INCREASING COLD RESISTANCE AND WEAR RESISTANCE OF RAILWAY RAILS1
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2025-9-32-55Keywords:
railway rails, steel, cold resistance, wear resistance, mechanical properties, microstructure, non-metallic inclusions, heat treatment, operational durabilityAbstract
The article presents the results of theoretical, laboratory and industrial studies aimed at improving the performance of railway rails in areas with severe operating conditions: low temperatures, complex track plan and increased loads, which is typical for the roads of the Eastern Polygon. The effect of microalloying rail steel with carbonitride-forming elements (vanadium, titanium, zirconium, niobium) and nitrogen is studied, and it is shown that the introduction of vanadium and nitrogen into steel most effectively increases the mechanical properties and performance indicators of rails. The effect of REE on non-metallic inclusions, microstructure and mechanical properties of rails is studied. It is revealed that modifying high-carbon steel with rare earth elements reduces its contamination with non-metallic inclusions and increases the cold resistance of rails. The issues of optimizing the chemical composition of steel aimed at increasing the wear resistance of rails are considered. It is established that the level of wear resistance of rails is determined by a combination of hardness and plastic properties. It is shown that the TEC-DT technology – differentiated thermal strengthening of rails with repeated heating by air of controlled humidity is an effective method for producing rails with high reliability against brittle and fatigue failures. The results of development of chemical composition and heat treatment of rails made of bainitic steel are presented. They have a set of properties unattainable for rails made of pearlitic steel: a combination of high strength, hardness, ductility and impact toughness. Rails made of bainitic steel simultaneously meet the requirements for rails with increased wear resistance, contact endurance and cold resistance. The studies were carried out using optical and electron microscopy, micro X-ray spectral and X-ray structural analysis. The results of determining mechanical properties under tension, impact bending, fatigue tests, and wear tests are presented.
References
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.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
