Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФЕКТОВ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ НЕРАЗРУШАЮЩИМИ МЕТОДАМИ КОНТРОЛЯ

Рельсы являются верхним элементом железнодорожного пути, которые воспринимают воздействие подвижного состава. Работоспособность
железнодорожного транспорта определяется, в основном, качеством рельсов. При прохождении состава рельсы испытывают периодические вертикальные нагрузки, а также горизонтальные нагрузки при ускорении и замедлении движения состава. На кривых участках пути происходит проскальзывание колес, поэтому головка рельсов истирается и сминается в вертикальном направлении.
Наличие стыков приводит к появлению ударных нагрузок. Скольжение, пластическая деформация поверхности, прохождение электрического тока от колеса к рельсу - все это приводит к нагреву поверхности катания рельса выше критических точек и закалке поверхностного слоя глубиной до 30-50 мкм из-за быстрого отвода тепла вглубь металла с образованием мартенситно-карбидного слоя [1,2].
Высокая твердость и хрупкость этого слоя вызывает его отслаивание, приводит к увеличению износа рельсов. Кроме того, рельсы подвергаются коррозионному износу из-за попадания пыли и песка. Помимо перечисленных причин может наблюдаться износ рельсов, связанный с технологией их изготовления.
Исходя из условий эксплуатации рельсов, видов их износа и разрушения, сталь, применяемая для их изготовления, помимо высокой износостойкости и контактноусталостной прочности, должна обладать определенной живучестью, которая
заключается в сопротивлении росту поперечных усталостных трещин.
Работоспособность рельсов определяется и их массой.
Утяжеление работы железнодорожного транспорта в первую очередь сказывается на долговечности службы рельсов. Одним из таких показателей является осевая нагрузка, которая оказывает решающее влияние на отказ рельсов. Рядом исследований установлено, что на интенсивность развития особо опасных
поперечных усталостных трещин в головке рельсов наибольшее влияние оказывает динамическая осевая нагрузка, т.е. сочетание статической осевой нагрузки и скорости движения. Развитие дефектов в рельсах ускоряется при увеличении скоростей движения поездов. Это объясняется увеличением динамических сил в результате образования на поверхности катания головки разнообразных неровностей. Так же роль играют вертикальные и боковые неровности на рельсовых путях, возникновения которых связано с недостатками содержания пути. В кривых участках пути влияние скорости на срок службы рельсов возрастает еще больше, дополнительные силы оказывают значительное влияние на образование и развитие контактно-усталостных дефектов. Срок службы рельсов Р65 на кривых участках по сравнению с прямыми в 2-4 раза ниже. В наибольшей степени рельсы поражаются на затяжных спусках, где поезда следуют с высокими скоростями и на рельсы воздействуют значительные продольные и касательные силы. Определенное влияние на срок службы рельсов оказывают климатические условия в первую очередь пониженные температуры, которые приводят к смерзанию подрельсового основания и увеличению жесткости пути. С целью снижения отказов необходимо повысить качество рельсов путем совершенствования технологии выплавки и разливки рельсовой стали, прокатки, термической обработки правки и отделке рельсов приводит к полному исключению флокенов (дефект отливки в виде разрыва тела отливки под влиянием растворенного в стали водорода и внутренних напряжений, проходящего полностью или частично через объемы первичных зерен аустенита), повышения чистоты стали по неметаллическим включениям, улучшения макроструктуры, уменьшения количества поверхностных дефектов. Главными направлениями повышения качества, прочностных и служебных свойств рельсов является увеличение массы рельсов, содержание углерода в рельсовой стали, введение упрочняющей обработки, и бесстыковой конструкции пути. Так, например, увеличение длины и совершенствования конструкции рельсов способствует уменьшает одиночный выход рельса из-за снижения уровня напряжений. Увеличениепротяженности бесстыкового пути обеспечивает снижение динамического воздействия на рельсы в области стыков. Повышение содержания углерода и временного сопротивления увеличивает износостойкость рельсов, уменьшает смятие, волнообразную деформацию головки, что позволяет улучшить взаимодействие подвижного состава и пути.
В настоящее время изготавливают рельсы марок Р50, Р65 и Р75. Цифра указывает массу одного метра рельса в кг. Химический состав сталей, применяемых для изготовления рельсов, приведен в таблице 1.
Таблица 1 - Химический состав стали К76Ф (% массовые) [1].
C Mn Si Cr V P S Al
не более
0,71-0,82 0,75-1,25 0,2-0,6 не более 0,20 0,03-0,15 0,020 0,020 0,004

Массовая доля остаточных элементов в стали не должна превышать (ГОСТ Р 51685-2013): суммарная меди и никеля - 0,27%; титана - 0,010%.
Стандартная длина рельсов после раската 103м. Рельсовая сталь марки К76Ф - это высокоуглеродистая сталь, которая легируется ванадием до 0,15%. Из этого следует что при производстве рельсовой стали марки К76Ф, для рельсов Р65, должны выполнятся определенные требования по твердости, ударной вязкости, работоспособности, способностью выдерживать знакопеременные изгибающие напряжения и высокое удельное контактное давление [1].
Химический состав в этих сталях обеспечивают получение высокой прочности и сопротивления износу и смятию, но контактно-усталостная прочность термически неупрочненных рельсов недостаточна, поэтому повышение эксплуатационной стойкости рельсов достигается проведением термообработки.Установлено, что наилучшая стойкость достигается при получении структуры тонкопластинчатого сорбита (продукт закалки) и получением в головке рельса твердости 363-383 НВ [1].

Купить

Рельс является ответственной деталью железнодорожного плотна, оценка качества рельса важный этап производства. Неразрушающий метод контроля является одним из мощнейших способов оценки качества.
Ультразвук позволяет установить несплошности металлического материала в том числе неметаллические включения разной природы. В работе установлено с помощью УЗК были обнаружены дефекты в шейке превышающий браковочный уровень, они могут быть расположены в любой части шейки по высоте рельса. Были установлены размеры, природа дефектов (неметаллические включения).
Статистическая обработка результатов за 2019 год показала дефектность рельсов на уровне 4-10% от общего объема производства по кварталам, из них 80% в шейке и 20% головка рельса. Причиной такого разбега дефектности по зонам рельса является, разливка стали на МНЛЗ, где концентрация неметаллических включений аккумулируется преимущественно в шейке рельса, после ее прокатки.

Купить