Как служат импортные рельсы
М.В. Купрашевич
В 1997 г. на Октябрьской дороге начали укладывать рельсы иностранного производства (в основном японских фирм Ниппон Стил Корпорейшен и НКК Корпорейшен) с глубокой закалкой верхней части (ДНИ) и утолщенной закалкой верхней части (ТНН). В отличие от отечественных рельсов, подвергаемых традиционным методам термообработки, рельсы ДНН/ТНН закаливают сразу после прокатки, поэтому они обладают высокой твердостью по всему сечению головки. Применяют оборудование, в состав которого входят установка для центровки и зажима рельсов, а также воздушные сопла для воздухоструйной закалки, расположенные равномерно вдоль рельса. Физико-механические свойства рельсов могут быть изменены в соответствии с требованиями заказчика за счет регулировки давления воздуха, температуры и времени охлаждения.
Такая технология обеспечивает более глубокий слой закалки, однородность физико-механических свойств рельсовой стали по всей длине, стабильность геометрических параметров.
Геометрические размеры и предельные отклонения японских рельсов соответствуют требованиям нашего ГОСТ 8161—75 «Рельсы железнодорожные типа Р65. Конструкция и размеры», качество их поверхности высокое. Концы ровные, без резких искривлений, перед сваркой их не надо обрезать.
Химический состав японских и отечественных рельсов различный (табл. 1).
Наличие хрома и повышенное содержание марганца увеличивает твердость и износостойкость рельсов, что особенно важно для снижения интенсивности бокового износа и образования вертикальных коротких и длинных неровностей. Механические свойства тех и других рельсов таковы:
В 1997 г. совместно с ВНИИЖТом были проведены исследования, связанные с разрезкой и сверлением японских рельсов переносными станками. Они показали, что ножовочного полотна хватает на 1—2 разреза, как и на отечественных объемно-закаленных рельсах. При использовании абразивного круга в зоне разреза возникали цвета побежалости, которые свидетельствуют о структурных изменениях, произошедших в результате нагрева металла. Такие же результаты получили и на отечественных рельсах.
При сверлении японских рельсов сверлами из быстрорежущей стали с охлаждением поверхности отверстий обнаружили глубокие риски и очаги выкрашивания металла, на выходе сверла образовывались рваные заусенцы, которые при эксплуатации могут вызвать появление усталостных трещин и существенно снизить сопротивление стали усталостному разрушению в зонах болтовых отверстий (дефект 53.1). Следует также отметить, что в большинстве случаев сверла в отверстиях заклинивало. Когда применяли сверла с напаяными твердосплавными пластинами, без охлаждения, качество отверстий получалось достаточно высокое.
Таким образом, механическая обрабатываемость японских и отечественных рельсов приблизительно одинаковая.
В 1998 г. ВНИИЖТ разработал режимы сварки японских рельсов. В ходе экспериментов было выявлено, что в зоне сварного шва при переходе с горизонтальной поверхности головки рельса на боковую имелись точки повышенной твердости металла, что в процессе эксплуатации могло привести к возникновению дефектов. В ходе последующих работ этот недостаток технологии сварки был исправлен. В том же году совместно с ВНИИЖТом изучили влияние качества шлифовки сварного стыка на его прочность. Оказалось, что по сравнению с российскими японские рельсы, сваренные контактным способом, имеют более высокие значения работы разрушения, и они чувствительнее к различным концентраторам напряжений, в частности, к качеству шлифовки (наличие грата, рисок, забоин и т.д.). Во время анализа результатов контрольных заводских испытаний установили, что прочность и пластичность стыков после сварки находятся в допустимых пределах. При нагрузке на головку (растянута подошва) разрушающая нагрузка составляет от 200 тс до 240 тс при допускаемой 180 тс, а стрела прогиба — от 30 до 39 мм при допускаемой — 30 мм. При нагрузке на подошву (растянута головка) разрушающая нагрузка — от 170 до 180 тс при допускаемой 150 тс, стрела прогиба — от 26 до 27 мм при допускаемой 25 мм.
Однако во время исследования места излома сварных стыков обнаружили темные серые пятна, которые и стали причиной излома. В дальнейшем выяснили, что такие пятна — это места «холодной» сварки, которые обладают пониженной прочностью. Причина их возникновения, по нашему мнению, — недостаточная температура в зоне сварки, что может быть вызвано различными факторами, например, иными, чем у отечественных сталей, теплопроводностью и теплоемкостью, неодинаковым химическим составом, недостаточной электрической мощностью сварочного оборудования, недоработкой технологии сварки.
Надо также отметить, что существующими средствами дефектоскопии обнаружить «серые» пятна трудно. В 1998 г. из-за таких пятен произошло три излома рельсов в пути, а в 1999 г. — один. Повреждение отнесли к дефекту 66 (трещины в подошве из-за нарушений технологии сварки рельсов).
Отличные геометрические характеристики японских рельсов (незначительные короткие, средние и длинные неровности), особенно важные для участков высокоскоростного движения, позволяют более высококачественно выполнять шлифовку.
За 3 года на Октябрьской дороге японские рельсы уложили на 368,7 км пути и еще на 38,6 км — канадские. По данным дистанций пути подсчитали интенсивность выхода рельсов (табл. 2) по дефектам, разделенным на четыре группы: поверхностные (10, 14, 17 ...), внутренние (21, 30, 53, 27 ...), связанные со сваркой (26, 56, 66 ...), остальные (79, 99 ...).
Интенсивность выхода японских рельсов по дефектам сварного шва в 3,5 раза больше, чем отечественных. Основная причина — недостаточно отработанная технология сварки. В связи с тем, что объем выборки слишком мал, наработка тоннажа незначительная, полученные результаты нельзя считать окончательными.
г. Санкт-Петербург
