Technologie de contrôle de la pureté des matériaux ferroviaires et solution d'amélioration de la résistance à l'usure des têtes de rail selon la norme nationale
Quels sont les dangers et les normes de contrôle des impuretés de soufre et de phosphore dans l'acier fondu des rails aux normes nationales ?
Les impuretés de soufre et de phosphore présentes dans l'acier fondu des rails aux normes nationales sont des éléments nocifs essentiels qui affectent la performance des rails. Le soufre se combine au fer pour former des inclusions de sulfures ferreux, qui provoquent une fragilité à chaud lors du roulement du rail et conduisent à des microfissures à l'intérieur du rail. Le phosphore réduit considérablement la résistance du rail à basse température-, provoquant facilement une rupture fragile du champignon du rail dans les régions alpines. Selon la normeRail pour chemin de fer à grande vitesse-(TB/T 3276), la teneur en soufre des rails ferroviaires à grande vitesse-normes nationales doit être contrôlée en dessous de 0,005 % et la teneur en phosphore en dessous de 0,010 %. Pour les trains rapides - ordinaires, les teneurs en soufre et en phosphore doivent également être inférieures à 0,015 % et 0,025 % respectivement. Une teneur excessive en impuretés réduira la résistance à la traction du rail de plus de 10 % et réduira la durée de vie en fatigue d'environ 30 %, menaçant sérieusement la sécurité de conduite. Pendant la production, un spectromètre est nécessaire pour surveiller la composition de l'acier fondu en temps réel. Une fois que la teneur en impuretés dépasse le seuil, les paramètres du processus de raffinage sont immédiatement ajustés pour garantir que le matériau du rail répond aux normes. Des normes strictes de contrôle des impuretés sont la clé pour distinguer les rails aux normes nationales de l'acier ordinaire et la base pour garantir le fonctionnement stable à long terme de la voie.
Quelles sont les principales étapes et fonctions du processus de raffinage externe des rails normalisés nationaux ?
Les étapes principales du processus de raffinage externe des rails aux normes nationales comprennent trois maillons : le raffinage LF, le dégazage sous vide VD et le traitement d'alimentation en fil. Le raffinage LF augmente la température de l'acier en fusion grâce au chauffage à l'arc électrique et ajoute des scories telles que de la chaux pour absorber les impuretés de soufre et de phosphore dans l'acier en fusion, réalisant ainsi une purification préliminaire. Le lien de dégazage sous vide VD place l'acier en fusion dans un environnement sous vide pour réduire la teneur en hydrogène et en azote de l'acier en fusion. La teneur en hydrogène doit être contrôlée en dessous de 2 ppm pour éviter les fissures du rail induites par l'hydrogène-, ce qui est particulièrement important pour les rails à grande vitesse-. Le traitement d'alimentation en fil consiste à introduire du fil de calcium -fer dans l'acier en fusion. Le calcium réagit avec les inclusions d'alumine dans l'acier fondu pour former des composés à bas -point de fusion-, faciles à flotter et à éliminer, améliorant encore la pureté de l'acier fondu. Le processus de raffinage externe peut augmenter la pureté de l'acier fondu à plus de 99,95 %, réduisant considérablement le nombre d'inclusions fragiles et fournissant un matériau de base de haute-qualité pour le laminage et le traitement thermique ultérieurs. L'application de ce procédé peut également optimiser la structure métallographique du rail, en formant une structure perlite uniforme dans la zone du champignon du rail et en améliorant la résistance à l'usure.
Quels sont les paramètres de processus et les principes de renforcement de la trempe de surface pour le champignon des rails aux normes nationales ?
La trempe de surface du champignon de rail standard national adopte le processus de trempe par induction à moyenne fréquence. Les paramètres de base du processus comprennent la température de chauffage, le temps de maintien et la vitesse de refroidissement. La température de chauffage doit être contrôlée à 880 -920 degrés. Cette plage de température peut austénitiser la couche superficielle du champignon du rail sans provoquer de grossissement du grain. Le temps de maintien est fixé à 30-60 secondes pour garantir une austénitisation complète dans la profondeur de 5-8 mm de la couche de surface du champignon du rail. La vitesse de refroidissement est contrôlée à 15-20 degrés/s à l'aide d'une méthode de refroidissement par brouillard d'eau à haute-pression pour transformer rapidement l'austénite en structure de martensite trempée. Son principe de renforcement est de former une couche durcie d'une dureté allant jusqu'à HRC58-62 sur la surface du champignon du rail grâce à un chauffage et un refroidissement rapides, tandis que l'intérieur du rail conserve une structure perlite avec une bonne ténacité, obtenant ainsi une performance équivalente à « extérieur dur et intérieur dur ». Après la trempe superficielle du champignon du rail, un revenu à basse température de 200 à 220 degrés est nécessaire pour éliminer les contraintes de trempe et éviter les fissures de trempe. Après trempe de surface, la résistance à l'usure du champignon du rail standard national est augmentée de plus de 2 fois, ce qui peut résister à l'impact à haute fréquence de l'interaction roue-rail du train à grande vitesse.
Quelles sont les méthodes de détection et les indicateurs d'évaluation de la durée de vie de l'usure du champignon des rails aux normes nationales ?
Les méthodes de détection de l'usure du champignon des rails aux normes nationales sont divisées en détection manuelle et détection automatique. La détection manuelle utilise une règle d'usure du champignon du rail pour mesurer l'usure verticale et latérale du champignon du rail. La limite d'usure verticale des rails ferroviaires à grande vitesse-est de 6 mm. En cas de dépassement de la limite, un meulage ou un remplacement est requis en temps opportun. La détection automatique utilise un wagon d'inspection de la voie pour collecter des données sur le profil du champignon du rail en temps réel grâce à la technologie de balayage laser et calcule le degré d'usure en le comparant au profil standard, avec une précision de détection allant jusqu'à 0,1 mm, adaptée à la détection de lignes à grande échelle-. Les principaux indicateurs pour l’évaluation de la durée de vie du champignon du rail comprennent le taux d’usure, le temps d’apparition des fissures de fatigue et la répartition de la dureté. Le taux d'usure annuel des rails à grande vitesse-doit être contrôlé à moins de 0,5 mm/an, qui peut être ramené à 1,0 mm/an pour les rails à grande vitesse-ordinaires. Le temps d’apparition des fissures de fatigue est la clé de l’évaluation de la durée de vie des rails. Les rails aux normes nationales de haute -qualité ne développeront des microfissures qu'après 5 ans de service, tandis que les rails avec des matériaux de mauvaise qualité provoqueront des fissures dans 1 à 2 ans. L'indice de répartition de la dureté nécessite une dureté uniforme de la couche durcie du champignon du rail, avec un écart de dureté inférieur ou égal à HRC2, évitant ainsi une usure excessive locale due à une dureté inégale.
Quelle est la méthode de vérification de la corrélation entre la pureté des matériaux et la résistance à l'usure des rails normalisés nationaux ?
La vérification de la corrélation entre la pureté des matériaux et la résistance à l'usure des rails conformes aux normes nationales adopte une combinaison de tests en laboratoire et de tests sur le terrain. Lors des tests en laboratoire, des échantillons de rails de différentes puretés sont sélectionnés et les conditions d'exploitation des trains sont simulées sur une machine d'essai d'usure des roues-rails. La même charge et le même nombre de cycles sont appliqués pour comparer le degré d'usure des échantillons. Les résultats montrent que pour chaque augmentation de 0,01 % de la pureté de l'acier fondu, la résistance à l'usure du rail augmente de 5 %-8 %, ce qui montre une corrélation positive significative entre les deux. Les tests de service sur le terrain sélectionnent des rails de puretés différentes dans un même lot, les posent dans le même tronçon de ligne, détectent régulièrement l'usure et les fissures du champignon du rail, avec une période de suivi de 3 ans. Les données de test montrent que le degré d'usure des rails de haute pureté-est 30 % inférieur à celui des rails de pureté ordinaire et que le temps d'initiation des fissures est retardé de plus de 2 ans. La vérification des corrélations doit également combiner une analyse métallographique pour observer le nombre et la répartition des inclusions dans des rails de différentes puretés. Moins les inclusions sont nombreuses et petites, meilleure est la résistance à l'usure du rail. Grâce à la vérification, la loi d'influence de la pureté des matériaux sur la résistance à l'usure peut être clarifiée, fournissant ainsi un support de données pour l'optimisation des processus de production ferroviaire.