Jenis Baja Apa yang Digunakan untuk Rel?

Baja Rel Merupakan Material Khusus, Bukan Baja Ringan

Rel adalah bagian-baja canai panas yang membawa beban roda, memandu kereta, dan menyediakan permukaan lintasan, dan melakukan hal ini sambil terkena tekanan kontak lebih dari satu gigapascal di bawah setiap roda dan jutaan siklus beban per tahun. Baja struktural biasa tidak dapat bertahan dalam tugas ini: terlalu lunak untuk dipakai dan terlalu lemah dalam kelelahan terhadap tegangan kontak gelinding. Oleh karena itu, baja rel adalah baja karbon tinggi-, umumnya berkisar antara 0,60 hingga 0,82 persen karbon, dengan struktur mikro perlitik dari lamela ferit dan sementit halus yang berselang-seling. Perlit memberikan kombinasi yang penting: kekerasan tinggi untuk ketahanan aus dan ketangguhan yang memadai untuk menghentikan penyebaran retakan. Kandungan karbon menempatkan baja rel jelas di atas baja konstruksi, dan komposisinya dikontrol dengan ketat karena setiap 0,1 persen karbon, mangan, atau silikon mengubah laju keausan, kekuatan lelah, dan kemampuan las rel.

Kelas Kimia di Seluruh Sistem Standar Utama

Nilai rel ditentukan oleh sistem standar negara pembeli, dan nilai rel yang sama dapat ada di beberapa versi nasional. Tabel di bawah ini merangkum kadar karbon dan mangan yang diperdagangkan secara luas beserta kisaran karbon dan mangannya.

Dua keluarga menonjol. Nilai seri U-adalah baja rel Tiongkok: U71Mn adalah baja pekerja keras, U75V menambahkan vanadium untuk kekuatan yang lebih tinggi pada jalur cepat, dan nilai kromium dan vanadium melayani pengangkutan-berat dan tuntutan kekerasan yang sangat tinggi. Rangkaian EN 13674-1 menggunakan penandaan R dengan kekerasan atau kekuatan pada namanya: R260 adalah grade standar, dan grade yang diperkeras kepala seperti R350HT dan R370CrHT mendorong kekerasan permukaan ke kisaran 350 hingga 390 HBW untuk kondisi keausan yang parah.

Rel yang Diolah dan Dipadu dengan Panas-

Ketika kebutuhan keausan melebihi apa yang dapat diberikan oleh grade perlitik polos, jawabannya adalah pengerasan kepala atau paduan, atau keduanya. Pengerasan kepala adalah-perlakuan panas sejajar pada kepala rel setelah penggulungan: kepala tersebut didinginkan dengan cepat sehingga membentuk perlit halus dengan kekerasan permukaan 350 hingga 390 HBW untuk grade seperti R350HT, sedangkan badan dan alasnya mempertahankan struktur yang lebih kuat dan lebih mudah dilas. Hal ini memusatkan kekerasan tepat di tempat terjadinya keausan dan menjaga sisa rel tetap dapat dibentuk dan dilas, itulah sebabnya-kepala rel yang diperkeras mendominasi-jalur angkut yang berat dan tikungan yang parah. Paduan berfungsi berdampingan: vanadium dan kromium menyempurnakan perlit dan meningkatkan kekuatan, dan paduan mikro-niobium meningkatkan ketangguhan. Nilai kekuatan sangat tinggi yang digunakan pada lini terberat, seperti rel kromium-molibdenum dan bainitik yang kini muncul, mendorong kekerasan dan ketangguhan melampaui batas perlitik, namun tetap ditentukan oleh kerangka standar yang sama dan diverifikasi dengan pengujian yang sama: kekuatan tarik, kekerasan permukaan dan inti, energi tumbukan, dan perilaku kelelahan.

Rel Ringan dan Rel Derek

Tidak semua rel merupakan rel jalur utama. Rel ringan dengan berat 8 hingga 30 kg/m, digunakan untuk pengangkutan tambang, jalur industri ringan, dan jalur sementara, digulung ke GB/T 11264 dengan grade yang lebih lembut seperti 55Q dan Q235, karena tugasnya adalah kecepatan rendah dan beban gandar rendah, di mana ketahanan aus lebih penting daripada keekonomian dan kemampuan mesin. Rel derek, seri QU dari QU70 hingga QU120, digunakan pada jalur gantri dan derek di atas kepala; rel tersebut digulung sesuai spesifikasi rel derek dengan kepala lebar dan datar yang dirancang untuk roda derek datar, dan rel QU Tiongkok biasanya dipasok dalam U71Mn, dengan persyaratan kekerasan dan kelurusan yang ditentukan oleh standar rel derek, bukan oleh praktik jalur utama. Perbedaannya penting dalam pengadaan: rel jalur utama R260 tidak bisa begitu saja diganti menjadi jalur derek atau jalur trem tambang, karena profil, kekerasan, dan sistem pengikatnya berbeda.

Memilih Nilai untuk Proyek

Pemilihan nilai dimulai dari standar proyek, bukan dari tabel nama. Input yang mengaturnya adalah beban gandar, tonase tahunan, kecepatan maksimum, tingkat keparahan kurva, dan iklim. Jalur-angkutan berat dengan tonase tahunan tinggi dan tikungan tajam memilih tingkat kekerasan tertinggi, kepala-pengerasan atau paduan kromium-, karena keausan, bukan kelelahan, yang menentukan umur rel. Jalur penumpang berkecepatan tinggi-memilih grade dengan ketahanan lelah yang tinggi dan kekerasan yang konsisten, seperti U75V di Tiongkok atau R260 di Eropa, dengan persyaratan kualitas permukaan yang diperketat. Jalur lalu lintas campuran konvensional-dilayani dengan baik oleh nilai standar, R260 atau U71Mn. Jalur wilayah dingin menambah persyaratan energi dampak pada suhu layanan minimum, dan lingkungan korosif dapat menambah persyaratan paduan atau pelapisan. Dalam setiap kasus, pembeli harus menyatakan profil, kadar, dan standar yang berlaku, misalnya 60 kg/m U75V hingga GB/T 2585 atau 60E1 R260 hingga EN 13674-1, dan meminta sertifikat uji pabrik sehingga nilai kimia dan mekanis yang dikirimkan dapat diperiksa terhadap batas kadar.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Q1: Apakah baja rel hanya-baja karbon tinggi?

Baja ini-berkarbon tinggi, dengan kandungan karbon 0,60 hingga 0,82 persen, namun juga dikontrol dalam mangan, silikon, dan residu, digulung hingga profil presisi dan diuji kekerasan, kekuatan tarik, dan kelelahannya. Nilai dan standar bersama-sama menentukan materi.

Q2: Apa perbedaan antara R260 dan R350HT?

R260 merupakan grade perlitik standar dengan kuat tarik minimal 880 MPa. R350HT adalah keluarga yang sama tetapi-dikeraskan hingga kekerasan permukaan 350 hingga 390 HBW untuk layanan-angkutan berat dan-keausan tinggi.

Q3: Apa arti U di U71Mn?

Awalan U adalah sebutan Cina untuk baja rel. U71Mn adalah baja rel mangan dengan 0,65 hingga 0,76 persen karbon dan 1,10 hingga 1,40 persen mangan, per GB/T 2585.

Q4: Mengapa kepala-rel yang diperkeras digunakan pada tikungan?

Karena kurva menghasilkan tingkat keausan tertinggi. Pengerasan kepala menghasilkan kekerasan 350 hingga 390 HBW tepat pada permukaan lintasan, sehingga memperpanjang umur rel beberapa kali lipat dibandingkan dengan grade standar pada kurva yang sama.

Q5: Dapatkah rel derek digunakan di jalur kereta api?

Tidak. Rel derek memiliki profil kepala, kekerasan, dan sistem pengikat yang berbeda, dirancang untuk roda derek datar dan kecepatan rendah. Jalur kereta api memerlukan profil kereta api dan tingkat standar yang berlaku.

Q6: Bagaimana nilai yang dikirimkan diverifikasi?

Melalui sertifikat uji pabrik dengan nomor panas, analisis sendok dan uji mekanis, dan dengan memeriksa bahan kimia terhadap batas kadar standar. Kekerasan dapat diverifikasi pada kepala rel dengan penguji portabel pada saat pengiriman.