Nacionalni standard/međunarodni standard Metalurška kontrola kvalitete materijala za tračnice i tehnologija homogenizacije performansi
Koje su razlike u sastavu materijala i primjenjivim scenarijima linija između nacionalnih standardnih tračnica U71Mn i U75V?
Sadržaj ugljika u nacionalnim standardnim tračnicama U71Mn je kontroliran na 0,70%-0,75%, sadržaj mangana na 1,10%-1,40%, bez elementa vanadija, koji ima dobru plastičnost i zavarljivost, pogodan za niske-teške-tegonske pruge kao što su obične željezničke magistrale i pruge namijenjene teretu. U75V tračnica ima sadržaj ugljika od 0,73%-0,80%, sadržaj mangana od 1,00%-1,30% i dodaje 0,04%-0,12% elementa vanadija. Vanadij se spaja s ugljikom i dušikom u obliku karbonitrida, pročišćava zrna, poboljšava čvrstoću i otpornost na habanje tračnica, a posebno je dizajniran za brze željeznice i putničke linije. Vlačna čvrstoća tračnice U71Mn je ≥880 MPa, a istezanje je ≥10%, zadovoljavajući utjecaj opterećenja običnih željezničkih vlakova; vlačna čvrstoća tračnice U75V je ≥980MPa, a istezanje je ≥9%, što može izdržati visokofrekventno izmjenično naprezanje željezničkog kotača velike brzine. Za valjanje dviju vrsta tračnica moraju se usvojiti diferencirani kontrolirani procesi valjanja i hlađenja. U75V treba dodati korak obrade otopinom vanadija kako bi se osiguralo da elementi vanadija daju puni učinak učinku jačanja. Odstupanje sastava materijala nacionalnih standardnih tračnica mora se kontrolirati unutar ±0,02%, a svaka se serija mora testirati prije napuštanja tvornice, a proizvodima s prekomjernim sastavom strogo je zabranjeno stavljanje u uporabu.
Koje su razlike u performansama i zahtjevi za certifikaciju između inozemnih standardnih tračnica R260 (UIC standard) i T1 (ASTM standard)?
Vlačna čvrstoća UIC standardne tračnice R260 je ≥880MPa, Brinellova tvrdoća HB260-300, udarna žilavost ≥27J/cm², pogodna za europske preko{14}}granične željeznice i gradski željeznički tranzit. Mora proći certifikat EN13674-1 kako bi zadovoljio tehničke zahtjeve interoperabilnosti. ASTM standardna tračnica T1 ima vlačnu čvrstoću ≥900 MPa, Brinellovu tvrdoću HB280-320, a otpornost na habanje je 10% veća nego kod R260. Posebno je dizajniran za sjevernoameričke linije teškog tereta. Mora proći certifikat AAR M1003 kako bi se potvrdila njegova otpornost na habanje i zamor. Sadržaj sumpora i fosfora u tračnici R260 mora biti ≤0,03%, a sadržaj inkluzija je strogo kontroliran kako bi se izbjegle pukotine nastale zamorom na glavi tračnice. T1 tračnica koristi postupak vakuumskog otplinjavanja, s sadržajem kisika ≤20 ppm, što uvelike smanjuje unutarnje porozne nedostatke. Certifikacijski test inozemnih standardnih tračnica mora obuhvatiti više dimenzija kao što su vlačnost, udar, tvrdoća i metalografska struktura, a na ciljno tržište može ući tek nakon prolaska certifikacije. Tračnice različitih standarda ne mogu se miješati, inače će doći do abnormalnog trošenja kotača i tračnica zbog razlika u izvedbi, što utječe na sigurnost vožnje.
Koje su opasnosti inkluzija u željezničkom metalurškom procesu i tehnologiji precizne kontrole?
Uključci u tračnicama uglavnom uključuju lomljive čestice kao što su glinica i manganov sulfid. Te će čestice uništiti kontinuitet matrice tračnica, postati izvori koncentracije naprezanja, potaknuti nastanak pukotina pod opterećenjem kotača-tračnice i skratiti životni vijek tračnica za 30%-50%. Uključci velike-veličine (promjer ≥50 μm) također će uzrokovati ljuštenje tračnice tijekom brušenja glave tračnice, utjecati na glatkoću površine tračnice i povećati vibracije kotača-tračnice. Precizna kontrola inkluzija mora započeti od procesa proizvodnje čelika, usvajanjem LF procesa rafiniranja u peći + VD procesa vakuumskog otplinjavanja. LF rafiniranje u peći može ukloniti oksidne inkluzije u rastaljenom čeliku, a VD vakuumsko otplinjavanje može smanjiti sadržaj vodika i dušika, smanjujući plinske inkluzije. Tehnologija elektromagnetskog miješanja usvojena je u procesu kontinuiranog lijevanja za pročišćavanje zrna, ravnomjerno raspršivanje inkluzija i izbjegavanje lokalnog nakupljanja; tijekom valjanja, uključci velike-veličine drobe se plastičnom deformacijom na visokoj{16}}temperaturi kako bi se smanjile njihove opasnosti. Prije nego što tračnica napusti tvornicu, mora se provesti metalografsko ispitivanje, a stupanj uključivanja mora biti ≤2. Proizvodi koji premašuju standard potrebno je ponovno toplinski obraditi ili odbaciti.
Koji su uzroci segregacije željezničkog materijala i tehničke mjere za homogenizaciju?
Segregacija materijala tračnica dijeli se na segregaciju središta i segregaciju dendrita. Središnja segregacija nastaje neravnomjernim skrućivanjem rastaljenog čelika tijekom kontinuiranog lijevanja i obogaćivanjem otopljenih elemenata u središtu; dendritička segregacija uzrokovana je neravnomjernom raspodjelom otopljenih elemenata na granicama zrna i unutar zrna tijekom rasta zrna. Segregacija će uzrokovati lokalne razlike u sastavu tračnice, što će rezultirati neravnomjernom raspodjelom tvrdoće glave tračnice, smanjenom otpornošću na trošenje, pa čak i ljuštenjem glave tračnice u teškim slučajevima. Temeljna tehnologija obrade homogenizacije je kontrolirani proces valjanja i hlađenja. Tijekom valjanja primjenjuje se valjanje s velikom deformacijom u visoko-temperaturnom austenitnom području, s količinom deformacije ≥60%, kako bi se razbila dendritična struktura i pospješila homogenizacija sastava; nakon valjanja, usvojeno je sekcijsko hlađenje za kontrolu brzine hlađenja na 5-10 stupnjeva /s kako bi se izbjegla nejednaka struktura uzrokovana prebrzim hlađenjem. Za tračnice s jakom segregacijom može se usvojiti offline tretman žarenjem, s temperaturom žarenja kontroliranom na 720-750 stupnjeva i zadržavanjem 2-3 sata kako bi se omogućila dovoljna difuzija otopljenih elemenata i uklonili nedostaci segregacije. Nakon tretmana homogenizacije mora se ispitati gradijent tvrdoće tračnice, a razlika tvrdoće od površine glave tračnice prema unutrašnjosti mora biti ≤20HB kako bi se osigurala ujednačena i stabilna izvedba.
Koje su ključne stavke i kvalifikacijski kriteriji za metalurško ispitivanje željezničke kvalitete?
Osnovne stavke metalurškog ispitivanja kvalitete tračnica uključuju analizu kemijskog sastava, ocjenu inkluzije, ispitivanje metalografske strukture i ispitivanje mehaničkih svojstava. Analiza kemijskog sastava koristi spektrometar za otkrivanje sadržaja ugljika, mangana, vanadija i drugih elemenata, a odstupanje mora zadovoljiti zahtjeve nacionalnih/stranih standarda. Ocjena inkluzije koristi se metalografskim mikroskopom, procijenjena prema standardu GB/T 10561, a stupnjevi inkluzija klase A (sulfid) i klase B (aluminij) moraju biti ≤2. Ispitivanje metalografske strukture zahtijeva da glava tračnice bude fine perlitne strukture s razmakom perlitnih lamela ≤0,2 μm. Abnormalne strukture kao što su martenzit i bainit su strogo zabranjene, jer će dovesti do krhkog loma tračnice. Ispitivanje mehaničkih svojstava uključuje ispitivanje zatezanjem, ispitivanje udarom i ispitivanje tvrdoće. Vlačno ispitivanje zahtijeva vlačnu čvrstoću i istezanje kako bi zadovoljili standard, ispitivanje na udar zahtijeva nisko{8}}žilavost na udar ≥20J/cm² (-20 stupnjeva), a ispitivanje tvrdoće zahtijeva tvrdoću glave tračnice HB280-320. Tek kada su svi predmeti ispitivanja kvalificirani, metalurška se kvaliteta može ocijeniti kao zadovoljavajuća standarda. Ako bilo koja stavka nije kvalificirana, proizvodni proces mora se pratiti i ponovno testirati nakon ispravljanja.