Рельсовая сталь
Рельсы – это стальные балки специального сечения, которые укладываются на шпалах и других опорах с целью образования пути для передвижения железнодорожного транспорта.
К рельсовой стали предъявляются высокие требования. Требуемые параметр рельсовой стали достигаются за счет правильного подобранного химического состава. Современная рельсовая сталь — это группа сплавов, процесс изготовления каждого из которых отличается. Существуют два варианта производства рельсовой стали. Один из вариантов предполагает использование ферромарганца, а второй - ферросилиция. В некоторых случаях в качестве могут быть использованы алюминиевые окислители. Базовым компонентом рельсовой стали является углерод. Его содержание может составлять от 0,71 до 0,82 %. Данный элемент необходим для связывания молекул железа и увеличения прочности. Содержание марганца в рельсовой стали колеблется от 0,25 до 1,05 %. Основная задача марганца - улучшение ударной вязкости. Его наличие также способствует повышению сопротивляемости износу и твердости. Основное преимущество марганца относительно углерода заключается в том, что положительные эффекты достигаются без потери пластичности. Объем кремния в рельсовой стали составляет от 0,18 до 0,4 %. Он способствует оптимизации кристаллической решетки за счет устранения кислорода.
Доля ванадия около 0,012 %. Данный элемент позволяет достичь контактной прочности. Он сразу вступает в реакцию с углеродом, образуя прочную химическую связь. В рельсовой стали может содержаться от 0,03 до 0,07 % азота, но он является вредной примесью.
Ключевая характеристика рельсовой стали - особенная стойкость к циклически прилагаемым нагрузкам. Абсолютный предел прочности у разных марок рельсовой стали составляет от 800 мегапаскалей до 1 гигпаскаля. Однако, первые признаки нарушения могут быть обнаружены при нагрузках от 600 до 810 мегапаскалей. Структура современных рельсовых сплавов идеально отвечает требованиям защиты от ударных нагрузок, при соударении вязкость составляет 2,5 килограмма на кубический сантиметр. Пути могут достигать нескольких сотен километров, поэтому особое значение имеет такой показатель, как коэффициент температурного расширения, согласно ГОСТ данный показатель для рельсовых сплавов составляет около 0,00001118. К нормируемым показателям также относятся:
- предел текучести,
- сокращение или удлинение длины в относительном исчислении,
- временное сопротивление,
Все вышеперечисленные свойства определяются целевой категорией рельсов.
Другие области применения сталей и сплавов на железнодорожном транспорте
В современном вагоностроении низколегированные стали используются в виде специальных гнутых профилей, стандартного проката и листов для изготовления котлов цистерн, а также элементов кузовов и рам вагонов. Данные стали обладают большой коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью и достаточно высокой прочностью. Котлы цистерн, которые предназначены для перевозки ядохимикатов, кислот и прочих агрессивных сред изготавливаются из двухслойных и коррозионностойких сталей.
Хром - основной легирующий элемент коррозионностойких сталей. Его содержание не должно быть меньше 13 %. Помимо хрома в с коррозионностойкую сталь вводится никель. Легированные стали могут быть использованы при производстве следующих изделий и оборудования:
- клапаны двигателей тепловозов,
- рессоры тележек локомотивов и вагонов,
- цилиндрические пружины,
- шатуны,
- коленчатые валы компрессоров тепловозов,
- литые детали тележек грузовых вагонов,
- автосцепные устройства,
- шестерни тяговых зубчатых передач электровозов,
- венцы тяговых зубчатых передач,
- моторвагонные секции,
- маятниковые подвески,
- кольца и ролики подшипников буксовых узлов и узлов локомотивов и вагонов,
- ударные розетки,
- центрирующие балочки,
- крестовины стрелочных переводов,
- горловины фрикционных поглощающих аппаратов,
- некоторые детали электровозов
Чугун – это сплав железа с углеродом и некоторым количеством фосфора, кремния, серы, марганца и других элементов.
Подавляющее большинство получаемого чугуна используется для передела в сталь. Литейный чугун и ферросплавы являются специальными чугунами с повышенным содержанием титана, кремния, никеля, хрома, алюминия, ванадия. Ферросплавы используются для легирования и раскисления сталей.
Литейный чугун активно используется на железнодорожном транспорте. Серый чугун марок СЧ 25 и СЧ 20 используется в производстве картеров дизельного оборудования рефрижераторных вагонов, головок цилиндров, блоков цилиндров. Серый чугун обладает малой усадкой и высокой жидкотекучестью, но при этом хрупкий и не может быть использован при изготовлении деталей, которые подвергаются ударным нагрузкам.
