Как марка стали влияет на стойкость к истиранию рельсового проката

22.04.2025

При оценке пригодности материала для рельсов критически значимы механическая прочность, устойчивость к износу и способность выдерживать циклические нагрузки без разрушения. Сталь марок Р65 и Р50 применяется в магистральном транспорте, и каждая из них обладает различной структурой, химическим составом и эксплуатационными характеристиками.

В условиях высокой интенсивности движения и многократных нагрузок структура металла определяет продолжительность работы профиля без потери геометрии.

Рельсы, изготовленные из марки Р50, содержат около 0,65% углерода, марганца — до 0,9%, кремния — порядка 0,3%. Примеси фосфора и серы жёстко нормированы — не более 0,035%.

Механическая прочность такой стали составляет 850 МПа, при удлинении 10%. В случае с Р65 уровень углерода повышается до 0,75%, марганца — до 1,1%, что позволяет добиться прочности 980 МПа.

Такие показатели достигаются за счёт упрочнения перлитной структуры без применения термообработки. Однако при термическом улучшении Р65 допускается закалка в потоке воздуха с последующим отпуском. Это увеличивает сопротивление износу почти в полтора раза.

Мелкодисперсный перлит повышает стойкость к истиранию. При нагружении осью 25 тонн на рельс из Р50 наблюдается пластическая деформация на участке длиной до 150 мм при контакте колеса с головкой профиля.

В случае с Р65 при идентичной нагрузке зона деформации уменьшается до 100 мм. Это происходит благодаря большей плотности структурных компонентов и равномерности распределения напряжений. Меньшая глубина вдавливания колеса снижает вероятность развития усталостных трещин на поверхности.

В условиях затяжных уклонов, где используется торможение скольжением, выгорание углеродистой плёнки на рельсах приводит к усиленному износу. Рельсы из стали Р50 при такой эксплуатации демонстрируют потерю толщины головки до 1 мм за 100 тыс. проходов. В случае применения Р65 износ составляет 0,6 мм.

Это подтверждено данными натурных испытаний на участках с уклоном 12‰ при среднем уровне нагрузки 23 тс/ось. Замеры проводятся с точностью до 0,01 мм с использованием профиломеров с цифровым выводом.

На кривых участках магистралей наблюдается боковое истирание. Здесь важен не только предел текучести, но и сопротивление сдвигу. У Р65 предел текучести находится на уровне 880 МПа, у Р50 — в районе 730 МПа. Разница в сопротивлении сдвигу выражается в более медленном образовании пластической волны в месте контакта.

Для колеи радиусом менее 400 м это критично, так как износ концентрируется на боковой грани головки. В случае применения марки с более низким пределом — повышается скорость развития поперечных трещин.

Структура стали оказывает влияние на размер зерна. У Р65 средний диаметр феррито-перлитных включений не превышает 12 мкм, у Р50 — порядка 18 мкм. Более мелкозернистая структура работает эффективнее в условиях динамических нагрузок. Это важно при высокоскоростном движении, где частота циклов нагружения превышает 10^7.

Для исключения преждевременного разрушения необходимо использовать материал с минимальной склонностью к деформационному упрочнению. Здесь важен контроль температурного режима при прокатке — выше 1150 °C наблюдается укрупнение зерна и снижение предела усталости.

Ударная вязкость также показывает различия. При температуре -20 °C образцы из Р65 поглощают до 20 Дж, в то время как Р50 — около 15 Дж. В местах, подверженных резкому торможению и температурным перепадам, применение марки с более высокой вязкостью снижает риск хрупкого разрушения.

Особое внимание уделяется шейкам рельсов, так как на них приходится нагрузка от удлинения при термонапряжении. Для поддержания целостности профиля при таких условиях лучше использовать сталь с высокой пластичностью в холоде.

При сварке рельсовых плетей индукционным методом важно учитывать температуру начала кристаллизации. У Р65 она составляет около 1450 °C, что позволяет добиться прочного соединения при меньшей вероятности образования пор. При сварке Р50 требуется более узкий температурный диапазон — от 1430 до 1460 °C.

Отклонение от него приводит к образованию горячих трещин в зоне шва. По этой причине для участков с повышенной нагрузкой предпочтительнее применять сплошные плети из Р65 с заводским соединением.

В условиях недостаточной смазки головки рельса происходит интенсивное выкрашивание поверхности. У Р65 глубина ямочного износа не превышает 0,4 мм при 500 тыс. циклов, в то время как для Р50 она достигает 0,7 мм. Такая разница объясняется более высокой твердостью — у первой марки она составляет 340 HB, у второй — около 290 HB.

При текущей эксплуатации это позволяет увеличить межремонтный интервал на 20–30%. Особенно важно учитывать это на участках с повышенной влажностью, где абразивный износ ускоряется.

Стандарт Р50 чаще всего применяют на второстепенных линиях и подъездных путях. Там интенсивность прохода ниже, а износ не столь значителен. При этом стоимость проката ниже на 12–15%. Однако при замене рельса в составе плети из Р65 важно соблюдать совместимость по твердости. Установка элемента из менее стойкого сплава приведёт к ускоренному износу соседних участков. В такой ситуации целесообразно устанавливать промежуточные вставки из стали Р60, обладающей усреднёнными характеристиками.

Нагрузки в пределах 20–25 тс/ось требуют от материала сочетания прочности и пластичности. Переход на марку с большей твёрдостью оправдан при наличии систем автоматического контроля износа. При отсутствии таких систем возникает риск появления очагов усталостного разрушения без визуальных признаков. В этом случае важна периодическая проверка состояния головки на участках интенсивного торможения.

С точки зрения резки и механической обработки, Р50 легче поддаётся обработке резцом из твёрдого сплава с радиусом 0,8 мм. При подаче 0,15 мм/об и глубине 1 мм допускается стабильная работа без перегрева. В случае с Р65 оптимальная подача снижается до 0,1 мм/об, а скорость резания — не более 35 м/мин, иначе наблюдается повышенный износ режущей кромки. Это важно учитывать при изготовлении стыков и укорачивании плетей на месте укладки.

В целом выбор марки зависит от условий эксплуатации, интенсивности движения, допустимой нагрузки на ось и требуемого ресурса. Структура стали, её твёрдость, сопротивление истиранию и прочность под ударной нагрузкой определяют срок службы рельса и интервалы между заменами.

Рассказать друзьям:

Комментарии

Пока нет комментариев