Padrão Nacional/Padrão Internacional Material Ferroviário Controle de Qualidade Metalúrgica e Tecnologia de Homogeneização de Desempenho
Quais são as diferenças na composição do material e os cenários de linha aplicáveis entre os trilhos padrão nacional U71Mn e U75V?
O teor de carbono do trilho padrão nacional U71Mn é controlado em 0,70%-0,75%, o teor de manganês em 1,10%-1,40%, sem elemento de vanádio, que tem boa plasticidade e soldabilidade, adequado para linhas de transporte pesado-de baixa-velocidade, como troncos ferroviários comuns e linhas dedicadas de carga. O trilho U75V tem um teor de carbono de 0,73%-0,80%, um teor de manganês de 1,00%-1,30% e adiciona 0,04%-0,12% de elemento vanádio. O vanádio combina-se com carbono e nitrogênio para formar carbonitretos, refinar grãos, melhorar a resistência e a resistência ao desgaste dos trilhos e é especialmente projetado para ferrovias de alta velocidade e linhas dedicadas a passageiros. A resistência à tração do trilho U71Mn é ≥880MPa e o alongamento é ≥10%, atendendo ao impacto de carga dos trens ferroviários comuns; a resistência à tração do trilho U75V é ≥980MPa e o alongamento é ≥9%, o que pode resistir à tensão alternada de alta frequência do trilho ferroviário de alta velocidade. Processos diferenciados de laminação e resfriamento controlados devem ser adotados para a laminação dos dois tipos de trilhos. O U75V precisa adicionar uma etapa de tratamento com solução de vanádio para garantir que os elementos de vanádio proporcionem pleno efeito de fortalecimento. O desvio da composição do material dos trilhos padrão nacionais deve ser controlado dentro de ± 0,02%, e cada lote deve ser testado antes de sair da fábrica, e produtos com composição excessiva são estritamente proibidos de serem colocados em uso.
Quais são as diferenças de desempenho e requisitos de certificação entre o trilho de padrão estrangeiro R260 (padrão UIC) e T1 (padrão ASTM)?
A resistência à tração do trilho R260 padrão UIC é ≥880MPa, dureza Brinell HB260-300, resistência ao impacto ≥27J/cm², adequada para ferrovias transfronteiriças europeias e trânsito ferroviário urbano. Ele deve passar pela certificação EN13674-1 para atender aos requisitos técnicos de interoperabilidade. O trilho T1 padrão ASTM tem resistência à tração ≥900MPa, dureza Brinell HB280-320 e sua resistência ao desgaste é 10% maior que a do R260. Ele foi especialmente projetado para linhas de carga pesada da América do Norte. Deve passar pela certificação AAR M1003 para verificar sua resistência ao desgaste e à fadiga. O teor de enxofre e fósforo do trilho R260 deve ser ≤0,03%, e o teor de inclusões é estritamente controlado para evitar trincas por fadiga na cabeça do trilho. O trilho T1 adota processo de desgaseificação a vácuo, com teor de oxigênio ≤20ppm, o que reduz bastante os defeitos de porosidade interna. O teste de certificação de trilhos de padrão estrangeiro deve abranger múltiplas dimensões, como tração, impacto, dureza e estrutura metalográfica, e só pode entrar no mercado-alvo após aprovação na certificação. Trilhos de padrões diferentes não podem ser misturados, caso contrário, o desgaste anormal dos trilhos será causado devido a diferenças de desempenho, afetando a segurança de direção.
Quais são os perigos das inclusões no processo metalúrgico ferroviário e na tecnologia de controle preciso?
As inclusões nos trilhos incluem principalmente partículas frágeis, como alumina e sulfeto de manganês. Essas partículas destruirão a continuidade da matriz do trilho, tornar-se-ão fontes de concentração de tensão, induzirão o início de trincas sob a carga da roda-trilho e reduzirão a vida útil dos trilhos em 30%-50%. Inclusões-grandes (diâmetro ≥50μm) também causarão descascamento do trilho durante a retificação da cabeça do trilho, afetarão a suavidade da superfície do trilho e aumentarão a vibração-da roda do trilho. O controle preciso das inclusões deve partir do processo de siderurgia, adotando o processo de refino em forno LF + processo de desgaseificação a vácuo VD. O refino do forno LF pode remover inclusões de óxido no aço fundido, e a desgaseificação a vácuo VD pode reduzir o teor de hidrogênio e nitrogênio, reduzindo as inclusões de gás. A tecnologia de agitação eletromagnética é adotada no processo de fundição contínua para refinar grãos, dispersar uniformemente as inclusões e evitar agregação local; durante a laminação, inclusões-grandes são esmagadas por meio de deformação plástica-em alta temperatura para reduzir seus perigos. Antes do trilho sair da fábrica, devem ser realizados ensaios metalográficos e o grau de inclusão deve ser ≤2. Os produtos que excedem o padrão precisam ser reaquecidos ou descartados.
Quais as causas da segregação do material ferroviário e as medidas técnicas para o tratamento de homogeneização?
A segregação do material ferroviário é dividida em segregação central e segregação dendrítica. A segregação central é formada pela solidificação desigual do aço fundido durante o lingotamento contínuo e enriquecimento de elementos solutos no centro; a segregação dendrítica é causada pela distribuição desigual de elementos de soluto nos limites dos grãos e dentro dos grãos durante o crescimento dos grãos. A segregação causará diferenças locais na composição do trilho, resultando em distribuição desigual de dureza da cabeça do trilho, redução da resistência ao desgaste e até mesmo descascamento da cabeça do trilho em casos graves. A tecnologia central do tratamento de homogeneização é o processo controlado de laminação e resfriamento. Durante a laminação, adota-se laminação de grande deformação na região de austenita de alta-temperatura, com quantidade de deformação ≥60%, para quebrar a estrutura dendrítica e promover a homogeneização da composição; após a laminação, o resfriamento seccional é adotado para controlar a taxa de resfriamento em 5-10 graus /s para evitar estrutura irregular causada por resfriamento muito rápido. Para trilhos com segregação severa, o tratamento de recozimento off-line pode ser adotado, com a temperatura de recozimento controlada em 720-750 graus e mantida por 2-3 horas para permitir difusão suficiente de elementos de soluto e eliminar defeitos de segregação. Após o tratamento de homogeneização, o gradiente de dureza do trilho deve ser testado, e a diferença de dureza da superfície da cabeça do trilho para o interior deve ser ≤20HB para garantir um desempenho uniforme e estável.
Quais são os principais itens e critérios de qualificação para testes de qualidade metalúrgica ferroviária?
Os principais itens dos testes de qualidade metalúrgica ferroviária incluem análise de composição química, classificação de inclusão, testes de estrutura metalográfica e testes de propriedades mecânicas. A análise da composição química utiliza um espectrômetro para detectar o teor de carbono, manganês, vanádio e outros elementos, e o desvio deve atender aos requisitos das normas nacionais/estrangeiras. A classificação de inclusão utiliza um microscópio metalográfico, avaliado de acordo com a norma GB/T 10561, e os graus de inclusões Classe A (sulfeto) e Classe B (alumina) devem ser ≤2. O teste de estrutura metalográfica exige que a cabeça do trilho seja uma estrutura de perlita fina com espaçamento lamelar de perlita ≤0,2 μm. Estruturas anormais como martensita e bainita são estritamente proibidas, o que levará à fratura frágil do trilho. Os testes de propriedades mecânicas incluem teste de tração, teste de impacto e teste de dureza. O teste de tração requer resistência à tração e alongamento para atender ao padrão, o teste de impacto requer resistência ao impacto em baixa-temperatura ≥20J/cm² (-20 graus) e o teste de dureza requer a dureza da cabeça do trilho HB280-320. Somente quando todos os itens de teste forem qualificados a qualidade metalúrgica poderá ser avaliada como padrão. Se algum item não for qualificado, o processo de produção deverá ser rastreado e testado novamente após a retificação.