Baja karbon adalah besi yang dicampur dengan karbon, dan perilakunya terutama ditentukan oleh kandungan karbon. Empat jenis konvensional, berdasarkan peningkatan karbon, adalah baja karbon rendah, karbon sedang, karbon tinggi, dan baja karbon ultra-tinggi. Kandungan karbon meningkatkan kekuatan dan kekerasan namun menurunkan keuletan, ketangguhan, dan kemampuan las, itulah sebabnya pemilihan material selalu dilakukan dengan keseimbangan dan bukan perlombaan untuk mencapai angka tertinggi.
Empat Jenis Baja Karbon
| Jenis | Kandungan karbon | Properti khas | Kegunaan umum |
| Karbon rendah (baja ringan) | Di bawah 0,3% | Lembut, ulet, mudah dilas dan dibentuk | Bagian struktural, pipa, badan mobil, fabrikasi umum |
| Karbon sedang | 0.3-0.6% | Keseimbangan kekuatan dan keuletan | Roda gigi, gandar, poros, bagian-bagian mesin |
| Karbon tinggi | 0.6-1.0% | Keras, tahan aus, kurang ulet | Pegas, kabel, alat pemotong, rel |
| Karbon-sangat tinggi | 1.0-2.0% | Sangat keras dan rapuh | Dies, punch, cutting edge khusus |
Bagaimana Baja Rel Diklasifikasikan
Baja rel diproduksi dalam tiga keluarga. Rel karbon dilebur dan digulung dari panas berbasis bijih besi, yang terutama mengandalkan karbon dan mangan untuk kekuatannya; baja rel biasa mengandung sekitar 0,40-0,80% karbon dengan mangan sekitar 1,0-1,4%. Rel paduan menambahkan sejumlah kecil elemen paduan seperti vanadium, titanium, kromium, atau niobium untuk meningkatkan kekuatan dan ketangguhan melebihi kadar karbon. Rel yang diberi perlakuan panas adalah rel karbon atau paduan yang dipanaskan dan kemudian didinginkan dalam kondisi terkendali untuk menyempurnakan struktur perlit; kepala rel mengembangkan lapisan yang mengeras yang sangat meningkatkan ketahanan aus dan memperpanjang masa pakai.
Nilai Rel Cina dan Sifat Mekanik
Rel canai panas-(GB/T 2585)
| Nilai | Kekuatan tarik (MPa) | Kekerasan (HB) |
| U75V | setidaknya 980 | 280-320 |
| U78CrV | setidaknya 1080 | 310-360 |
| U76CrRE | setidaknya 1080 | 310-360 |
| U77MnCr | setidaknya 980 | 290-330 |
Rel yang diberi perlakuan panas-
| Nilai | Kekuatan tarik (MPa) | Kekerasan (HB) |
| U75V (perlakuan panas) | setidaknya 1180 | 320-380 |
| U78CrV (perlakuan panas) | setidaknya 1280 | 370-420 |
Keluarga Eropa dan UIC menggunakan sebutannya sendiri: R260 dan R350HT menurut EN 13674-1, dan nilai 700, 900A, dan 1100 menurut UIC 860, yang angkanya adalah kekuatan tarik minimum dalam MPa.
Memilih Baja Rel yang Tepat
Pilih kemiringan dari lalu lintas: beban gandar yang berat dan tikungan yang tajam memerlukan head yang lebih keras dan berkekuatan-lebih tinggi, sehingga rel-yang diberi perlakuan panas mendapatkan keunggulannya. Garis lurus dan beban ringan dapat menghasilkan kadar karbon standar dengan biaya lebih rendah. Kemampuan las juga penting: rel-karbon dan paduan tinggi memerlukan prosedur pengelasan yang terkontrol, dan komposisi kimia rel harus kompatibel dengan proses pengelasan yang digunakan pada proyek. Untuk komponen pengikat, baja pegas seperti 60Si2MnA berada dalam kisaran karbon-tinggi, dan kekerasan klip setelah perlakuan panas biasanya 42-50 HRC.
Kesalahpahaman Umum
Karbon yang lebih tinggi tidak serta merta lebih baik: baja-karbon ultra tinggi terlalu rapuh untuk bagian struktural dan dinamis. Rel tidak terbuat dari baja karbon rendah, yang akan rusak dalam hitungan bulan. Dan frasa baja paduan tidak berarti baja tahan karat: elemen paduan ditambahkan dalam persentase kecil untuk meningkatkan kekuatan dan ketangguhan, bukan untuk ketahanan terhadap korosi.
Pertanyaan Umum
Mengapa baja rel selalu mengandung karbon tinggi?
Karena kepala rel harus tahan terhadap keausan dan rel secara keseluruhan harus tahan terhadap tekukan dan kelelahan. Karbon yang tinggi memberikan kekerasan dan kekuatan yang dibutuhkan, sedangkan tingkat karbon dan mangan spesifik disesuaikan untuk kemampuan las dan ketangguhan.
Apa perbedaan antara rel karbon dan rel paduan?
Rel karbon mengandalkan karbon dan mangan untuk kekuatannya; rel paduan menambahkan sejumlah kecil vanadium, titanium, kromium atau niobium untuk mendorong kekuatan dan ketangguhan lebih tinggi.
Apa pengaruh perlakuan panas pada rel?
Pemanasan dan pendinginan terkontrol menyempurnakan struktur perlit dan menciptakan lapisan yang mengeras di kepala rel, biasanya meningkatkan kekuatan tarik sebesar 150-200 MPa dan secara nyata meningkatkan masa pakai pada lintasan melengkung.
Apakah U75V lebih baik dari U71Mn?
U75V memiliki kekuatan lebih tinggi dan ketahanan aus lebih baik serta merupakan pilihan umum untuk jalur-angkutan berat dan-kecepatan tinggi. U71Mn tetap banyak digunakan untuk jalur konvensional dimana kemampuan las dan biayanya seimbang.
Bisakah baja karbon tinggi dilas dengan mudah?
Tidak. Baja karbon tinggi memerlukan pemanasan awal yang terkendali, prosedur yang memenuhi syarat, dan-inspeksi pasca pengelasan, itulah sebabnya pengelasan rel (flash butt, thermite, atau aluminothermic) merupakan operasi khusus dengan parameter yang disetujui.
Berapa kekerasan yang harus dimiliki klip pegas?
Klip pegas kereta api biasanya dipadamkan dan ditempa hingga 42-50 HRC. Kekerasan yang lebih rendah berisiko mengalami deformasi plastis dan hilangnya beban pada jari kaki; kekerasan yang lebih tinggi berisiko menyebabkan patah getas akibat benturan.