ПОВЫШЕНИЕ ХЛАДОСТОЙКОСТИ И ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2025-9-32-55Ключевые слова:
железнодорожные рельсы, сталь, хладостойкость, износостойкость, механические свойства, микроструктура, неметаллические включения, термообработка, эксплуатационная стойкостьАннотация
Представлены результаты теоретических, лабораторных и промышленных исследований, направленных на повышение работоспособности железнодорожных рельсов в районах с тяжелыми условиями эксплуатации: пониженной температурой, сложным планом пути и повышенными нагрузками, что характерно для дорог Восточного полигона. Изучено влияние микролегирования рельсовой стали карбонитридообразующими элементами (ванадием, титаном, цирконием, ниобием) и азотом. Показано, что наиболее эффективно механические свойства и эксплуатационные показатели рельсов повышает введение в сталь ванадия и азота. Исследовано влияние редкоземельных металлов на неметаллические включения, микроструктуру и механические свойства рельсов. Выявлено, что модифицирование высокоуглеродистой стали редкоземельными элементами уменьшает ее загрязненность неметаллическими включениями и повышает хладостойкость рельсов. Рассмотрены вопросы оптимизации химического состава стали, направленной на повышение износостойкости рельсов. Установлено, что уровень износостойкости рельсов определяется сочетанием твердости и пластических свойств. Показано, что эффективным способом получения рельсов высокой надежности против хрупких и усталостных разрушений является технология TEC-DT — дифференцированное термоупрочнение рельсов с повторного нагрева воздухом управляемой влажности. Приведены результаты разработки химического состава и термической обработки рельсов из бейнитной стали, обладающих комплексом свойств, недостижимым для рельсов из перлитной стали: сочетанием высокой прочности, твердости, пластичности и ударной вязкости. Рельсы из бейнитной стали одновременно удовлетворяют требованиям к рельсам повышенной износостойкости, контактной выносливости и хладостойкости. Исследования проведены методами оптической и электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального и рентгеноструктурного анализов. Приведены результаты определения механических свойств при растяжении, ударном изгибе, усталостных испытаниях, испытаниях на износ.
Библиографические ссылки
Дерябин А. А., Добужская А. Б. Исследование процессов раскисления, модифицирования и микролегирова-ния рельсовой стали // Сталь. 2000. № 11. С. 38–43.
Добужская А. Б., Колосова Э. Л., Сырейщикова В. И. Влияние микролегирования карбонитридообразую-щими элементами на структуру и свойства рельсовой стали // Физика металлов и металловедение. 1990. № 9. С. 123, 124.
Смирнов Л. А., Кушнарев А. В., Добужская А. Б. и др. Стали транспортного назначения, микролегирован-ные ванадием и азотом // Сталь. 2020. № 6. С. 56–63.
Снитко Ю. П., Введенский А. В., Королев Н. В. Расчет растворимости карбонитридов в рельсовой стали // Материалы юбилейной рельсовой комиссии 2002: сб. докладов. — Новокузнецк: ОАО «Новокузнецкий по-лиграфкомбинат». 2002. С. 97–104.
Шапошников Н. Г., Кононов А. А., Могутнов Б. М. и др. Условия эффективного воздействия нитридных и карбонитридных фаз на измельчение структуры конструкционных перлитных сталей // Сталь. 2004. № 7. С. 84–87.
Арсенкин А. М., Далматов А. Ю., Демин К. Ю. и др. Микролегирование колесной стали карбонитридообра-зующими элементами // Сталь. 2007. № 9. С. 29–30.
Шипицын С. Я., Бабаскин Ю. З., Кирчу И. Ф. и др. Микролегированная сталь для железнодорожных колес // Сталь. 2008. № 9. С. 76–79.
Иванов Б. С., Филиппов Г. А., Демин К. Ю. и др. Модифицирование колесной стали азотом // Сталь. 2007. № 9. С. 22–25.
Дерябин А. А., Горшенин И. Г., Могильный В. В. и др. Оптимизация химического состава стали и техноло-гии для производства рельсов низкотемпературной надежности // Сталь. 2005. № 6. С. 134–136.
Рейхарт В. А. О критериях качества железнодорожных рельсов // Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов: сб. науч. тр. — Екатеринбург: ГНЦ РФ ОАО «УИМ», 2006. С. 104–114.
Галицын Г. А., Добужская А. Б., Могильный В. В., Рейхарт В. А. Определение характеристик микроразру-шения рельсовой стали на основе испытаний на растяжение и оценка их связи с работоспособностью рель-сов // Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов: сб. науч. тр. — Екатеринбург: ГНЦ РФ ОАО «УИМ», 2006. С. 81–96.
Галицын Г. А., Добужская А. Б., Могильный В. В. Моделирование эволюции дислокационной структуры стали в процессе нагружения рельсов // Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов: сб. науч. тр. — Екатеринбург: ГНЦ РФ ОАО «УИМ», 2006. С. 97–103.
Кушнарев А. В., Киричков А. А., Добужская А. Б. и др. Результаты опытов по применению на ОАО «ЕВРАЗ НТМК» рельсовой стали, микролегированной ниобием // Перспективы развития металлургии и машино-строения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР: труды научно-практической конференции с международным участием и элементами школы для молодых ученых. — Ека-теринбург: ООО «УИПЦ», 2013. С. 223–227.
Баптизманский В. И., Вахляев В. Б., Карнулин М. А. и др. Влияние присадок редкоземельных элементов на свойства рельсов из конвертерной стали // Известия вузов. Черная металлургия. 1965. № 2. С. 64–69.
Просвирин К. С., Чепелева В. П. Влияние совместных и раздельных присадок бора и РЗМ на некоторые свойства рельсовой стали // Металлургия и коксохимия. Республиканский межведомственный научно-технический сборник. — Київ: Техніка, 1972. Вып. 30. C. 35–39.
Просвирин К. С., Оргиян В. С., Левошич Н. В. Модифицирование рельсовой стали лигатурами, содержа-щими редкоземельные металлы // Производство железнодорожных рельсов и колес: отрасл. сб. науч. тр. — Харьков: УкрНИИМет, 1978. С. 17–21.
Просвирин К. С., Савенков В. А., Коваленко Т. Г. и др. Производство и свойства низколегированной и мо-дифицированной рельсовой стали // Металлургия и коксохимия. Республиканский межведомственный научно-технический сборник. — Київ: Техніка. 1982. Вып. 77. С. 84–87.
Титова Т. М., Малиночка Я. Н., Зигало И. Н. и др. Некоторые пути улучшения качества рельсов из конвер-терной стали // Металлургия и коксохимия. Республиканский межведомственный научно-технический сборник. — Київ: Техніка, 1985. Вып. 87. С. 44–48.
Смирнов Л. А., Ровнушкин В. А., Добужская А. Б. и др. Влияние модифицирования РЗМ на формирование неметаллических включений в высокоуглеродистых сталях // Сталь. 2016. № 11. С. 21–28.
Добужская А. Б., Галицын Г. А., Юнин Г. Н. и др. Исследование влияния химического состава, микрострук-туры и механических свойств на износостойкость рельсовой стали // Сталь. 2020. № 12. С. 52–55.
Гаврилюк В. Г. Распределение углерода в стали. — Киев: Наукова думка, 1987. — 208 с.
Курдюмов Г. В. О кристаллической структуре закаленной стали // Проблемы металловедения и физики металлов. — М.: Металлургия, 1968. Вып. 9. С. 8–23.
Счастливцев В. М., Мирзаев Д. А., Яковлева И. Л. и др. Перлит в углеродистых сталях. — Екатеринбург: УрО РАН, 2006. — 311 с.
Полевой Е. В., Юнин Г. Н., Юнусов А. М. и др. К вопросу износостойкости рельсов // Сталь. 2019. № 7. С. 62–65.
Беспалов С. А. Металловедческие аспекты в процессах разрушения металлических материалах при трении // Успехи физики металлов. 2009. Т. 10. С. 415–435.
Гуреев Д. М., Сидоров А. П., Ямщиков С. В. Износ поверхностей трения стали 40Х до и после лазерной за-калки // Трение и износ. 1992. Т. 13. № 5. С. 881–886.
Декворт В. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1965. № 11. С. 54.
Сорокин Г. М., Малышев В. Н. Аспекты металловедения в природе механического изнашивания // Трение и износ. 2005. Т. 26. № 6. С. 598–607.
Сорокин Г. М., Кривошеева Ю. В. Научные принципы выбора износостойких сталей // Надежность и сер-тификация оборудования для нефти и газа. 2003. Т. 31. № 4. С. 31–36.
Кушнарев А. В., Смирнов Л. А., Киричков А. А. и др. Разработка инновационной технологии «цифрового охлаждения» (дифференцированной термообработки) рельсов «ЕВРАЗ НТМК» // Сталь. 2020. № 6. С. 64–68.
Кушнарев А. В., Киричков А. А., Добужская А. Б. и др. Опыт производства рельсов из стали бейнитного класса на НТМК // Сталь. 2005. № 6. С. 131–133.
Добужская А. Б., Дерябин А. А., Семенков В. Е. и др. Опыт производства на ОАО «НТМК» рельсов из сред-неуглеродистой стали бейнитного класса // Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатацион-ную стойкость рельсов: сб. науч. тр. — Екатеринбург: ГНЦ РФ ОАО «УИМ», 2006. С. 183–191.
Добужская А. Б., Матвеев В. В., Белокурова Е. В. Разработка технологии производства рельсов из бейнит-ной стали на ОАО «НТМК» // Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скрепле-ний (по материалам заседания некоммерческого партнерства «Рельсовая комиссия» 25–26 июня 2008 г.): сб. науч. докладов. — Екатеринбург: ОАО «УИМ», 2009. С. 135–149.
Ворожищев В. И., Павлов В. В., Корнева Л. В. и др. Разработка технологии производства рельсов из бей-нитной стали // Сталь. 2005. № 2. С. 71–74.
Ворожищев В. И., Иванов Ю. Ф., Шур Е. А. и др. Структурно-фазовый анализ рельсов из бейнитной стали // Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов: сб. науч. тр. — Екате-ринбург: ГНЦ РФ ОАО «УИМ», 2006. С. 192–197.
Добужская А. Б., Галицын Г. А., Смирнов Л. А. и др. Перспективы производства рельсов из бейнитной стали // Сталь. 2023. № 2. С. 41–46.
Bramfitt В. L. The metallurgical characteristics of bainite as applied to rail steel // Proc. оf the 39th Mechanical working and steel processing conf., Okt. 19–22. Indianapolis, Indiana. Iron & Steel Society. 1997. XXXV. P. 989–996.
Sawley K., School M. The development of bainitic steels for rails // Proc. of the 39th Mechanical working and steel processing conf., Okt. 19–22. Indianapolis, Indiana. Iron & Steel Society. 1997. XXXV. P. 1007–1014.
Steele R. K. Alloying considerations for heat treatment of rail to a lower bainite microstructure // Proc. of the 39th Mechanical working and steel processing conf., Okt. 19–22. Indianapolis, Indiana. Iron & Steel Society. 1997. XXXV. P. 997–1006.
Kem A., Schmedders H., Zimmerman A. The development of bainitic steels for special railways system require-ments // Proc. of the 39th Mechanical working and steel processing conf., Okt. 19–22. Indianapolis, Indiana. Iron & Steel Society. 1997. XXXV. P. 1015–1021.
Де Боер Х., Датта С. Р., Кайзер Г. Ю. Рельсы высокой прочности с бейнитной структурой, полученной с прокатного нагрева // Черные металлы. 1995. № 7. С. 29–36.
Испытания рельсов из бейнитной и перлитной стали // Железные дороги мира. 2003. № 3.
Рельсы из бейнитной стали на железных дорогах Швейцарии // Железные дороги мира. 2011. № 5. С. 71–75.
Sawley K., Kristan J. Development of bainitic rail steels with potential resistance to rolling contact fatigue // Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures. 2003. V. 26. № 10. P. 1019–1029.
Némethy R. L’utilisation des rails en acier bainitique en Suisse // Revue Générale des Chemins. 2010. V. 196. P. 33–40.
Lee K. M., Polycarpou A. A. Wear of conventional pearlitic and improved bainitic rail steels // Wear. 2005. V. 259. P. 391–399.
Hlavatý I., Sigmund M., Krejčí L., Mohyla P. The bainitic steels for rails applications // Materials Engineering. 2009. V. 16. № 4. P. 44–50.
Георгиев М. Н., Симеонова Т. В. Железнодорожные рельсы из бейнитной стали // Металловедение и тер-мическая обработка металлов. 2018. № 7. С. 54–61.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.
