blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2025-2-124-130blackmet-2856Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESОпыт производства рельсов из бейнитной стали марок 30ХГ2С2АФМ и 30ХГ2САФНExperience in producing rails from bainitic steels 30KhG2S2АFM and 30KhG2SАFNЮнусовА. М.YunusovA. M.

Анатолий Майдарисович Юнусов, начальник отдела научно-исследовательских разработок научно-исследовательского цент­ра

Россия, 654043, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, шоссе Космическое, 16

Anatolii M. Yunusov, Head of the Research and Development Department of the Research Center

16 Kosmicheskoe Route, Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

Anatoly.Yunusov@evraz.comПолевойЕ. В.PolevoiE. V.

Егор Владимирович Полевой, к.т.н., начальник научно-исследовательского центра

Россия, 654043, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, шоссе Космическое, 16

Egor V. Polevoi, Cand. Sci. (Eng.), Head of the Research Center

16 Kosmicheskoe Route, Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

egor.polevoj@evraz.comЮнинГ. Н.YuninG. N.

Геннадий Николаевич Юнин, советник по технологии произ­водства рельсового проката

Россия, 654043, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, шоссе Космическое, 16

Gennadii N. Yunin, Advisor on the Technology of Production of Rolled Rails

16 Kosmicheskoe Route, Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

Gennady.Yunin@evraz.comhttps://orcid.org/0000-0003-1310-1284ОсколковаТ. Н.OskolkovaT. N.

Татьяна Николаевна Осколкова, д.т.н., профессор кафедры металлургии черных металлов и химической технологии

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Tat’yana N. Oskolkova, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair of Ferrous Me­tallurgy and Chemical Technology

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

oskolkovatatiana@yandex.ruАО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат»РоссияJSC EVRAZ United West Siberian Metallurgical PlantRussian FederationСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation202521042025682124130Copyright © Юнусов А.М., Полевой Е.В., Юнин Г.Н., Осколкова Т.Н., 20252025Юнусов А.М., Полевой Е.В., Юнин Г.Н., Осколкова Т.Н.Yunusov A.M., Polevoi E.V., Yunin G.N., Oskolkova T.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2856

Эксплуатационная стойкость железнодорожных рельсов определяется в основном сопротивлением возникновению дефектов контактной усталости и износостойкостью, и зависит, помимо характеристик воздействия колес подвижного состава, от химического состава, структуры и механических свойств рельсовой стали. В настоящее время пути повышения эксплуатационных свойств традиционных перлитных рельсов за счет увеличения дисперсности микроструктуры практически исчерпаны. Одним из решений для повышения срока службы рельсов может стать переход на производство их из сталей бейнитного класса, отличающихся более высокими механическими свойствами, стойкостью к образованию поверхностных контактно-усталостных дефектов и повышенной хладостойкостью. Проведенные в начале 2000-х годов за рубежом эксплуатационные испытания показали, что рельсы из бейнитной стали действительно обладают повышенной по сравнению с рельсами из стали перлитного класса сопротивляемостью к зарождению контактно-усталостных дефектов, однако подвержены более интенсивному износу. Был сделан вывод, что стойкость бейнитных рельсов к повреждениям головки поверхностными контактно-усталостными дефектами является следствием удаления поврежденного слоя поверхности катания в результате износа. В 2004 – 2006 гг. на АО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат» проведены исследования и выпуск опытной партии бейнитных рельсов, которые показали перспективность применения такой стали и возможность обеспечения одновременно повышенной износостойкости и низкотемпературной надежности. Однако в тот период комбинат не располагал в полной мере возможностями обеспечения высокого металлургического качества стали: выявленные недостатки связаны с недостаточной чистотой металла по неметаллическим включениям. В рамках возобновления работ по освоению рельсов бейнитного класса проведена выплавка, прокатка рельсов типа Р65 и охлаждение на спокойном воздухе двух опытных среднеуглеродистых сталей Б1 и Б2, отличаю­щихся схемами легирования. Представленные результаты механических испытаний показали положительное влияние повышенного легирования хромом и никелем на механические свойства и структуру.

The operational resistance of railway rails is mainly determined by the resistance to contact fatigue defects and wear resistance, and, in addition to the impact characteristics of rolling stock wheels, depends on the chemical composition, structure and mechanical properties of rail steel. Currently, the ways to improve the operational properties of traditional pearlitic rails by increasing the microstructure dispersion are almost exhausted. One of the solutions to increase the service life of rails may be the transition to their production from bainitic steels, characterized by higher mecha­nical properties, resistance to the formation of surface contact and fatigue defects and increased cold resistance. Operational tests conducted abroad in the early 2000s showed that rails made of bainitic steel do indeed have increased resistance to formation of contact fatigue defects compared to rails made of pearlitic steel, but they are subject to more intensive wear. It was concluded that the resistance of bainitic rails to head damage by surface contact and fatigue defects is a consequence of the removal of the damaged rolling surface layer as a result of wear. In 2004 – 2006, JSC EVRAZ United West Siberian Metallurgical Plant conducted research and produced an experimental batch of bainitic rails, which showed the promise of using such steel and the possibility of simultaneously providing increased wear resistance and low-temperature reliability. However, at that time, the plant did not have the full capabilities to ensure the high metallurgical quality of steel: the identified shortcomings are related to the insufficient purity of the metal for non-metallic inclusions. As part of the resumption of work on the development of bainitic rails, two experimental medium-carbon steels B1 and B2, differing in alloying schemes, were smelted, rolled onto rails of type P65 and cooled in calm air. The presented results of mechanical tests showed the positive effect of increased chromium and nickel alloying on mechanical properties and structure.

прокатка рельсовбейнитная стальотпускмикроструктураударная вязкостьстойкость к образованию контактно-усталостных дефектовсканирующая электронная микроскопияrail rollingbainitic steeltemperingmicrostructureimpact strengthresistance to formation of contact fatigue defectsscanning electron microscopyReferencesШур Е.А. Повреждения рельсов. Москва: Интекст; 2012:192.Shur E.A. Rail Damage. Moscow: Intekst; 2012:192. (In Russ.).Павлов В.В., Годик Л.А., Корнева Л.В., Козырев Н.А., Гизатулин Р.А. Производство рельсов повышенной износостойкости. Известия вузов. Черная металлургия. 2007; 50(10):35–37.Pavlov V.V., Godik L.A., Korneva L.V., Kozyrev N.A., Giza­tulin R.A. Production of rails with increased wear resistance. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2007;50(10):35–37. (In Russ.).Ермаков В.М. О некоторых вопросах ведения рельсового хозяйства. В кн.: Улучшение качества и условий эксплуа­тации рельсов и рельсовых скреплений (по материалам заседания некоммерческого партнерства «Рельсовая комиссия» 7–9 октября 2014 г.): Сборник научных докладов. Санкт-Петербург: ОАО «УИМ»; 2015:137–148.Ermakov V.M. About some issues of rail management. In: Improving the Quality and Operating Conditions of Rails and Rail Fasteners (based on the Materials of the Meeting of the Non-Profit Partnership “Rail Commission”, October 7–9, 2014): Proceedings. St. Petersburg: UIM; 2015:137–148. (In Russ.).Перспективные технологии тепловой и термичес­кой обработки в производстве рельсов / В.В. Павлов, М.В. Темлянцев, Л.В. Корнева, А.Ю. Сюсюкин. Москва: Теплотехник; 2007:280.Pavlov V.V., Temlyantsev M.V., Korneva L.V., Syusyu­kin A.Yu. Promising Technologies of Thermal and Heat Treatment in Production of Rails. Moscow: Teplotekhnik; 2007:280. (In Russ.).Корнева Л.В., Юнин Г.Н., Козырев Н.А., Атконова О.П., Полевой Е.В. Сравнительный анализ показателей качест­ва рельсов ОАО «Новокузнецкий металлурги­чес­кий комбинат» и зарубежных производителей. Известия вузов. Черная металлургия. 2010;53(12):38–42.Korneva L.V., Yunin G.N., Kozyrev N.A., Atkonova O.P., Polevoi E.V. Comparative analysis of quality indicators of rails of JSC Novokuznetsk Metallurgical Plant and foreign manufacturers. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2010;53(12):38–42. (In Russ.).Hlavatý I., Sigmund M., Krejčí L., Mohyla P. The bainitic steels for rails applications. Materials Science Engineering. 2009;16(4):44–50.Hlavatý I., Sigmund M., Krejčí L., Mohyla P. The bainitic steels for rails applications. Materials Science Engineering. 2009;16(4):44–50.Рельсовая сталь – эволюция и перспективы. Железные дороги мира. 2008;(5):59–64.Rail steel – evolution and prospects. Zheleznye dorogi mira. 2008;(5):59–64. (In Russ.).Рельсы из бейнитной стали на железных дорогах Швейцарии. Железные дороги мира. 2011;(5):71–75.Bainitic steel rails on Swiss railways. Zheleznye dorogi mira. 2011;(5):71–75. (In Russ.).Pacyna J. The microstructure and properties of the new bainitic rail steels. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. 2008;28(1):19–22.Pacyna J. The microstructure and properties of the new bainitic rail steels. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. 2008;28(1):19–22.Yokoyama H., Mitao S., Yamamoto S., Kataoka Y., Sugi­ya­ma T. High strength bainitic steel rails for heavy haul railways with superior damage resistance. NKK Technical Review. 2001;(84):44–51.Yokoyama H., Mitao S., Yamamoto S., Kataoka Y., Sugi­ya­ma T. High strength bainitic steel rails for heavy haul railways with superior damage resistance. NKK Technical Review. 2001;(84):44–51.Yokoyama H., Mitao S., Yamamoto S., Fujikake M. Effect of the angle of attack on flaking behavior in pearlitic and bainitic steel rails. Wear. 2002;253(1-2):60–66. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(02)00083-2Yokoyama H., Mitao S., Yamamoto S., Fujikake M. Effect of the angle of attack on flaking behavior in pearlitic and bainitic steel rails. Wear. 2002;253(1-2):60–66. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(02)00083-2Павлов В.В., Годик Л.А., Корнева Л.В., Козырев Н.А., Кузнецов Е.П. Железнодорожные рельсы из бейнитной стали. Металлург. 2007;(4):51–53.Pavlov V.V., Godik L.A., Korneva L.V., Kozyrev N.A., Kuznetsov E.P. The railway rails from bainite steel. Metallurg. 2007;(4):51–53. (In Russ.).Корнева Л.В., Осколкова Т.Н. Структура рельсов из стали бейнитного класса. Известия вузов. Черная металлургия. 2006;49(12):26–27.Korneva L.V., Oskolkova T.N. Structure of bainitic steel rails. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2006;49(12):26–27. (In Russ.).Добужская А.Б., Галицын Г.А., Смирнов Л.А., Юнин Г.Н., Кошкаров Д.А., Киричков А.А., Павлов В.В., Полевой Е.В., Белокурова Е.В. Перспективы производства рельсов из бейнитной стали. Сталь. 2023;(2):41–46.Dobuzhskaya A.B., Galitsyn G.A., Smirnov L.A., Yu­nin G.N., Koshkarov D.A., Kirichkov A.A., Pavlov V.V., Polevoi E.V., Belokurova E.V. Outlook for manufacture of rails of bainitic steel. Stal’. 2023;(2):41–46.Zajac S., Schwinn V., Tacke K.-H. Characterisation and quantification of complex bainitic microstructures in high and ultra-high strength linepipe steels. Materials Science Forum. 2005;500-501:387–394. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.500-501.387Zajac S., Schwinn V., Tacke K.-H. Characterisation and quantification of complex bainitic microstructures in high and ultra-high strength linepipe steels. Materials Science Forum. 2005;500-501:387–394. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.500-501.387Qiu J., Zhang M., Tan Z., Gao G., Bai B. Research on the microstructures and mechanical properties of bainite/martensite rail treated by the controlled-cooling process. Mate­rials. 2019;12(19):3061. https://doi.org/10.3390/ma12193061Qiu J., Zhang M., Tan Z., Gao G., Bai B. Research on the microstructures and mechanical properties of bainite/martensite rail treated by the controlled-cooling process. Mate­rials. 2019;12(19):3061. https://doi.org/10.3390/ma12193061Adamczyk-Cieślak B., Koralnik M., Kuziak R., Majchro­wicz K., Mizera J. Studies of bainitic steel for rail applications based on carbide-free, low-alloy steel. Metallurgical and Materials Transactions. 2021;52:5429–5442. https://doi.org/10.1007/s11661-021-06480-6Adamczyk-Cieślak B., Koralnik M., Kuziak R., Majchro­wicz K., Mizera J. Studies of bainitic steel for rail applications based on carbide-free, low-alloy steel. Metallurgical and Materials Transactions. 2021;52:5429–5442. https://doi.org/10.1007/s11661-021-06480-6Wiedorn J., Kammerhofer C., Scheriau S. 340 Dobain HSH – Schienenwerkstoff gegen Head Checks. FAHRWEG. 2021;31–35. (In Germ.).Wiedorn J., Kammerhofer C., Scheriau S. 340 Dobain HSH – Schienenwerkstoff gegen Head Checks. FAHRWEG. 2021;31–35. (In Germ.).Girsch G., Heyder R. Advanced pearlitic and bainitic high rails promise to improve rolling contact fatigue resistance. In: Proceedings of 7th World Congress on Railway Research. 2006;43–51.Girsch G., Heyder R. Advanced pearlitic and bainitic high rails promise to improve rolling contact fatigue resistance. In: Proceedings of 7th World Congress on Railway Research. 2006;43–51.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.