Антология рельсов производства «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат» ХХI века

В настоящее время на долю железных дорог в мире приходится до 85 % грузооборота и более 50 % пассажирских перевозок. В последнее время наблюдается значительное увеличение интенсивности перевозок железнодорожным транспортом и грузонапряженности, что требует высокой эксплуатационной стойкости рельсов. Для решения этих проблем используются технологии объемной и дифференцированной закалки 100-метровых рельсов, производство которых в России начато в 2013 г. [1]. Процессы формирования и эволюции структурно-фазовых состояний и свойств поверхностных слоев рельсов при длительной эксплуатации представляют сложный комплекс взаимосвязанных научных и технических вопросов. Важность информации в этой области определяется глубиной понимания фундаментальных проблем металловедения и термической обработки, с одной стороны, и практической значимостью проблемы – с другой [2].

Анализ литературных данных [3 – 5] показывает, что срок службы рельсов определяется многими факторами: чистотой металла, структурой, фазовым составом, условиями эксплуатации, технологией термообработки и др. В рельсах при современных скоростях движения железнодорожных составов и высоких контактных давлениях уже при сравнительно небольшом пропущенном тоннаже в поверхностных слоях наблюдается сильное изменение структуры, отмечаются аномально высокая микротвердость и явление распада цементита. В процессе длительной эксплуатации в рельсах накапливаются многочисленные дефекты, индуцируются сегрегационные, релаксационные, гомогенизационные и рекристаллизационные процессы, фазовые переходы, что может сопровождаться ухудшением физико-механических свойств и являться причиной выхода рельсов из строя.

Анализ исследований по проблеме установления физических механизмов упрочнения и формирования структурно-фазовых состояний в рельсах при длительной эксплуатации позволяет констатировать, что эта проблема является одной из ключевых для металловедения, термической обработки и физики конденсированного состояния.

В 2018 г. на АО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат («ЕВРАЗ ЗСМК») начато производство новых рельсов из заэвтектоидной стали категории ДТ 400ИК. Это рельсы повышенной износостойкости и контактной выносливости, предназначенные для эксплуатации на прямых участках железнодорожного пути со скоростями движения до 200 км/ч и на кривых участках железнодорожного пути без ограничений по грузонапряженности [6].

На «ЕВРАЗ ЗСМК» большое внимание уделяется исследованиям износостойкости рельсовой стали в условиях абразивного изнашивания [7] и при реализации условий трения качения на специализированном оборудовании, в том числе с целью реализации требований зарубежных потребителей. Изучено влияние структуры и химического состава на трибологические свойства при сопоставимом уровне механических свойств и твердости. По результатам проведенных исследований разработано новое поколение рельсов общего назначения более высокой категории твердости – ДТ370, которые обладают комплексом повышенных физико-механических и потребительских свойств.

В работе [8] прослежена эволюция представлений о формировании структуры и свойств рельсов разных структурных классов производства «ЕВРАЗ ЗСМК» при прокатке, термообработке и эксплуатации за последнюю четверть века. Методами современного физического материаловедения и, в первую очередь, просвечивающей электронной микроскопии проведен послойный анализ и установлены количественные параметры дислокационной субструктуры, внутренних полей напряжений и структурно-фазовых состояний, образовавшихся в головке рельсов по центральной оси и по выкружке при объемной и дифференцированной закалке и их эволюция при длительной эксплуатации. Проведено сравнение трибологических параметров рельсов после объемной и дифференцированной закалки и длительной эксплуатации. Выявлена физическая природа и определены количественные значения механизмов упрочнения металла рельсов в процессе длительной эксплуатации.

Определены возможности повышения усталостной долговечности рельсов магнито- и плазменным упрочнением и электронно-пучковой обработкой, проанализированы ресурсосберегающие технологии и режимы термической обработки и прокатки рельсов производства «ЕВРАЗ ЗСМК». Проведенные исследования кинетики превращения аустенита направлены на оптимизацию химического состава и режимов термической обработки рельсовых сталей, в том числе при производстве сварных стыковых соединений [9].

По-прежнему актуальной остается проблема производства рельсов из стали с бейнитной структурой. Проведенные исследования перспективных сталей бейнитного класса показали их преимущество по комплексу физико-механических свойств относительно рельсов традиционного перлитного класса. По результатам расчетного математического моделирования разработан новый профиль рельсов типа Р71 с увеличенной массой погонного метра для эксплуатации на тяжеловесных направлениях дорог Восточного полигона. Новые рельсы отвечают всем современным вызовам: увеличению пропускной способности железных дорог, грузонапряженности перевозок, надежности элементов верхнего строения пути. Рельсы типа Р71 – первый шаг для создания в России надежного малообслуживаемого пути в условиях тяжеловесного движения. Совместно с представителями ОАО «РЖД» проведена приемочная комиссия, разработаны и согласованы технические условия. Полигонные испытания на экспериментальном кольце АО «ВНИИЖТ» и получение сертификата рельсов запланированы на третий квартал 2025 г. [10].

Комбинат производит разные виды остряковых рельсов и постоянно расширяет линейку выпускаемой продукции. Получен сертификат на новый вид остряковых рельсов – ОР65 категории НТ320ВС. Это рельсы специального назначения повышенной прочности. Они также предназначены для изготовления конструкций верхнего строения пути на дорогах скоростного совмещенного и высокоскоростного движения.

Перспективными являются направления: прокат 800-метровых рельсовых плетей с дифференцированным упрочнением и улучшение механических свойств дифференцированно термоупрочненных рельсов путем введения модифицирующих добавок, в частности, редкоземельных металлов. Такие технологические решения сделают путь почти «беззвучным» и снизят расходы на поддержание его состояния.

В приложении к Стратегии развития металлургической промышленности РФ до 2030 г., утвержденной распоряжением Правительства РФ в конце 2022 г., поставлена задача по «разработке и освоению технологии производства дифференцированно термоупрочненных по всей длине рельсовых плетей длиной 800 м с одинаковым уровнем свойств по всей длине, обеспечивающих наработку пропущенного тоннажа 2,5 млрд т брутто и рельсовых скреплений с аналогичными ресурсными параметрами». Разработка таких рельсов начата на «ЕВРАЗ ЗСМК». Вполне возможно, что для выпуска на заводе плетей длиной 800 м будут применены рельсы тяжелого типа.

По мере развития и расширения железнодорожной инфраструктуры спрос на рельсовую продукцию активно увеличивается. С каждым годом возрастают скорость подвижного состава и его масса, а, следовательно, и грузонапряженность железных дорог. Рельсовый прокат «ЕВРАЗ ЗСМК» будет полностью соответствовать повышенным требованиям XXI века.