Физические свойства.

Элементами, присутствие которых в стали считается полезным, являются железо, углерод, марганец и кремний; нежелательными примесями стали являются фосфор, сера, газы и шлак. Большую роль при изготовлении рельсовой стали играет углерод; с увеличением содержания углерода повышается твердость и предел прочности стали, но понижается ее вязкость. Однако, принимая в расчет однородность современной мартеновской стали, регулированием содержания углерода можно всегда получить сталь желаемой твердости. Содержание углерода в стали, предназначенной для прокатки рельсов весом от 34,7 до 39,5 кг/пог. м, колеблется от 0,55 до 0,68%, для рельсов весом от 40,2 до 44,6 кг/пог. м - от 0,64 до 0,77%, для рельсов весом от 45,1 до 59,5 кг/пог. м - от 0,67 до 0,80% и для рельсов весом в 60 кг/пог. м - от 0,69 до 0,82%.
Марганец в том или ином количестве присутствует в любой рельсовой стали; он обладает способностью раскислять металл и значительно повышать его прочность, вязкость и упругость, а также сопротивляемость износу. Согласно Техническим условиям на мартеновскую рельсовую сталь содержание марганца допускается в рельсах весом от 34,7 до 44,6 кг/пог. м в количестве от 0,60 до 0,90% и в рельсах весом 45,1 кг/пог. м и выше - от 0,70 до 1,00%.
Кремний в стали содержится всегда. Химическое сродство кремния с кислородом делает его особенно полезным с точки зрения устранения газов, не удаленных марганцем. Содержание кремния в рельсовой стали должно быть не ниже 0,10%; количество его может доходить до 0,23%. Более высокое содержание кремния в сталях, изготовленных как по техническим условиям AREA, так и по другим инструкциям на изготовление стандартных рельсов, значительно снижает, а в некоторых случаях и полностью устраняет необходимость «успокоения» стали в изложницах с помощью алюминия, способствующего повышению плотности стали.
Наиболее вредной примесью рельсовой стали является фосфор, так как он понижает способность стали сопротивляться удару, делая ее хладноломкой. В мартеновских рельсах содержание фосфора допускается не свыше 0,04%.
Сера способствует образованию между волокнами стали сульфидных пленок. Пленки делают сталь красноломкой и приводят к образованию в ней трещин, а также к выкрашиванию металла в процессе прокатки. Присутствие любого количества серы в стали нежелательно.
Шлак представляет собой расплавленную золу или осадок; он содержит в себе примеси, удаленные из расплавленного металла. Очень большое внимание уделяется тому, чтобы при разливке стали из ковша по изложницам в ней не задерживались частицы шлака.

Процесс прокатки рельсов.

Качество рельсов, с точки зрения сопротивляемости их износу, зависит не только от правильного химического состава и физических свойств стали, но также и от соблюдения существующих правил их изготовления. По требованиям железных дорог металлургической промышленностью были разработаны новые способы регулируемого охлаждения рельсов, термической закалки их по всей длине и закалки концов, являющиеся средством продления срока службы рельсов.
Металлургические отделы на рельсопрокатных заводах чувствуют все большую ответственность за качество выпускаемой стали. С помощью специальных работников, ведущих наблюдения за всеми этапами производства стали, осуществляется постоянный контроль над методами производства рельсов. Инспектора, имеющие право браковать рельсы на любой стадии их изготовления, в случае если рельсы не соответствуют требуемому стандарту, осуществляют контроль над производственными отделами заводов.
Первым шагом по изготовлению рельсов является производство рельсовой стали. Последние достижения в области металлургической промышленности создали условия для более надежного контроля над всем мартеновским процессом; это привело к некоторому изменению технологии производства стали и улучшило качество выпускаемого металла. После того, как сталь в мартеновской печи нагреется до требуемой температуры, и после того, как будет проверен химический состав стали, металл разливают по изложницам. Форма изложниц слегка конусообразная, кверху суженная, поверхность волнистая, углы изложниц тщательно закруглены. Длина слитков меняется в зависимости от сечения рельсов, для которых они предназначены; слитки, из которых изготовляются образцы для испытания на ударную нагрузку, делаются несколько длиннее. По Техническим условиям образцы для испытания на ударную нагрузку берутся из верхней части головных рельсов А, из второго, среднего и последнего слитков каждой плавки.

Прокатка рельсов.

Первой задачей при производстве рельсов является получение слитка, однородного по всей длине. Сейчас же после затвердевания слитки доставляют к нагревательной печи, где их подогревают до температуры прокатки. В течение всего процесса изготовления рельсов слитки должны перемещаться в определенном порядке, так, чтобы все время сохранялись порядковые номера плавки и слитков. Процесс нагревания слитков тщательно регулируется; для контроля за нагреванием через небольшие интервалы времени проводятся наблюдения с помощью оптического пирометра. Охлаждение слитков, предназначенных для прокатки рельсов, не допускается. Затем слитки, доставленные к блюмингам на специальных тележках, пропускаются через валки верхними концами вперед; здесь слитки 4 раза сильно обжимаются медленно вращающимися валками. Для удаления загрязненного металла головной и хвостовой концы блюмса обрезаются; блюмс делится на две части, из которых каждая в свою очередь делится на два, три или четыре рельса, в зависимости от длины и поперечного сечения профиля, для которого они предназначаются.
Одно время на большинстве рельсопрокатных заводов входило в систему допускать охлаждение блюмсов до температуры окружающего воздуха и затем, перед прокаткой рельсов, снова их нагревать.
При условии, если сталь вполне доброкачественная, слиток однороден, блюмсы должным образом подготовлены, качество рельсов будет зависеть еще от правильного выполнения прокатки, являющейся последней стадией изготовления рельсов. При постепенном обжатии металла в процессе многократного пропуска его через валки получается хорошо промешанная, мелкозернистая сталь; при этом последние 5-6 раз прокатка производится на медленно вращающихся валках. На основании опыта различных металлургических заводов установлено, что для обжатия слитка до окончательного профиля рельса требуется прокатать его от 18 до 30 раз; на долю блюминга и рельсопрокатного стана приходится приблизительно по одинаковому количеству проходов рельсов через валки. Железнодорожники обычно предпочитают большее количество проходов при соответственно меньшем обжатии сечения после каждого прохода (рис. 1).


Рис. 1. Внутренний вид рельсопрокатного цеха металлургического завода Гэри (Gary) Американской стальной корпорации

Маркировка рельсов.

Данные, касающиеся веса и типа рельса, рода стали, завода-изготовителя, месяца и года прокатки наносят на одну сторону шейки рельса в виде выпуклых букв; буквы выкатываются нижними валками при последнем проходе рельса. К клейму добавляются также буквы, указывающие на то, что рельсы изготовлены из стали со средним содержанием марганца с применением регулируемого охлаждения, что они подвергались термической обработке и что концы их закалены. Поскольку после разлива стали порядковые номера плавок и слитков сохраняются, то на рельсах указывают также номер плавки и слитка. Эти данные выбивают на клеймовочном станке на противоположной стороне шейки, пока рельс еще находится в горячем состоянии. Слитки прокатываются головными концами вперед; рельсы последовательно маркируются буквами А, В, С, D и т. д.

Распиловка рельсов.

После окончания прокатки, пока сталь еще не остыла, прокатанную полосу разрезают на куски нужной длины. Обычно пилы располагают так, что они могут одновременно отрезать несколько рельсов. Должен быть предусмотрен соответствующий припуск в длине рельсов, так как после снижения температуры рельса с температуры прокатки до температуры окружающего воздуха длина его уменьшится. Указанный припуск на усадку составляет около 4,76 мм на 305 мм.

Предварительный изгиб рельсов.

Следующая операция заключается в пропуске рельсов через ряд роликов, изгибающих рельсы так, чтобы после охлаждения их до температуры окружающего воздуха они оказались совершенно прямыми. Без этой операции большее отношение объема охлаждаемого металла к его поверхности в головке рельса по сравнению с подошвой (что обычно имеет место для большинства сечений рельсов), в сочетании с несколько более высокой окончательной температурой головки, привело бы при охлаждении к изгибу рельса на головку. Степень предварительного изгиба рельса зависит от его сечения. Для предупреждения расплющивания металла и вдавливания в поверхность катания головки заусенцев, образующихся при распиловке рельсов, машина для изгиба рельсов снабжается специальными устройствами, не допускающими попадания роликов на концы рельсов.
После прохождения этой стадии изготовления мартеновские рельсы подвергаются регулируемому охлаждению и термической обработке, целью которых является улучшение структуры металла и повышение износостойкости рельсов.
Хотя в этой области и проводились обширные исследования в течение довольно длительного периода, но только в 1935 г. рельсы, изготовленные с регулируемым охлаждением, с термической обработкой по всей длине и с закалкой концов, стали производиться на коммерческой основе и в любом желаемом количестве. Однако в небольших количествах рельсы с регулируемым охлаждением начали выпускать уже с 1931 г. Другим способом охлаждения рельсов является выдерживание их на стеллажах.

Охлаждение рельсов на стеллажах.

Способ охлаждения рельсов на стеллажах после предварительного изгиба их начали применять сразу же после появления рельсов из мартеновской стали. Согласно этому методу рельсы кладут боком на большие решетки на равном расстоянии один от другого; в некоторых случаях для равномерного охлаждения рельсов решетки покрывают и огораживают. Когда температура рельсов достигает температуры рекристаллизации, рельсы перевертывают и они продолжают охлаждаться до температуры окружающего воздуха.

Регулируемое охлаждение рельсов.

Приблизительно в 1926 г. владельцы фирмы Зандберг (Sandberg) в Лондоне указали на возможность существования прямой зависимости между флокенами, часто возникающими при прокатке рельсов, и поперечными трещинами. Другие ученые, как Мекки (Mackie) и Гергардт (Gerhardt), тоже установили, что флокены являются основной причиной образования поперечных трещин; последние, так же как и Зандберг (Sandberg), считали, что появления флокенов можно избежать, введя регулируемое охлаждение рельсов вместо обычно применяемого охлаждения их на стеллажах. Правильность этих предположений была подтверждена результатами научных исследований, проводимых в Иллинойском университете под руководством AREA и Технического комитета заводов, изготовляющих рельсы.
Метод Зандберга основан на теории, заключающейся в том, что флокены образуются в той стадии охлаждения рельсов, которая соответствует развитию максимальных внутренних сил в рельсовой стали, т. е. при температуре от 350 до 500°С. Мекки утверждает, что флокены появляются тогда, когда сталь находится в состоянии синеломкости, т. е. при температуре ее от 200 до 300°С.
Метод охлаждения рельсов, применяемый в США, разработан с учетом обеих приведенных выше теорий. Согласно этому методу рельсы охлаждаются обычным способом на горячих стеллажах до тех пор, пока их температура не упадет до 538-385°С, после чего рельсы сейчас же укладывают рядами в большие короба (рис. 2) или изолированные вагоны, где оставляют их в течение 24 ч. Для того чтобы в дальнейшем можно было с помощью электромагнитного крана поднимать рельсы целыми пакетами, последние разделяются между собой прокладками. На протяжении, по крайней мере, 10 ч, в течение которых происходит постепенное охлаждение рельсов, короб остается закрытым; ни один рельс не вынимают из короба до тех пор, пока температура верхнего ряда рельсов не достигнет 149°С.

Рис. 3. Медленное перемещение концов рельса под пламенем газа коксовальных печей с последующей закалкой воздухом


Рис. 2. Опускание рельсов в короба для регулируемого охлаждения

Контрольной температурой является температура, измеряемая в нижнем ряду между наружным и соседним с ним рельсом на расстоянии не менее 304,8 мм и не более 914,4 мм от конца рельса. За контрольной температурой очень тщательно наблюдают с помощью термопар. При наличии рельсов весом 49,6 кг/пог. м и более за первые 7 ч после укладки нижнего ряда температура их не должна упасть ниже 149°С; для рельсов весом менее 49,6 кг/пог. м этот промежуток времени составляет 5 ч.

Влияние регулируемого охлаждения.

Работа в пути рельсов, изготовленных с помощью регулируемого охлаждения, показала, что этот процесс действительно предупреждает появление флокенов и что, вдобавок к этому, рельсы, прошедшие такую обработку, обладают несколько лучшими физическими свойствами, чем обычные рельсы, а с точки зрения сопротивляемости износу - эквивалентны рельсам, охлажденным на горячих стеллажах.
При сравнении качества рельсов, изготовленных с регулируемым охлаждением, с качеством рельсов, изготовленных по ранее применявшемуся методу охлаждения их на горячих стеллажах, не было обнаружено разницы в размерах зерен стали и в упругих характеристиках ее при растяжении; была отмечена только незначительная тенденция к увеличению относительного удлинения и относительного поперечного сужения испытываемых образцов. Твердость стали по Бринеллю оставалась приблизительно прежней. Небольшая разница замечалась только при ударных испытаниях. Для того чтобы при сравнительных испытаниях на копре сломать рельс, изготовленный с регулируемым охлаждением, требовалось на один или два удара больше; в величинах же остаточного прогиба и общего удлинения, образующихся после первого удара, разница была небольшая.
Для того чтобы в пути легко было узнавать рельсы, изготовленные с регулируемым охлаждением, на них при последнем проходе через валки выкатываются буквы СС. Эти буквы располагаются между буквами, указывающими тип рельса, и названием завода.
Согласно последним Техническим условиям AREA потребитель может требовать, чтобы на рельсах с закаленными концами и изготовленных с регулируемым охлаждением, на противоположной стороне шейки перед номером плавки стояли буквы СН.

Закалка концов рельсов.

Смятие рельсовых концов в течение многих лет было одной из основных проблем содержания рельсов. С 1931 г. этот вопрос сделался предметом интенсивного изучения Рельсовым комитетом AREA, так как смятие концов служило одной из главных причин смены рельсов. Одним из наиболее успешных методов снижения интенсивности смятия рельсов является закалка рельсовых концов, которая может производиться как на металлургических заводах, так и на рельсах, лежащих в пути. Подробное описание закалки рельсовых концов в полевых условиях можно найти в статье «Сварка и наплавка рельсов и других металлических элементов верхнего строения пути».
Было разработано несколько методов закалки рельсовых концов в заводских условиях, заключающихся в следующем:
а) конец головки рельса в течение 80 сек нагревается с помощью электрической индукции до температуры 838°С, а потом закаливается при охлаждение его в течение 30 сек автоматически регулируемой струей теплой воды;
б) конец головки рельса нагревается газовым пламенем в портативной печи с огнеупорной облицовкой в течение 3 мин примерно до 843°С; закалка осуществляется путем охлаждения металла в течение 3 мин струей сжатого воздуха;
в) после распиловки рельса пилами горячей резки и снижения температуры его до 538°С закалку концов производят охлаждением их брызгами воды в течение 30-35 сек, после чего концы рельсов на некоторое время покрывают.
На основании полевых опытов Рельсовым комитетом AREA были сделаны следующие выводы:

1. у рельсов с закаленными концами наблюдается бесспорное снижение интенсивности их смятия по сравнению с рельсами с незакаленными концами;
2. в рельсах, закаленных водой, наблюдается появление большого количества «влажных трещин», в то время как в рельсах, закаленных маслом, и в тех рельсах, при закалке которых охлаждающей средой служил ненагретый металл самого рельса, такой дефект встречался очень редко;
3. средняя твердость трех групп рельсов, закаленных с охлаждением их воздухом и в дальнейшем не потребовавших наплавки концов, составляла от 361 до 374 единиц по шкале Бринелля;
4. в рельсовых концах, первоначально слишком сильно закаленных, затем отпущенных и снова закаленных до менее высокой твердости металла, наблюдалось образование «влажных трещин».

Другие полевые испытания, проведенные Рельсовым комитетом, показали, что закалка концов не только снижала интенсивность их смятия, но и существенно увеличивала срок службы стыковых накладок.
В настоящее время на рельсопрокатных заводах закалка водой больше не применяется. Закалка рельсовых концов производится на специально отведенном для этой цели участке двора, сейчас же после извлечения рельсов из коробов. Обычно рельсы двигают в поперечном направлении под пламенем, получаемым с помощью газа коксовальных печей (рис. 3), из которого предварительно удаляются примеси серы; при этом каждый конец рельса обрабатывается четырьмя горелками. Первые три горелки поднимают температуру рельсовых концов до 538°С, а четвертая - до 788°С. Рельсы двигаются медленно; на обогрев одной горелкой расходуется l 1/4-1 1/2 мин, после чего концы приблизительно в течение 1/2 мин охлаждаются воздухом.

Для обеспечения равномерной закалки рельсов в заводских условиях Рельсовым комитетом AREA была представлена на рассмотрение инструкция, касающаяся процесса производства таких работ. Эта инструкция была принята к руководству в следующем виде.
Для закалки рельсовых концов используются рельсы, изготовленные с регулируемым охлаждением.
На рельсах с закаленными концами должны быть выштампованы буквы СН; буквы располагаются на шейке перед номером плавки.
Производить закалку концов водой не рекомендуется.
Прежде чем, согласно контракту, начать производство рельсов, по требованию потребителя должны быть представлены продольные и поперечные сечения рельсов, на которых наносят распределение твердости металла, типичное для предполагаемого способа производства рельсов.
Зона закалки должна охватывать всю ширину головки рельса, а длина закаленной поверхности должна быть не менее 38,1 мм. Глубина закалки на протяжении 38,1 мм от торцов рельсов должна составлять не менее 6,35 мм.
После удаления обезуглероженного поверхностного слоя твердость металла, измеренная по оси поверхности катания головки на расстоянии от 6,35 до 12,7 мм от торца, должна составлять от 331 до 401 единиц по Бринеллю.
Потребителю или его представителю представляется протокол определения твердости образцов рельсов, взятых по два из каждой плавки.
Изготовителю разрешается производить повторную обработку рельсов, твердость которых по Бринеллю не соответствует установленным требованиям.
Фаски должны быть выполнены так, чтобы на концах рельсов не образовывались трещины.

Окончательная отделка рельсов.

После охлаждения ось рельсов, как и других прокатанных в горячем состоянии профилей, несколько искривляется, вследствие чего требуется выправка рельсов в правильных прессах. Торцы рельсов очищаются от заусенцев, образующихся при распиловке рельсов в горячем состоянии, и шлифуются вращающимися шлифовальными кругами.
Большинство дорог в настоящее время требует, чтобы для предупреждения выкрашивания металла, сплывшего под воздействием колес подвижного состава, на торцах головок новых рельсов делались фаски. На заводе эта операция выполняется электрическими или пневматическими шлифовальными станками; большей частью ширина фаски в направлении оси рельса составляет 1,59 мм, а глубина - 3,18 мм от поверхности головки.
Обычно в каждом конце рельса сверлят по два или по три болтовых отверстия, в зависимости от длины применяемых стыковых накладок; однако, если рельсы предназначены для сварки их в длинные плети, концы остаются непросверленными. На заводах в каждом конце рельса все отверстия с помощью многошпиндельного сверлильного станка сверлят одновременно; размещают отверстия в соответствии с требованием заказчика. Хотя все еще имеется много вариантов в количестве, расположении и размерах болтовых отверстий, однако существует определенная тенденция сверлить отверстия в соответствии со стандартом AREA; этот стандарт был пересмотрен (рис. 4).

Рис. 4. Рекомендованные AREA болтовые отверстия в наклад ках и рельсах, путевые болты и гайки:
а - четырехдырная накладка; б - шестидырная накладка; в - квадратная гайка; г - болтовые отверстия в накладках (овальное, круглое); д - болты со стандартной нарезкой 8 витков на 25,4 мм

Маркировка рельсов.

Прежде чем погрузить рельсы для отправки потребителям, их распределяют по группам в зависимости от содержания в металле углерода, качества прокатки, структуры стали и отклонения их длины от стандартной; после этого концы всех рельсов, кроме рельсов с низким содержанием углерода, окрашивают в один из пяти легко различимых цветов для того, чтобы было легко находить нужные рельсы при их распределении. Распределение рельсов по группам, маркировка и погрузка производятся в соответствии с «Маркировка с распределением рельсов по группам» и «Погрузка» приведенных ниже Технических условий AREA на рельсы из мартеновской стали.
Годность рельсовой стали, т. е. соответствие качества ее техническим условиям, определяется с помощью как химического анализа металла, так и путем проведения испытаний на прочность и пластичность образцов готовых рельсов каждой плавки. Химический анализ стали производится на образцах, высверленных из слитка. Содержание углерода, марганца, кремния, фосфора и серы определяется в каждой плавке, при этом содержание углерода проверяется ежедневно. Механические испытания рельсов производятся с помощью падающей бабы на образцах длиной от 1,22 до 1,83 м, отрезанных от головной части рельсов А второго, среднего и последнего слитков каждой плавки. Обычно опытный отрезок рельса подвергают удару бабы, падающей, в зависимости от веса рельса, с высоты от 5,18 до 6,71 м.

В России на долю железнодорожного транспорта приходится 85% всех перевозок. Наша страна лидирует по объему изготовления рельсов и по изучению и разработкам в этой области. Уральский институт металлов уже более 50-ти лет занимается изучением и решением задач по повышению эксплуатационных качеств рельсов и безопасного движения по ним.

Изготавливают рельсы из стали, легируя ее разными элементами:

• Ti (титаном),
• Zr (цирконием),
• Al (алюминием),
• V (ванадием) и т.д.

Легирующие добавки влияют на структуру и эксплуатационные характеристики рельсов. Цена рельс зависит от цены цветных металлов. Первым начал использовать технологию изготовления легированной стали для рельс с применением ванадия и ванадия с азотом Уральский институт. Все российские производители рельсы производят из легированной стали с добавлением ванадия.

Виды рельсов:

• Ширококолейные железнодорожные (Р-50, Р-65, Р-75);
• Узкоколейные железнодорожные(Р-8, Р-11, Р-18);
• Трамвайные (Т-58, Т-62)
• Рудничные (Р-33, Р-43)
• Крановые (КР-70, КР-80, КР-100, КР-120, КР-140)
• Рельсы остряковые (ОР-43, ОР-50, ОР-65, ОР-75) и т.д.

План развития ж/д транспорта до 2030 г. определяет строительство около 20 тыс. км железных дорог, при чем скоростных и высокоскоростных. Поэтому для удовлетворения этих требований российские металлургические заводы должны освоить технологию производства таких рельс, по которым пассажирский поезд сможет развивать скорость от 200 до 350 км/ч. Для этого необходимо переходит к широкому производству рельс длиной 50 - 100 м.

Ценообразование на новые рельсы и рельсы б\у

На новые рельсы цена зависит от цены металла и технологии изготовления. С повышением цена на металлы (в том числе цветные) повышается и цена на рельсы.

Довольно успешно отлажена продажа железнодорожных рельс б/у . Применение новых рельс не всегда оправдано. Например для строительства подъездных путей подойдут и бывшие в употреблении, но годные для повторной укладки.

Рельсы б/у с минимальной степенью износа, практически не уступают новым рельсам по качеству и безопасности в эксплуатации, но цена рельсов б/у может иногда отличаться более, чем на 50 % цены на рельсы новые .

Динамика цен на крановые рельсы

На б/у рельсы цена зависит от востребованности и цены металла:

• На б/у рельсы цена будет выше, если это рельсы дефицитных размеров (Р33, Р-38);
• На б/у рельсы цена будет ниже, если это рельсы ходовых размеров (Р50,Р-60);
• Цена рельсов б/у будет повышаться, если цена металлолома будет повышаться.

Основные металлургические заводы-производители рельсов в России

• ОАО «Уральская Железнодорожная Компания»
• ЕвразХолдинг включающий ОАО ЕВРАЗ НТМК (Нижнетагильский металлургический комбинат) и ОАО ЕВРАЗ ЗСМК (Западно-Сибирский металлургический комбинат). Металлургические заводы ЕвразХолдинга ведут реконструкцию рельсового производства для изготовления длинномерных рельсов мирового уровня качества.

Рельса – это металлическая балка, имеющая оригинальное сечение. Она применяется для создания опоры, по которой передвигается железнодорожный транспорт. Впервые рельсы начали изготавливать в Древнем Риме, но тогда для их изготовления использовалось дерево, а расстояние между ними было строго 143 см. Установка рельс производится в параллельной плоскости относительно друг другу. В результате образуется «двухниточный путь».

Основная задача рельс – направлять колеса транспорта и принимать на себя нагрузку с последующим ее распределением на нижние элементы верхнего пути. В случае использования составов в зонах, передвижение в которых невозможно без электрической тяги, рельсы играют роль проводника тока, а для зон, применяющих автоблокировку, рельсы являются проводником.

Материал изготовления

В большинстве случаев для изготовления рельсов используется углеродистая сталь. На качество этого материала оказывают влияние некоторые факторы, например, микроструктура и макроструктура стали, ее химическое строение и т. д. Наличие углерода придает рельсе большей долговечности и надежности.

Однако избыток углерода в составе стали может оказать негативное воздействие. При его чрезмерном количестве значительно повышается хрупкость. Именно поэтому при добавлении углерода стоит позаботиться и о том, чтобы структура стали балы максимально прочной.

Для повышения качества исходного материала применяются и другие вещества. В последнее время все чаще прибегают к обработке рельсов марганцем. Это повышает устойчивость металла к повреждениям механического характера, делает его более долговечным и вязким. Добавление кремния в состав стали повышает ее износоустойчивость и твердость. Также можно использовать титан, ванадий и цирконий. Эти микроэлементы способны значительно улучшить качественные характеристики стали.

Ни в коем случае нельзя добавлять серные и фосфорные добавка, так как они делают сталь более уязвимой к ломке и повышают хрупкость. Очень часто в деталях, изготовленных с добавлением этих веществ, можно наблюдать наличие трещин и разломов.

Выше уже шла речь о том, что сталь имеет свою микроструктуру и макроструктуру. В качестве основного материала для первой структуры используется перлит. Его форма напоминает пластины, содержащие феррит. Добиться однородного состава стали можно с помощью ее закаливания, то есть обработать ее при очень высокой температуре. Закаливание повышает износостойкость, долговечность, надежность, жесткость и вязкость металла. Для макроструктуры наличие лишних веществ или пустот является недопустимым.

Физические характеристики рельсов

Настоящий профиль рельсов не всегда был таким. Он терпел изменения с течением времени. История помнит угловые, двухголовые, грибовидные, широкоподошвенные и другие рельсы.

Конструкция современного широкоподошвенного рельса включает в себя подошву, головку и шейку, которая выступает в качестве соединительного элемента между этими двумя частями. Центральная часть делается немного выпуклой для того, чтобы нагрузка с колес переносилась на центральную область рельса. Места соединения шейки с подошвой и головкой имеют плавные формы. Для снятия напряжения с шейки ее делают в виде кривой. Чем шире основание подошвы рельса, тем выше ее боковая устойчивость.

Существует несколько стандартных размеров рельсов. Для Российской Федерации свойственно выпускать рельсы длинной 12,5, 25, 50, 100 м.

Также существует возможность выпускать рельсы и меньшей длины. Они используются на неровных участках железнодорожного пути. Длина бесстыкового пути составляет не менее 400 м и может достигать перегонной длины. Чем выше длина рельса, тем меньше сопротивление передвижения транспорта и, соответственно, ее износ. Сохранение стали при переходе на бесстыковой путь достигает 4 т на 1 км пути. Это возможно благодаря отсутствию элементов крепления в области стыков рельсов.

При расчете мощности материала необходимо учитывать такой параметр, как удельный вес на 1 м рельса. Его измерение принято проводить в килограммах.

Еще один элемент железнодорожного пути – шпалы. Они играют роль крепежного элемента. Благодаря развитию современных технологий появилась возможность производить шпалы не только из железобетона и дерева, но и из стали или пластика.

При расчете стоимости одного рельса учитывается его удельный вес, габаритные параметры (длина и ширина), твердость и степень износоустойчивость.

Типы рельсов

Для того чтобы правильно подобрать необходимы тип рельсов необходимо рассчитать загруженность линии и среднюю скорость, с которой по ней будет передвигаться транспорт. Для примера возьмем массивный рельс с большим весом. Он положительно влияет на износоустойчивость шпал и снижает экономические затраты на обслуживание линии за счет увеличения ее долговечности.

На сегодняшний день существуют такие виды рельсов:

• Железнодорожные. Этот тип считается наиболее популярным и востребованным. Вес 1 метра такой рельсы составляет 50-65 кг, длина – 12,5 или 50 м.
• Узкоколейные. Используются при необходимости создания узкого межрельсового пространства. Этот тип рельсов широко используется в горнодобывающей промышленности и в других местах с ограниченной проходимостью.
• Рудничные. С их помощью производится укладка бесстыковых путей. Также они очень популярны в промышленной сфере.
• Трамвайные. Название говорит само за себя. Не рассчитаны на большую загруженность линии. Эти рельсы весят относительно немного, что приводит к их быстрому износу.
• Крановые. Применяются в тех местах, где необходимо создание путей для перемещения подъемного крана.
• Подкрановые. Такие рельсы считаются наиболее тяжелыми. В некоторых случаях допускается укладка сразу в несколько рядов.
• Рамные. Их используются в местах постройки переводных механизмов.
• Контррельсовые. Используются при работе в верхних конструкциях ж/д путей.
• Остряковые. Сфера применения аналогична контррельсовому типу. Вид остряковых рельсов ОР43 можно выделить отдельно. Он используется для возведения ж/д путей.

Где купить данные виды рельс? Рекомендуем покупать у надежный поставщиков. В Екатеринбурге рельсы можно приобрести в торговой компании «Рельс-Комплект» . Компания реализует ж/д продукцию высокого качества от ведущих отечественных заводов, отвечающую нормам ГОСТов.

Классификация рельсов осуществляется по нескольким параметрам:

• Наличию отверстий, предназначенных для соединительных элементов (болтов).
• Способу выплавления стали.
• Качеству. По этому параметру рельсы подразделяются на термоупрочненные и нетермоупрочненные.

Эти характеристики напрямую влияют на стоимость рельса.

Условные обозначения

На каждой рельсе присутствует маркировка, состоящая из нескольких групп цифр и букв. Каждая буква означает определенный параметр:

• А – тип рельса.
• В – категория качества.
• С – марка используемой стали.
• D – протяженность рельса.
• Е – наличие отверстий под болты.
• F – ГОСТ.

Например, маркировка рельса Р65-Т1-М76Т-25-3/2 ГОСТ Р 51685-2000 говорит о том, что это рельс железнодорожного типа категории Т1. Для его изготовления использовалась сталь марки М76Т. Длина рельса составляет 25 м. Имеет 3 отверстия для болтов на каждом конце. Соответствует указанному стандарту ГОСТ.

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.

Что такое микроструктура металла ? 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%.

Тендеры и заявки - Рельс примечание НКМК в регионе "Москва"

• 29.03.2019 в 08:38 Предприятие ЕВРОЦЕМЕНТ груп приобретет:
  Рельс Р-2 в следующем объеме: 4 шт
  

  Пожелания заказчика: Просьба сформировать КП (счет) на: 1. Рельс Р-2 - 4 шт. 2. Стяжка С-1 – 3 шт. 3. Стяжка С-4 – 56 шт. 4. Накладка К-1 – 56 шт. 5. Подкладка К-2 – 28 шт. Объект: ПС 110 кВ, Ульяновска обл. ответить на заявку

• 26.03.2019 в 11:38 Предприятие МОССТРОЙКРАН приобретет:
  Рельс Р-65 длина: новые длина 25 метров в следующем объеме: 15000 тн
  

  Пожелания заказчика: на новые рельсы Р-65 длина 25 метров-15000 тоннн ответить на заявку

• 22.03.2019 в 16:54 Организация (контактное лицо: Алексей) приобретет:
  Рельс Р65 длина: 25 м. сталь: 1 группа износа, в следующем объеме: 70 шт
  ответить на заявку
• 22.03.2019 в 15:34 Организация (контактное лицо: Валерий) желает приобрести:
  Рельс Р-50 1 гр. в следующем объеме: 38 тн
  ответить на заявку
• 22.03.2019 в 15:13 Организация (контактное лицо: Андрей) приобретет:
  Рельс р65 в следующем объеме: 200 м/п

  Пожелания заказчика: рельсы р65. 200 м пути. Пермь. ответить на заявку

Объявления продать купить Рельс примечание НКМК в регионе "Москва"

Реализую рельсы железнодорожные крановые Р 65 40т
Продам рельсы железнодорожные Р 65 в отличном состоянии. Находятся на балансе организации. Общий объем - около 45 тонн. Находятся в Москве. Прямой владелец. Фото прилагаю. Оплата с НДС.

Продам лом рельс 50000 тонн
Продам лом рельса от 50000 тонн из Азии по 330$ cif lc

Продаем рельсы Р-65 лежалые, б\у
Продаем рельсы Р-65 Т0, 1 группы износа 4мм по цене 31500 руб/т 2010г. Лежалые рельсы Р-65 ГОСТ 8161-75 Т1 2016г по цене 71500 руб/т.

Рельсы и рельсовые скрепления
*Рельсы РП65, 12.50м, новые 55 500руб/тн; *Рельсы Р65, 1гр. мера 36 500руб/тн; *Рельсы Р65, 2гр. мера 32 500руб/тн; *Рельсы Р50, 1гр. 12.50м от 36 500руб/тн; *Подкладка КБ65 бу 58 000руб/тн *Болт закладной в сборе 98 500руб/тн; *Болт клеммный в сборе 99 500руб/тн; Цены на рельсы указаны с погрузкой...

Прокладка ЦП 328 продам
Продам прокладку резиновую ЦП 328 под подкладку КБ65 .В наличии большой объем.Фото по запросу.Звоните.

Facebook
Twitter
Вконтакте
Google+
Бизнес идеи