Национальный стандарт/международный стандарт Металлургический контроль качества рельсовых материалов и технология гомогенизации производительности
Каковы различия в составе материала и применимые сценарии линий между рельсами национального стандарта U71Mn и U75V?
Содержание углерода в рельсах U71Mn национального стандарта контролируется на уровне 0,70%-0,75%, содержание марганца на уровне 1,10%-1,40%, без элемента ванадия, который обладает хорошей пластичностью и свариваемостью, подходит для низкоскоростных тяжелых-магистральных линий, таких как обычные железнодорожные магистрали и выделенные грузовые линии. Рельс У75В имеет содержание углерода 0,73%-0,80%, марганца 1,00%-1,30% и содержит 0,04%-0,12% элемента ванадия. Ванадий в сочетании с углеродом и азотом образует карбонитриды, измельчает зерно, повышает прочность и износостойкость рельса и специально разработан для высокоскоростных железных дорог и пассажирских выделенных линий. Предел прочности рельса U71Mn составляет ≥880 МПа, а удлинение составляет ≥10%, что соответствует нагрузке обычных железнодорожных поездов; предел прочности рельса U75V составляет ≥980 МПа, а удлинение составляет ≥9%, что позволяет противостоять высокочастотному переменному напряжению высокоскоростного железнодорожного колеса-рельса. Для прокатки двух типов рельсов необходимо применять дифференцированные контролируемые процессы прокатки и охлаждения. В U75V необходимо добавить этап обработки раствором ванадия, чтобы элементы ванадия полностью проявили эффект упрочнения. Отклонение состава материала рельсов национальных стандартов должно контролироваться в пределах ± 0,02%, каждая партия должна быть проверена перед отправкой с завода, а использование продукции с чрезмерным составом строго запрещено.
Каковы различия в характеристиках и требованиях к сертификации между рельсами зарубежного стандарта R260 (стандарт UIC) и T1 (стандарт ASTM)?
Прочность на разрыв рельса R260 стандарта UIC составляет ≥880 МПа, твердость по Бринеллю HB260-300, ударная вязкость ≥27Дж/см², подходит для европейских трансграничных-железных дорог и городского железнодорожного транспорта. Он должен пройти сертификацию EN13674-1, чтобы соответствовать техническим требованиям совместимости. Рельс стандарта ASTM T1 имеет прочность на разрыв ≥900 МПа, твердость по Бринеллю HB280-320, а его износостойкость на 10% выше, чем у R260. Он специально разработан для тяжеловесных грузовых линий Северной Америки. Он должен пройти сертификацию AAR M1003 для подтверждения его износостойкости и усталостной прочности. Содержание серы и фосфора в рельсе Р260 должно составлять не более 0,03%, а содержание включений строго контролируется во избежание усталостных трещин на головке рельса. В рельсе Т1 применяется процесс вакуумной дегазации с содержанием кислорода ≤20 ppm, что значительно уменьшает дефекты внутренней пористости. Сертификационные испытания рельсов иностранных стандартов должны охватывать несколько измерений, таких как растяжение, удар, твердость и металлографическая структура, и могут выйти на целевой рынок только после прохождения сертификации. Рельсы разных стандартов нельзя смешивать, в противном случае из-за различий в характеристиках может возникнуть ненормальный износ колесных рельсов, что повлияет на безопасность движения.
Чем опасны включения в рельсометаллургическом процессе и технологии точного контроля?
Включения в рельсах в основном включают хрупкие частицы, такие как оксид алюминия и сульфид марганца. Эти частицы разрушают непрерывность матрицы рельса, становятся источниками концентрации напряжений, вызывают возникновение трещин под нагрузкой на колесные-рельсы и сокращают срок службы рельсов на 30%-50%. Крупно-включения (диаметр ≥50 мкм) также вызывают отслоение рельса при шлифовке головки рельса, влияют на гладкость поверхности рельса и увеличивают вибрацию колес-рельса. Точный контроль включений должен начинаться с процесса выплавки стали, используя процесс рафинирования в печи LF + процесс вакуумной дегазации VD. Рафинирование в печи LF позволяет удалить оксидные включения в расплавленной стали, а вакуумная дегазация VD позволяет снизить содержание водорода и азота, уменьшая газовые включения. Технология электромагнитного перемешивания применяется в процессе непрерывной разливки для измельчения зерен, равномерного распределения включений и предотвращения локальной агрегации; во время прокатки включения крупных-размеров измельчаются посредством высоко-пластической деформации, чтобы снизить их опасность. Перед тем, как рельс покинет завод, необходимо провести металлографические испытания, степень включения должна быть не выше 2. Продукты, превышающие стандарт, должны быть подвергнуты повторной термообработке или списаны.
Каковы причины сегрегации рельсового материала и технические меры по его гомогенизации?
Сегрегация материала рельсов делится на центральную сегрегацию и дендритную сегрегацию. Центральная сегрегация образуется в результате неравномерного затвердевания расплавленной стали при непрерывной разливке и обогащения растворенными элементами в центре; дендритная сегрегация вызвана неравномерным распределением растворенных элементов по границам зерен и внутри зерен в процессе роста зерен. Сегрегация вызывает локальные различия в составе рельса, что приводит к неравномерному распределению твердости головки рельса, снижению износостойкости и даже в тяжелых случаях отслаиванию головки рельса. Основной технологией гомогенизационной обработки является контролируемый процесс прокатки и охлаждения. Во время прокатки применяется прокатка с большой деформацией в высоко-температурной аустенитной области с величиной деформации ≥60 %, чтобы разрушить дендритную структуру и способствовать гомогенизации состава; после прокатки применяется секционное охлаждение для контроля скорости охлаждения на уровне 5-10 град/с, чтобы избежать неравномерности структуры, вызванной слишком быстрым охлаждением. Для рельсов с сильной сегрегацией можно применить автономный отжиг, при котором температура отжига контролируется на уровне 720-750 градусов и выдерживается в течение 2-3 часов, чтобы обеспечить достаточную диффузию растворенных элементов и устранить дефекты сегрегации. После гомогенизационной обработки необходимо проверить градиент твердости рельса, а разница твердости от поверхности головки рельса до внутренней части должна составлять ≤20HB, чтобы обеспечить равномерную и стабильную работу.
Каковы основные элементы и квалификационные критерии контроля качества металлургической железной дороги?
Основные элементы испытаний металлургического качества рельсов включают анализ химического состава, оценку включений, испытание металлографической структуры и испытание механических свойств. При анализе химического состава используется спектрометр для определения содержания углерода, марганца, ванадия и других элементов, при этом отклонение должно соответствовать требованиям национальных/зарубежных стандартов. Для оценки включений используется металлографический микроскоп, который оценивается в соответствии со стандартом GB/T 10561, а степени включений класса A (сульфид) и класса B (оксид алюминия) должны быть ≤2. Для металлографических исследований структуры требуется, чтобы головка рельса представляла собой мелкую перлитную структуру с расстоянием между перлитными пластинками ≤0,2 мкм. Категорически запрещаются аномальные структуры, такие как мартенсит и бейнит, которые приведут к хрупкому разрушению рельса. Испытание механических свойств включает испытание на растяжение, испытание на удар и испытание на твердость. Для испытания на растяжение требуется, чтобы прочность на разрыв и удлинение соответствовали стандарту, для испытания на удар требуется ударная вязкость при низкой-температуре ≥20 Дж/см² (-20 градусов), а для испытания на твердость требуется твердость головки рельса HB280-320. Только когда все тестовые объекты проверены, можно оценить металлургическое качество как соответствующее стандарту. Если какой-либо товар не соответствует требованиям, необходимо проследить производственный процесс и провести повторное тестирование после исправления.