Углеродистая сталь представляет собой сплав железа с углеродом, и ее поведение определяется главным образом содержанием углерода. Четыре обычных типа стали (в порядке возрастания содержания углерода): низкоуглеродистая, среднеуглеродистая, высокоуглеродистая и сверх-высокоуглеродистая сталь. Содержание углерода повышает прочность и твердость, но снижает пластичность, ударную вязкость и свариваемость, поэтому выбор материала всегда является балансом, а не гонкой за наибольшей цифрой.
Четыре типа углеродистой стали
| Тип | Содержание углерода | Типичные свойства | Обычное использование |
| Низкоуглеродистая (мягкая сталь) | Ниже 0,3% | Мягкий, пластичный, легко сваривается и формуется. | Конструкционные профили, трубы, кузова автомобилей, общестроительные изделия |
| Средний углерод | 0.3-0.6% | Баланс прочности и пластичности | Шестерни, оси, валы, детали машин |
| Высокоуглеродистый | 0.6-1.0% | Твердый, износостойкий, менее пластичный | Пружины, проволока, режущий инструмент, рельсы |
| Сверх-высокоуглеродистый | 1.0-2.0% | Чрезвычайно твердый и хрупкий | Плашки, пуансоны, специальные режущие кромки |
Как классифицируется рельсовая сталь
Рельсовая сталь производится в трех семействах. Углеродные рельсы выплавляют и прокатывают из железной руды-, при этом прочность в основном зависит от углерода и марганца; типичная обычная рельсовая сталь содержит примерно 0,40-0,80% углерода и около 1,0–1,4% марганца. В сплавные рельсы добавляют небольшое количество легирующих элементов, таких как ванадий, титан, хром или ниобий, чтобы повысить прочность и ударную вязкость по сравнению с углеродистыми марками. Термически обработанные рельсы представляют собой рельсы из углерода или сплавов, которые нагревают, а затем охлаждают в контролируемых условиях для улучшения перлитной структуры; головка рельса имеет закаленный слой, который значительно повышает износостойкость и продлевает срок службы.
Марки китайских рельсов и механические свойства
Горячекатаные-рельсы (GB/T 2585)
| Оценка | Предел прочности (МПа) | Твердость (HB) |
| U75V | минимум 980 | 280-320 |
| U78CrV | минимум 1080 | 310-360 |
| U76CrRE | минимум 1080 | 310-360 |
| U77MnCr | минимум 980 | 290-330 |
Термообработанные-рельсы
| Оценка | Предел прочности (МПа) | Твердость (HB) |
| У75В (термообработанный) | минимум 1180 | 320-380 |
| U78CrV (термообработанный) | минимум 1280 | 370-420 |
Европейские семейства и семейства UIC используют свои собственные обозначения: R260 и R350HT согласно EN 13674-1, а также марки 700, 900A и 1100 согласно UIC 860, где число означает минимальный предел прочности на разрыв в МПа.
Выбор подходящей рельсовой стали
Выбирайте уклон в зависимости от дорожного движения: большие нагрузки на ось и крутые повороты требуют более жестких и-прочных головок, поэтому термообработанные рельсы-получивают свое преимущество. Прямые, слегка нагруженные линии позволяют работать со стандартными сортами углерода при меньших затратах. Свариваемость также имеет значение: рельсы с высоким-углеродом и сплавами требуют контролируемых процедур сварки, а химический состав рельсов должен быть совместим с процессом сварки, используемым в проекте. Для крепежных компонентов используются пружинные стали, такие как 60Si2MnA, с высоким содержанием углерода, а твердость зажима после термообработки обычно составляет 42–50 HRC.
Распространенные заблуждения
Более высокий уровень углерода не означает автоматически лучше: сверх-высокоуглеродистая сталь слишком хрупка для конструкционных и динамических деталей. Рельсы не изготавливаются из низкоуглеродистой стали, которая изнашивается за месяцы. И фраза «легированная сталь» не означает нержавеющую сталь: легирующие элементы добавляются в небольших количествах для повышения прочности и ударной вязкости, а не для устойчивости к коррозии.
Часто задаваемые вопросы
Почему рельсовая сталь всегда высокоуглеродистая?
Потому что головка рельса должна противостоять износу, а рельс в целом должен сопротивляться изгибу и усталости. Высокоуглеродистый материал обеспечивает необходимую твердость и прочность, а содержание углерода и марганца регулируется с учетом свариваемости и ударной вязкости.
В чем разница между карбоновым рельсом и рельсом из сплава?
Углеродный рельс обеспечивает прочность благодаря углероду и марганцу; В легированный рельс добавляют небольшое количество ванадия, титана, хрома или ниобия для повышения прочности и ударной вязкости.
Что делает термообработка с рельсом?
Контролируемый нагрев и охлаждение улучшают перлитную структуру и создают упрочненный слой в головке рельса, что обычно повышает прочность на разрыв на 150-200 МПа и заметно увеличивает срок службы на криволинейных путях.
U75V лучше U71Mn?
U75V обладает более высокой прочностью и износостойкостью и часто используется для перевозки тяжелых-и высокоскоростных-линий. U71Mn по-прежнему широко используется на обычных линиях, где его свариваемость и стоимость хорошо сбалансированы.
Легко ли сваривать высокоуглеродистую сталь?
Нет. Высокоуглеродистые стали требуют контролируемого предварительного нагрева, квалифицированных процедур и контроля после сварки, поэтому сварка рельсов (стыковая оплавление, термитная или алюминотермическая сварка) — это специализированная операция с утвержденными параметрами.
Какую твердость должны иметь пружинные зажимы?
Железнодорожные пружинные зажимы обычно закаливают и отпускают до твердости 42–50 HRC. Более низкая твердость рискует пластической деформацией и потерей нагрузки на носок; более высокая твердость может привести к хрупкому разрушению при ударе.