В ближайшие годы на сети ОАО «РЖД» могут появиться рельсы из высокопрочной бейнитной стали, способные заменить в кривых малого радиуса применяемые сейчас рельсовые полотна из перлитной стали. Об этом говорилось на 139-м заседании Рельсовой комиссии в Туле.
Применяемые сегодня в России стали для производства рельсов и колёс подвижного состава имеют перлитную структуру. В качестве упрочняющей фазы, обеспечивающей износостойкость, выступает пластинчатый перлит (одна из основных структурных составляющих углеродистых и легированных сталей. – Ред.). Дисперсность перлита описывается величиной межпластинчатого расстояния. Улучшение эксплуатационных характеристик металла достигается за счёт уменьшения расстояния между пластинами феррита и цементита (карбида железа) повышением дисперсности микроструктуры.
Директор Научного центра качественных сталей ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина» Георгий Филиппов сообщил, что к настоящему моменту достигнута возможность получать нанодисперсный перлит, расстояние между пластинами феррита и цементита которого составляет 80–90 нанометров. В итоге прочность рельсов достигла 1300 МПа (Мегапаскаль), а твёрдость – свыше 410 HB (по Бринеллю).
И это близко к пределу возможностей совершенствования перлитных сталей, используемых для производства рельсов и колёс. Проведённые в ЦНИИчермет исследования показали, что начиная с определённого размера нанокристаллического материала возникает обратный эффект: стали теряют требуемые свойства.
В то же время растущая грузонапряжённость сети требует дальнейшего повышения живучести рельсов, необходимо применение новых марок стали, и одними из таких материалов являются стали бейнитного класса.
Эффективность бейнитных рельсов уже оценили за рубежом. По данным главного специалиста (по рельсовому производству) прокатного производства АО «ЕВРАЗ НТМК» Сергея Пузырёва, в линейках компаний Liberty Stell и Voestalpine есть рельсы бейнитного класса категорий BLF 320, BLF 360 и 340 Dobain HSH, имеющие высокие показатели твёрдости и вязкости. Эта продукция эксплуатируется железными дорогами Швейцарии (SBB), Норвегии (NSB) и Германии (DB) на путях с радиусом кривых менее 500 м, на крутых уклонах, на участках с преобладанием смешанного движения, в ходе которого применяются разнообразные типы используемых локомотивов и вагонов.
Разработкой рельсов из бейнитных сталей занимается и ЕВРАЗ. Исследование рельсов из сталей бейнитного класса ведётся совместно с Уральским институтом металлов. Образцы бейнитных рельсов весной текущего года были подготовлены и направлены для проведения стендовых испытаний во ВНИИЖТ. Результаты показали не только соответствие рельсов требованиям ГОСТ Р 51685-2022 для классов твёрдости 370 НВ, 400 НВ, но и превосходство характеристик над нормативными значениями.
«По скорости роста усталостной трещины бейнитные рельсы превышают ГОСТ более чем на 60%, по циклической трещиностойкости – на 80%, по статической трещиностойкости – более чем на 20%», – говорит Сергей Пузырёв.
В сравнении с рельсами перлитного класса бейнитные изделия имеют более высокую твёрдость – с учётом оптимального химического состава и технологии производства твёрдость на поверхности катания бейнитной головки может достигать значений до 480 НВ против 420 НВ перлита, при этом сохраняется стойкость к контактно-усталостным дефектам в сочетании с ударной вязкостью. Кроме того, по заявлению главного специалиста по сварке Центральной заводской лаборатории АО «ЕВРАЗ ЗСМК» Михаила Мартынова, они показали лучшую свариваемость, а прочность в зоне сварного стыка превосходит параметры стыков перлитных рельсов.
«Комплекс физико-механических свойств в сочетании с высокими значениями прочности, пластичности и ударной вязкости позволит наиболее эффективно применять бейнитные рельсы в местах с преобладанием отрицательных температур окружающей среды и в кривых малого радиуса», – считает Сергей Пузырёв.
В данный момент разработка продолжается. Следующим шагом станет подготовка опытной партии рельсов из стали бейнитного класса для натурных испытаний на Экспериментальном кольце в Щербинке. О сроках в ЕВРАЗе пока не говорят.
