Elezniční kolejnice – hlavní slitiny pro výrobu

Kolejnice a ostatní kolejnice jsou jednou z odrůd litých nebo za tepla válcovaných tvarových válcovaných výrobků hromadné výroby se složitým geometrickým tvarem průřezu. Pro výrobu kolejnic se používají legované uhlíkové oceli.

Požadavky na ocel kolejnic

Ocel používaná pro výrobu železničních kolejnic musí mít následující vlastnosti:

• Schopnost nést svislé a boční cyklické zatížení působící na kolejnici při pohybu zařízení odpovídajícího typu. Požadavky na tento parametr pro kolejnice (železniční, jeřábové, tramvajové, důlní atd.) se mohou výrazně lišit;
• Odolnost proti opotřebení a deformaci po celou dobu životnosti;
• Dobrá teplotní a mírná odolnost proti korozi, a to i při kontaktu s palivy a mazivy;
• Plasticita a rázová houževnatost nejméně 2,5 g/cm².

Kolejnice je sériově vyráběný produkt, takže použití drahých vysoce legovaných slitin by v tomto případě bylo ekonomicky nepraktické.

Stručně o technologii zpracování oceli

Polotovary pro výrobu finálních výrobků jsou podlouhlé ingoty (bloomy) vyrobené technologií plynulého lití nebo válcování za tepla. Po ohřátí a získání plasticity se polotovarům během válcování na lineárních nebo univerzálních kolejnicových a nosníkových válcovacích stolicích dává požadovaný tvar. V současné době jsou tradiční lineární válcovací stolice nahrazovány produktivnějšími a ekonomičtějšími univerzálními válcovacími stolicemi, které se vyznačují stupňovitým uspořádáním stolic. V závislosti na konkrétní aplikaci mohou být hotové výrobky dodávány bez dalšího zpracování nebo v tepelně zpevněném stavu.

Úloha legujících přísad v kolejnicové oceli

Všechny typy kolejnicové oceli obsahují nečistoty, a to jak legující, které zlepšují jejich výkonnostní charakteristiky, tak zbytkové, které negativně ovlivňují vlastnosti slitiny. Kov obsahuje následující prvky:

• Uhlík. Hmotnostní podíl tohoto prvku může být od 0,71 % do 0,82 % a pevnost slitiny a její odolnost vůči vysokým teplotám přímo závisí na jeho procentuálním obsahu;
• Mangan. Procento v kolejnicové oceli se pohybuje od 0,25 % do 1,05 %. Vlastnosti tohoto prvku umožňují zvýšit rázovou houževnatost slitiny o 20–30 %;
• Křemík. Vzhledem k přítomnosti 0,18-0,40% ve složení se procento kyslíku snižuje;
• Vanad. I malé množství, v rozmezí 0,012–0,08 %, pomáhá zvýšit kontaktní pevnost a mez odolnosti;
• Dusík. Vztahuje se na škodlivé nečistoty a jeho obsah ve slitině by neměl překročit 0,07%, protože jeho chemické vlastnosti zabraňují tvorbě karbidů vanadu, v důsledku čehož se účinek přítomnosti tohoto legujícího prvku sníží na nulu a mechanické vlastnosti slitiny se zhorší;
• Fosfor. Přípustný obsah není vyšší než 0,035%, protože při vyšším hmotnostním podílu je tvrdost zachována, ale křehkost materiálu se výrazně zvyšuje;
• Síra. Pokud slitina obsahuje více než 0,045 % této nečistoty, může kov prasknout i při malém zatížení.

V závislosti na procentuálním obsahu síry a fosforu se všechny produkty dělí do dvou skupin. V prvním případě se deoxidace (odstranění nežádoucích nečistot) provádí pomocí ferosilicia nebo feromanganu. Tato metoda pomáhá snížit náklady na konečný produkt, ale neumožňuje dosáhnout vysoké čistoty slitiny. Ve druhém případě se kyslík, síra a fosfor odstraňují pomocí hliníku – díky vysokému stupni čištění se tyto produkty obvykle používají při pokládce železničních tratí v obtížných nebo silně zatížených oblastech.

Druhy kolejnicové oceli a jejich vlastnosti

Mnoho druhů oceli splňuje požadavky na materiál, ale pouze některé z nich jsou nejvíce žádané.

76

Používá se k výrobě kolejnic typu P50, P65, P75 a dalších pro pokládku širokorozchodných tratí a jejich celkový podíl činí až 75 % z celkového objemu válcovaných výrobků tohoto typu. Maximální obsah uhlíku ve slitině může dosáhnout 0,82 %, křemíku 0,45 % a manganu 1,05 %. Přítomnost síry a fosforu je omezena na 0,04 % a 0,035 %. Hlavními vlastnostmi kolejnicové oceli třídy 76 jsou dostupnost a všestrannost. Relativní nevýhodou je špatná svařitelnost.

76F

Hlavní rozdíl oproti předchozí značce spočívá v přítomnosti až 0,1 % vanadu ve složení. Taková slitina získává vyšší mechanické vlastnosti a kolejnice z ní vyrobené jsou schopny odolat vysokému zatížení a lze je použít při pokládce kolejí určených pro pohyb průmyslové dopravy.

63

Díky legování niklem (až 0,3 %) se tato slitina vyznačuje zvýšenou tvrdostí a odolností proti korozi, což umožňuje její použití pro výrobu jeřábových kolejnic, které unesou hmotnost samotného jeřábu i přepravovaného nákladu.

63F

Legování vanadem umožňuje těmto kolejnicím odolávat kritickému zatížení.

54

Mangan přítomný ve složení výrazně zvyšuje rázovou houževnatost. Tento kov se používá k výrobě spojovacích plošek a dalších prvků.

Pokud jsou železniční kolejnice označeny, u značky oceli je uvedeno písmenné označení metody tavení: v otevřeném ohništi („M“), konvertorové („K“) nebo v elektrických pecích („E“) (nanášeno ražením nebo barvou). Materiál může být také tepelně zpracován za účelem zpevnění, v takovém případě označení obsahuje písmeno „T“ nebo „T1“ (výrobky, které neprošly tepelným zpevněním, nemají žádné označení nebo jsou označeny písmenem „N“). Tepelně zpevněné kolejnice nejvyšší kvality jsou označeny písmenem „B“.

Během výroby kolejnic podléhá chemické složení výrobků v každé šarži povinné kontrole. V tomto případě se v souladu s požadavky stanovenými v GOST R 51685-2013 věnuje pozornost obsahu kyslíku a vodíku, jakož i přítomnosti nekovových vměstků ve struktuře a na povrchu.