Nacionalni standard/mednarodni standard Metalurški nadzor kakovosti tirnega materiala in tehnologija homogenizacije delovanja
Kakšne so razlike v materialni sestavi in ustrezni scenariji prog med nacionalnimi standardnimi tirnicami U71Mn in U75V?
Vsebnost ogljika v nacionalni standardni tirnici U71Mn je nadzorovana pri 0,70 %-0,75 %, vsebnost mangana pri 1,10 %-1,40 %, brez elementa vanadija, ki ima dobro plastičnost in varivost, primerno za nizke{16}}težke-vlečne proge, kot so navadne železniške postaje in proge, namenjene tovoru. Tirnica U75V ima vsebnost ogljika 0,73 %-0,80 %, vsebnost mangana 1,00 %-1,30 % in dodaja 0,04 %-0,12 % elementa vanadija. Vanadij se združuje z ogljikom in dušikom, da tvori karbonitride, rafinira zrna, izboljša trdnost in odpornost proti obrabi in je posebej zasnovan za železnice za visoke hitrosti in potniške namenske proge. Natezna trdnost tirnice U71Mn je ≥880MPa, raztezek pa ≥10%, kar ustreza obremenitvi navadnih železniških vlakov; natezna trdnost tirnice U75V je ≥980MPa, raztezek pa ≥9%, kar lahko prenese visokofrekvenčno izmenično obremenitev kolo-tirnice železnice za visoke hitrosti. Za valjanje obeh vrst tirnic je treba sprejeti diferencirane nadzorovane postopke valjanja in hlajenja. U75V mora dodati korak obdelave z raztopino vanadija, da zagotovi, da elementi vanadija v celoti omogočijo učinek krepitve. Odstopanje materialne sestave nacionalnih standardnih tirnic je treba nadzorovati v okviru ±0,02 %, vsako serijo pa je treba testirati, preden zapusti tovarno, izdelke s prekomerno sestavo pa je strogo prepovedano uporabljati.
Kakšne so razlike v zmogljivosti in certifikacijskih zahtevah med tujo standardno tirnico R260 (standard UIC) in T1 (standard ASTM)?
Natezna trdnost tirnice po standardu UIC R260 je ≥880MPa, trdota po Brinellu HB260-300, udarna žilavost ≥27J/cm², primerna za evropske čezmejne-železnice in mestni železniški tranzit. Prestati mora certifikat EN13674-1, da izpolnjuje tehnične zahteve interoperabilnosti. Standardna tirnica ASTM T1 ima natezno trdnost ≥900 MPa, trdoto po Brinellu HB280-320, njena odpornost proti obrabi pa je za 10 % višja kot pri R260. Zasnovan je posebej za severnoameriške proge za težki tovorni promet. Prestati mora certifikat AAR M1003, da se preveri njegova odpornost proti obrabi in odpornost proti utrujenosti. Vsebnost žvepla in fosforja v tirnici R260 mora biti ≤0,03 %, vsebnost vključkov pa je strogo nadzorovana, da se prepreči razpoke zaradi utrujenosti na glavi tirnice. Tirnica T1 uporablja postopek vakuumskega razplinjevanja z vsebnostjo kisika ≤20 ppm, kar močno zmanjša napake notranje poroznosti. Certifikacijski preskus tujih standardnih tirnic mora zajemati več dimenzij, kot so natezna trdnost, udar, trdota in metalografska struktura, in lahko vstopi na ciljni trg šele po opravljenem certificiranju. Tirnic različnih standardov ni mogoče mešati, sicer bo prišlo do neobičajne obrabe kolesa in tirnice zaradi razlik v zmogljivosti, kar bo vplivalo na varnost vožnje.
Kakšne so nevarnosti vključkov v železniškem metalurškem procesu in tehnologiji natančnega nadzora?
Vključki v tirnicah vključujejo predvsem krhke delce, kot sta aluminijev oksid in manganov sulfid. Ti delci bodo uničili kontinuiteto matrice tirnic, postali viri koncentracije napetosti, povzročili nastanek razpok pod obremenitvijo koles-tirnic in skrajšali življenjsko dobo tirnic za 30%-50%. Veliki{7}}vključki (premer ≥50 μm) bodo povzročili tudi luščenje tirnice med brušenjem glave tirnice, vplivali na gladkost površine tirnice in povečali vibracije-tirnice. Natančen nadzor vključkov se mora začeti v procesu izdelave jekla, pri čemer je treba uporabiti rafiniranje v peči LF + postopek vakuumskega razplinjevanja VD. Rafiniranje v peči LF lahko odstrani oksidne vključke v staljenem jeklu, vakuumsko razplinjevanje VD pa lahko zmanjša vsebnost vodika in dušika, kar zmanjša plinske vključke. Tehnologija elektromagnetnega mešanja je sprejeta v procesu neprekinjenega litja za prečiščevanje zrn, enakomerno razpršitev vključkov in preprečevanje lokalnega združevanja; med valjanjem se veliki{13}}vključki zdrobijo s-plastično deformacijo pri visoki temperaturi, da se zmanjša njihova nevarnost. Preden tirnica zapusti tovarno, je treba opraviti metalografsko testiranje in stopnja vključitve mora biti ≤2. Izdelke, ki presegajo standard, je treba ponovno toplotno obdelati ali zavreči.
Kakšni so vzroki za segregacijo železniškega materiala in tehnični ukrepi za homogenizacijsko obdelavo?
Ločevanje železniškega materiala je razdeljeno na sredinsko ločevanje in dendritično ločevanje. Središčna segregacija nastane zaradi neenakomernega strjevanja staljenega jekla med neprekinjenim litjem in obogatitvijo raztopljenih elementov v središču; dendritična segregacija je posledica neenakomerne porazdelitve raztopljenih elementov na mejah zrn in znotraj zrn med rastjo zrn. Ločevanje bo povzročilo lokalne razlike v sestavi tirnice, kar bo povzročilo neenakomerno porazdelitev trdote glave tirnice, zmanjšano odpornost proti obrabi in celo luščenje glave tirnice v hujših primerih. Osnovna tehnologija homogenizacijske obdelave je nadzorovan postopek valjanja in hlajenja. Med valjanjem se uporablja valjanje z veliko deformacijo v visoko{4}}temperaturnem avstenitnem območju s stopnjo deformacije ≥60 %, da se zlomi dendritična struktura in spodbuja homogenizacija sestave; po valjanju je sprejeto sekcijsko hlajenje za nadzor hitrosti hlajenja pri 5-10 stopinj/s, da se prepreči neenakomerna struktura zaradi prehitrega hlajenja. Za tirnice s hudo segregacijo je mogoče uporabiti obdelavo žarjenja brez povezave, pri čemer je temperatura žarjenja nadzorovana pri 720–750 stopinjah in se drži 2–3 ure, da se omogoči zadostna difuzija raztopljenih elementov in odpravijo napake pri ločevanju. Po homogenizacijski obdelavi je treba preizkusiti gradient trdote tirnice, razlika v trdoti od površine glave tirnice do notranjosti pa mora biti ≤20HB, da se zagotovi enakomerno in stabilno delovanje.
Kateri so ključni predmeti in merila kvalifikacije za preskušanje kakovosti železniškega metalurškega sistema?
Glavne postavke preskušanja kakovosti železniškega metalurškega sistema vključujejo analizo kemične sestave, oceno vključitve, preskušanje metalografske strukture in preskušanje mehanskih lastnosti. Analiza kemijske sestave uporablja spektrometer za zaznavanje vsebnosti ogljika, mangana, vanadija in drugih elementov, odstopanje pa mora ustrezati zahtevam nacionalnih/tujih standardov. Pri oceni vključkov se uporablja metalografski mikroskop, ocenjen v skladu s standardom GB/T 10561, stopnje vključkov razreda A (sulfid) in razreda B (aluminijev oksid) pa morajo biti ≤2. Preskušanje metalografske strukture zahteva, da ima glava tirnice fino perlitno strukturo z razmikom perlitnih lamel ≤0,2 μm. Nenormalne strukture, kot sta martenzit in bainit, so strogo prepovedane, kar vodi do krhkega loma tirnice. Preizkušanje mehanskih lastnosti vključuje natezni preskus, udarni preskus in preskus trdote. Natezni preskus zahteva natezno trdnost in raztezek, da izpolnjujeta standard, udarni preskus zahteva udarno žilavost pri nizki-temperaturi ≥20J/cm² (-20 stopinj), preskus trdote pa zahteva trdoto glave tirnice HB280-320. Šele ko so vsi preskusni predmeti kvalificirani, je mogoče oceniti, da metalurška kakovost ustreza standardu. Če kateri koli element ni kvalificiran, je treba izslediti proizvodni proces in ga po popravku ponovno testirati.