных удлинений рельсов, а также удлинений, вызванных проходом поезда, на мосту применяются уравнительные приборы (рис. 11). На практике уравнительные приборы укладываются на мостах с длинами температурных пролетов 100 м и более. Рельсовые плети в пределах таких мостов укладываются типа Р65 с костыльными, раздельными скреплениями К-65 на мостах с деревянными мостовыми брусьями или КВ-65 на мостах с металлическими мостовыми брусьями и железобетонными плитами.

Для предупреждения угона пути в пределах моста сварные рельсовые плети закрепляются в зоне неподвижных концов пролетных строений.

Рис. 10. Температурные пролеты мостов:

a - с разрезными пролетными строениями в однопролетных мостах или при расположении на промежуточной опоре одной подвижной и одной неподвижной опорных частей смежных пролетных строений: б -то же при расположении на промежуточной опоре двух подвижных опорных частей; в, г -с неразрезными пролетными строениями при расположении неподвижной опорной части в середине и на конце пролетного строения; д - с консольными пролетными строениями: е - с арочными пролетными строениями; L t - температурный пролет, У р - место установки уравнительного прибора.

Рис. 11 Уравнительный прибор:

1 - передний стык рамного рельса; 2 - рамные рельсы. 3 - начало отгиба рамного рельса, 4 - остряки; 5 - лафеты; 6 - граница соседних температурных пролетов

На мостах с деревянными мостовыми брусьями и костыльными скреплениями рельсовые плети закрепляются винтовыми или, как исключение, пружинными противоугонами, устанавливаемыми в замок. Винтовые противоугоны устанавливаются у брусьев, прикрепленных к противоугонным уголкам, установленным на верхних поясах продольных балок. Количество винтовых и пружинных противоугонов определяется путем деления продольной силы на усилие, которое воспринимается винтовым (рис.12) или пружинным противоугонами.

Рис. 12. Винтовой противоугон

На мостах с ездой по балласту, с металлическими поперечинами рельсовые плети у неподвижных концов пролетных строений на протяжении, определяемом расчетами, прикрепляются к основанию скреплениями КБ с нормативной затяжкой гаек клеммных болтов. Протяженность участков закрепления плетей в зоне неподвижного конца пролетного строения пружинными противоугонами или скреплениями КБ с нормативной затяжкой гаек клеммных болтов определяется из условия:

где Т - продольная сила от временной нагрузки в момент торможения или разгона поезда; r м - погонные сопротивления продольному сдвигу рельсовой плети в пределах участка закрепления.

На остальном протяжении пролетного строения рельсовые плети крепятся без защемления подошвы рельса.

На безбалластных мостах с металлическими поперечинами, железобетонными плитами и с ездой по балласту устанавливаются подрельсовые резиновые или резинокордовые амортизаторы. Для уменьшения коэффициента трения между подошвой рельса и амортизаторами в пределах участков, где плети крепятся без защемления подошвы рельса, устанавливаются металлические П-образные прокладки, изготавливаемые из листовой стали толщиной 0,5 - 2,0 мм (рис 13). В последние десятилетия на многих мостах России с температурными пролетами 100 м и более вместо дорогостоящих уравнительных приборов начали укладывать уравнительные рельсы. Компенсация изменения длины рельсовых плетей на мостах с уравнительными рельсами осуществляется за счет стыковых зазоров, а в необходимых случаях - за счет одного- двух сезонных уравнительных рельсов. Сезонные рельсы - это рельсы для зимних и летних условий. На зимний период это, как правило, рельсы стандартной длины 12,5 м, а на летний период - укороченные, длиной 12,46; 12,45 или 12,44 м.

Укладка плетей с уравнительными рельсами выполняется по специально разработанному проекту, который обязательно должен включать схему укладки сварных рельсовых плетей и уравнительных рельсов; расчет зазоров в стыках и определение температурного интервала замены сезонных уравнительных рельсов; схему закрепления рельсовых плетей на мостовом полотне и подходах.

Рис. 13. П-образная металлическая прокладка

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, ванадий, алюминий, хром, никель, азот, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,77-0,84, марганец 0,90-0,95, кремний 0,20-0,35, ванадий 0,06-0,10, алюминий не более 0,004, азот 0,010-0,018, хром не более 0,15, никель не более 0,15, железо и примеси остальное. В качестве примесей сталь содержит, в мас.%: серу не более 0,015, фосфор не более 0,020, медь не более 0,20 и кислород не более 0,0018. Повышаются прочностные свойства стали, пластичность и хладостойкость за счет образования дисперсной структуры сорбита закалки и повышения чистоты стали по неметаллическим включениям. 2 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству стали для производства железнодорожных рельсов.

Известна рельсовая перлитная сталь , содержащая 0,71-0,82% С; 0,75- 1,05% Мn; 0,25-0,60% Si; 0,05-0,15% V; не более 0,025% Р; не более 0,030% S; не более 0,02% А1.

Создание высокопрочных рельсов с временным сопротивлением более 1300 Н/мм 2 и относительное удлинение не менее 12,0%, имеющих повышенную эксплуатационную надежность и высокую сопротивляемость образованию дефектов, предполагает однородную перлитную структуру, обеспечить которую при объемной закалке в масле при указанном широком интервале концентраций химических элементов затруднительно.

Известны стали, имеющие следующий химический состав (мас.%):

0,65-0,8 С; 0,18-0,40 Si; 0,6-1,2 Мn; 0,001-0,01 Zr; 0,005-0,04 А1; 0,004-0,011 N один элемент из группы, содержащей Са и Mg 0,0005-0,015; 0,004-0,040 Nb; 0,05-0,3; Fe - ocт..

0,69-0,82 С; 0,45-0,65 Si; 0,6-0,9 Мn; 0,004-0,011 N; 0,005-0,009 Ti; 0,005-0,009 Al; 0,02-0,10 V; 0,0005-0,004 Ca; 0,0005-0,005 Mg; 0,15-0,4 Cr; Fe - ост..

Существенными недостатками данных сталей являются низкая ударная вязкость и хладостойкость, пониженная надежность и эксплуатационная стойкость.

В стали это определяется отсутствием ванадия и низким содержанием азота. Она имеет сравнительно крупное зерно аустенита (баллы 7-8). Высокое содержание алюминия в ней приводит к загрязнению ее грубыми строчечными включениями глинозема, значительно снижающими контактно-усталостную прочность рельсов.

Указанные недостатки стали связаны с наличием в ней титана, низким содержанием ванадия и азота. Образующиеся в жидкой стали при ее охлаждении карбонитриды титана резко снижают ударную вязкость и сопротивление хрупкому разрушению рельсов.

Сравнительно низкое содержание ванадия и азота не обеспечивает образование требуемого количества нитридов алюминия и карбонитридов ванадия, необходимых для измельчения аустенитного зерна и одновременного повышения прочностных свойств и хладостойкости стали. Аустенитное зерно в этой стали сравнительно крупное и составляет баллы 7-8.

Известна сталь , содержащая 0,65-0,89% С; 0,18-0,65% Si; 0,6-1,2% Мn; 0,004-0,030% N; 0,005-0,02% А1; 0,0004-0,005% Са; 0,01-0,10% V; 0,001-0,03% Ti; 0,05-0,4% Сr; 0,003-0,1% Мо; карбонитриды ванадия 0,005-0,08%; при этом Са и А1 находятся в соотношении 1:(4-13); е - остальное.

Существенными недостатками стали являются низкая ударная вязкость, повышенная склонность к хрупкому разрушению и пониженная эксплуатационная стойкость, что обусловлено наличием титана в стали, низким содержанием ванадия, высокой концентрацией алюминия. Образующиеся карбонитриды титана резко снижают ударную вязкость и сопротивление хрупкому разрушению.

Низкая концентрация ванадия не обеспечивает образование требуемого количества карбонитридов ванадия, необходимого для дополнительного измельчения зерна и повышения прочностных свойств и хладостойкости стали.

Применение большого количества алюминия для раскисления стали совместно с кальцием приводит к загрязнению ее скоплениями алюминатов кальция, богатых глиноземом, снижающих контактно-усталостную прочность.

Наличие в стали серы и фосфора в больших количествах приводит к повышению соответственно красно- и хладноломкости стали.

Известна выбранная в качестве прототипа сталь , содержащая (мас.%): 0,78-0,88 С; 0,75-1,05 Мn; 0,25-0,45 Si; 0,03-0,15 V; не более 0,02 Аl; не более 0,020 Р; не более 0,015 S.

Рельсы, изготовленные из стали Э83Ф, подвергаются объемной закалке в масле при пониженной температуре и последующему отпуску.

Существенными недостатками стали являются повышенная склонность к хрупкому разрушению.

Желаемым техническим результатом изобретения является образование дисперсной структуры сорбита закалки, повышение прочностных свойств, пластичности, хладостойкости, чистоты стали по неметаллическим включениям.

Для достижения этого сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий, алюминий, дополнительно содержит хром, никель, азот при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Кроме того, в ее составе дополнительно ограничено количество примесей в следующем соотношении (мас.%):

Заявляемый химический состав выбран исходя из следующих условий. Выбранное содержание углерода обеспечивает при объемной закалке однородную структуру сорбита закалки с временным сопротивлением разрыву более 1300 Н/мм 2 , относительным удлинением более 0,12% и сужением более 35%.

Рельсы из стали, содержащей более 0,84% С, имеют пониженную ударную вязкость при минус 60°С (0,15 МДж/м 2). Введение Mn, V, Сr связано также с необходимостью повышения вязкости и износостойкости стали при рабочем контакте колесо-рельс.

Выбранное соотношение Mn, Si, Ni, Сr в стали, содержащей 0,77-0,84% С, обеспечивает снижение температуры превращения аустенита и получение более дисперсной структуры сорбита закалки.

Снижение содержания марганца по сравнению с прототипом обусловлено введением в сталь достаточных количеств хрома для увеличения прокаливаемости и сопротивления ее износу. При этом заявляемые концентрации Ni и Сr исключают образование в микроструктуре верхнего бейнита, который не допускается в рабочей части головки рельса. Однако при содержании углерода 0,77-0,84% и высокой концентрации марганца (>0,95%) в структуре термоупрочненных рельсов наблюдаются участки верхнего бейнита.

В итоге заявляемые содержания Мn, Si, Cr, Ni обеспечивают требуемое снижение температуры превращения аустенита и образование структуры дисперсного сорбита закалки, который имеет более высокие механические свойства, твердость и износостойкость.

Положительное влияние малых добавок хрома в том, что он, образуя карбиды, увеличивает сопротивление износу. В присутствии хрома увеличивается способность Мn и V сдерживать рост зерна аустенита.

Введение никеля в заявляемых пределах обеспечивает наряду с алюминием и ванадием получение гарантированной ударной вязкости стали при положительных и отрицательных температурах. Его содержание до 0,15% оказывает положительное влияние на ударную вязкость, а при концентрации более 0,15% возможно получение недопустимой в рельсах структуры недопустимого верхнего бейнита.

Применение ванадия в стали обусловлено тем, что он, как Сr и Мn, увеличивает растворимость азота в металле, связывая его в прочные химические соединения (нитриды, карбонитриды ванадия), которые измельчают зерно аустенита и снижают склонность его к росту при нагреве.

Введение V, N в заявляемых пределах в сталь приводит к измельчению зерна аустенита до баллов 9-12 и снижению склонности его к росту при нагреве за счет образования дисперсных частиц карбонитридов ванадия, к повышению прочностных и вязкостных свойств и сопротивления хрупкому разрушению (хладостойкости). Однако без использования азота ванадий при больших концентрациях (>0,1%) снижает ударную вязкость, увеличивает хладноломкость стали. Ванадий повышает предел выносливости, способствует улучшению свариваемости.

В стали, содержащей не менее 0,010% N, оптимальная концентрация ванадия составляет 0,06-0,10%. Нижний предел содержания ванадия в стали выбран потому, что он начинает измельчать зерно при концентрации более 0,06%. Верхний предел содержания ванадия установлен исходя из того, что при увеличении его концентрации выше 0,10% относительная доля азота в карбонитриде ванадия падает, образуется карбонитрид, близкий по составу к карбиду ванадия, который снижает ударную вязкость.

Концентрация азота менее 0,010% в стали, содержащей менее 0,06% ванадия, не обеспечивает требуемый уровень прочностных свойств, ударной вязкости при минус 60°С и измельчение зерна аустенита. При увеличении содержания ванадия и азота в стали до заявляемых пределов возрастает количество карбонитридов в ней, обеспечивающих повышение прочностных свойств и хладостойкости. Однако при повышении азота более 0,018% возможны случаи пятнистой ликвации и "азотного кипения" (пузыри в стали).

Ограничение содержания меди, серы и фосфора выбрано с целью улучшения качества поверхности и повышения пластичности и вязкости стали. Кроме того, концентрация серы определяет красноломкость, фосфора - хладноломкость стали.

Заявляемый химический состав рельсовой стали обеспечивает получение высокопрочных, износо- и хладостойких троститных рельсов повышенной контактно- усталостной выносливости при объемной закалке в масле с последующим отпуском.

Сталь заявляемого состава (таблица 1) выплавляли в 100-тонной дуговой электросталеплавильной печи ДСП-100 И7 и разливали на МНЛЗ. Полученные заготовки нагревали и прокатывали по обычной технологии на рельсы типа Р65, которые подвергали закалке в масле с температуры 800-820°С и отпуску при 460°С. Приведенные в таблице 2 данные показывают, что механические свойства, твердость объемно-закаленных рельсов из заявляемой стали значительно выше, чем рельсов из стали Э83Ф . Заявляемый химический состав рельсовой стали обеспечивает также высокий уровень пластических свойств и высокое сопротивление хрупкому разрушению (KCU-60°C≥0,2 МДж/м 2). Повышение твердости, прочностных, пластических и вязкостных свойств рельсов увеличивает их износо- и хладостойкость, контактно-усталостную прочность и эксплуатационную надежность.

Список источников, принятых во внимание при экспертизе

1. ГОСТ Р 51685-2000 "Рельсы железнодорожные. Общие технические условия".

2. А.с. СССР №1435650, М. кл. С22С 38/16, 1987 г.

3. А.с. СССР №1239164, М. кл. С22С 38/16, 1984 г.

4. Патент РФ №1633008, М. кл. С22С 38/16, 1989 г.

5. ТУ 0921-125-01124328-2001 "Рельсы железнодорожные повышенной износостойкости и контактной выносливости".

Рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий, алюминий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хром, никель, азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным литейным сталям, применяемым в различных отраслях промышленности, в том числе в автомобилестроении при изготовлении крупногабаритных отливок для карьерных самосвалов особо большой грузоподъемности, работающих при повышенных ударных нагрузках и в экстремальных климатических условиях.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, которые могут быть использованы для изготовления деталей машин и оборудования, работающих в тяжелых условиях, в частности для прокатных валков трубоэлектросварочных станов.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из двухслойного проката, длительно эксплуатирующихся при отрицательных температурах в условиях интенсивного механического, коррозионно-эрозионного воздействия мощных ледовых полей и морской воды, в частности корпусов атомных ледоколов, судов ледового плавания, морских ледостойких стационарных и плавучих платформ для добычи углеводородов на арктическом шельфе

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству крупного горячекатаного сортового и фасонного проката из низкоуглеродистой низколегированной стали. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,08-0,12, марганец 1,30-1,80, кремний от более 0,50 до 0,80, фосфор до 0,030, сера от более 0,01 до не более 0,030, хром до 0,3, никель до 0,3, медь до 0,3, алюминий более 0,01, ванадий 0,05-0,10, кальций 0,0001-0,005, азот до 0,008 и железо остальное. Обеспечивается требуемая величина предела текучести 345 Н/мм2 при изготовления крупного горячекатаного сортового и фасонного проката без использования системы ускоренного охлаждения после прокатки. 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления деталей режущих инструментов. Сталь содержит, в мас.%: от 0,28 до 0,5 С, от 0,10 до 1,5 Si, от 1,0 до 2,0 Mn, максимум 0,2 S, от 1,5 до 4 Cr, от 3,0 до 5 Ni, от 0,7 до 1,0 Mo, от 0,6 до 1,0 V, от следовых количеств до общего максимального содержания 0,4% мас. редкоземельных металлов, остальное составляют, по существу, только железо и примеси. После смягчающего отжига сталь имеет матрицу, включающую перестаренный мартенсит с содержанием примерно до 5% об., по существу, круглых, равномерно распределенных карбидов, причем матрица, по существу, не содержит карбидов по границам зерен. Сталь обладает улучшенной обрабатываемостью, износостойкостью и способностью к закалке. 7 н. и 15 з.п. ф-лы, 21 ил., 6 табл.

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано для получения свариваемых штрипсов категории прочности X100 по стандарту API 5L-04, используемых при строительстве магистральных нефтегазопроводов высокого давления. Техническим результатом является повышение прочностных свойств штрипсов при обеспечении доли волокнистой составляющей в изломе образца не менее 90%. Для достижения технического результата после выплавки стали получают непрерывнолитые слябы, нагревают их до температуры аустенитизации, проводят многопроходную черновую и чистовую прокатку с регламентируемой температурой конца прокатки и охлаждение штрипсов водой, при этом после черновой прокатки раскаты охлаждают до температуры 720-800°C, чистовую прокатку ведут с относительными обжатиями за проход 8-25% и температурой конца прокатки, равной 740-790°C, после чего штрипсы охлаждают со скоростью не менее 17°C/с. Сталь выплавляют следующего химического состава, мас.%: 0,06-0,11 C, 0,02-0,04 Si, 1,45-1,95 Mn, 0,15-0,28 Mo, 0,01-0,06 Nb, 0,01-0,09 Ti, 0,15-0,35 Ni, 0,10-0,30 Cr, 0,002-0,009 N, не более 0,20 V, остальное Fe. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным конструкционным сталям, закаливающимся преимущественно на воздухе, используемым для изготовления осесимметричных корпусных деталей. Сталь содержит углерод, кремний, хром, марганец, никель, молибден, ванадий, медь, серу, фосфор, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,18 - 0,24, марганец 1,0 - 1,5, кремний 0,20 - 0,40, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, хром от более 3,00 до 3,20, никель 0,90 - 1,20, молибден 0,50 - 0,70, ванадий 0,10 - 0,20, медь не более 0,25, железо и неизбежные примеси - остальное. После термомеханической обработки сталь обладает высокой пластичностью, позволяющей деформировать ее методом ротационной вытяжки в холодном состоянии со степенями деформации 50-70% и обеспечением механических свойств в упрочненном состоянии выше 155 кгс/мм2 при относительном удлинении не менее 7%. 3 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным комплекснолегированным высокопрочным сталям, закаливающимся на воздухе, и может быть использовано при производстве осесимметричных деталей, работающих под давлением. Сталь содержит, в мас.%: углерод от 0,18 до менее 0,2, марганец 1,00-1,3, кремний 0,20-0,40, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, хром 2,90-3,20, медь не более 0,25, никель 2,20-2,50, молибден 0,70-0,90, ванадий от 0,15 до менее 0,20, железо и неизбежные примеси остальное. После закалки на воздухе и термомеханической обработки временное сопротивление разрыву σВ составляет не менее 170 кгс/мм2, а относительное удлинение δ5 составляет не менее 6%. 1 ил., 5 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному стальному листу, имеющему отношение предела текучести к пределу прочности 0,6 или более. Лист выполнен из стали следующего состава, в мас.%: 0,03-0,20% С, 1,0% или менее Si, от более 1,5 до 3,0% Mn, 0,10% или меньше Р, 0,05% или менее S, 0,10% или менее Аl, 0,010% или менее N, один или несколько видов элементов, выбранных из Ti, Nb и V, общее содержание которых составляет 0,010-1,000%, 0,001-0,01 Ta, остальное Fe и неизбежные примеси. Структура листа включает феррит и вторичную фазу, включающую мартенсит. Доля площади феррита составляет 50% или более, и средний размер кристаллического зерна 18 мкм или менее. Доля площади мартенсита во вторичной фазе составляет от 1 до менее 7%. Обеспечиваются требуемые прочность и формуемость при снижении веса листа. 12 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов