Рельсы: изготовление и прокатка¶

Рельсы — элемент железнодорожного пути, предназначенный для направления колёс подвижного состава и восприятия вертикальных и боковых нагрузок. Изготавливаются преимущественно методом горячей прокатки из углеродистой и легированной стали, реже — ковкой или литьём. Основные типоразмеры в России: П38, П43, П50, П65 (число — масса погонного метра в килограммах).

¶Сталь для рельсов

Сортовой прокат для рельсов производится из стали с содержанием углерода 0,60—0,80 %, марганца 0,70—1,10 %, кремния 0,15—0,35 %. Для повышенной износостойкости вводят легирующие добавки: хром (до 2 %), ванадий, титан. По ГОСТ Р 51685—2000 рельсы подразделяются на:

• кислородно-конвертерные (категории Т и Л — для тоннелей и линий с агрессивной средой);
• электротермические (категории Т1, Л1, Д, Д1, К, К1, В);
• рельсы для трамвайных путей (категория М).

Категории различаются по химическому составу, пределу прочности и допустимым условиям эксплуатации.

¶Производственный цикл

¶Подготовка металла

Рельсовая сталь выплавляется в мартеновских, кислородно-конвертерных или электродуговых печах. Ключевое требование — низкое содержание неметаллических включений (сульфидов, оксидов), снижающих усталостную прочность. Металл проходит вакуумирование, ковку заготовки размером примерно 280 × 320 мм длиной 4—5 м.

¶Прокатка

Основной способ формования — горячая прокатка на рельсо-балочных станах. Процесс включает:

1. Нагрев заготовки в шагающей печи до 1200—1250 °C.
2. Продольную прокатку через черновые, промежуточные и чистовые клети, где сечение постепенно приобретает форму рельсового профиля.
3. Калибровку головки, подошвы и шейки с точностью ±0,5 мм.
4. Стрейтинг (правку) прямолинейности на специальных машинах.
5. Холодильный стол с воздушным или водяным охлаждением.

Типовая линия рельсо-балочного стана включает шагающую печь, черновой стан, промежуточный стан, чистовой стан, стрейтинг-машину, пилы для резки в размер и устройство штамповки концов.

¶Термообработка

Для повышения износостойкости головки рельса применяют закалку с последующим отпуском. Распространённые технологии:

• глубокая закалка — нагрев токами высокой частоты с быстрым охлаждением;
• изотермическая обработка — выдержка в расплаве солей для получения бейнитной структуры;
• локальная термообработка — обработка только головки с сохранением вязкой шейки.

После термообработки рельс подвергается дефектоскопии (ультразвуковой и магнитной) для выявления трещин и расслоений.

¶Монтаж и укладка

¶Бесстыковой путь

На современных магистралях применяется преимущественно бесстыковой путь, при котором рельсы свариваются в длинномерные плети на базах термитной или электроконтактной сварки. Длина плети — до 1000 м. Укладка ведётся специальными машинами (РДК-02, ПРС-02) с последующим закреплением на шпалах или бетонных основаниях.

¶Стыковой путь

На малодеятельных линиях и внутри станций применяется стыковой путь с костыльными, клеммными или винтовыми скреплениями. Зазор между концами рельсов компенсирует температурное расширение: летом — 4—6 мм, зимой — до 18 мм.

¶Требования к укладке

• Рельсы укладываются на подкладки с пружинными шайбами или на бетонные плиты с фиксаторами.
• Стрелочные переводы комплектуются специальными рельсами криволинейной формы (клинтовыми) и усилителями шейки.
• После укладки производится приварка концов, шлифовка стыков и контроль геометрии пути.

¶Ремонт и обслуживание

Изношенные рельсы восстанавливают шлифовкой головки (профилактической или ремонтной) на путевых шлифовочных машинах. При критическом износе (остаточная высота головки менее 30 % от номинальной) рельс заменяется. Срок службы рельса П65 на магистральных линиях — 700—900 млн тонн брутто-перевозок.

¶Производители в России

Основные предприятия, выпускающие рельсы:

• Новокузнецкий металлургический комбинат («Евраз ЗСМК») — единственный в России производитель длинномерных рельсов для магистральных железных дорог;
• Северский трубный завод — рельсы для метрополитенов и промышленного транспорта;
• Белорецкий металлургический комбинат — рельсы малых сечений для карьеров и узкоколейных дорог.

¶История

Первые чугунные рельсы были уложены в Англии в 1767 году на заводе Колбрука-Дейла. Стальные рельсы появились в 1857 году, когда Роберт Мьюзетт разработал прокатный стан для рельсового профиля. В России первая железная дорога Санкт-Петербург — Царское Село открыта в 1837 году; рельсы для неё были изготовлены на Александровском заводе в Петербурге.

¶Источники

• ГОСТ Р 51685—2000. Рельсы железнодорожные. Общие технические условия.
• Правила устройства и эксплуатации железных дорог Российской Федерации.
• Кудрявцев П. Г. «Железнодорожный путь». Учебник.
• Шаповалов В. И. «Конструкция и прочность рельсов». М.: Транспорт.