Разработка рельсов новой категории для применения в особо тяжёлых условиях эксплуатации

Введение. В условиях ежегодного повышения грузонапряженности на дорогах Восточного полигона эффективным техническим решением проблемы повышенного количества сходов подвижного состава по причине излома рельсов является создание рельсов для условий холодного климата, обладающих повышенной твердостью для увеличения износостойкости и контактной выносливости с одновременно высокими значениями ударной вязкости. Такой комплекс свойств может быть достигнут при использовании отдельного нагрева под закалку и охлаждении закалочной средой с высокой охлаждающей способностью. Рельсы, изготовленные по такой технологии, будут относиться к новой категории. В связи с этим, целью данной работы являлось создание новой категории рельсов для их применения в особо тяжёлых условиях эксплуатации. 

Материалы и методы. В работе исследовалось влияние отдельного индукционного нагрева перед дифференцированной закалкой сжатым воздухом контролируемой влажности на микроструктуру и механические свойства (твердость, механические свойства при испытаниях на растяжение и на удар, предел выносливости, циклическая трещиностойкость) рельсов типа Р65. 

Результаты исследования. Проведен сравнительный анализ полученных результатов с аналогичными показателями для рельсов категорий ДТ350, ДТ350НН и ДТ370ИК по ГОСТ Р 51685-2013. Исследования химического состава, механических свойств, твердости на поверхности катания головки рельсов и по сечению, а также микроструктуры рельсов опытной партии показали соответствие требованиям ГОСТ Р 51685-2013 для рельсов категорий ДТ350, ДТ370ИК, ДТ350НН.

Обсуждение и заключение. Показано, что в результате применения дифференцированного термического упрочнения рельса с использованием сжатого воздуха контролируемой влажности в качестве закалочной среды получена новая категория рельсов ДТО350НН, характеризующаяся благоприятным сочетанием прочностных свойств, характеристик пластичности и показателей сопротивления хрупкому разрушению. Рельсы новой категории могут быть рекомендованы для применения в особо тяжелых условиях эксплуатации (в кривых участках пути малого радиуса при пониженных температурах), в том числе, на дорогах Восточного полигона.

1. Шур Е. А., Борц А. И., Абдурашитов А. Ю. Увеличить ресурс рельсов, лимитируемый их боковым износом // Путь и путевое хозяйство. 2017. № 5. С. 2–8.

2. Термически упрочненные рельсы / А. Ф. Золотарский [и др.]; под ред. А. Ф. Золотарского. М.: Транспорт, 1976. 264 с.

3. Shur E., Bor t s A., Zakha rov S. Rails for Low Operating Temperature and High Speed // Transportation Soil Engineering in Cold Regions (TRANSOILCOLD 2019): Proceedings of the conference (St. Petersburg, 15–22 April 2019). Singapore: Springer, 2020. P. 221–232.

4. Перспективная технология производства рельсов для высокоскоростного и тяжеловесного движения / С. В. Хлыст [и др.] // Вестник Научно- исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2013. № 6. С. 14–20.

5. Производство и термическая обработка железнодорожных рельсов / В. В. Лемпицкий [и др.]. М.: Металлургия, 1972. 272 с.

6. Шур Е. А. Влияние структуры на эксплуатационную стойкость рельсов // Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов: материалы II Всерос. науч.- техн. семинара (Екатеринбург, 16–17 мая 2006 г.): сб. науч. тр. / ред. Л. А. Смирнов [и др]. Екатеринбург: УИМ, 2006. С. 37–63.

7. Парышев Ю. М., Ра у зин Я. Р. Свойства рельсов, закаленных различными способами // Вестник Всесоюзного научно- исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 1964. № 5. С. 31–33.

8. Шур Е. А. Термическое упрочнение железнодорожных рельсов // Бернштейновские чтения по термомеханической обработке металлических материалов: науч.-техн. семинар (Москва, 22–25 октября 2019 г.): сб. тезисов. М.: НИТУ «МИСиС», 2019. С. 23–24.

9. Шур Е. А. Изучение процесса структурообразования при термической обработке рельсов // Труды ЦНИИ МПС. 1966. Вып. 314. С. 103–114.

10. Опыт проведения дифференцированной термообработки воздушным способом по технологии ТЭК-ДТ на промышленной установке ТЭК-ДТО-20-13,6 / С. В. Хлыст [и др.] // Инженерные решения. Черная металлургия. 2013. № 1. С. 20–22.

11. Development of an Innovative Digital Cooling Technology (Differential Heat Treatment) for EVRAZ NTMK Rails / A. V. Kushnarev [et al.] // Steel in Translation. 2020. Vol. 50, no. 6. P. 415–419.

12. Перспективы развития рельсового производства в России / А. И. Борц [и др.] // Промышленный транспорт XXI век. 2017. № 3–4. С. 11–16.

13. Пан А. В. Разработка и освоение новых технологий для текущего и перспективного производства рельсов: дис. ... д-ра техн. наук в форме науч. докл.: 05.16.01. М., 1999. 123 с.

14. Патент № 2003705 Российская Федерация, МПК C21D 9/04. Способ термической обработки рельсов и установка для его осуществления: № 05036339: заявл. 01.03.1992: опубл. 30.11.1993 / Федин В.М. [и др.]. 10 с.