Norme nationale/norme internationale pour les matériaux ferroviaires, contrôle de la qualité métallurgique et technologie d'homogénéisation des performances
Quelles sont les différences de composition des matériaux et les scénarios de lignes applicables entre les rails standard nationaux U71Mn et U75V ?
La teneur en carbone du rail standard national U71Mn est contrôlée à 0,70 %-0,75 %, la teneur en manganèse à 1,10 %-1,40 %, sans élément vanadium, qui a une bonne plasticité et soudabilité, adaptée aux lignes de transport lourd à faible-vitesse- telles que les troncs ferroviaires ordinaires et les lignes dédiées au fret. Le rail U75V a une teneur en carbone de 0,73 % -0,80 %, une teneur en manganèse de 1,00 %-1,30 % et ajoute 0,04 % à 0,12 % d'élément vanadium. Le vanadium se combine au carbone et à l'azote pour former des carbonitrures, affiner les grains, améliorer la résistance et la résistance à l'usure du rail, et est spécialement conçu pour les chemins de fer à grande vitesse et les lignes dédiées aux passagers. La résistance à la traction du rail U71Mn est ≥880MPa et l'allongement est ≥10%, répondant à l'impact de charge des trains ferroviaires ordinaires ; la résistance à la traction du rail U75V est ≥980MPa et l'allongement est ≥9%, ce qui peut résister aux contraintes alternées à haute fréquence de la roue-rail ferroviaire à grande vitesse. Des processus différenciés de laminage et de refroidissement contrôlés doivent être adoptés pour le laminage des deux types de rails. U75V doit ajouter une étape de traitement avec une solution de vanadium pour garantir que les éléments de vanadium donnent pleinement effet à l'effet de renforcement. L'écart de composition des matériaux des rails standard nationaux doit être contrôlé à ± 0,02 %, et chaque lot doit être testé avant de quitter l'usine, et il est strictement interdit de mettre en service des produits avec une composition excessive.
Quelles sont les différences de performances et les exigences de certification entre le rail standard étranger R260 (norme UIC) et T1 (norme ASTM) ?
La résistance à la traction du rail R260 standard UIC est ≥880MPa, la dureté Brinell HB260-300, la résistance aux chocs ≥27J/cm², adaptée aux chemins de fer transfrontaliers européens-et au transport ferroviaire urbain. Il doit passer la certification EN13674-1 pour répondre aux exigences techniques d'interopérabilité. Le rail standard ASTM T1 a une résistance à la traction ≥900MPa, une dureté Brinell HB280-320 et sa résistance à l'usure est 10 % supérieure à celle du R260. Il est spécialement conçu pour les lignes de fret lourd nord-américaines. Il doit passer la certification AAR M1003 pour vérifier sa résistance à l'usure et à la fatigue. La teneur en soufre et en phosphore du rail R260 doit être ≤0,03 % et la teneur en inclusions est strictement contrôlée pour éviter les fissures de fatigue sur le champignon du rail. Le rail T1 adopte un processus de dégazage sous vide, avec une teneur en oxygène ≤ 20 ppm, ce qui réduit considérablement les défauts de porosité interne. Le test de certification des rails aux normes étrangères doit couvrir plusieurs dimensions telles que la traction, l'impact, la dureté et la structure métallographique, et ne peut entrer sur le marché cible qu'après avoir réussi la certification. Les rails de normes différentes ne peuvent pas être mélangés, sinon une usure anormale des roues et des rails sera provoquée en raison des différences de performances, affectant la sécurité de conduite.
Quels sont les dangers des inclusions dans le processus métallurgique ferroviaire et la technologie de contrôle précise ?
Les inclusions dans les rails comprennent principalement des particules fragiles telles que l'alumine et le sulfure de manganèse. Ces particules détruiront la continuité de la matrice du rail, deviendront des sources de concentration de contraintes, provoqueront l'initiation de fissures sous la charge des roues-rail et réduiront la durée de vie des rails de 30 %-50 %. Les inclusions de grande taille - (diamètre ≥ 50 μm) provoqueront également le pelage du rail lors du meulage du champignon du rail, affecteront la douceur de la surface du rail et augmenteront les vibrations des roues - du rail. Le contrôle précis des inclusions doit commencer dès le processus de fabrication de l'acier, en adoptant le processus d'affinage au four LF + de dégazage sous vide VD. L'affinage au four LF peut éliminer les inclusions d'oxydes dans l'acier fondu, et le dégazage sous vide VD peut réduire la teneur en hydrogène et en azote, réduisant ainsi les inclusions de gaz. La technologie d'agitation électromagnétique est adoptée dans le processus de coulée continue pour affiner les grains, disperser uniformément les inclusions et éviter l'agrégation locale ; lors du laminage, les inclusions de grande taille-sont écrasées par déformation plastique à haute-température pour réduire leurs dangers. Avant que le rail ne quitte l'usine, des tests métallographiques doivent être effectués et le degré d'inclusion doit être ≤2. Les produits dépassant la norme doivent être soumis à un nouveau traitement thermique ou mis au rebut.
Quelles sont les causes de la ségrégation des matériaux ferroviaires et les mesures techniques de traitement d'homogénéisation ?
La ségrégation des matériaux ferroviaires est divisée en ségrégation centrale et ségrégation dendritique. La ségrégation centrale est formée par une solidification inégale de l'acier en fusion lors de la coulée continue et par un enrichissement en éléments solutés au centre ; la ségrégation dendritique est causée par une répartition inégale des éléments solutés aux joints des grains et à l'intérieur des grains au cours de la croissance des grains. La ségrégation entraînera des différences locales dans la composition du rail, entraînant une répartition inégale de la dureté du champignon du rail, une résistance à l'usure réduite et même un pelage du champignon du rail dans les cas graves. La technologie de base du traitement d’homogénéisation est le processus contrôlé de laminage et de refroidissement. Pendant le laminage, un roulement à déformation importante dans la région austénitique à haute température - est adopté, avec un taux de déformation ≥ 60 %, pour briser la structure dendritique et favoriser l'homogénéisation de la composition ; après le laminage, un refroidissement sectionnel est adopté pour contrôler la vitesse de refroidissement à 5-10 degrés/s afin d'éviter une structure inégale causée par un refroidissement trop rapide. Pour les rails présentant une ségrégation sévère, un traitement de recuit hors ligne peut être adopté, avec une température de recuit contrôlée à 720-750 degrés et maintenue pendant 2 à 3 heures pour permettre une diffusion suffisante des éléments solutés et éliminer les défauts de ségrégation. Après le traitement d'homogénéisation, le gradient de dureté du rail doit être testé et la différence de dureté entre la surface du champignon du rail et l'intérieur doit être ≤20HB pour garantir des performances uniformes et stables.
Quels sont les éléments de base et les critères de qualification pour les tests de qualité métallurgique ferroviaire ?
Les principaux éléments des tests de qualité métallurgique ferroviaire comprennent l'analyse de la composition chimique, l'évaluation des inclusions, les tests de structure métallographique et les tests de propriétés mécaniques. L'analyse de la composition chimique utilise un spectromètre pour détecter la teneur en carbone, manganèse, vanadium et autres éléments, et l'écart doit répondre aux exigences des normes nationales/étrangères. L'évaluation des inclusions utilise un microscope métallographique, évalué selon la norme GB/T 10561, et les qualités des inclusions de classe A (sulfure) et de classe B (alumine) doivent être ≤2. Les tests de structure métallographique nécessitent que le champignon du rail soit une fine structure de perlite avec un espacement lamellaire de perlite ≤0,2 μm. Les structures anormales telles que la martensite et la bainite sont strictement interdites, ce qui entraînerait une rupture fragile du rail. Les tests de propriétés mécaniques comprennent des tests de traction, des tests d'impact et des tests de dureté. L'essai de traction nécessite que la résistance à la traction et l'allongement soient conformes à la norme, l'essai d'impact nécessite une résistance aux chocs à basse température ≥20J/cm² (-20 degrés) et l'essai de dureté nécessite la dureté du champignon du rail HB280-320. Ce n'est que lorsque tous les éléments de test sont qualifiés que la qualité métallurgique peut être jugée conforme aux normes. Si un article n'est pas qualifié, le processus de production doit être retracé et retesté après rectification.