Рельсы (в переводе с английского rails, с латинского regula – изобретённая в Древнем Риме палка, значение ширины между двумя такими палками равняется 143,5 сантиметров) – балки из металла с особым сечением, использующиеся в железнодорожной сфере в качестве опорного материала, по которому движется железнодорожный транспорт. Такие балки укладываются параллельно друг другу, образуя тем самым так называемый двухниточный путь.

Основное назначение рельс состоит в том, что они регулируют направление колёс при передвижении транспорта, а также принимают на себя давление колёс и передают его к деталям верхнего пути, лежащим ниже. На тех местах, где используется электрическая тяга, рельсы выступают в качестве проводников силового тока, тогда как в зонах, использующих автоблокировку, рельсы используются как проводник тока.

Материал

Как правило, железнодорожные рельсы производятся из стали с содержанием углерода. На то, насколько качественной будет эта сталь, влияют множество факторов – химическое строение стали, а также её микро- и макроструктура.

Добавление углерода в состав стали очевидно – этот материал увеличивает долговечность и надёжность стального покрытия.

Но стоит помнить, что чрезмерно высокое количество углерода может навредить стали, например, увеличив её хрупкость. Поэтому структура стали при увеличении количества добавляемого углерода должна быть наиболее прочной, тем более при влиянии негативных факторов и веществ.

Но не только углерод способен повысить качество стали. Например, обработка марганцем сделает сталь более вязкой, долговечной и устойчивой к механическим повреждениям. С помощью кремния сталь станет намного твёрже и износоустойчивее. А с помощью ванадия, циркония и титана (микроэлементов), структура и состав стали качественно улучшатся.

Фосфорные и серные добавки губительны для стали, ведь они увеличивают её подверженность к хрупкости и ломке. В сталях с большим количеством содержания этих химических элементов нередко появляются разломы, щели и трещины).

Как уже было сказано ранее, рельсы обладают микро- и макроструктурой.

Первая структура состоит из перлита (особой горной породы), структурированного в виде пластин с содержанием феррита. С помощью метода термических обработок высокими температурами (так называемого закаливания) сталь получает специальный однородный состав, который позволяет ей противостоять износам и быть жёсткой и вязкой.

Такие рельсы, полученные методом закаливания, обладают отличной долговечностью и надёжностью.

Макроструктура, в свою очередь, обязана не содержать слишком больших зерён, пустот, лишних или неоднородных веществ в своём составе.

Основные характеристики рельсов: форма, вес и длина

Профиль рельсовых конструкций изменялся с течением времени.

Так, за всю историю производства было изготовлено немало видов рельс – уголковые, двухголовые, широкоподошвенные и даже грибовидные.

Структура нынешних рельс с широкой подошвой содержит в себе головку, подошву и специальный соединительный материал – шейку, которая сочленяет первые две детали.

Для обеспечения перенесения части давления с колёс транспорта на центральную часть рельсов, её поверхность создаётся немного выпуклой. Сочленение головки и подошвы с рельсовой шейкой создаётся особо плавно, сама же рельсовая шейка обладает формами кривой для уменьшения рисков появления напряжений.

Рельсовая подошва обычно делается наиболее широкой, для того чтобы обеспечить рельсу боковую устойчивость.

Как правило, обычный железнодорожный рельс, изготавливающийся в России, производится длиной 12,5, 25, 50 и 100 метров.

При необходимости использования на неровных зонах путей, могут изготавливаться рельсы укороченной длины. Длина так называемого бесстыкового пути (или «бархатного») варьируется в пределах от 400 метров и до перегонной длины. Применять рельсы большей длины будет лишь положительным фактором – уменьшится сопротивление передвижения железнодорожного транспорта вкупе с увеличением износостойкости материала. Как пример, после перехода на «бархатный путь» сохраняется в среднем 4 тонны стали на один километр пути за счёт отсутствия креплений на стыке рельсов.

Главный параметр рельса, зная который, можно судить о мощности материала, – удельный вес одного метра рельса, измеряющийся в килограммах.

При подборе типа рельсов необходимо учитывать загруженность железнодорожной линии и скорость передвижения транспорта. К примеру, массивный рельс увеличивает износоустойчивость железнодорожных шпал, также такие тяжёлые рельсы экономят на расходовании металла, и, как следствие, уменьшают издержки по обновлению рельсов ввиду повышения их долговечности.

Шпалы – это основной крепёжный материал, использующийся при изготовлении железнодорожных путей. Современные технологии позволяют изготавливать шпалы из различного сырья: дерева, железобетона, стали и даже пластика.

На цену рельс влияют множество факторов, например, удельный вес, ширина и длина, износоустойчивость и твёрдость.

Типы рельсов

Все из возможных рельсов бывают:

• Железнодорожными – такие рельсы являются самыми популярными и известными в производстве. Обычно они изготавливаются длиной 12,5 и 25 метров, масса одного метра колеблется в пределах от 50 до 65 килограмм. Обозначение – Р50 и Р65.
• Узкоколейными – используются при работах, где необходимо малая ширина межрельсового пространства. Чаще всего эти рельсы укладываются в шахтах и других местах, где ограничена площадь передвижения. Обозначение: Р18, Р24.
• Рудничными – применяются для укладки бесстыковых путей и изготовления методов их соединения (стрелочные переводы). Более того, эти рельсы также используются в сфере промышленности. Обозначение: Р33, Р43.
• Трамвайными – предназначены для постройки путей для трамваев в мегаполисах с низкой загруженностью транспорта. Такие рельсы обладают малым весом и более подвержены к износам. Обозначение: Т62.
• Крановыми – используются при укладке путей для подъемного крана. Обозначение: КР70, 80, 100, 120, 140).
• Подкрановыми – такой тип рельс является самым тяжёлым. Назначение совпадает с назначением крановых рельс. Отличительной особенностью данного типа рельс является возможность укладки в несколько рядов. Обозначение: КР50, КР70, КР100).
• Рамными – используются при сооружении переводных механизмов на железнодорожных путях. Обозначение: РР65.
• Контррельсовыми – предназначены для работ в верхних конструкциях путей. Обозначение: РК50, РК65, РК75.
• Остряковыми – используются для работ в верхних конструкциях путей. Обозначение: ОР43, ОР50, ОР65, ОР75. Особым типом рельс является вид ОР43, который используется при строении соединений железнодорожных путей и использующийся в конструировании экскаваторных деталей, являющихся опорно-поворотными.

Также рельсы классифицируются по:

• Качеству (рельсы бывают термо- и нетермоупрочнёнными);
• Присутствию отверстий для болтов;
• Метода выплавления стали и др.

Цена рельсов тесно связана и даже зависит от данных факторов.

Условные обозначения

Рельсы могут поступать с длинным номером, в котором будет, например, пять и более групп цифр.

В них выделяются:

• A - тип рельса;
• B - категория качества;
• C - марка стали;
• D - длина рельса;
• E - наличие болтовых отверстий;
• F - обозначение стандарта ГОСТ.

Пример: Рельс типа Р65, категории Т1 из стали марки M76T, длиной 25 м с тремя болтовыми отверстиями на обоих концах рельса:

• Рельс Р65-Т1-М76Т-25-3/2 ГОСТ Р 51685-2000



Великий Новгород

Владимир

Волгоград

Воронеж

Ижевск

Иркутск

Казань

Кемерово

Киров

Кострома

Краснодар

Красноярск

Курган

Курск

Липецк

Москва

Набережные Челны

Новосибирск

Оренбург

Пермь

Петрозаводск

Псков

Ростове-на-Дону

Рязань

Самара

Саратов

Смоленск

Тамбов

Тверь

Томск

Тюмень

Хабаровск

Челябинск

Ярославль

В России на долю железнодорожного транспорта приходится 85% всех перевозок. Наша страна лидирует по объему изготовления рельсов и по изучению и разработкам в этой области. Уральский институт металлов уже более 50-ти лет занимается изучением и решением задач по повышению эксплуатационных качеств рельсов и безопасного движения по ним.

Изготавливают рельсы из стали, легируя ее разными элементами:

• Ti (титаном),
• Zr (цирконием),
• Al (алюминием),
• V (ванадием) и т.д.

Легирующие добавки влияют на структуру и эксплуатационные характеристики рельсов. Цена рельс зависит от цены цветных металлов. Первым начал использовать технологию изготовления легированной стали для рельс с применением ванадия и ванадия с азотом Уральский институт. Все российские производители рельсы производят из легированной стали с добавлением ванадия.

Виды рельсов:

• Ширококолейные железнодорожные (Р-50, Р-65, Р-75);
• Узкоколейные железнодорожные(Р-8, Р-11, Р-18);
• Трамвайные (Т-58, Т-62)
• Рудничные (Р-33, Р-43)
• Крановые (КР-70, КР-80, КР-100, КР-120, КР-140)
• Рельсы остряковые (ОР-43, ОР-50, ОР-65, ОР-75) и т.д.

План развития ж/д транспорта до 2030 г. определяет строительство около 20 тыс. км железных дорог, при чем скоростных и высокоскоростных. Поэтому для удовлетворения этих требований российские металлургические заводы должны освоить технологию производства таких рельс, по которым пассажирский поезд сможет развивать скорость от 200 до 350 км/ч. Для этого необходимо переходит к широкому производству рельс длиной 50 - 100 м.

Ценообразование на новые рельсы и рельсы б\у

На новые рельсы цена зависит от цены металла и технологии изготовления. С повышением цена на металлы (в том числе цветные) повышается и цена на рельсы.

Довольно успешно отлажена продажа железнодорожных рельс б/у . Применение новых рельс не всегда оправдано. Например для строительства подъездных путей подойдут и бывшие в употреблении, но годные для повторной укладки.

Рельсы б/у с минимальной степенью износа, практически не уступают новым рельсам по качеству и безопасности в эксплуатации, но цена рельсов б/у может иногда отличаться более, чем на 50 % цены на рельсы новые .

Динамика цен на крановые рельсы

На б/у рельсы цена зависит от востребованности и цены металла:

• На б/у рельсы цена будет выше, если это рельсы дефицитных размеров (Р33, Р-38);
• На б/у рельсы цена будет ниже, если это рельсы ходовых размеров (Р50,Р-60);
• Цена рельсов б/у будет повышаться, если цена металлолома будет повышаться.

Основные металлургические заводы-производители рельсов в России

• ОАО «Уральская Железнодорожная Компания»
• ЕвразХолдинг включающий ОАО ЕВРАЗ НТМК (Нижнетагильский металлургический комбинат) и ОАО ЕВРАЗ ЗСМК (Западно-Сибирский металлургический комбинат). Металлургические заводы ЕвразХолдинга ведут реконструкцию рельсового производства для изготовления длинномерных рельсов мирового уровня качества.

Cтраница 1

Изготовление рельсов из более мягких сталей приводит к быстрому их износу, местным выбоинам, что нарушает работу кранов, а из более твердых - может привести к авариям вследствие излома рельсов.  

Допускается ограниченное изготовление рельсов длиной 12 5 м для уравнительных пролетов бесстыкового пути. На всех постоянных путях допускается устройство бесстыкового пути, а также сварка рельсовых звеньев.  

Технология изготовления рельсов должна гарантировать отсутствие в них флокенюв и местных скоплений неметаллических включений, вытянутых вдоль направления прокатки.  

Типичные положения орозвучивания при контроле рельсов.| Усталостное разрушение с овальным пятном (поперечная трещина в головке рельса.

Контроль при изготовлении рельсов обычно выполняется после правки. Он проводится по соображениям внутризаводского контроля качества или по требованию заказчика - управления, железных дорог.  

В ближайшие годы ожидается изготовление рельсов из кислородно-конверторной стали.  

Подобные стали используются для изготовления рельсов, вагонных осей, колес и пр. Стали с добавкой циркония отличаются повышенной твердостью и вязкостью и применяются для изготовления бронебойных плит и щитов.  

В результате внедрения новых стандартов (технических условий) на изготовление рельсов стойкость их против износа по сравнению со стойкостью рельсов довоенного производства значительно повысилась. Рельсы отечественного производства по качеству не уступают лучшим образцам рельсов зарубежных дорог.  

Фасонный прокат применяется в различных областях народного хозяйства: для изготовления рельсов железнодорожного транспорта, углобульб и тавробульб для судовых конструкций, тавровых и зетовых элементов для строительных конструкций. Сортамент фасонных прокатных профилей весьма разнообразен.  

При утверждении проекта строительства Петербургско-Московской железной дороги в 1842 г. возникла необходимость организовать изготовление рельсов на русских заводах. Осенью 1843 г. начал работать рельсопрокатный стан на Пожевском заводе Всеволожских производительностью 1200 - 1400 пудов рельсов в сугки. В это же время на Выксун-ских заводах Шепелева были выпущены первые образцы рельсов. Для их изготовления крицы из пудлинговой печи обжимали под жомом (машина для обжима криц при помощи валков) и затем прокатывали в валках с одного нагрева. Подготовительная операция осуществлялась на трех парах валков в 14 ручьев, которые приводились в движение водяным колесом.  

Это обстоятельство (наряду с другими) учитывают при выборе надлежащей марки стали для изготовления рельсов.  

Стали, легированные 1 0 - 2 % марганца и 0 5 % углерода, применяются для изготовления рельсов, валов моторов, зубчатых колес и проч. Из легированных сталей, содержащих 10 - 15 % Мп и 0 9 - 1 4 % С, изготавливают детали, обладающие большим сопротивлением удару и истиранию.  

Технология изготовления рельсов.

Первой задачей при производстве рельсов является получение слитка, однородного по всей длине. После затвердевания слитки доставляют к нагревательной печи, где их подогревают до температуры прокатки. Затем слитки, доставленные к блюмингам на специальных тележках, пропускаются через валки верхними концами вперед; здесь слитки 4 раза сильно обжимаются медленно вращающимися валками. Для удаления загрязненного металла головной и хвостовой концы блюмса обрезаются; блюмс делится на две части, из которых каждая в свою очередь делится на два, три или четыре рельса, в зависимости от длины и поперечного сечения профиля, для которого они предназначаются.
Данные, касающиеся веса и типа рельса, рода стали, завода-изготовителя, месяца и года прокатки наносят на одну сторону шейки рельса в виде выпуклых букв; буквы выкатываются нижними валками при последнем проходе рельса. К клейму добавляются также буквы, указывающие на то, что рельсы изготовлены из стали со средним содержанием марганца с применением регулируемого охлаждения, что они подвергались термической обработке и что концы их закалены. Поскольку после разлива стали порядковые номера плавок и слитков сохраняются, то на рельсах указывают также номер плавки и слитка. Эти данные выбивают на клеймовочном станке на противоположной стороне шейки, пока рельс еще находится в горячем состоянии. Слитки прокатываются головными концами вперед; рельсы последовательно маркируются буквами А, В, С, D и т. д.

После окончания прокатки, пока сталь еще не остыла, прокатанную полосу разрезают на куски нужной длины.

Следующая операция заключается в пропуске рельсов через ряд роликов, изгибающих рельсы так, чтобы после охлаждения их до температуры окружающего воздуха они оказались совершенно прямыми.

После охлаждения ось рельсов, как и других прокатанных в горячем состоянии профилей, несколько искривляется, вследствие чего требуется выправка рельсов в правильных прессах. Торцы рельсов очищаются от заусенцев, образующихся при распиловке рельсов в горячем состоянии, и шлифуются вращающимися шлифовальными кругами.
Обычно в каждом конце рельса сверлят по два или по три болтовых отверстия, в зависимости от длины применяемых стыковых накладок; однако, если рельсы предназначены для сварки их в длинные плети, концы остаются непросверленными.

Прежде чем погрузить рельсы для отправки потребителям, их распределяют по группам в зависимости от содержания в металле углерода, качества прокатки, структуры стали и отклонения их длины от стандартной; после этого концы всех рельсов, кроме рельсов с низким содержанием углерода, окрашивают в один из пяти легко различимых цветов для того, чтобы было легко находить нужные рельсы при их распределении. Распределение рельсов по группам, маркировка и погрузка производятся в соответствии с «Маркировка с распределением рельсов по группам» и «Погрузка» приведенных ниже Технических условий AREA на рельсы из мартеновской стали.

В настоящее время готовую сталь разливают в формы (изложницы), где она застывает в виде слитков. Слитки перед прокатом помещают в специальные нагревательные колодцы для подогрева до необходимой температуры. Разогретый слиток стали обрабатывают первоначально на блюминге, придавая слитку форму болванки прямоугольного сечения, называемую блюмсом. Блюмс передают далее в прокатный стан, где он проходит через валки из ручья в ручей; при этом он вытягивается в длину и постепенно меняет форму, принимая по выходе из последнего ручья профиль заданных размеров. Полученную таким образом полосу затем разрезают на рельсы нормальной длины, производят выправку отдельных искривлений, высверливают отверстия для болтов.

Технология изготовления рельсов постоянно совершенствуется. Улучшен процесс изменения поперечного сечения блюмса в последовательно проходимых им ручьях прокатного стана (так называемая калибровка рельсов). При прокате по новой калибровке обеспечивается более интенсивная обработка металла подошвы рельсов, что резко сокращает количество волосовин в подошве, получающихся литые заготовки от раскатывания подкорковых пузырей.

Осуществлен ряд мер по удалению усадочной раковины и околоусадочной рыхлости металла. Введено замедленное охлаждение рельсов после проката в закрытых коробах и охлаждающих колодцах, позволяющее предупреждать образование флокенов. Очень важно, чтобы сталь не имела флокенов - мелких внутренних трещин, возникающих в связи с выделением водорода при остывании стали. Существенное повышение качества рельсов даёт совершенствование способа раскисления рельсовой стали. В процессе варки стали происходит некоторое окисление железа. Для его восстановления в сталь добавляют алюминий. Но, соединяясь с кислородом, алюминий образует неметаллические включения (глинозем), загрязняющие сталь и снижающие стойкость рельсов против появления трещин.

Раскислителями являются комплексные ферросплавы, содержащие кремний, ванадий или магний и титан. Применение этих раскислителей повышает стойкость рельсов против появления трещин контактно-усталостного характера на 20...25%. Повышение эксплуатационной стойкости рельсов достигается улучшением чистоты стали, термическим упрочнением и легированием.

Термоупрочнение стали

Выполняется следующими способами:

объёмная закалка с охлаждением в масле после печного нагрева;

поверхностная закалка головки рельсов водовоздушной смесью после нагрева её токами высокой частоты;

используется технология закалки рельсов в расплавах солей.

Заключающаяся в том, что рельсы нагреваются до температуры 840...870°С в проходной печи (40...60 мин), а затем охлаждаются (8... 40 мин) в расплаве солей калиевой селитры и нитрата натрия, содержащих 0,6...0,7% воды, до температуры 290...295 °С. Последующее охлаждение рельсов происходит на воздухе. Остатки солей с поверхности рельсов смывают водой.

Способ закалки рельсов в солях имеет преимущества перед упрочнением в масле. Во-первых, высокая температура солей предупреждает искривление рельсов, вследствие чего существенно уменьшается холодная правка рельсов. Во-вторых, в расплаве солей в интервале температур структурных превращений рельсы остывают быстрее, чем в масле, что улучшает прочность, пластичность и вязкость стали. В-третьих, при этом способе закалки можно изготовлять рельсы из низколегированной стали с прочностью выше 1400 МПа.

Отпадает также необходимость в громоздких отпускных печах, которые используются при закалке рельсов в масле. Рельсы после полного остывания подвергаются холодной правке на роликоправильных машинах и штемпельных прессах. Перед холодной правкой допускается равномерная общая по всей длине кривизна рельсов в вертикальной и горизонтальной плоскостях со стрелой прогиба не более 1/60 длины рельса. После холодной правке к рельсу предъявляются требования по ряду показателей.

2 КАТАЛОГ ТИПОВ РЕЛЬС И ХАРАКТЕРИСТИК

Тип рельса		Временное сопротивление, н/мм2(кгс/мм2)	Предел текучести, н/мм2(кгс/мм2)	Относительное удлинение, %	сужение, %	Ударная вязкость,kcuдж/см2 (кгсм/см2)	Твердость на поверхности катания, нв

Таблица 2.2 - Химический состав стали

Марка стали				Массовая доля элементов, v р Не более
				0,03-0,15 0,025

Таблица 2.4 – Химический состав

Марка стали	Массовая доля элементов, %
								Не более

Рельсы железнодорожные типа рп50, рп65, рп65к, р43 для путей промышленного железнодорожного транспорта

Таблица 2.5 - Механические свойства

Твердость на поверхности катания термоупрочненных рельсов 311-420 НВ.

Таблица 2.6 - Химический состав стали

Тип рельса	Марка стали					Не более	Не более

Рельсы рамные типа р65. Предназначены для изготовления соединений и пересечений железнодорожного пути
Марка стали Не более

Рельсы железнодорожные узкой колеи шахт р18, р24

Таблица 2.10 - Механические свойства