El transporte ferroviario moderno no es como era hace 100 años. Desde entonces, la velocidad de los trenes ha aumentado casi 5 veces y la capacidad de carga ha aumentado entre 8 y 10. Estos cambios cuantitativos no podían dejar de afectar a los rieles sobre los que se mueve la locomotora. Su resistencia al desgaste, solidez y dureza también han alcanzado un nuevo nivel en sus valores. Hoy en día, el acero para carriles tiene una serie de características funcionales.

Composición química

El acero para rieles es un grupo de aceros que comparten un método de aplicación común. Es decir, la producción de comunicaciones ferroviarias para el transporte ferroviario. La estructura de fases de la aleación se basa en perlita finamente puntiaguda. Para la fundición de metales se utilizan hornos de fundición de acero de arco convencional o convertidores.

Los grados de acero para rieles se dividen en 2 grupos según el tipo de agentes desoxidantes utilizados:

1. El grupo 1 incluye acero desoxidado con ferromanganeso o ferrosilicio.
2. El segundo incluye desoxidantes a base de aluminio. El metal del grupo 2 es preferible porque Contiene un porcentaje menor de inclusiones no metálicas.

La composición química de los rieles está totalmente regulada por la norma estatal GOST R 554 97-2013, según la cual, además del componente principal de hierro, la aleación debe incluir el siguiente conjunto de elementos:

• El carbono (0,71-0,82%) es el componente básico de cualquier acero. El objetivo principal del carbono es aumentar las características mecánicas de una aleación de acero. Esto ocurre debido a la unión de moléculas de hierro con partículas de carbono, lo que da como resultado la formación de moléculas de carburo de hierro más grandes, más duras y al mismo tiempo duraderas. Además, el carbono permite reforzar aún más el acero cuando se expone a temperaturas elevadas. De este modo se puede aumentar la dureza y la resistencia a la tracción de los carriles en otro 100%.
• El manganeso (0,25-1,05%) ayuda a mejorar las propiedades mecánicas de los carriles. Gracias a su adición a la composición, es posible aumentar el valor de la resistencia al impacto en un promedio de 20-30%. También se mejoran la dureza y la resistencia al desgaste. Pero a diferencia del carbono, los cambios en estos indicadores se producen sin deterioro de sus propiedades plásticas, lo que juega un papel importante en la capacidad de fabricación del acero para rieles.
• El silicio (0,18-0,40%) elimina el oxígeno residual, mejorando así la estructura cristalina interna. Reduce la probabilidad de riesgo de formación de segregación: heterogeneidad química de la aleación en su composición química. Todo esto permite aumentar la durabilidad de la vía férrea entre 1,3 y 1,5 veces.
• El vanadio (0,08-0,012%) es responsable de la fuerza de contacto de los rieles. Cuando se agrega a una aleación, se une inmediatamente con el carbono, formando carburos de vanadio. Este compuesto tiene mayor resistencia al desgaste y densidad, aumentando así el umbral inferior del límite de resistencia de la aleación.
• El nitrógeno (0,03-0,07%) pertenece al grupo de impurezas nocivas. Su efecto negativo es neutralizar la aleación de vanadio del acero. Aquellos. En lugar de carburos se forman nitruros de vanadio. Tienen bajas propiedades mecánicas. No es capaz de fortalecerse con calor. En general, la costosa aleación con vanadio se reduce a nada.
• El fósforo (hasta 0,035%) se incluye en el grupo de elementos indeseables de la composición. Su principal efecto negativo es un aumento de su fragilidad. La vía del tren tiene suficiente dureza, pero no tiene la resistencia adecuada. Todo esto conduce a una alta probabilidad de formación de grietas y posterior fallo del carril.
• El azufre (hasta un 0,045%) reduce los parámetros tecnológicos del acero. La maleabilidad de la aleación cae bruscamente durante el tratamiento con presión en caliente. Existe un mayor riesgo de agrietamiento. Los carriles fabricados con este tipo de acero son rechazados debido a su mayor fragilidad.

Dependiendo del contenido de azufre y fósforo, los aceros para rieles se dividen en 2 grados. El primer grado contiene un porcentaje menor de estas impurezas nocivas. Es más preferible y se utiliza en tramos más críticos de la vía férrea.

Propiedades mecánicas

Las calidades de acero para rieles se caracterizan por una mayor resistencia a cargas cíclicas. Su resistencia a la tracción, según la marca, oscila entre 800 y 1000 MPa. El acero del carril comienza a deformarse entre 600 y 810 MPa. Nuevamente, esto depende de la proporción de elementos de aleación en la aleación de acero.

El acero se adapta bien a las cargas de choque. El valor de resistencia al impacto es de 2,5 kg/cm2. La dureza de la aleación depende directamente de la calidad del tratamiento térmico. El endurecimiento volumétrico puede aumentar este parámetro a 60 unidades en la escala Rockwell.

El grado del carril tiene una ductilidad moderada. El estrechamiento relativo es del 25%, lo que permite laminar los carriles en caliente. Precalentándolos a una temperatura de 900-1000 ºC.

Aplicaciones y grados de acero para rieles.

Como se mencionó anteriormente, el objetivo principal de este metal es la fabricación de raíles de vías férreas. A continuación se muestra una lista de las marcas que se utilizan más activamente para este propósito:

• Acero 76. Uno de los grados más populares en la producción de ferrocarriles. El objetivo principal es la producción de carriles del tipo RP50 y RP65, que se utilizan principalmente en el tendido de vías ferroviarias industriales de vía ancha.
• Acero 76F. Se diferencia del acero descrito anteriormente por el contenido adicional de vanadio en su composición. Los rieles de esta marca tienen una larga vida útil: pueden pasar por ellos un mayor número de locomotoras.
• Acero K63. Esta marca se utiliza en la fabricación de rieles para grúas. Además, está aleado con un 0,3% de níquel. Además de una resistencia óptima, el metal tiene una resistencia a la corrosión ligeramente mejor.
• Acero K63F. Los rieles fabricados con esta calidad se distinguen por una mayor resistencia cíclica debido a la adición de tungsteno a su composición.
• Acero M54. Tiene un alto contenido de manganeso. Se utiliza para la producción de revestimientos para rieles de atraque.
• Acero M68. Se utiliza al colocar pistas de la estructura superior.

El acero apto para raíles es hoy en día uno de los materiales clave utilizados en la fabricación de vías férreas. Esto se debió a los valores óptimos de las características mecánicas y, no menos importante, al bajo coste de este tipo de carril. Pero hasta ahora continúa el proceso de encontrar la composición química óptima del acero de este grupo. Quién sabe qué decisiones se tomarán dentro de un año y cómo afectarán a la durabilidad de las vías del tren.

ACERO DEL CARRIL

En la URSS, los rieles de tipo pesado (R75, R65 y R50, de 25 m de largo) están hechos de acero con alto contenido de carbono y alto contenido de manganeso (cuadro 36.1). Este contenido de carbono es típico del acero para rieles en EE. UU. y Canadá. En otros países es ligeramente inferior, por ejemplo en Inglaterra entre 0,50 y 0,60 %, en Japón entre 0,60 y 0,75 %, en Alemania entre 0,40 y 0,60 % con un mayor contenido de manganeso (hasta 1,2-1,3 %). En el extranjero, el acero ferroviario se funde en hornos de hogar abierto (EE.UU., Canadá), convertidores de oxígeno (Japón, Alemania, Inglaterra), hornos eléctricos (Alemania) y convertidores Thomas (Francia). Al fundir acero para rieles en convertidores, la calidad de los rieles disminuye debido al mayor contenido de impurezas nocivas (hasta 0,07% P y 0,06% S).

A lo largo de los años, la mejora de la composición química del acero ferroviario se ha llevado a cabo en las siguientes direcciones principales:

1. Reducir el contenido de impurezas nocivas (azufre, fósforo, oxígeno, hidrógeno) en el acero ferroviario para aumentar su pureza y calidad metalúrgica.

2.Aumentar el contenido de carbono en el acero para eliminar el componente blando de su estructura, la ferrita, y aumentar la cantidad de partículas sólidas de la segunda fase, la cementita, que forma parte de la perlita de lámina fina. Con un aumento en el contenido de acero para rieles de 0,5 a 0,8% C, su resistencia, resistencia al desgaste y al aplastamiento aumentaron significativamente.

Tabla 36.1

3. Alear el acero para raíles, es decir aumentar su contenido a más de 1,0% Mn, más de 0,4% Si e introducir en su composición elementos como Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, etc. Esto también incluye intentos de mejorar las complejas propiedades del acero ferroviario mediante modificaciones y microaleaciones, lo que equivale a añadir pequeñas cantidades de elementos como Mg, B, Ce y elementos de tierras raras.

El contenido de carbono en el acero ferroviario se lleva actualmente al nivel eutectoide, por encima del cual se forma cementita estructuralmente libre. Una de las direcciones prometedoras para modificar el acero para rieles apunta a aumentar el límite superior permitido de contenido de carbono en el acero para rieles a 0,85-0,87% sin la liberación de cementita estructuralmente libre.

Las mejores opciones para raíles de acero de baja aleación sin tratamiento térmico permitieron aumentar su durabilidad operativa en los ferrocarriles nacionales en no más del 25%.

En el estado laminado en caliente (temperatura final de laminación 1000-1050 °C), el tamaño de grano en el acero para rieles corresponde a 2-3 puntos según GOST 5639-65, después del endurecimiento (temperatura de calentamiento 830-850 °C) corresponde a 7-8 puntos. La estructura del acero para raíles en estado laminado en caliente es una perlita de placas finas similar a la sorbita, a veces con finos depósitos individuales de ferrita. La templabilidad del acero para rieles es baja: cuando se determina mediante el método de endurecimiento final (GOST 5657-69), es de 4-6 mm.

En la URSS, el acero para raíles se funde principalmente en hornos de hogar abierto de alta potencia con una capacidad de 380 a 450 toneladas en la planta metalúrgica de Kuznetsk (KMK), la planta metalúrgica de Nizhny Tagil (NTMK) y la planta de Azovstal. Se funde parcialmente en convertidores Bessemer en la planta metalúrgica de Dnieper que lleva su nombre. Dzerzhinsky (DMZ). En la figura se muestra un diagrama del proceso tecnológico de producción de rieles en cuatro plantas nacionales de laminación de rieles. 36.3. Se muestra que en la producción de raíles ferroviarios se utilizan tres tipos de tratamiento térmico: tratamiento térmico anti-floc; endurecimiento térmico de extremos; endurecimiento térmico en toda su longitud.

El acero con un contenido de carbono del 0,5 al 1,10% después del tratamiento térmico tiene alta resistencia, alta dureza y resistencia al desgaste. Estas cualidades se utilizan en la producción de productos para el transporte ferroviario y piezas de material rodante, cordones de acero, rodamientos y otros productos. El acero con alto contenido de carbono se produce tanto en convertidores de oxígeno como en hornos de arco. La tecnología para fundir dicho acero tiene algunas diferencias con la tecnología para producir metal con un menor contenido de carbono.

Riel de acero, que contiene entre 0,60 y 0,80% de C, y cordones de composición similar se funden en convertidores de oxígeno y hornos de fundición de acero de arco. La tarea más difícil en la producción de estos grados de acero es obtener un bajo contenido de fósforo en el metal cuando se detiene el soplado en el grado de contenido de carbono.

En los convertidores de oxígeno de explosión superior y combinado, la desfosforización comienza desde los primeros minutos de la purga. Sin embargo, con un contenido de carbono de aproximadamente 0,6 - 0,9%, el contenido de fósforo en el metal se estabiliza o incluso aumenta ligeramente. Una mayor disminución de la concentración de fósforo se observa con un contenido de carbono significativamente menor. Por lo tanto, cuando el contenido de fósforo en el hierro fundido es alto y el soplado se detiene en el contenido de carbono de grado, la concentración de fósforo en el metal suele ser mayor que el contenido requerido en el acero.

Para obtener el contenido de fósforo requerido en el acero con alto contenido de carbono, que se funde con el cese del soplado al contenido de carbono de grado, se utiliza la renovación de escoria. Al mismo tiempo, disminuye la productividad de las plantas de fundición de acero y aumenta el consumo de materiales que forman escoria y de hierro fundido.

En diferentes plantas, el convertidor se vierte para drenar la escoria con un contenido de carbono del 1,2 al 2,5%. Cuando el contenido de fósforo en el hierro fundido es del 0,20 al 0,30%, la escoria se renueva dos veces con un contenido de carbono del 2,5 al 3,0% y del 1,3 al 1,5%. Después de descargar la escoria, se añade al convertidor cal recién quemada. El contenido de FeO en la escoria se mantiene entre el 12% y el 18% cambiando el nivel de la tobera sobre el baño. Para licuar la escoria, se añade fluorita durante el soplado en una cantidad del 5 al 10% del peso de cal. Estas medidas permiten obtener una concentración de fósforo de no más de 0,010 - 0,020% cuando se completa el soplado hasta el contenido de carbono de grado en el acero.

Durante el roscado, el metal se desoxida en un cazo con ferrosilicio y aluminio. En este caso, una operación obligatoria es el corte de la escoria del convertidor. Introducirlo en la cuchara conduce a la fosforización del metal durante la desoxidación y, especialmente, durante el procesamiento fuera del horno bajo escoria reductora para la desulfuración.

Soplar el metal en el convertidor hasta un bajo contenido de carbono permite su desfosforización profunda. En este sentido, se ha generalizado algo la tecnología de fundición de acero para carriles y cordones en convertidores de oxígeno, que implica la oxidación del carbono al 0,03 - 0,07% y la posterior carburación del metal en una cuchara con coque de petróleo, antracita, etc. Esta tecnología requiere la disponibilidad de materiales limpios, impurezas y gases nocivos de los carburadores. Esto requiere una formación especial, cuya organización puede crear dificultades importantes.

Algunas empresas utilizan la tecnología de producción de acero para rieles y cables en convertidores de oxígeno fundiendo metal con bajo contenido de carbono y luego carburándolo con hierro fundido líquido, que se vierte en una cuchara de acero antes de liberar la masa fundida del convertidor. Su uso requiere la presencia de hierro fundido con un contenido de fósforo suficientemente puro. Para obtener el contenido de carbono en el acero dentro de los límites requeridos, la carburación final del metal desoxidado se realiza con carburadores sólidos durante el procesamiento al vacío.

En los hornos de fundición de acero de arco, el acero para carriles y cordones se funde utilizando tecnología convencional, utilizando medidas para la eliminación intensiva de fósforo del metal: añadiendo mineral de hierro a la carga y al comienzo de un corto período de oxidación con eliminación continua de escoria y su renovación con aditivos de cal. En este caso, también se deben tomar medidas para evitar que la escoria del horno entre en la cuchara de vertido de acero.

Debido al bajo contenido de oxígeno en el acero para rieles con alto contenido de carbono, se puede obtener un alto grado de pureza para las inclusiones de óxido sin el uso de tipos relativamente complejos de procesamiento fuera del horno como el vacío o el procesamiento en el UKP. Normalmente, esto se consigue soplando el metal del cazo con un gas inerte. Al mismo tiempo, para evitar la oxidación secundaria del metal, la escoria de cuchara debe contener una cantidad mínima de óxidos de hierro y manganeso.

Para ello, al fundir acero de rieles en hornos de fundición de acero de arco, cuyo diseño no prevé una liberación de metal mediante ventana salediza, se recomienda llevar a cabo un período de recuperación de la fusión más corto. Para ello, una vez obtenido el contenido de fósforo requerido en el metal, se drena del horno la escoria del período de oxidación de la fundición. La desoxidación preliminar del acero se realiza con silicio y manganeso, que se introducen en el horno en forma de ferrosilicio y ferromanganeso o silicomanganeso. Luego se coloca nueva escoria en el horno, que se desoxida con coque molido o electrodos de chatarra y aluminio granulado antes de liberar la masa fundida. También es posible utilizar ferrosilicio en polvo para este fin. La desoxidación final del acero con silicio y aluminio se realiza en una cuchara durante el roscado. Después de ser liberado en la cuchara, el metal se purga con un gas inerte para su homogeneización y, principalmente, para eliminar las acumulaciones de Al2O3. Durante el funcionamiento de los rieles, las acumulaciones de A1 2 O 3 provocan delaminación en la parte de trabajo del cabezal del riel. La consecuencia de la delaminación puede ser la separación completa de las placas peladas en la cabeza del riel y su falla prematura.

Los carriles son productos laminados perfilados de hierro en forma de flejes, sujetos con vigas y destinados al movimiento de material rodante de vías férreas y metros, tranvías, trenes y carros de transporte minero y monorraíles y en general de cualesquiera estructuras móviles, giratorias y giratorias.

Los carriles son partes de la estructura superior de la carretera, colocadas sobre soportes y sujetas a ellos y entre sí para formar una vía férrea. Los carriles toman directamente la presión de las ruedas del material rodante.

Presentamos carriles ferroviarios producidos por la planta metalúrgica de Novokuznetsk de los siguientes tipos:

Rieles ferroviarios: los rieles destinados a vías ferroviarias seccionales y continuas y para la fabricación de desvíos se fabrican de acuerdo con GOST R 51685-2000.

Los rieles se dividen en tipos: P50, P65 (para roscas externas de tramos curvos de la carretera, GOST 8161-75) y P75.

Los rieles de ferrocarril están hechos de acero de las calidades K78ХSF, E76, E78ХSF, М76Ф, К76Ф, E76Ф, К76Т, М76Т, E76Т, М76, К76.

Esquema de designación de rieles: tipo de riel, grupo de calidad, grado de acero, longitud del riel, presencia de orificios para pernos, designación de esta norma.

Rieles para vías ferroviarias industriales: los rieles de vía ancha destinados a vías ferroviarias y desvíos de empresas industriales se producen de acuerdo con GOST R 51045-97 y se dividen en 3 tipos: PP50, PP65 y RP75.

Este tipo de carril está fabricado en acero al carbono grado 76 y acero especial microaleado al carbono grados 76T, 76F y 76Ts.

Esquema de designación de rieles: tipo de riel, longitud de riel, ranuras para pernos (2 - en ambos extremos, 0 - sin orificios), endurecimiento del riel (T - termoendurecido, H - no termoendurecido), grado de acero, designación estándar.

Rieles ferroviarios de vía ancha de acero de solera abierta: los rieles ferroviarios de vía ancha de los tipos P75, P65 y P50 hechos de acero de solera abierta se fabrican de acuerdo con GOST 24182-80. El diseño y las dimensiones de los rieles se calculan de acuerdo con GOST 7174-75, GOST 8161-75 y GOST 16210-77.

Los rieles se fabrican en 2 grupos de precisión:

Grupo 1: los rieles están hechos de acero dulce de hogar abierto, desoxidado con desoxidantes complejos sin el uso de aluminio. Estos rieles están marcados en azul.

Los carriles R75, R65 están fabricados de acero M76V, M76T, M76VT, M76Ts;

Rieles P50: fabricados en acero M74T, M74Ts.

Grupo 2: los rieles están hechos de acero dulce de hogar abierto, desoxidado con aluminio o, como a menudo se le llama, aleación de manganeso y aluminio. Estos rieles están indicados con marcas blancas.

Para la fabricación de rieles se utiliza acero R75, R65, M76;

Para los rieles P50 se utiliza acero M74.

La longitud de los rieles es 24,92; 24,84; 12,42; 12,46 metros.

Rieles ferroviarios tratados térmicamente mediante endurecimiento volumétrico en aceite: raíles P50, P65, P75 de acero rico en carbono de hogar abierto. Dichos rieles se someten a un tratamiento térmico de acuerdo con GOST 18267-82 en toda su longitud mediante el método de endurecimiento volumétrico en aceite y luego templado en horno. La variedad y composición química de dichos rieles se especifica en GOST 24182-80.

Los rieles endurecidos se dividen en primer y segundo grado. Los rieles de 1er grado se dividen en rieles del primer grupo de clases 1 y 2 y del segundo grupo de clases 1 y 2. Los rieles se clasifican en grupos y grados según GOST 24182-80.

Basado en materiales del sitio http://www.corunamet.ru/produkcia/relsi/

Introducción

El acero para rieles es un acero de aleación de carbono que está aleado con silicio y manganeso. El carbono confiere al acero características como dureza y resistencia al desgaste. El manganeso potencia estas cualidades y aumenta la viscosidad. El silicio también hace que el acero de los rieles sea más duro y resistente al desgaste. El acero para rieles se puede mejorar aún más con la ayuda de aditivos de microaleaciones: vanadio, titanio y circonio.

La amplia gama de requisitos impuestos a este respecto a la calidad de los raíles ferroviarios requiere la mejora de los procesos tecnológicos, el desarrollo, prueba e implementación de nuevas tecnologías y el uso de procesos progresivos en el campo de la producción ferroviaria.

La tecnología de producción de raíles ferroviarios utilizada en las plantas metalúrgicas nacionales garantiza la calidad y durabilidad requeridas del producto. Sin embargo, por varias razones, el acero para rieles en la Federación de Rusia se funde en hornos de hogar abierto, lo que limita las capacidades tecnológicas de los metalúrgicos para mejorar significativa y dramáticamente la calidad del acero utilizado para la producción de rieles.

La razón principal del bajo predominio de la producción de carriles de acero eléctrico es la orientación específica de la construcción de hornos eléctricos modernos con hornos de gran capacidad para aprovechar los recursos regionales de chatarra y abastecer a las regiones con productos metálicos para fines industriales y de construcción. Al mismo tiempo, se logra una eficiencia económica y una competitividad bastante altas.

Características generales de los aceros para carriles.

La producción de rieles en nuestro país representa aproximadamente el 3,5% de la producción total de acero acabado, y el transporte de mercancías por ferrocarril es 5 veces mayor que en Estados Unidos y 8...12 veces mayor que en las carreteras de otros países capitalistas desarrollados. países. Esto impone exigencias especialmente altas a la calidad de los carriles y del acero para su fabricación.

Los rieles se dividen en:

Según tipos P50, P65, P65K (para roscas exteriores de tramos curvos de vía), P75;

Disponible con orificios para pernos: con orificios en ambos extremos, sin orificios;

Método de fundición del acero: M - de acero de solera abierta, K - de acero convertidor, E - de acero eléctrico;

Tipo de palanquilla inicial: de lingotes, de palanquilla de colada continua (CCB);

Método de tratamiento anti-floc: fabricado en acero evacuado, sometido a enfriamiento controlado, sujeto a exposición isotérmica.

La composición química de los aceros para rieles se presenta en la Tabla 1. En los grados de acero, las letras M, K y E indican el método de fundición del acero, los números indican la fracción de masa promedio de carbono, las letras F, C, X, T indican la aleación de acero con vanadio, silicio, cromo y titanio, respectivamente.

Tabla 1 - Composición química de los aceros para rieles (GOST 51685 - 2000)

Los carriles ferroviarios de vía ancha de los tipos P75 y P65 se fabrican según GOST 24182-80 a partir de acero de solera abierta M76 (0,71...0,82% C; 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 MPa y 5 > 4%. La tecnología de fabricación de rieles debe garantizar que no existan líneas de inclusiones no metálicas (alúmina) extendidas a lo largo de la dirección de rodadura con una longitud de más de 2 mm (grupo I) y más de 8 mm (grupo II), ya que dichas líneas sirven. como fuente de inicio de grietas por fatiga de contacto durante la operación.

La alta intensidad de carga de los ferrocarriles ha llevado a que el rendimiento de los carriles en bruto y no reforzados térmicamente ya no cumpla con los requisitos del trabajo pesado de la red ferroviaria.

Se puede lograr un mayor aumento de la resistencia operativa de los rieles térmicamente reforzados aleando el acero del riel. Es prometedora la aleación del acero al carbono para raíles con pequeñas adiciones de vanadio (-0,05%), el uso de aceros aleados como 75GST, 75KhGMF, etc., así como el uso de procesamiento termomecánico.