4.3. Стали для верхнего строения пути

Материалом для рельсов служит рельсовая сталь. Изготавливаются рельсы двух групп: группа I - из спокойной мартеновской стали, раскис­ленной в ковше комплексными раскислителями без применения алюминия или других раскислителей, образующих в стали вредные строчечные неме­таллические включения; группа II - из спокойной мартеновской стали, рас­кисленной алюминием или марганец-алюминиевым сплавом.

Качество стали определяется ее химическим составом (ГОСТ 51685— 2000) (табл. 8).

Таблица 8

Химический состав рельсовой стали

Группа рельсов	Тип рель­сов	Марка стали	Массовая доля элементов, %
			Углерод	Марганец	Кремний	Фосфор	Сера
I	Р75	М76В			0,25-0,45
	Р65	М76Т М76ВТ М76Ц	0,71-0,82	-	-	-	-
	Р50	М74Т М74Ц	0,69-0,80	0,75-1,05	0,18-0,40	Не более 0,035	Не более 0,045
П	Р75 Р65	М76	0,71-0,82	-	-	-	-
	Р50	М74	0,69-0,80	-	-	-	-

В обозначении марки стали буква М указывает способ выплавки стали (мартеновский), цифры - среднее содержание углерода в сотых долях процен­та. Марки стали М76В, М76Т, М74Т и М76ВТ относятся к рельсам с титаном, марки стали М76Ц и М74Ц - к рельсам с цирконием. Допускается производ­ство рельсов типа Р50 групп I и П из кислородно-конвертерной стали, при этом в обозначении марки стали буква М заменяется на К. С повышением содержа­ния в стали углерода повышаются общая прочность рельсов при изгибе, твер­дость, износостойкость и вязкость рельсовой стали, а кремния — твердость и износостойкость. Фосфор и сера - вредные примеси. При низких температурах рельсы с большим содержанием фосфора становятся хрупкими, а серы - крас­ноломкими, т. е. при прокате рельсов образуются трещины. Ванадий, титан и цирконий - микролегирующие и модифицирующие добавки, улучшающие структуру и качество стали.

Макроструктура современной рельсовой стали представляет собой пла­стинчатый перлит с небольшими прожилками феррита на границах перлитных зерен. Значительная твердость, сопротивление износу и вязкость углеродистых сталей достигаются приданием им с помощью специальной термической об­работки однородной сорбитной структуры.

Механические свойства стали рельсов I и II групп при испытаниях на растяжение должны соответствовать приведенным в табл. 9.

Таблица 9

Механические и деформационные свойства рельсовой стали

Типы рельсов	Марка стали	Временное сопротивление на разрыв, кПа, не менее	Относительное удлинение, %
Р75, Р65	М76	9000	Не менее 4,0
Р50	М74	8600	5,0

Сталь для рельсов должна иметь чистое, однородное, плотное мелкозер­нистое строение. Поверхность головки рельса на его концах подвергается за­калке с прокатного или индустриального нагрева токами высокой частоты.

Для обеспечения большей износостойкости и долговечности рельсы изготавливают из мартеновской высокоуглеродистой стали (типы Р75, Р65, Р50), подвергая их объемной закалке в масле с последующим печным от­пуском. Макроструктура закаленного металла головки рельса представляет собой сорбит закалки. Твердость по Бринеллю на поверхности катания го­ловки закаленных рельсов должна быть в пределах 341-388 НВ, шейки и подошвы - не более 388 НВ.

Механические свойства объемно закаленных рельсов должны харак­теризоваться величинами, не менее указанных ниже:

Временное сопротивление на разрыв, кПа 12-10⁵

Предел текучести, кПа 8,11-10

Для обеспечения большей износостойкости и долговечности рельсы изготавливают из мартеновской высокоуглеродистой стали (типы Р75, Р65, Р50), подвергая их объемной закалке в масле с последующим печным от­пуском. Макроструктура закаленного металла головки рельса представляет собой сорбит закалки. Твердость по Бринеллю на поверхности катания го­ловки закаленных рельсов должна быть в пределах 341-388 НВ, шейки и подошвы - не более 388 НВ.

Механические свойства объемно закаленных рельсов должны харак­теризоваться величинами, не менее указанных ниже:

Временное сопротивление на разрыв, кПа 12-10⁵ Предел текучести, кПа 8,11 -10⁵

5. Коррозия металлов и методы защиты от нее 42

Рельсы, полностью удовлетворяющие техническим требованиям и стандартам, относятся к 1-му сорту.

Рельсы, имеющие отклонения в химическом составе и механических свойствах, относятся ко 2-му сорту.

Объемно закаленные рельсы имеют срок службы в 1,3-1,5 раза вы­ше, чем обычные.

Таблица 10

Основные характеристики стержневой стальной арматуры

Класс арматурной стали	Предел текучести, МПа	Временное сопротивление, МПа	Относительное удлинение, %	Диаметр стержней, мм
А-1	240	380	25	6-40
А-П	295	490	19	8-80
Ас-П	295	440	25	10-32
А-Ш	390	590	14	6-40
Ат-ШС	440	590	14-15	10-50
А-1У	590	885	8	10-32
Ат-ГУ	50	785	9-10	10-28
Ат-ГУС	590	835	9-10	10-28
Ат-ГУК	590	785	9-10	10-28
А-У	785	1030	7	10-32
Ат-У	785	980	7-8	10-28
Ат-УК	785	980	7-8	10-28
А-VI	980	1225	6-7	10-22
Ат-У1	980	1180-1230	6-7	10-28
Ат-УПС	980	1180-230	6-7	10-28
Ат-УП	1180	1370-1420	5-6	10-28

Условия эксплуатации рельсов на дорогах Сибири и Дальнего Востока почти вдвое тяжелее, чем в европейской части России, поэтому в настоящее время созданы рельсы низкотемпературной надежности Р65, объемно зака­ленные группы I, изготовленные из ванадий-ниобий-борсодержащей стали с использованием азотированных ферросплавов. Для их изготовления использу­ется электросталь, варка которой производится в дуговых печах. При темпера­туре -60 "С рельсы из электростали выдерживают ударные нагрузки вдвое большие, чем рельсы из мартеновской стали.

В элементах стыковых скреплений тоже используется сталь. Накладки к рельсам Р75 и Р65 изготавливаются из полностью раскисленной спокойной мартеновской стали М54 (ГОСТ4133-73) с содержанием углерода 0,45-0,62 %, марганца - 0,50-0,85 %, кремния - 0,15-0,35 %, фосфора - до 0,04%, серы - до 0,08 %, мышьяка - до 0,08 %, временным сопротивлением на разрыв не менее 860 МПа, пределом текучести не менее 540 МПа, твердостью по Бринеллю в пределах 235-388 НВ, относительным удлинением не менее 10 % и относи­тельным сужением 30 %. При стыковании рельсов применяют специальные болты и гайки нормальной или повышенной прочности с временным сопро­тивлением на разрыв соответственно 735 и 833 МПа (ГОСТ 11352-76). Болты нормальной прочности изготавливают из стали марки 35 или 35Р, микролеги- рованной бором (ГОСТ 11759.4—87), повышенной прочности - из легирован­ной стали марки 40Х. Болты подвергаются термической обработке.

В качестве арматуры шпал применяется стальная проволока перио­дического профиля класса Вр-П диаметром 3 мм. Номинальное число

про­проволок в шпале 44, каждая из них натягивается с усилием 8,1 кН и имеет временное сопротивление разрыву 1300-1800 МПа.