Rälsstål är ett speciellt material, inte mjukt stål
En skena är en varmvalsad-stålsektion som bär hjullasten, styr tåget och ger körytan, och den gör detta samtidigt som den utsätts för kontakttryck på mer än en gigapascal under varje hjul och för miljontals lastcykler per år. Vanligt konstruktionsstål kan inte överleva denna plikt: det är för mjukt för slitaget och för svagt i utmattning för rullande kontaktpåkänningar. Rälsstål är därför ett hög-kolstål, vanligtvis i intervallet 0,60 till 0,82 procent kol, med en perlitisk mikrostruktur av fina alternerande ferrit- och cementitlameller. Perliten ger den kombination som betyder något: hög hårdhet för slitstyrka och tillräcklig seghet för att stoppa sprickor från att fortplanta sig. Kolinnehållet placerar rälsstål klart över konstruktionsstål, och sammansättningen är noggrant kontrollerad eftersom varje 0,1 procent av kol, mangan eller kisel förändrar slitagehastigheten, utmattningshållfastheten och svetsbarheten hos skenan.
Betyg kemi över de viktigaste standardsystemen
Rälsklasser definieras av köplandets standardsystem, och samma nominella räls kan finnas i flera nationella versioner. Tabellen nedan sammanfattar de brett handlade kvaliteterna med deras typiska kol- och manganintervall.
| Kvalitet | Standardsystem | Kolprocent | Mangan procent | Legering eller behandling | Typisk användning |
|---|---|---|---|---|---|
| U71Mn | GB/T 2585, TB/T 2344 | 0.65-0.76 | 1.10-1.40 | Mangan | Huvudledning och kranskenor |
| U75V | GB/T 2585, TB/T 2344 | 0.71-0.80 | 0.70-1.05 | Vanadin | Höghastighetslinjer-, kurvor |
| U77MnCr | TB/T 2344 | 0.72-0.82 | 0.90-1.30 | Mangan-krom | Tung-transport och hög-hårdhet |
| U78CrV | TB/T 2344 | 0.74-0.82 | 0.90-1.30 | Krom-vanadin | 75 kg/m tunga-dragskenor |
| R260 | EN 13674-1, UIC 860 | 0.62-0.80 | 0.70-1.20 | Ingen | Konventionell huvudledning |
| R350HT | EN 13674-1 | 0.70-0.82 | 0.60-1.25 | Huvudet-härdat | Tungt-drag, skarpa kurvor, höga slitagezoner |
| 900A | UIC 860 | 0.60-0.80 | 0.80-1.30 | Ingen | Gods- och blandad-trafik |
Två familjer sticker ut. Kvaliteterna i U-serien är de kinesiska rälsstålen: U71Mn är arbetshästen, U75V tillför vanadin för högre hållfasthet på snabba linjer, och krom- och vanadinkvaliteterna tjänar tunga-transporter och mycket höga hårdhetskrav. EN 13674-1-familjen använder R-beteckningen med hårdheten eller styrkan i namnet: R260 är standardkvaliteten, och huvudhärdade kvaliteter som R350HT och R370CrHT skjuter ythårdhet in i intervallet 350 till 390 HBW för svåra slitageförhållanden.
Värmebehandlade- och legerade skenor
När slitagebehovet överstiger vad en vanlig perlitisk kvalitet kan leverera, är svaret huvudhärdning eller legering, eller både och. Huvudhärdning är en in-värmebehandling av rälshuvudet efter rullning: huvudet kyls snabbt så att det bildar en fin perlit med en ythårdhet på 350 till 390 HBW för kvaliteter som R350HT, medan banan och basen håller en tuffare, mer svetsbar struktur. Detta koncentrerar hårdheten exakt där slitage sker och håller resten av skenan formbar och svetsbar, varför huvud-härdade skenor dominerar tunga-draglinjer och svåra kurvor. Legering fungerar tillsammans: vanadin och krom förfinar perliten och ökar styrkan, och niobmikrolegering- förbättrar segheten. De mycket höga hållfasthetsgraderna som används på de tyngsta linjerna, såsom krom-molybden- och bainitiskstänger som nu växer fram, pressar hårdhet och seghet bortom perlitgränsen, men de specificeras fortfarande av samma standarder och verifieras av samma tester: draghållfasthet, yt- och kärnhårdhet, slagenergi och utmattning.
Spårspår och kranskenor
Alla skenor är inte huvudräls. Lätta räls på 8 till 30 kg/m, som används för gruvtransporter, lätta industribanor och temporära linjer, rullas till GB/T 11264 med mjukare kvaliteter som 55Q och Q235, eftersom deras uppgift är låg hastighet och låg axellast, där slitstyrkan spelar mindre roll än ekonomi och bearbetbarhet. Kranskenor, QU-serien från QU70 till QU120, används på portal- och kranbanor; de rullas till kranrälsspecifikationen med ett brett, platt huvud designat för de platta hjulen på kranar, och de kinesiska QU-skenorna levereras vanligtvis i U71Mn, med hårdhets- och rakhetskraven som ställs av kranskenestandarden snarare än av huvudlinjepraxis. Skillnaden är viktig vid upphandling: en huvudlinje R260-skena kan inte bara ersättas med ett kranspår eller en gruvspårväg, eftersom profilen, hårdheten och fästsystemet är olika.
Välja betyg för ett projekt
Betygsurvalet utgår från projektstandarden, inte från en namntabell. De styrande insatserna är axellast, årligt tonnage, maxhastighet, kurvans svårighetsgrad och klimat. Tunga-draglinor med högt årligt tonnage och skarpa kurvor väljer de högsta hårdhetsgraderna, huvud-härdad eller krom-legerad, eftersom slitage, inte utmattning, avgör skenans livslängd. Höghastighetspassagerarlinjer väljer kvaliteter med hög utmattningsbeständighet och jämn hårdhet, som U75V i Kina eller R260 i Europa, med skärpta krav på ytkvalitet. Konventionella blandade{10}}trafiklinjer betjänas väl av standardklasserna R260 eller U71Mn. Kalla-regionlinjer lägger till ett energikrav- vid den lägsta drifttemperaturen, och korrosiva miljöer kan lägga till legerings- eller beläggningskrav. I varje fall bör köparen ange profil, kvalitet och gällande standard, till exempel 60 kg/m U75V till GB/T 2585 eller 60E1 R260 enligt EN 13674-1, och begära bruksprovningscertifikatet så att de levererade kemi- och mekaniska värdena kan kontrolleras mot haltgränserna.
Vanliga frågor
F1: Är rälsstål bara hög-kolstål?
Det är hög-kolstål, 0,60 till 0,82 procent kol, men det är också kontrollerat i mangan, kisel och restprodukter, valsat till en exakt profil och testat för hårdhet, draghållfasthet och utmattning. Betyget och standarden definierar tillsammans materialet.
F2: Vad är skillnaden mellan R260 och R350HT?
R260 är standard perlitkvalitet med en minsta draghållfasthet på 880 MPa. R350HT är samma familj men huvud-härdad till en ythårdhet på 350 till 390 HBW för tunga-transporter och hög-slitage.
F3: Vad betyder U i U71Mn?
U-prefixet är den kinesiska beteckningen för rälsstål. U71Mn är ett manganstål med 0,65 till 0,76 procent kol och 1,10 till 1,40 procent mangan, per GB/T 2585.
F4: Varför används huvud-härdade skenor på kurvor?
Eftersom kurvor genererar de högsta slitagehastigheterna. Huvudhärdning ger en hårdhet på 350 till 390 HBW exakt på löpytan, vilket förlänger skenans livslängd flera gånger jämfört med en standardkvalitet på samma kurva.
F5: Kan kranskenor användas på järnvägslinjer?
Nej. Kranskenor har en annan huvudprofil, hårdhet och fästsystem, designade för platta kranhjul och låga hastigheter. Järnvägslinjer kräver järnvägsprofil och kvalitet enligt gällande standard.
F6: Hur verifieras det levererade betyget?
Genom brukets provintyg med värmenummer, skänkanalys och mekaniska tester och genom att kontrollera kemin mot standardens betygsgränser. Hårdheten kan verifieras på skenhuvudet med en bärbar testare vid leverans.