Nationaler Standard/Internationaler Standard Schienenmaterial, metallurgische Qualitätskontrolle und Leistungshomogenisierungstechnologie
Was sind die Unterschiede in der Materialzusammensetzung und die anwendbaren Streckenszenarien zwischen den nationalen Standardschienen U71Mn und U75V?
Der Kohlenstoffgehalt der nationalen Standardschiene U71Mn wird auf 0,70 %-0,75 %, der Mangangehalt auf 1,10 %-1,40 % kontrolliert, ohne Vanadiumelement, das eine gute Plastizität und Schweißbarkeit aufweist und für Schwerlaststrecken mit niedriger{16}}Geschwindigkeit-geeignet ist, z. B. normale Haupteisenbahnen und spezielle Güterstrecken. Die U75V-Schiene hat einen Kohlenstoffgehalt von 0,73 %-0,80 %, einen Mangangehalt von 1,00 %-1,30 % und fügt 0,04 %–0,12 % Vanadiumelement hinzu. Vanadium verbindet sich mit Kohlenstoff und Stickstoff zu Carbonitriden, verfeinert die Körner, verbessert die Festigkeit und Verschleißfestigkeit der Schiene und ist speziell für Hochgeschwindigkeitsbahnen und Personenverkehrsstrecken konzipiert. Die Zugfestigkeit der U71Mn-Schiene beträgt ≥880 MPa und die Dehnung beträgt ≥10 %, womit sie den Belastungen gewöhnlicher Eisenbahnzüge gerecht wird; Die Zugfestigkeit der U75V-Schiene beträgt ≥980 MPa und die Dehnung beträgt ≥9 %, was der hochfrequenten Wechselbeanspruchung von Rad-Schienen-Hochgeschwindigkeitseisenbahnen standhalten kann. Für das Walzen der beiden Schienentypen müssen differenzierte kontrollierte Walz- und Kühlprozesse eingesetzt werden. U75V muss einen Behandlungsschritt mit einer Vanadiumlösung hinzufügen, um sicherzustellen, dass die Vanadiumelemente ihre verstärkende Wirkung voll entfalten. Die Materialzusammensetzungsabweichung nationaler Standardschienen muss innerhalb von ±0,02 % kontrolliert werden, und jede Charge muss vor Verlassen des Werks getestet werden, und die Verwendung von Produkten mit übermäßiger Zusammensetzung ist strengstens untersagt.
Was sind die Leistungsunterschiede und Zertifizierungsanforderungen zwischen der ausländischen Standardschiene R260 (UIC-Standard) und T1 (ASTM-Standard)?
Die Zugfestigkeit der UIC-Standardschiene R260 beträgt ≥880 MPa, die Brinellhärte HB260-300, die Schlagzähigkeit ≥27J/cm², geeignet für europäische grenzüberschreitende Eisenbahnen und städtischen Schienenverkehr. Es muss die EN13674-1-Zertifizierung bestehen, um die technischen Anforderungen der Interoperabilität zu erfüllen. Die ASTM-Standard-T1-Schiene hat eine Zugfestigkeit von ≥900 MPa, eine Brinell-Härte HB280-320 und ihre Verschleißfestigkeit ist 10 % höher als die von R260. Es ist speziell für nordamerikanische Schwerlastfrachtlinien konzipiert. Es muss die AAR M1003-Zertifizierung bestehen, um seine Verschleißfestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit zu überprüfen. Der Schwefel- und Phosphorgehalt der R260-Schiene muss ≤0,03 % betragen und der Gehalt an Einschlüssen wird streng kontrolliert, um Ermüdungsrisse am Schienenkopf zu vermeiden. Die T1-Schiene verwendet einen Vakuumentgasungsprozess mit einem Sauerstoffgehalt von ≤20 ppm, der interne Porositätsfehler erheblich reduziert. Die Zertifizierungsprüfung ausländischer Standardschienen muss mehrere Dimensionen wie Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit, Härte und metallografische Struktur abdecken und kann erst nach bestandener Zertifizierung in den Zielmarkt gelangen. Schienen unterschiedlicher Standards können nicht gemischt werden, da es sonst aufgrund von Leistungsunterschieden zu einem abnormalen Rad-Schienen-Verschleiß kommt, der die Fahrsicherheit beeinträchtigt.
Welche Gefahren bergen Einschlüsse im schienenmetallurgischen Prozess und der präzisen Steuerungstechnik?
Zu den Einschlüssen in Schienen zählen vor allem spröde Partikel wie Aluminiumoxid und Mangansulfid. Diese Partikel zerstören die Kontinuität der Schienenmatrix, werden zu Spannungskonzentrationsquellen, induzieren die Rissbildung unter Rad--Schienenbelastung und verkürzen die Lebensdauer der Schienen um 30 %-50 %. Große -große Einschlüsse (Durchmesser ≥ 50 μm) führen beim Schleifen des Schienenkopfes außerdem zum Abblättern der Schiene, beeinträchtigen die Glätte der Schienenoberfläche und erhöhen die Rad-Schienenvibration. Die genaue Kontrolle von Einschlüssen muss beim Stahlherstellungsprozess beginnen und den LF-Ofenraffinierungsprozess + VD-Vakuumentgasungsprozess anwenden. Durch die Raffinierung im LF-Ofen können Oxideinschlüsse in der Stahlschmelze entfernt werden, und durch die VD-Vakuumentgasung kann der Wasserstoff- und Stickstoffgehalt reduziert werden, wodurch Gaseinschlüsse reduziert werden. Im Stranggussverfahren wird die elektromagnetische Rührtechnologie eingesetzt, um die Körner zu verfeinern, Einschlüsse gleichmäßig zu verteilen und lokale Aggregation zu vermeiden. Beim Walzen werden große Einschlüsse durch plastische Verformung bei hohen Temperaturen zerkleinert, um ihre Gefahren zu verringern. Bevor die Schiene das Werk verlässt, muss eine metallografische Prüfung durchgeführt werden und der Einschlussgrad muss ≤2 sein. Produkte, die über den Standard hinausgehen, müssen erneut wärmebehandelt oder verschrottet werden.
Was sind die Ursachen für die Entmischung von Schienenmaterial und welche technischen Maßnahmen zur Homogenisierungsbehandlung gibt es?
Die Schienenmaterialsegregation wird in die zentrale Segregation und die dendritische Segregation unterteilt. Eine Kernseigerung entsteht durch ungleichmäßige Erstarrung der Stahlschmelze beim Stranggießen und Anreicherung gelöster Elemente im Zentrum; Dendritische Segregation wird durch eine ungleichmäßige Verteilung gelöster Elemente an Korngrenzen und im Korninneren während des Kornwachstums verursacht. Die Segregation führt zu lokalen Unterschieden in der Zusammensetzung der Schiene, was zu einer ungleichmäßigen Härteverteilung des Schienenkopfes, einer verringerten Verschleißfestigkeit und in schweren Fällen sogar zum Abblättern des Schienenkopfes führt. Die Kerntechnologie der Homogenisierungsbehandlung ist der kontrollierte Walz- und Kühlprozess. Während des Walzens wird im Hochtemperatur-Austenitbereich ein starkes Verformungswalzen mit einem Verformungsgrad von ≥60 % angewendet, um die dendritische Struktur aufzubrechen und die Homogenisierung der Zusammensetzung zu fördern; Nach dem Walzen wird eine Abschnittskühlung angewendet, um die Abkühlgeschwindigkeit auf 5–10 Grad/s zu steuern und eine ungleichmäßige Struktur zu vermeiden, die durch zu schnelles Abkühlen verursacht wird. Bei Schienen mit starker Entmischung kann eine Offline-Glühbehandlung angewendet werden, wobei die Glühtemperatur auf 720–750 Grad kontrolliert und 2–3 Stunden lang gehalten wird, um eine ausreichende Diffusion der gelösten Elemente zu ermöglichen und Entmischungsdefekte zu beseitigen. Nach der Homogenisierungsbehandlung muss der Härtegradient der Schiene getestet werden und der Härteunterschied von der Schienenkopfoberfläche zur Innenseite muss ≤20HB betragen, um eine gleichmäßige und stabile Leistung zu gewährleisten.
Was sind die Kernpunkte und Qualifikationskriterien für die schienenmetallurgische Qualitätsprüfung?
Zu den Kernpunkten der schienenmetallurgischen Qualitätsprüfung gehören die Analyse der chemischen Zusammensetzung, die Einschlussbewertung, die Prüfung der metallografischen Struktur und die Prüfung der mechanischen Eigenschaften. Bei der Analyse der chemischen Zusammensetzung wird ein Spektrometer verwendet, um den Gehalt an Kohlenstoff, Mangan, Vanadium und anderen Elementen zu ermitteln. Die Abweichung muss den Anforderungen nationaler/ausländischer Standards entsprechen. Bei der Einschlussbewertung wird ein metallografisches Mikroskop verwendet, das gemäß der Norm GB/T 10561 bewertet wird, und die Einschlüsse der Klassen A (Sulfid) und B (Aluminiumoxid) müssen ≤2 sein. Bei der metallografischen Strukturprüfung muss der Schienenkopf eine feine Perlitstruktur mit einem Perlitlamellenabstand von ≤0,2 μm aufweisen. Abnormale Strukturen wie Martensit und Bainit sind strengstens verboten, da sie zu Sprödbrüchen der Schiene führen können. Die Prüfung der mechanischen Eigenschaften umfasst Zugversuche, Schlagversuche und Härteprüfungen. Für den Zugversuch ist eine Zugfestigkeit und Dehnung erforderlich, um der Norm zu entsprechen, für den Schlagversuch ist eine Tieftemperatur-Schlagzähigkeit von ≥20 J/cm² (-20 Grad) erforderlich und für den Härtetest ist die Schienenkopfhärte HB280-320 erforderlich. Nur wenn alle Prüfgegenstände qualifiziert sind, kann beurteilt werden, dass die metallurgische Qualität dem Standard entspricht. Wenn ein Artikel nicht qualifiziert ist, muss der Produktionsprozess zurückverfolgt und nach der Korrektur erneut getestet werden.