АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РЕЛЬСОВ ИЗ ЗАЭВТЕКТОИДНОЙ СТАЛИ
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2026-1-49-58Ключевые слова:
рельсы, заэвтектоидная сталь, химический состав, термическая обработка, лазерная наплавка, структура, фазовый состав, дислокационная субструктураАннотация
Для сложных условий эксплуатации (высокие нагрузки на ось и скорости движения, градиенты температур, малые радиусы кривизны и т. д.) используют рельсы из заэвтектоидных сталей (С ˃ 0,8 % (мас.)), обладающие повышенной износостойкостью и сопротивлением контактной усталости. Представлен обзор литературы зарубежных и отечественных исследователей последних лет, посвященный рельсам из заэвтектоидной стали и охватывающий основные направления технологии их производства, термической обработки и влияния ряда факторов, способствующих повышению эксплуатационных свойств рельсов. Проанализировано влияние химического состава, термической обработки, режимов прокатки на формирование структурно-фазовых состояний и эксплуатационных свойств рельсов. Предложены методы и способы лазерной наплавки рельсов, смазки контактных поверхностей, математические модели, прогнозирующие межпластинчатое расстояние с учетом изменения содержания Si, C, V, Nb, Cr, Mn, механизмы износа, коррозии и разрушения рельсов. Проанализированы исследования структуры, фазового состава, дислокационной субструктуры, свойств в сечении головки дифференцированно закаленных 100-м рельсов категории ДТ 400ИК повышенной износостойкости и контактной выносливости, предназначенных для эксплуатации на прямых участках железнодорожного пути со скоростями движения до 200 км/ч и кривых участках железнодорожного пути без ограничений по грузонапряженности после пропущенного тоннажа 187 млн т на экспериментальном кольце РЖД. Установлена иерархия физических механизмов упрочнения на разном расстоянии (0,2–10 мм) от поверхности катания по центральной оси и радиусу скругления выкружки. Представлены результаты патентного поиска технологий производства заэвтектоидных рельсов и их упрочнения. Описаны способы охлаждения, микролегирования редкоземельными элементами, уменьшения содержания водорода, цементитной сетки. Сделан вывод об отсутствии системного анализа международного и отечественного опыта по проблемам рельсов заэвтектоидной стали.
Библиографические ссылки
Schotsman B., Mattos Ferreira V., Leonetti D. etc. Experimental investigation on the fatigue and fracture tough-ness properties of hypereutectoid rail steel // Engineering Fracture Mechanics. 2025. V. 313. 110657.
Zhou L., Bai W., Han Z. etc. Comparison of the damage and microstructure evolution of eutectoid and hypereu-tectoid rail steels under a rolling-sliding contact // Wear. 2022. V. 492–493. 204233. DOI: 10.1016/j.wear.2021.204233.
Zhou L., Wang W. J., Hu Y. etc. Study on the wear and damage behaviors of hypereutectoid rail steel in low tem-perature environment // Wear. 2020. V. 456–457. 203365.
Su H., Li J., Lai Q. etc. Improvement in the wear resistance of a hypereutectoid rail via heat treatment // Interna-tional Journal of Mechanical Sciences. 2020. V. 176. 105539.
Bai W., Zhou L., Wang P. etc. Damage behavior of heavy-haul rail steels used from the mild conditions to harsh conditions // Wear. 2022. V. 496–497. 204290. DOI: 10.1016/j.wear.2022.204290.
Попова Н. А., Громов В. Е., Иванов Ю. Ф. и др. Влияние длительной эксплуатации на структурно-фазовое состояние заэвтектоидной рельсовой стали // Материаловедение. 2023. № 10. C. 17–28.
Иванов Ю. Ф., Порфирьев М. А., Громов В. Е. и др. Формирование градиентных структурно-фазовых со-стояний в головке рельсов специального назначения после эксплуатации // Деформация и разрушение матери-алов. 2023. № 11. С. 33–38.
Иванов Ю. Ф., Порфирьев М. А., Громов В. Е. и др. Структурно-фазовые состояния в головке рельсов спе-циального назначения после длительной эксплуатации // Металлы. 2023. № 6. С. 53–58.
Попова Н. А., Громов В. Е., Иванов Ю. Ф. и др. Влияние дислокационной структуры на упрочнение заэв-тектоидной рельсовой стали // Деформация и разрушение материалов. 2025. № 9. С. 2–12.
Попова Н. А., Громов В. Е., Иванов Ю. Ф. и др. Роль дислокационной субструктуры в упрочнении рель-сов из заэвтектоидной стали при эксплуатации // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2025. № 3. С. 51–62.
Gromov V., Ivanov Y., Porfiriev M., Shliarova Yu. Evolution of cementite substructure of rails from hypereu-tectoid steel during operation // Metals. 2023. V. 13. 1688. DOI: 10.3390/met13101688.
Иванов Ю. Ф., Громов В. Е., Порфирьев М. А. и др. Разрушение пластинчатого перлита в поверхности катания рельсов при длительной эксплуатации // Ползуновский вестник. 2023. № 4. С. 191–198.
Громов В. Е., Иванов Ю. Ф., Порфирьев М. А. и др. Эволюция субструктуры цементита рельсов из заэв-тектоидной стали при эксплуатации // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2024. Т. 21, № 3. С. 273–282.
Громов В. Е., Юрьев А. Б., Юрьев А. А. и др. Антология структурно-фазовых состояний и свойств россий-ских рельсов XXI века. — Новокузнецк: Полиграфист, 2024. — 181 c.
Попова Н. А., Шлярова Ю. А., Громов В. Е. и др. Структурно-фазовое состояние и механизмы упрочне-ния длинномерных рельсов из заэвтектоидной стали при длительной эксплуатации. — Новокузнецк: Полигра-фист, 2025. — 169 с.
Попова Н. А., Громов В. Е., Никоненко Е. Л. и др. Оценка механизмов упрочнения, формирующих предел текучести в заэвтектоидной стали // Известия вузов. Физика. 2024. Т. 67, № 2. С. 70–82. DOI: 10.17223/00213411/67/2/8.
Popova N. A., Gromov V. E., Potekaev A. I. etc. Evaluation of mechanisms for strengthening of surface layers of long rails in different directions under continuous operation // Russian Physics Journal. 2024. V. 67, № 8. С. 1142–1149. DOI: 10.1007/s11182-024-03226-w.
Tressia G., Sinatora A., Goldenstein H., Masoumi M. Improvement in the wear resistance of a hypereutectoid rail via heat treatment // Wear. 2020. V. 442. 203122. DOI: 10.1016/j.wear.2020. 203122.
Tokunaga T., Minamino Y., Yamamoto K. etc. Development of high-toughness high-hardness hypereutectoid steels through optimization of heat treatment and alloying elements // Materials Science and Engineering: A. 2025. 148422.
Vlasovets V., Vlasenko T., Kovalyshyn S. etc. Improving the performance properties of eutectoid steel products by a complex effect // Materials. 2022. V. 15, № 23. 8552.
Tokunaga T., Minamino Y., Yamamoto K., Sugimoto T. Effect of rolling and alloying elements on the impact properties of hypereutectoid steels // ISIJ International. 2024. V. 64, № 6. P. 1078–1088.
Tokunaga T., Yamamoto K., Minamino Y. etc. Effects of cementite particles on impact properties in high-hardness hypereutectoid steels // ISIJ International. 2024. V. 64, № 2. P. 389–400.
Yamamoto K., Takayama T., Minamino Y. etc. Modification of grain boundary microstructure by controlling dissolution behavior of θ particles in Cr-containing hypereutectoid steel // Materials Characterization. 2023. V. 205. 113241.
Takahashi J., Kawakami K., Kobayashi Y. Origin of hydrogen trapping site in vanadium carbide precipitation strengthening steel // Acta Materialia. 2018. V. 153. P. 193–204.
Chen F., Jiang H., Zhang Yu. etc. First-principles calculation of bonding and hydrogen trapping mechanism of Fe3C/α-Fe interface // Journal of Materials Research and Technology. 2023. V. 26. P. 6782–6793.
Moon A. P., Balasubramaniam R., Panda B. Hydrogen embrittlement of microalloyed rail steels // Materials Science and Engineering: A. 2010. V. 527, № 13–14. P. 3259–3263.
Ueda M., Matsuda K. Effects of carbon content and hardness on rolling contact fatigue resistance in heavily loaded pearlitic rail steels // Wear. 2020. V. 444. 203120. DOI: 10.1016/j.wear.2020.203120.
Li X., Wang X., Wang Y. etc. Microscopic characteristics and properties of co-based coating by pulse current-assisted laser cladding on high carbon steel // Surface and Coatings Technology. 2024. V. 494. 131367.
Duan S., Ren W., Lei W., Wang Y. Study on the microstructure and properties of rail cladding layer after laser quenching // Journal of Manufacturing Processes. 2023. V. 108. P. 180–193.
Fasihi P., Kendall O., Abrahams R. etc. Effect of graphite and MoS2 based solid lubricants for application at wheel-rail interface on the wear mechanism and surface morphology of hypereutectoid rails // Tribology International. 2021. V. 157. 106886.
Qiao L., Wang Z., Zhu J. Application of improved GRNN model to predict interlamellar spacing and mechanical properties of hypereutectoid steel // Materials Science and Engineering: A. 2020. V. 792. 139845.
Liu J., Chen Sh., Wang J. etc. Rolling contact wear mechanism of different microstructures in U75V rail flash-butt welds // Wear. 2025. 205794. DOI: 10.1016/j.wear.2025.205794.
He C., Gan Y., Liu H. etc. Effects of microstructure on the corrosion behavior of pearlitic rail steel under simu-lated salt fog conditions // Materials Today Communications. 2024. V. 40. 109700.
Patent CN115094338, IPC C22C38/02. Eutectoid steel for steel rails and its production method / Ch. Lin, B. Si-run, L. Xinyu etc.
Patent CN112301278, IPC C22C38/02. Microalloyed hypoeutectoid steel rail and method of its production / Yu. Jun, C. Min, D. Yun, L. Zhosi.
Patent CN113637912, IPC C22C38/02. Corrosion-resistant eutectoid rail and method of its production / L. Xiaoyu, C. Chongmu, V. Yuan, Y. Jun.
Patent CN114045426, IPC C21C7/0056. Method of manufacturing contact-fatigue eutectoid rails / Yu. Jun, C. Min, D. Yun, Ya. Davey.
Patent WO2023082661, IPC C22C33/04. Method of producing rails from anti-contact fatigue eutectoid steel / Yu. Jun, C. Min, D. Yun, Ya. Davey.
Patent AU2022215193, IPC C22C33/04. Method of producing rails made of eutectoid steel resistant to contact fatigue / Y. Deng, D. Yang, J. Yuan, M. Zou.
Patent CN111411208, IPC C21D1/78. A method of heat treatment to reduce the release of a cementite grid in eutectoid rails / V. Dongmei, C. Lin, C. Jianwei, C. Leicheng.
Patent WO2024093182, IPC C21D1/18. Method and device for increasing the hardness of the heating zone to austenite at the rail joint of hypoeutectoid steel / L. Xin, L. Dadun, D. Jian, D. Xuejiao.
Patent CN115679079, IPC C21D1/18. Method and device for increasing the hardness of the rail joint area made of eutectoid steel / L. Xin, L. Dadun, D. Jian, D. Xuejiao.
Patent CN113373371, IPC C22C38/02The rail material is made of ultra-hard-wearing eutectoid perlite steel with the addition of rare earth elements and nickel / C. Guiying, L. Zhengwei, T. Wang etc.
Patent CN117646106, IPC C21D9/50. Method for eliminating the martensitic structure of a contact rail head made of hypoeutectoid steel / V. Zhoyu, D. Jian, L. Wei.
Patent US20170044721, IPC E01B5/02. Rail made of eutectoid steel and method of its production / Z. Han, M. Zou, H. Guo etc.
Patent AU2016210628, IPC E01B5/02. Rail made of eutectoid steel and method of its production / Y. Deng, H. Guo, Z. Han etc.
Patent CN112280939, IPC C21C7/10. Low-hydrogen eutectoid steel rail and method of its production / Yu. Jun, C. Min, D. Yun, Ya. Davei.
Patent US20240279784, IPC C22C33/04. Method of producing rails made of eutectoid steel resistant to con-tact fatigue / J. Yuan, M. Zou, Y. Deng, D. Yang
Patent CN114058813, IPC C21D8/005. Method of controlling carbides in rail eutectoid steel / V. Jiawei, C. Gui-ying, L. Zhengwei etс.
Patent CN112280938, IPC C21C7/10. Type of microcalcium eutectoid rail and method of its production / Yu. Jun, C. Min, D. Yun, L. Zhosi.
Patent CN112301277, IPC C22C38/02. Type of microtitanium eutectoid rail and method of its production / Yu. Jun, C. Min, D. Yun, C. Chongmu.
Порфирьев М. А., Громов В. Е., Иванов Ю. Ф. и др. Тонкая структура длинномерных рельсов из заэвтек-тоидной стали после длительной эксплуатации. — Новокузнецк: Полиграфист, 2023. — 285 с.
Порфирьев М. А., Громов В. Е., Невский С. А., Крюков Р. Е. Электронная микроскопия рельсов из заэв-тектоидной стали после эксплуатации. — Новокузнецк: Полиграфист, 2024. — 212 с.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 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.
