Els rails d'acer són la columna vertebral de les vies del ferrocarril i gairebé tots els rails en servei avui dia estan fets d'acer perlític d'alt-carboni. Aquest article explica quins acers s'utilitzen en els rails, com es diferencien els graus i què aporta cada element d'aliatge.
Conceptes bàsics de Rail Steel: acer perlític d'alt-carboni
L'acer de ferrocarril és un acer al carboni senzill amb un contingut de carboni d'aproximadament 0,65 a 0,82 per cent. En la condició-laminada en calent, la microestructura és perlítica, la qual cosa ofereix una combinació favorable de força, duresa i resistència al desgast. Com que un rail ha de suportar càrregues elevades per l'eix, resistir el desgast del cap i fer front als cicles de flexió repetits, l'acer s'especifica amb una resistència a la tracció mínima, una duresa mínima i límits estrictes d'elements nocius.
Graus d'acer de ferrocarril estàndard
Diferents regions utilitzen diferents sistemes de grau per al mateix propòsit d'enginyeria. A Europa, la norma EN 13674-1 designa els rails per duresa, per exemple R260 amb una resistència a la tracció mínima d'uns 880 MPa i R350HT amb uns 1175 MPa. A la Xina, els graus GB/T 2585 com ara U71Mn i U75V són habituals, on U75V ofereix una resistència a la tracció mínima de 980 MPa en condicions de laminat-calent i valors més alts després de l'enduriment del cap. A Amèrica del Nord, el capítol 4 d'AREMA defineix els graus estàndard de carboni i de ferrocarril d'alta resistència per a la gamma de seccions 100RE a 141RE.
| Grau | Estàndard | Ús típic |
|---|---|---|
| R260 | EN 13674-1 | Línies de trànsit{0}}generals mixtes |
| R350HT | EN 13674-1 | Corbes i línies-d'alta velocitat |
| U71Mn | GB/T 2585 | Carril de línia principal estàndard |
| U75V | GB/T 2585 | Línies de transport pesat-i alta-velocitat |
| Carboni estàndard | AREMA Capítol 4 | Càrrega general nord-americana |
| Alta resistència | AREMA Capítol 4 | Mercaderies nord-americanes de transport pesat- |
Què fan els elements d'aliatge
El rendiment de l'acer del carril depèn de petites quantitats d'elements d'aliatge. El carboni augmenta la força, la duresa i la resistència al desgast. El manganès millora la força i la duresa i elimina els òxids i sulfurs nocius. El silici millora la duresa i la resistència al desgast i ajuda a desoxidar l'acer. Petites quantitats de coure milloren la resistència a la corrosió, mentre que el fòsfor i el sofre es mantenen molt baixos perquè fan que l'acer sigui trencadís i poden causar esquerdes durant el rodatge.
| Element | Límit típic en ferro d'acer | Efecte |
|---|---|---|
| C | 0,65 a 0,82 per cent | Força, duresa, resistència al desgast |
| Si | 0,15 a 0,90 per cent | Duresa, desoxidació |
| Mn | 0,60 a 1,54 per cent | Força, duresa |
| Cu | 0,10 a 0,40 per cent | Resistència a la corrosió i fatiga |
| P | màxim 0,04 per cent | Nociu, provoca fragilitat pel fred |
| S | màxim 0,05 per cent | Nociu, provoca esquerdes lamel·lars |
Tren pesant, tren lleuger i ferrocarril grua
El ferrocarril es classifica normalment per pes lineal. Els carrils lleugers de 8 a 30 kg/m s'utilitzen per a vies de mines, línies de tallers i tramvies lleugers. Els carrils pesats de 38 a 75 kg/m, com ara P38, P43, P50, P60 i P75, s'utilitzen per a la via del tren principal. Els rails de grua com ara QU70 a QU120 són encara més pesats, fins a uns 118 kg/m, i estan dissenyats per a les càrregues concentrades de rodes de grues aèries i pòrtic.
Com triar el ferro d'acer adequat
Seleccioneu el grau segons el trànsit, la velocitat i les condicions de les corbes. Per a línies de trànsit mixtes-a velocitat moderada, normalment n'hi ha prou amb un grau de carboni estàndard. Per a passadissos de transport pesats-, pendents pronunciats i corbes pronunciades, un grau-tractat tèrmic com ara R350HT, U75V endurit-capçal o un grau d'aliatge equivalent allarga la vida útil del rail millorant la duresa i la resistència al desgast. Confirmeu sempre la resistència a la tracció mínima requerida, el rang de duresa i les toleràncies dimensionals respecte a la norma reguladora abans de fer la comanda.
PMF
P: Quin és el material principal dels rails ferroviaris?R: Els rails de ferrocarril estan fets d'acer perlític d'alt-carboni, que normalment contenen entre un 0,65 i un 0,82 per cent de carboni amb petites addicions de manganès, silici i de vegades crom o vanadi.
P: S'utilitza acer inoxidable per als rails?R: No. L'acer inoxidable és massa car i no ofereix les característiques de desgast necessàries. Els rails utilitzen acers perlítics al carboni i de baix-aliatge.
P: Què significa R350HT?R: R350HT és un grau de ferrocarril EN 13674-1 amb una duresa mínima de 350 HBW, tractat tèrmicament per a una major resistència, amb una resistència a la tracció mínima d'uns 1175 MPa.
P: Per què s'afegeix manganès a l'acer del ferrocarril?R: El manganès millora la força i la duresa, elimina les inclusions nocives d'òxids i sulfurs i augmenta la resistència al desgast.
P: Quina diferència hi ha entre U71Mn i U75V?R: L'U75V conté vanadi i ofereix una major resistència i resistència al desgast que l'U71Mn, la qual cosa el fa més adequat per a línies de gran-transport i-alta velocitat.
