Standar Nasional/Standar Internasional Pengendalian Mutu Metalurgi Bahan Rel dan Teknologi Homogenisasi Kinerja
Apa perbedaan komposisi material dan skenario jalur yang berlaku antara rel standar nasional U71Mn dan U75V?
Kandungan karbon pada rel standar nasional U71Mn dikontrol pada 0,70%-0,75%, kandungan mangan pada 1,10%-1,40%, tanpa elemen vanadium, yang memiliki plastisitas dan kemampuan las yang baik, cocok untuk jalur angkut-berat berkecepatan rendah seperti batang kereta api biasa dan jalur khusus angkutan barang. Rel U75V memiliki kandungan karbon 0,73%-0,80%, kandungan mangan 1,00%-1,30%, dan menambahkan unsur vanadium 0,04%-0,12%. Vanadium bergabung dengan karbon dan nitrogen untuk membentuk karbonitrida, menghaluskan butiran, meningkatkan kekuatan dan ketahanan aus rel, dan dirancang khusus untuk kereta api berkecepatan tinggi dan jalur khusus penumpang. Kekuatan tarik rel U71Mn adalah ≥880MPa, dan perpanjangannya ≥10%, memenuhi dampak beban kereta api biasa; kekuatan tarik rel U75V adalah ≥980MPa, dan perpanjangannya ≥9%, yang dapat menahan tegangan bolak-balik frekuensi tinggi dari rel roda kereta api berkecepatan tinggi. Proses penggulungan dan pendinginan terkontrol yang berbeda harus diterapkan untuk penggulungan kedua jenis rel tersebut. U75V perlu menambahkan langkah perawatan larutan vanadium untuk memastikan bahwa elemen vanadium memberikan pengaruh penuh pada efek penguatan. Penyimpangan komposisi material rel standar nasional harus dikontrol dalam ±0,02%, dan setiap batch harus diuji sebelum meninggalkan pabrik, dan produk dengan komposisi berlebihan dilarang keras untuk digunakan.
Apa perbedaan kinerja dan persyaratan sertifikasi antara rel standar asing R260 (standar UIC) dan T1 (standar ASTM)?
Kekuatan tarik rel R260 standar UIC adalah ≥880MPa, kekerasan Brinell HB260-300, ketangguhan benturan ≥27J/cm², cocok untuk kereta api lintas-perbatasan Eropa dan angkutan kereta perkotaan. Itu harus lulus sertifikasi EN13674-1 untuk memenuhi persyaratan teknis interoperabilitas. Rel T1 standar ASTM memiliki kekuatan tarik ≥900MPa, kekerasan Brinell HB280-320, dan ketahanan ausnya 10% lebih tinggi dibandingkan R260. Ini dirancang khusus untuk jalur angkutan barang berat Amerika Utara. Itu harus lulus sertifikasi AAR M1003 untuk memverifikasi ketahanan aus dan ketahanan lelahnya. Kandungan sulfur dan fosfor pada rel R260 harus ≤0,03%, dan kandungan inklusi dikontrol secara ketat untuk menghindari retakan akibat kelelahan pada kepala rel. Rel T1 mengadopsi proses degassing vakum, dengan kandungan oksigen ≤20ppm, yang sangat mengurangi cacat porositas internal. Uji sertifikasi rel standar luar negeri harus mencakup berbagai dimensi seperti tarik, benturan, kekerasan, dan struktur metalografi, dan baru dapat memasuki pasar sasaran setelah lulus sertifikasi. Rel dengan standar yang berbeda tidak dapat dicampur, jika tidak, keausan rel roda yang tidak normal akan disebabkan oleh perbedaan kinerja, sehingga mempengaruhi keselamatan berkendara.
Apa bahaya inklusi dalam proses metalurgi rel dan teknologi pengendalian yang tepat?
Inklusi dalam rel terutama mencakup partikel rapuh seperti alumina dan mangan sulfida. Partikel-partikel ini akan menghancurkan kontinuitas matriks rel, menjadi sumber konsentrasi tegangan, menyebabkan timbulnya retakan di bawah beban roda-rel, dan memperpendek masa pakai rel sebesar 30%-50%. Inklusi berukuran besar-(diameter ≥50μm) juga akan menyebabkan terkelupasnya rel selama penggerindaan kepala rel, mempengaruhi kehalusan permukaan rel, dan meningkatkan getaran roda-rel. Kontrol inklusi yang tepat harus dimulai dari proses pembuatan baja, mengadopsi proses pemurnian tungku LF + degassing vakum VD. Pemurnian tungku LF dapat menghilangkan inklusi oksida dalam baja cair, dan degassing vakum VD dapat mengurangi kandungan hidrogen dan nitrogen, sehingga mengurangi inklusi gas. Teknologi pengadukan elektromagnetik diadopsi dalam proses pengecoran kontinyu untuk menghaluskan butiran, membuat inklusi tersebar secara merata, dan menghindari agregasi lokal; selama penggulungan, inklusi berukuran besar dihancurkan melalui deformasi plastik bersuhu tinggi untuk mengurangi bahayanya. Sebelum rel meninggalkan pabrik, pengujian metalografi harus dilakukan, dan tingkat inklusi harus ≤2. Produk yang melebihi standar perlu dipanaskan kembali atau dibuang.
Apa penyebab segregasi material rel dan langkah teknis untuk perlakuan homogenisasi?
Segregasi material rel dibagi menjadi segregasi pusat dan segregasi dendritik. Pemisahan bagian tengah dibentuk oleh pemadatan baja cair yang tidak merata selama pengecoran terus menerus dan pengayaan elemen zat terlarut di bagian tengah; segregasi dendritik disebabkan oleh distribusi unsur terlarut yang tidak merata pada batas butir dan di dalam butir selama pertumbuhan butir. Pemisahan akan menyebabkan perbedaan komposisi lokal pada rel, mengakibatkan distribusi kekerasan kepala rel yang tidak merata, berkurangnya ketahanan aus, dan bahkan kepala rel terkelupas dalam kasus yang parah. Teknologi inti dari perlakuan homogenisasi adalah proses penggulungan dan pendinginan yang terkontrol. Selama penggulungan, dilakukan penggulungan deformasi besar di wilayah austenit bersuhu tinggi, dengan jumlah deformasi ≥60%, untuk mematahkan struktur dendritik dan mendorong homogenisasi komposisi; setelah penggulungan, pendinginan bagian diterapkan untuk mengontrol laju pendinginan pada 5-10 derajat/s untuk menghindari struktur tidak rata yang disebabkan oleh pendinginan yang terlalu cepat. Untuk rel dengan segregasi parah, perlakuan anil offline dapat diterapkan, dengan suhu anil dikontrol pada 720-750 derajat dan ditahan selama 2-3 jam untuk memungkinkan difusi elemen zat terlarut yang cukup dan menghilangkan cacat segregasi. Setelah perlakuan homogenisasi, gradien kekerasan rel harus diuji, dan perbedaan kekerasan dari permukaan kepala rel ke bagian dalam harus ≤20HB untuk memastikan kinerja yang seragam dan stabil.
Apa saja item inti dan kriteria kualifikasi untuk pengujian kualitas metalurgi kereta api?
Item inti pengujian kualitas metalurgi rel meliputi analisis komposisi kimia, peringkat inklusi, pengujian struktur metalografi, dan pengujian sifat mekanik. Analisis komposisi kimia menggunakan spektrometer untuk mendeteksi kandungan karbon, mangan, vanadium dan unsur lainnya, dan penyimpangannya harus memenuhi persyaratan standar nasional/luar negeri. Peringkat inklusi menggunakan mikroskop metalografi, dievaluasi berdasarkan standar GB/T 10561, dan nilai inklusi Kelas A (sulfida) dan Kelas B (alumina) harus ≤2. Pengujian struktur metalografi memerlukan kepala rel berupa struktur perlit halus dengan jarak lamelar perlit ≤0,2μm. Struktur abnormal seperti martensit dan bainit dilarang keras, karena akan menyebabkan keretakan rapuh pada rel. Pengujian sifat mekanik meliputi uji tarik, uji impak dan uji kekerasan. Uji tarik memerlukan kekuatan tarik dan perpanjangan untuk memenuhi standar, uji impak memerlukan ketangguhan impak suhu rendah ≥20J/cm² (-20 derajat ), dan uji kekerasan memerlukan kekerasan kepala rel HB280-320. Hanya jika semua item uji memenuhi syarat, kualitas metalurgi dapat dinilai memenuhi standar. Jika ada barang yang tidak memenuhi syarat, proses produksi harus ditelusuri, dan diuji ulang setelah perbaikan.