Повышение эксплуатационной стойкости рельсов
Более половины стоимости основных фондов магистральных линий Северной Америки приходится на рельсы. По данным Ассоциации американских железных дорог (AAR), только на их замену в кривых ежегодно расходуется около 175 млн. дол. Североамериканские дороги ежегодно закупают 545 тыс. т рельсов. Хотя шлифование и смазывание существенно увеличивают срок их службы, тем не менее улучшение качественных характеристик рельсовой стали остается важнейшим фактором снижения эксплуатационных расходов.
До 1994 г. в Северной Америке не было заводов по производству первосортных рельсов. В 1994 г. компания Pennsylvania Steel Technologies после реконструкции завода приступила к производству рельсов с упрочненной головкой. Другим изготовителем первосортных рельсов является компания CF&I Steel. Она с 1996 г. изготавливает рельсы твердостью НВ 390 (единиц Бринелля), что на 14% выше минимально рекомендуемой величины, равной НВ 341.
Основным отличием североамериканских рельсов является высокий уровень содержания серы, благодаря чему
в стали уменьшается вероятность образования водородных флокенов. Фирмы-изготовители из других стран, например японские, стремятся к минимальному содержанию серы, так как из-за частиц серы, обладающих недостаточной сцепляемостью, могут возникать дефекты в виде вертикальных трещин в головке рельса и волнообразного износа. При этом дефекты, по существу, перемещаются из одного строчного включения серы в другое.
При современных технологиях изготовления стали с применением индукционного перемешивания и вакуумной дегазации и соответствующем контроле содержания водорода обеспечивается требуемый уровень чистоты рельсовой стали. Однако, даже низкий процент серы при отсутствии контроля за содержанием водорода может увеличивать вероятность образования водородных трещин. Вместе с тем, если серы 0,01—0,015%, то сталь обладает высокими эксплуатационными качествами и достаточной стойкостью против образования внутренних дефектов контактно-усталостного происхождения. Специалисты полагают, что рельсы из стали твердостью НВ 350—400 найдут применение на магистральных линиях, а сталь твердостью НВ 450—500 может потребоваться для изготовления подвижных элементов стрелочных переводов и крестовин.
Испытание пути под высокими осевыми нагрузками на опытном полигоне FAST в Пуэбло показали необходимость дальнейшего увеличения прочности стали и срока службы рельсов в условиях интенсивного динамического воздействия подвижного состава.
Вряд ли возможно повышение качества перлитной стали за счет увеличения ее твердости. Последнюю можно довести до номинальной величины по Роквеллу 40 ед., но дальнейшее ее повышение может привести к отрицательным последствиям. В диапазоне твердости между 40 и 45 ед. по Роквеллу получается сомнительная смесь перлита и бейнита. «Чистый» бейнит имеет твердость 45—50 ед. по Роквеллу и обладает намного большей износостойкостью, чем перлит. Исследования, проведенные под руководством AAR в институте штата Орегон, выявили два подхода к получению бейнитной микроструктуры. Первый метод заключается в термической обработке при постоянной температуре обыкновенной легированной углеродистой стали до твердости по Роквеллу 45—50 ед. Второй метод состоит в применении низкоуглеродистого сплава с повышенным содержанием хромокремния и марганца, а также с умеренным количеством молибдена и небольшого — бора. При резком охлаждении в воде низкоуглеродистый сплав может сильно упрочниться и стать относительно вязким. Поэтому бейнитная сталь является весьма перспективным материалом.
Испытания в AAR и институте штата Орегон выявили преимущества бейнитной стали перед первосортной упрочненной рельсовой. Присущее бейнитной стали низкое содержание углерода позволяет легко выполнять сварку на заводе или в пути. В одном из циклов испытаний имитировали сложные эксплуатационные условия с боковым износом головки рельса. Интенсивность износа бейнитной стали оказалась меньше, чем современной первосортной рельсовой. В конце 1997 г. рельсы из бейнитной стали планировали уложить на опытном полигоне для всесторонних испытаний. Если они будут проходить успешно, то оставшиеся рельсы из опытной партии могут быть использованы для эксплуатационной проверки на одной из дорог. Высокопрочная бейнитная сталь обладает повышенной стойкостью против отслаивания и выкрашивания металла головки рельса, а также увеличенным сопротивлением образованию внутренних дефектов контактноусталостного происхождения.
(По материалам зарубежной периодики)
