Antecedents: per què s'ha de fer més fort Rail Steel
Els operadors de transport pesat-han empès les càrregues per eixos entre 35 i 40 tones, i les línies de trànsit-mixt circulen amb trens més ràpids amb un tonatge anual més elevat. En corbes i pendents pronunciades, el capçal del carril es desgasta i s'esquissa més ràpidament que la via es pot mantenir, de manera que la vida del carril es limita cada cop més per la resistència al desgast i la fatiga del contacte de rodament en lloc de la força de flexió. La resposta ha estat un moviment des dels graus perlítics estàndard cap a tres famílies d'acer més noves: acer perlític hipereutectoide, acer martensític de baix-carboni i acer bainític. Cadascun comercialitza el cost, la duresa i la tenacitat de manera diferent, i cadascun ha trobat el seu propi nínxol d'aplicació.
Carril d'acer perlític hipereutectoide
El rail perlític hipereutectoide es produeix augmentant el contingut de carboni per sobre del punt eutectoide i afegint elements d'aliatge com el crom i el molibdè, combinats amb un tractament tèrmic controlat. L'estructura de perlita més fina augmenta la duresa i la resistència al desgast sense un gran augment del preu, la qual cosa fa front a la demanda creixent de càrregues d'eix més pesades. Les comparacions de laboratori mostren una resistència al desgast al voltant d'un 20 per cent millor que l'acer eutectoide tradicional, i la qualitat s'ha provat amb èxit en ferrocarrils de transport pesat-a Amèrica del Nord, on el desgast de la corba és el motor de substitució del carril dominant. L'atractiu pràctic és que l'acer es pot processar en línies de laminació i tractament tèrmic-existents amb un cost d'aliatge modest.
Carril d'acer martensític
El rail martensític és un enfocament diferent: en lloc de refinar la perlita, els fabricants pretenen una estructura de martensita de baix-carboni que assoleixi valors de duresa de fins a 445 HB amb una millor tenacitat que el rail perlític de la mateixa duresa. La duresa més alta millora directament la resistència al desgast, mentre que la duresa millorada redueix el risc de comprovacions del cap i esquinçaments a la cantonada del calibre. Els graus martensítics encara s'estan optimitzant per a la soldabilitat i per a una duresa constant a través de la secció del cap, i s'espera que el seu camp principal siguin les mateixes corbes de transport pesat-on ara s'utilitza perlita hipereutectoide, amb una vida útil potencialment més llarga on el cost de producció més elevat està justificat.
Carril d'acer Bainític
El carril d'acer bainític és l'àrea d'investigació més activa perquè combina una gran resistència, una excel·lent tenacitat i una bona plasticitat: la duresa sol ser de 2 a 3 vegades la del carril perlític, cosa que el fa resistent a la càrrega d'impacte, controls del cap i a la fatiga per contacte rodant. S'ha informat d'un desenvolupament i proves amb èxit als Estats Units, Alemanya, França i el Japó, amb una millor resistència al desgast confirmada en servei. L'èxit comercial més clar està en els desviaments: més de 1.000 jocs de components d'interruptor i encreuament de carril bainític s'han informat en servei amb resultats positius, perquè les granotes i els carrils d'interruptor es carreguen en impacte i cisalla, on l'acer perlític és més feble. Els operadors també informen de costos de mòlta més baixos, una vida útil més llarga dels rails de commutació i granotes i un efecte estabilitzador en els pressupostos generals de manteniment de la participació.
Guia de comparació i aplicació
| Família de l'acer | Duresa típica | Avantatge clau | Aplicació principal |
|---|---|---|---|
| Perlítica hiperutectoide | 360-400 HBW | Resistència al desgast a un cost moderat | Corbes de transport pesat-, tangent de gran tonatge |
| martensític | Fins a 445 HB | Duresa més duresa | Zones de desgast greu, encreuament de diamants |
| Bainític | 320-400 HBW típic | Tenacitat, impacte i resistència RCF | Canviar rails, granotes, encreuaments |
La selecció segueix el mode de dany dominant: on domina el desgast, guanya la nota més assequible; on dominen la fatiga de l'impacte i el contacte rodant, la duresa decideix; i on tots dos importen, l'acer bainític és el millor compromís actual. La prima de cost d'aquests graus només es paga quan el trànsit i el mode de dany són prou greus com per consumir la vida addicional, de manera que la selecció de grau s'ha de basar en les dades de desgast i defectes mesurades del carril, no només en la duresa.
Concepcions errònies comuns
Només la duresa prediu la vida del ferrocarril. La resistència al desgast millora amb la duresa, però les comprovacions del capçal, l'escallada i les fallades de soldadura es controlen per la duresa i la neteja, de manera que la duresa és només un factor.
L'acer bainític és una curiositat de laboratori. Està en servei comercial en components de participació, amb milers de conjunts instal·lats i resultats operatius positius.
Les notes noves baixen-en substitucions. Cada grau té els seus propis requisits de soldadura, rectificat i inspecció, i la transició a una xarxa s'ha de gestionar amb seccions de prova.
Preguntes freqüents
P1: Què impulsa la demanda d'acer ferroviari més fort?
Les càrregues per eixos més altes, les velocitats més altes i el tonatge anual més pesat augmenten el desgast i la fatiga de contacte rodant, escurçant la vida útil del carril perlític estàndard en corbes i pendents.
P2: Què és el carril perlític hipereutectoide?
Es tracta d'un carril perlític amb carboni per sobre del punt eutectoide i aliatge de crom-molibdè, tractat tèrmicament per obtenir una estructura de perlita fina que augmenta la resistència al desgast en un 20% en proves de laboratori.
P3: Fins a quin punt pot arribar el ferrocarril martensític?
El carril martensític de baix-carbon ha arribat a valors de duresa de fins a 445 HB amb una millor duresa que el carril perlítica de duresa comparable.
P4: Per què s'utilitza l'acer bainític en els desviaments?
Els rails d'interruptor i les granotes es carreguen en impacte i cisalla, on la tenacitat de l'acer bainític de 2 a 3 vegades més alta resisteix els controls del cap i l'esquinçament millor que l'acer perlític.
P5: Els nous graus redueixen els costos de manteniment?
A l'aplicació correcta, sí: una vida útil més llarga del ferrocarril, menys cicles de mòlta i una vida útil prolongada de l'interruptor i la granota redueixen el cost per milió de tones brutes, que és la mesura estàndard de l'economia del ferrocarril.
P6: Es poden soldar els nous graus al carril estàndard?
La soldadura és possible però de grau específic; s'han de controlar el programa de soldadura, l'entrada de calor i el tractament posterior{0}}de soldadura, i les soldadures de transició entre diferents famílies d'acer necessiten procediments especials.