(Взамен ГОСТ 7174-75, 8161-75 ,ГОСТ 16210-77,ГОСТ 18267-82)

Дата введения 01.07.2001

Область применения

Настоящий стандарт распространяется на железнодорожные рельсы Р50, Р65, Р75 предназначенные для звеньевого и бесстыкового пути железных дорог и для производства стрелочных переводов. Обязательные требования к качеству рельсов, обеспечивающие безопасность движения, изложены в разделах 5-8 настоящего стандарта.

Классификация рельс

4.1. Рельсы подразделяют: по типам:

• Р65К (для наружных нитей кривых участков пути),

• В - рельсы термоупрочненные высшего качества,
• Т1, Т2 - рельсы термоупрочненные,
• Н - рельсы нетермоупрочненные;

по наличию болтовых отверстий:

• с отверстиями на обоих концах,
• без отверстий;

по способу выплавки стали:

• М - из мартеновской стали,
• К - из конвертерной стали,
• Э - из электростали;

по виду исходных заготовок:

• из слитков,
• из непрерывно-литых заготовок (НЛЗ);

по способу противофлокенной обработки:

• из вакуумированной стали,
• прошедшие контролируемое охлаждение,
• прошедшие изотермическую выдержку.

Конструкция и размеры

5.1. Форма и основные (контролируемые) размеры поперечного сечения рельсов должны соответствовать приведенным на рисунке 1 и в таблице 1. Допускаемые отклонения контролируемых размеров и формы поперечного сечения рельсов должны соответствовать значениям, указанным в таблице 2.

Рисунок 1 - Основные размеры поперечного сечения рельса

Таблица 1
В миллиметрах

Таблица 2
В миллиметрах

5.2. Расположение, количество и диаметр болтовых отверстий в шейке на концах рельсов должны соответствовать приведенным на рисунке 2 и в таблице 3. По согласованию сторон рельсы могут быть изготовлены с другим расположением, количеством и диаметром болтовых отверстий.

Рисунок 2 - Расположение болтовых отверстий

Таблица 3
Размеры в миллиметрах

Основу железнодорожной сети России составляют рельсы Р 65 - линейные конструкции двутаврового поперечного сечения, которые служат для восприятия нагрузок от подвижного состава, их упругой «переработки» и последующей передачи на опору - шпалы. Характеристики этих «стальных балок» регламентированы ГОСТом Р 8161-75. Он устанавливает конструкцию и размеры закаленных и незакаленных рельс и рельсовых плетей типа Р65.

Рельсы Р 65

Любые рельсы предназначены для решения нескольких задач. Во-первых, они воспринимают и передают поездную нагрузку. Это необходимо для сохранения долговечности как земляного полотна, так и колес. Во-вторых, они задают направление движения подвижного состава. И, наконец, они создают площадку с наименьшим сопротивлением для качения колес. Поверхность соприкосновения рабочих элементов составляет несколько сантиметров (3-5 в зависимости от класса пути).

Область применения представленных линейных конструкций довольна обширна. Так, рельсы Р 65, равно как и Р50, Р75, используются для укладки звеньевого и бесстыкового пути широкой колеи. Они также используются при создании стрелочных переводов. В последнем случае используются линейные изделия с видоизмененным профилем (РК65).

Элементы рельса

Рельсы Р65, как и любые другие типы, нельзя назвать обычной двутавровой балкой.

Специалисты выделяют в его конструкции несколько условных частей:

1. Головка - ее форма обеспечивает надежное сцепление колеса подвижного состава с самим рельсом.
2. Шейка - сопротивляется изгибающим нагрузкам, а также передает их на опору
3. Подошва - обеспечивает устойчивость всей линейной конструкции, распределяет напряжения по всей поверхности шпалы. Она состоит из правого и левого пера.

Кроме того, в пределах рельса выделяют две области, расположенные по левую и правую сторону от шейки и занимающие пространство от нижнего края головки до средней части подошвы. Это так называемые левая и правая пазухи. В них располагаются клиновидные накладки, которые скрепляют рельсы Р 65 между собой на некоторых участках пути.

Размеры рельса Р65

Мало кто задумывался, почему рельс Р 65 имеет именно такую форму. Между тем каждый радиус закругления, ровная площадка и уклоны специально подбирались опытным путем или расчетами, чтобы создать оптимальные условия для взаимодействия с подвижным составом.

Большинству из нас известно, что имеет рельс Р 65 вес, равный 65 кг, что на самом деле является неверным. Точная масса погонного метра составляет 64,72 кг. Другие же параметры имеют следующее значение:

• радиус головки (R500) обеспечивает центрирование нагрузки, то есть заставляет совпасть продольную ось колеса с осью рельса;
• R80 создает плавный переход к R15, который создает плотный контакт с гребнем колеса;
• уклон головки 1:20 соответствует уклону гребня колеса, что необходимо для сопряжения с гребнем колеса;
• радиусом R3 скругляют острый край головки, что делается для ликвидации концентраторов напряжений;
• переходные радиусы R15 и R370 введены для того, чтобы обеспечить плавное сопряжение головки с шейкой и ликвидировать области с опасными напряжениями;
• переходный радиус R400 у основания шейки необходим для плавной передачи нагрузки на подошву;
• уклоны верхней грани подошвы и нижней части головки одинаковы (1:4), что необходимо для установки клинообразных накладок, которые одновременно выступают и как распор.

Ежедневно колоссальным нагрузкам подвергается рельс Р 65. Вес его в промышленности России нельзя недооценить. Но если бы не особая конструкция, он бы не смог справиться со своей задачей, быстро бы деформировался и нуждался в замене.

Рельсовая сталь

Все рельсы железнодорожные (Р 65, РК65, Р75, Р50) изготавливают исключительно из рельсовой стали. Она отличается высокой прочностью на изгиб, твердостью и износостойкостью, что достигается высоким содержанием углерода (0,82 %) и добавлением легирующих добавок - марганца, ванадия, циркония, кремния, титана.

М76ВТ - основная марка стали, применяемая при производстве рельсовых плетей. В зависимости от способа получения она может быть первой (выплавляемые исключительно в мартеновских печах) или второй группы. Отлитая или прокатанная «болванка» проходит сложный многоступенчатый этап термической обработки. Во многом именно поэтому на рельс Р 65 цена находится на столь высоком уровне - от 50 тыс. рублей за тонну.

Рельсы - это железные профилированные прокатные изделия в форме полос, скрепленные балками и предназначенные для движения по ним подвижного состава железных дорог и метрополитена, трамваев, поездов и вагонеток рудничного транспорта и монорельсовых дорог и вообще любых передвижных, поворотных и вращающихся конструкций.

Рельсы - части верхнего строения дороги, уложенные на опоры и, скрепленные с ними и между собой образуют рельсовую колею. Непосредственно рельсы принимают давление колёс подвижного состава.

Мы представляем железнодорожные рельсы производства Новокузнецкого металлургического завода следующих наименований:

Рельсы железнодорожные - рельсы с предназначением для звеньевого и бесстыкового пути железных дорог и для изготовления стрелочных переводов, производятся согласно ГОСТ Р 51685-2000.

Рельсы подразделяются по типам: P50, Р65 (для наружных нитей кривых участков дороги, ГОСТ 8161-75) и Р75.

Железнодорожные рельсы производят из стали марок К78ХСФ, Э76, Э78ХСФ, М76Ф, К76Ф, Э76Ф, К76Т, М76Т, Э76Т, М76, К76.

Схема обозначения рельса: тип рельса, группа качества, марка стали, длина рельса, присутствие болтовых отверстий, обозначение настоящего стандарта.

Рельсы для путей промышленного железнодорожного типа - рельсы широкой колеи, предназначенные для железнодорожных путей и стрелочных переводов промышленных предприятий производятся по ГОСТ Р 51045-97 и подразделяются на 3 типа: PП50, PП65 и РП75.

Такого вида рельсы делают из углеродистой стали марки 76 и специальной углеродистой микролегированной стали марок 76Т, 76Ф и 76Ц.

Схема обозначения рельса: вид рельса, длина рельса, болтовые пазы (2 — на двух концах, 0 — без отверстий), упрочнение рельсов (Т — термоупрочненные, Н — нетермоупрочненные), марка стали, обозначение стандарта.

Рельсы железнодорожные широкой колеи из мартеновской стали - железнодорожные рельсы широкой колеи типов Р75, P65 и Р50 из мартеновской стали изготавливаются по ГОСТу 24182-80. Конструкция и габариты рельсов считаются по ГОСТ 7174-75, ГОСТ 8161-75 и ГОСТ 16210-77.

Изготовляются рельсы 2-х групп точности:

1 группа: рельсы делаются из спокойной мартеновской стали, раскисленной комплексными раскислителями без применения алюминия. Такие рельсы маркируются голубого цвета.

Рельсы Р75, Р65 получаются из стали М76В, М76Т, М76ВТ, М76Ц;

Рельсы Р50 - из стали М74Т, М74Ц.

2 группа: рельсы производятся из спокойной мартеновской стали, раскисленной алюминием или как его часто называют марганец-алюминиевым сплавом. Такие рельсы обозначаются маркировкой белого цвета.

Для изготовления рельсов Р75, Р65 применяется сталь М76;

Для рельсов Р50 используется сталь М74.

Длина рельсов бывает 24,92; 24,84; 12,42; 12,46 метра.

Рельсы железнодорожные, термообработанные объемной закалкой в масле - рельсы P50, P65, P75 из мартеновской высокоуглеродистой стали. Такие рельсы подвергнуты термической обработке по ГОСТ 18267-82 по всей длине методом объемной закалки в масле с последующим печным отпуском. Сортамент и химический состав таких рельс указан в ГОСТ 24182-80.

Закаленные рельсы разделяют на первый и второй сорт. Рельсы 1 сорта делят на рельсы первой группы 1 и 2 классов и второй группы 1 и 2 классов. Сортировку рельсов на группы и сорта ведут по ГОСТ 24182-80.

По материалам сайта http://www.corunamet.ru/produkcia/relsi/

Верхнее строение пути состоит из рельсов, скреплений, рельсовых опор (чаще всего в виде шпал); балласта и дополнительных элементов в виде противоугонов, стяжек и других деталей. Кроме того, к верхнему строению относят стрелочные переводы, мостовое полотно и ряд специальных устройств, например путевые заграждения.

В любых климатических зонах и в любое время года конструкция верхнего строения пути должна быть прочной, устойчивой, стабильной, износостойкой, экономичной, обеспечивающей безопасное и плавное движение поездов с большими скоростями.

Рельсы — самый дорогой и самый ответственный элемент верхнего строения пути. К рельсам предъявляют много требований. Чтобы колеса подвижного состава имели меньшее сопротивление движению, нужно, чтобы рельсы были гладкими. С другой стороны, для того чтобы локомотив мог реализовать максимальную силу тяги, желательно увеличить сцепление его колес с рельсами, т. е. рельсы должны иметь шероховатую поверхность. В связи с этим в необходимых случаях под колеса локомотива на рельсы подается песок из специальных устройств (песочниц).

Для меньшего износа рельсы нужно делать из твердой стали. Однако очень твердая сталь может быть хрупкой, что увеличивает опасность излома. Таким образом, рельсы должны быть и твердыми и вязкими. Это противоречие разрешается на основе рационального подбора химического состава стали и с помощью термической обработки. Рельс должен быть достаточно жестким, чтобы лучше сопротивляться изгибу под колесами. В то же время при большой жесткости рельса будут возрастать так называемые динамические силы от колес (т. е. силы в процессе движения). Это противоречие стараются разрешить за счет рационального подбора формы и размеров рельса.

Нельзя забывать, что рельсы — изделие массового производства, поэтому они должны быть достаточно дешевыми.

Форма современного рельса напоминает двутавровую балку, которая лучше других сопротивляется изгибу в вертикальной плоскости.

На русских железных дорогах первый стандарт на рельсы был принят в 1903 — 1907 гг. Было утверждено четыре типа: 1-а, 2-а, 3-а и 4-а с массой соответственно 43,57; 38,42; 33,48; 30,89 кг в 1 м. В 1947 г. и последующих годах были утверждены новые стандарты, устанавливающие следующие типы рельсов: Р43, Р50, Р65 и Р75 с массой соответственно 44,65; 51,67; 64,72; 74,41 кг в 1 м. Буква Р означает слово «рельс», а число указывает приблизительную массу 1 м рельса. В настоящее время рельсы типа Р43 прокатываются лишь для путей промышленного транспорта, а также по заявкам МПС для одиночной смены рельсов Р43, лежащих в пути, и для стрелочных переводов.

Поперечные профили современных стандартных рельсов (рис. 2.1) во многом отличаются от рельсов первых стандартов, принятых в начале нынешнего столетия.

Головка рельса очерчена по коробовой кривой (т. е. кривой переменной кривизны), в результате чего достигаются центральность в передаче усилий от колес и достаточная ширина их контактного следа. Радиус кривой в месте перехода от верха рельса к его боковой грани принят 15 мм, что близко к выкружке на колесе в месте начала гребня. Это затрудняет всползание колеса на рельс. Боковые грани головки наклонены (1:20), что уширяет головку снизу и увеличивает опорную площадь под накладки. Шейка рельса очерчена по кривой переменного радиуса с тем, чтобы сделать утолщение при переходе к головке и подошве. Подошва сделана более мощной по сравнению с рельсами старых стандартов, чтобы исключить опасность ее излома при изгибе.

Следует подчеркнуть, что ширина подошвы и высота пазухи¹ сделаны одинаковыми для рельсов типов Р65 и Р75. Это очень удобно при ведении путевого хозяйства, так как дает возможность применять промежуточные и стыковые скрепления одни и те же для обоих типов рельсов.

Качество рельсов имеет очень большое значение в обеспечении длительных сроков их службы и безопасности движения поездов. Министерство путей сообщения поставило перед металлургами задачу — выпускать такие рельсы, чтобы они до замены могли пропустить груз массой 1200 — 1500 млн. т брутто в прямых и 500 млн. т брутто в кривых малых радиусов (600 м и менее).

На металлургических комбинатах, где прокатывают рельсы, сталь варят либо в мартеновских печах (несколько часов), либо в конвертерах (15-18 мин) кислородно-конвертерным способом. Сталь разливают в изложницы. После остывания образуются слитки. Их разогревают и подают на блюминги, где происходит их предварительное обжатие. Полученная заготовка далее поступает в прокатные станы. Постепенно стальная полоса пропускается через «ручьи» стана и получает профиль рельса.

Мартеновская сталь лучше конвертерной потому, что длительный процесс варки стали позволяет лучше регулировать ее состав, в ней меньше фосфора и серы, меньше вредных примесей.

Рельсы из стали, изготовленной кислородно-конвертерным способом, содержат больший процент фосфора и серы и, следовательно, обладают большей хладно- и красноломкостью (т. е. соответственно опасностью излома при низких и высоких температурах). По этой причине на магистральных линиях рельсы, изготовленные этим способом, вновь не укладываются (применяются на подъездных путях промышленности).

Качество рельсов контролируют по химическому составу, микро- и макроструктуре металла, прочности, прямолинейности² и другим показателям (прочность обычно оценивается величиной временного сопротивления образца при его растяжении).

В состав рельсовой стали, помимо железа, входят следующие химические элементы: углерод³ (0,67 — 0,82%), марганец (0,75 — 1,05%), кремний (0,13 — 0,28%), фосфор (до 0,035%), сера (до 0,045%).

Углерод способствует повышению твердости, т. е. износостойкости, стали. Даже небольшое увеличение содержания углерода с 0,42 до 0,62% = приводит к росту износостойкости стали почти в 2 раза.

Марганец — очень полезная добавка, увеличивающая как износостойкость, так и ударную вязкость (т. е. обеспечивающая малую хрупкость). Кремний — добавка, повышающая твердость и, следовательно, износостойкость стали. Фосфор и сера — вредные добавки. Их наличие связано с тем, что они содержатся в природных железных рудах. В рельсах, которые выпускает ждановский металлургический комбинат «Азовсталь», на базе керченских руд содержится мышьяк (0,15%). Его присутствие в таких размерах не ухудшает сталь.

При производстве стали происходит частичное выгорание примесей из чугуна. Вместе с примесями горит и железо, превращаясь в закись, которая растворяется в жидком металле и может сделать его непригодным для дальнейшей обработки. Поэтому металл перед разливкой в изложницы приходится «раскислять», т. е. освобождать от закиси железа путем добавки в него особых раскислителей, в качестве которых используются Al, SiCa и др.

Раскислители, прореагировав с кислородом, образуют окислы, основная часть которых удаляется со шлаком. Остатки окислов раскислителей образуют неметаллические включения (например, глинозем), которые, раскатываясь вдоль направления проката, образуют дорожки или строчки. Эти включения отличаются высокой твердостью (на порядок выше основного материала), поэтому, попадая в зону максимальных напряжений, они являются очагами образования усталостных трещин.

Исследования последних лет показали, что исключение из раскислителей алюминия позволяет существенно уменьшить длину строчечных неметаллических включений. Поэтому с 1 июля 1981 г. на рельсы введен новый ГОСТ 24182 — 80, отличительная особенность которого заключается в том, что с этого времени новые рельсы делятся на 1 и 2 группы. Рельсы 1 группы изготавливают из мартеновской стали, раскисленной в ковше комплексными раскислителями без применения раскислителей, образующих в стали строчечные неметаллические включения. Наилучшими из них в настоящее время являются железованадийкремнекальциевые раскислители, которые применяет Кузнецкий металлургический комбинат. Возможно также использование кремнемагниетитановых раскислителей.

Рельсы 2 группы изготавливают из мартеровской стали, раскисленной алюминием или марганцевоалюминиевым сплавом.

Применение комплексных раскислителей для изготовления рельсов 1 группы позволяет уменьшить длину строчек неметаллических включений с 8 мм (во 2 группе) до 2 мм (в 1 группе). В связи с этим стойкость и надежность рельсов повышается примерно на 20 — 30%.

Для дальнейшего улучшения химического состава рельсовой стали проводились опыты по введению в нее легирующих добавок, например хрома, что привело к увеличению износостойкости рельсов, но не дало существенного эффекта против возникновения контактно-усталостных повреждений. Опыты со сталью, имеющей повышенный процент кремния (0,49 — 0,64%), показали, что волнообразный износ таких рельсов (см. подробнее в п. 2.3) становится меньше, чем у рельсов стандартного производства.

Если вырезать образец рельсовой стали, отшлифовать его, протравить раствором азотной кислоты в спирте, а затем рассмотреть этот «шлиф» через микроскоп, то будет видна его микроструктура. Она может быть различной: то равномерное или неравномерное распределение черных и белых пятнышек, то какое-то игольчатое строение и т. д. При этом различают структуры: аустенит, мартенсит, сорбит и т. д. Оказывается, что качество рельсов значительно возрастает после их закалки. Лучшими свойствами (износостойкостью и вязкостью) обладают структуры сорбит закалки и троостит закалки.

Многие годы велась опытная закалка рельсов только по концам, а затем по всей длине. Наибольшего успеха достигли на Нижнетагильском металлургическом комбинате, где применяется объемная закалка, т. е. закалка всего рельса (нагрев в печах, а затем охлаждение в масле). Сроки службы рельсов, закаленных таким образом, возросли почти в 1,5 раза по сравнению с незакаленными. Хорошие результаты получены на комбинате «Азовсталь», где применяется поверхностная закалка головки рельсов водовоздушной смесью после нагрева токами высокой частоты. Закалка рельсов с печного нагрева водой также применяется на Днепровском металлургическом комбинате имени Ф. Э. Дзержинского.

Проводятся исследования вариантов технологии создания особо прочных рельсов, в частности изготовления рельсов, у которых головка сделана более твердой, чем шейка и подошва (с помощью особого способа закалки). Твердость характеризуют единицами по Бринеллю. Так, если шейка и подошва будут иметь 331 388 единиц, то головка 450 единиц. Предусмотрены опыты по созданию термоупрочненных рельсов из заэвтектоидной стали (сталь, содержащая углерода более 0,82%), а также рельсов из биметалла, т. е. двухслойных из разных видов сталей.

Оценка качества рельсов проводится также по макроструктуре стали. Эту структуру можно видеть на «шлифе» рельса невооруженным глазом. К хорошей макроструктуре относят мелкозернистую структуру, в которой нет раковин, шлаковин, плен, волосовин, неметаллических включений. Особенно важно, чтобы сталь не имела флокенов (внутренних мелких пустот, возникающих в связи с выделением водорода при остывании стали).

Для улучшения условий эксплуатации пути МПС систематически увеличивает среднюю массу рельсов на сети железных дорог. Почему это выгодно, видно из следующих цифр. Например, рельсы типа Р65 тяжелее рельсов типа Р50 на 26,3%, а срок их службы на 43% больше. Укладка рельсов Р65 вместо Р50 дает экономию металла на 15%. Текущее содержание пути с рельсами Р65 обходится на 15 — 20% дешевле, чем с рельсами Р50, а с рельсами Р75 — на 20 — 25% дешевле, чем с рельсами Р65. Одиночное изъятие рельсов Р75 по дефектам на 30 — 40% меньше, чем рельсов Р65.

Долгие годы стандартная длина рельсов на наших железных дорогах составляла 12,5 м. Очевидно, чем больше длина рельсов, тем меньше стыков на каждом километре пути. Учитывая, что стык — сложное и напряженно работающее место в пути, уже давно стремились увеличить длину рельсов. В настоящее время стандартная длина рельсов 25 м. В пути укладывают рельсы длиной 25 м, как выпускаемые заводами, так и сваренные из рельсов длиной 12,5 м и другой длины.

Рельсы длиной 12,5 используют лишь в следующих случаях: в качестве инвентарных при укладке рельсо-шпальной решетки с железобетонными шпалами (с последующей заменой плетями бесстыкового пути), для стрелочных переводов и в качестве уравнительных рельсов на бесстыковом пути.

В кривых участках пути возникает необходимость в укороченных рельсах (см. п. 4.9

). В связи с этим специально изготавливают рельсы длиной 24,84 и 24,92 м при 25-метровых рельсах и 12,42 и 12,46 м при 12,5-метровых.

По концам каждого рельса имеются отверстия. В рельсах прежних стандартов (1а — 4а) отверстия делались овальной формы. Такая форма не слишком ослабляла шейку по высоте и позволяла рельсу изменять свою длину при изменении температуры.

У современных рельсов, имеющих большие размеры шейки, делают круглые отверстия: они проще в изготовлении и, имея диаметр больше диаметра болта, не затрудняют температурные изменения длины рельсов.

Для рельсов типов Р75 и Р65 ранее выпускались только четырехдырные накладки, а для рельсов типа Р50 — шестидырные. Поэтому на каждом конце рельсов Р75 и Р65 было по два отверстия, а у рельсов Р50 — по три. Однако для уравнительных рельсов, типов Р65 и Р75, укладываемых на бесстыковом пути по концам плетей, приняты усиленные накладки длиной 1000 мм с шестью болтами, поэтому в настоящее время в рельсах Р65 и Р75 просверливается по три отверстия на концах. Это улучшает температурную работу рельсов в стыках и способствует сохранению плавности кривых в плане.

Зная диаметр болтов и болтовых отверстий (см. рис. 2.1), можно подсчитать, чему равен наибольший конструктивный зазор между рельсами в стыках. Для рельсов Р50 он равен 21 мм, а для рельсов Р65 — 23 мм. Фактическую установку зазоров и контроль за их состоянием производят в соответствии с Инструкцией по текущему содержанию железнодорожного пути.

Для того чтобы снизить опасность возникновения трещин у болтового отверстия, на его кромках снимают фаску 1 — 2 мм под углом около 45°.

————————

¹ Пространство между головкой и подошвой, в котором размещается накладка.

² Создана магнитная аппаратура для поточного контроля кривизны рельсов.

³ В закаленных рельсах до 0,77%.