Nasjonal standard/internasjonal standard skinnemateriale Metallurgisk kvalitetskontroll og ytelseshomogeniseringsteknologi
Hva er materialsammensetningsforskjellene og gjeldende linjescenarier mellom nasjonal standard skinne U71Mn og U75V?
Karboninnholdet i nasjonal standard skinne U71Mn er kontrollert til 0,70 %-0,75 %, manganinnhold til 1,10 %-1,40 %, uten vanadiumelement, som har god plastisitet og sveisbarhet, egnet for tunge-lavhastighets-godstransportlinjer som f.eks. U75V-skinne har et karboninnhold på 0,73 %-0,80 %, manganinnhold på 1,00 %-1,30 %, og tilsetter 0,04 %-0,12 % vanadiumelement. Vanadium kombineres med karbon og nitrogen for å danne karbonitrider, foredle korn, forbedre styrken og slitestyrken til skinnen, og er spesielt designet for høyhastighetsjernbaner og passasjerdedikerte linjer. Strekkfastheten til U71Mn-skinnen er ≥880MPa, og forlengelsen er ≥10%, og møter belastningspåvirkningen til vanlige jernbanetog; strekkfastheten til U75V-skinnen er ≥980MPa, og forlengelsen er ≥9%, noe som kan motstå høyfrekvente vekslende spenninger fra høyhastighetsjernbanehjulskinne. Det må benyttes differensierte kontrollerte rulle- og kjøleprosesser for rulling av de to skinnetypene. U75V må legge til et behandlingstrinn for vanadiumløsning for å sikre at vanadiumelementer gir full spill til den styrkende effekten. Materialsammensetningsavviket til nasjonale standardskinner må kontrolleres innenfor ±0,02 %, og hver batch må testes før de forlater fabrikken, og produkter med for høy sammensetning er strengt forbudt å tas i bruk.
Hva er ytelsesforskjellene og sertifiseringskravene mellom utenlandsk standardskinne R260 (UIC-standard) og T1 (ASTM-standard)?
Strekkfastheten til UIC-standard R260-skinnen er ≥880MPa, Brinell-hardhet HB260-300, slagfasthet ≥27J/cm², egnet for europeiske grensejernbane-og bybanetransport. Den må bestå EN13674-1-sertifisering for å oppfylle de tekniske kravene til interoperabilitet. ASTM standard T1-skinne har en strekkfasthet ≥900MPa, Brinell-hardhet HB280-320, og slitestyrken er 10 % høyere enn for R260. Den er spesielt designet for nordamerikanske tungtransportlinjer. Den må bestå AAR M1003-sertifiseringen for å verifisere slitestyrken og utmattelsesmotstanden. Svovel- og fosforinnholdet i R260-skinnen må være ≤0,03 %, og innholdet av inneslutninger er strengt kontrollert for å unngå utmattelsessprekker på skinnehodet. T1-skinnen vedtar vakuumavgassingsprosess, med oksygeninnhold ≤20ppm, noe som i stor grad reduserer indre porøsitetsdefekter. Sertifiseringstesten av utenlandske standardskinner må dekke flere dimensjoner som strekk, slag, hardhet og metallografisk struktur, og kan bare komme inn på målmarkedet etter å ha bestått sertifiseringen. Skinner av forskjellige standarder kan ikke blandes, ellers vil unormal hjul-skinneslitasje oppstå på grunn av ytelsesforskjeller, noe som påvirker kjøresikkerheten.
Hva er farene ved inneslutninger i den metallurgiske skinneprosessen og den nøyaktige kontrollteknologien?
Inneslutningene i skinner inkluderer hovedsakelig sprø partikler som alumina og mangansulfid. Disse partiklene vil ødelegge kontinuiteten til skinnematrisen, bli kilder til spenningskonsentrasjon, indusere sprekkinitiering under hjul-skinnebelastning og forkorte skinnenes levetid med 30 %-50 %. Inneslutninger i store-størrelser (diameter ≥50μm) vil også forårsake avskalling av skinnen under sliping av skinnehodet, påvirke glattheten til skinneoverflaten og øke hjul-skinnevibrasjonen. Den nøyaktige kontrollen av inneslutninger må starte fra stålfremstillingsprosessen, ved å ta i bruk LF-ovnsraffinering + VD-vakuumavgassingsprosess. LF-ovnsraffinering kan fjerne oksidinneslutninger i smeltet stål, og VD-vakuumavgassing kan redusere innholdet av hydrogen og nitrogen, og redusere gassinneslutninger. Elektromagnetisk røreteknologi brukes i den kontinuerlige støpeprosessen for å foredle korn, gjøre inneslutninger jevnt spredt og unngå lokal aggregering; under rulling blir store-inneslutninger knust gjennom plastisk deformasjon ved høy-temperatur for å redusere farene deres. Før skinnen forlater fabrikken skal det utføres metallografisk testing, og inklusjonsgraden skal være ≤2. Produkter som overskrider standarden må varmebehandles eller kasseres på nytt.
Hva er årsakene til separering av jernbanematerialer og de tekniske tiltakene for homogeniseringsbehandling?
Skinnematerialsegregering er delt inn i sentrumssegregering og dendrittisk segregering. Sentersegregering dannes ved ujevn størkning av smeltet stål under kontinuerlig støping og anrikning av oppløste elementer i midten; dendritisk segregering er forårsaket av ujevn fordeling av oppløste elementer ved korngrenser og inne i korn under kornvekst. Segregering vil føre til lokale sammensetningsforskjeller av skinnen, noe som resulterer i ujevn hardhetsfordeling av skinnehodet, redusert slitestyrke og til og med skinnehodeavskalling i alvorlige tilfeller. Kjerneteknologien til homogeniseringsbehandling er den kontrollerte rulle- og kjøleprosessen. Under valsing benyttes stor deformasjonsrulling i austenittområdet med høy-temperatur, med en deformasjonsmengde ≥60 %, for å bryte den dendrittiske strukturen og fremme homogenisering av sammensetningen; etter rulling brukes seksjonskjøling for å kontrollere kjølehastigheten ved 5-10 grader /s for å unngå ujevn struktur forårsaket av for rask avkjøling. For skinner med sterk segregering kan offline glødingsbehandling brukes, med glødetemperaturen kontrollert til 720-750 grader og holdes i 2-3 timer for å tillate tilstrekkelig diffusjon av oppløste elementer og eliminere segregeringsdefekter. Etter homogeniseringsbehandlingen må hardhetsgradienten til skinnen testes, og hardhetsforskjellen fra skinnehodeoverflaten til innsiden må være ≤20HB for å sikre jevn og stabil ytelse.
Hva er kjerneelementene og kvalifikasjonskriteriene for metallurgisk kvalitetstesting av jernbane?
Kjerneelementene for metallurgisk kvalitetstesting inkluderer kjemisk sammensetningsanalyse, inkluderingsvurdering, metallografisk strukturtesting og mekanisk egenskapstesting. Kjemisk sammensetningsanalyse bruker et spektrometer for å detektere innhold av karbon, mangan, vanadium og andre grunnstoffer, og avviket må oppfylle kravene i nasjonale/utenlandske standarder. Inklusjonsvurdering bruker et metallografisk mikroskop, evaluert i henhold til GB/T 10561-standarden, og klasse A (sulfid) og Klasse B (alumina) inneslutninger må være ≤2. Metallografisk strukturtesting krever at skinnehodet er en fin perlittstruktur med en perlitt lamellavstand ≤0,2μm. Unormale strukturer som martensitt og bainitt er strengt forbudt, noe som vil føre til sprø brudd på skinnen. Testing av mekaniske egenskaper inkluderer strekktest, slagtest og hardhetstest. Strekktesten krever strekkfasthet og forlengelse for å oppfylle standarden, slagtesten krever støtstyrke ved lav-temperatur ≥20J/cm² (-20 grader), og hardhetstesten krever skinnehodehardheten HB280-320. Først når alle testelementer er kvalifisert kan den metallurgiske kvaliteten bedømmes som opp til standard. Hvis en vare er ukvalifisert, må produksjonsprosessen spores og testes på nytt etter utbedring.