Table of Contents
الصلبان غرادز المستخدم في البنية التحتية للسكك الحديدية والمخزونات المتداولة
فالفولاذ هو المادة الأساسية للنقل الحديدي الحديث، إذ من السكك الحديدية التي توجه القطارات بسرعة عالية إلى العجلات والفكسات والأطر الهيكلية للمخزون المتداول، يؤثر اختيار الصفوف الصلبية المناسبة تأثيرا مباشرا على السلامة، وفترة العمر التشغيلي، وتكاليف الصيانة، ويجب على المهندسين والمتخصصين في المواد أن يبحروا في مشهد معقد من المعايير، والممتلكات الميكانيكية المتجددة، والاعتبارات البيئية لتحديد معايير الفرز الكامل للفولاذ.
مؤسسة ميتالوريجيا لفول السكك الحديدية
فالفولاذ السكك الحديدية يكاد يكون حصرياً من الفولاذات ذات الطواحل المنخفضة والمتوسطة الكربون، التي تُصمم لتحقيق التوازن بين القوة والعقاقير، وترتدي المقاومة، كما أن أداء المواد الكيميائية ذات الهيكل الصبغي أو البيني أو الدايتينية المميتة في إطار التحميل الدوري ودرجة الاتصال الشائعة في تطبيقات السكك الحديدية.
الكربون وتأثيره
والكربون هو عنصر التصلب الأولي في الصلب السكك الحديدية، ويزيد محتوى الكربون العالي (0.6 في المائة - 0.8 في المائة من الصلب السكك الحديدية) من الصرامة ويرتدي المقاومة، ولكنه يقلل من القابلية للذوبان والقسوة، ويستخدم الفولاذ الهيكلي المتجدد كربونات منخفضة (0.15% - 0.25%) لتيسير اللحام والتشكيل.
Alloying Elements and their Roles
ويعزز المنغنيز القدرة على الصمود ويزيل الأكسدة من الفولاذ، ويحسن السيليكون القوة والحد الأقصى، ويضاف الكروم والموليبدينوم لزيادة مقاومة اللبس والاستجابة المغرية، ويعمل الفانديوم والنيوبيوم كعناصر للخليج الصاعد لتحسين هيكل الحبوب وتحسين القوة دون المساس بالخصوبة.
عمليات معالجة الحرارة
ويطبق صيد الرأس (التدمير أو حرق اللهب) على الصلب السكك الحديدية لخلق سطح مقاومة للارتداء مع الحفاظ على لب أقوى، ويُعدّ الفصل والتأثير شائعين بالنسبة للفولاذ المكسور والعجلات، ويخفف من حدة التوتر الداخلي في الهياكل الملوّثة، وهذه المعالجة الحرارية حاسمة في تحقيق الخصائص الميكانيكية المحددة.
الصلبان الصلبان للهياكل الأساسية للسكك الحديدية
ويجب أن يتحمل الفولاذ البنيوي حمولات ثابتة ودينامية، وتآكل البيئة، والتوسع الحراري، والتطبيقات الرئيسية هي السكك الحديدية والجسور والأنفاق والهياكل الداعمة.
Rail Steel Grades
السكك الحديدية هي أكثر التطبيقات الفولاذية طلباً في السكك الحديدية، حيث يحدد المعيار الأوروبي رقم 13674-1 الصفوف R200 وR260Mn وR320Cr وR350 وR350HT وR370CrHT وR400HT.
R260 (260 HB minimum)] هو الدرجة القياسية للسكك الحديدية الرئيسية في حركة المرور المتوسطة، وهو حديد حساس ومقاومة جيدة، R350 (350 HB minimum) و[400]FLT:4]
وفي أمريكا الشمالية، تحدد الرابطة الأمريكية لهندسة السكك الحديدية وصيانة السفن درجات على أساس القوة الخفية والصلابة، أما السكك الحديدية المتوسطة للكربون (مثلاً 100 جنيه، 115 ري، 136 ري) فتبلغ الحد الأدنى من القوام الخيمة 000 120 إلى 000 140 بسي، ويمكن أن تصل السكك الحديدية التي تحمل رأساً بريماً إلى 000 150 بعد بسي.
الصلب الهيكلي للجسور والخناق
وتحتاج الجسور إلى فولاذيات مقاومة للطقس ذات قوة عالية من الغلة. EN 10025 S355J2W و] S460J2W تُصدر الصلب الذي يشكل ركيزة حماية، ويخفض الصيانة.
الصلب من أجل التناسل والسور المحتفظ بها
وتكتسي مقاومة الكوروسيون وقابلية التكوين أولويات هنا. EN 10025 S235JR]]] في كثير من الأحيان يتم اختيارها من أجل بطانات النفق والاحتفاظ بالحوائط التي تكون فيها الحمولات متوسطة.() وفي ظروف عدوانية أو مياه جوفية، ] تستخدم درجات الصلب غير المحتوية 304L و 316 في تركيب نظم منع التصريف.
الصلبان من أجل المخزونات المتداولة
مجموعة العجلات تشمل القاطرات، وعربات الركاب، وعربات الشحن، والمركبات الخاصة الغرض، واختيار الفولاذ يعتمد على وظيفة العنصر: العجلات والأكسدة تتطلب مقاومة شديدة الإرهاق، بينما تعطي هياكل الجسم الأولوية لنسبة القوة إلى الوزن وصلاحية التحطم.
العجلات والأكسل
ويجب أن تقاوم العجلات الارتداء، والشق الحراري من التفاخر، وضغط الاتصال المتجدد. AAR M-107 صنف B وC هي فولاذ متوسط الكربون (0.60%-0.80% C) معالجة حرارية لإنتاج بنية دقيقة، أما الفئة جيم فتتزيد من صعوبة خدمة المركبات الثقيلة([4.
Axles require high fatigue strength and hardness. ]EN 13261 EA1N] (0.40% C max) and ]EA4T] (quenched and tempered, 0.40% C) are standard. AAR M-101 Grade F is common in North American cargo yield axles,
بوجيهات وفرايمز
وتعاني أطر عمل بوغي من تحميل متعدد الأوجه تعقيداً من مخالفات المسارات ومن قوى التفاخر. EN 10025 S355J2] (يستخدم نطاق واسع في إطارات الطهي الحام المزروعة، وبالنسبة لتصميمات الوزن الخفيف أو الحمولات العليا ) S460NL[MPLT:360]
الأفرقة المعنية بالمركبات والهياكل الأساسية
Carbody structures must meet crashworthiness standards (EN 15227 or AAR S-580) while minimizing weight. High-strength low-alloy (HSLA) steels like EN 10149 S700MC] (yield 700 MPa) allow efficientner gauges.
مصارف ومشروع غلاف
ويجب على الأزواج استيعاب القوى المضغية والمضغوطة العالية. AAR M-211 Grade E] الفولاذ هو المعيار الذي يُطبق على الأزواج من أمريكا الشمالية، مع الحد الأدنى من العائد البالغ 000 120 جنيه استرليني أو الأزواج الآليين، المكشوف والمغري .42 القوة 4[FLT necessary:3]
المعايير الميكانيكية الرئيسية
ويتطلب تحديد الصلب لتطبيقات السكك الحديدية فهم الممتلكات الميكانيكية الحرجة والمعايير التي تحكمها.
"الخطوبة المتطاولة" "وال"
ويتكون من الصلبان الحديدية عادة من قوة متفجرة تبلغ 880-1280 من البوليسترا، ويصل القوام الصلعي للفولاذ الهيكلي المستخدم في المخزونات المتداولة من 235 من طراز MPa (S235) إلى 700 من طراز MMa (S700MC).
مقاومة العسر والملابس
ويحقق سكك حد أقصى من الـ 400 HB، مما يوفر ما بين 2 و3 أضعاف حياة ارتداء R260، ويصل عادة إلى 280-350 HB لخدمة الركاب، وتصل إلى 400 HB للشحن، ويزيد من سرعة إمساك السكك الحديدية والعجلات على الأزواج المصابين بمرض الارتطام.
التقلبات الفاتحة والحياة الفاتية
اختبار التأثير الناموسى للفولاذ يضمن أداء الفولاذ في درجات حرارة منخفضة بدون كسر في الرشوة الحد الأدنى 27 جي عند - 20 درجة مئوية من الصلب الهيكلي في المناطق الباردة، ويجب أن يتجاوز القوام المميت تحت التحميل الدوري (نحو 10 - 7 دورات) الضغط الأقصى على المكون من الخدمة مع عامل أمان قدره 1.5 على الأقل.
القابلية للذوبان والتسعير
وتُحدد قيم معادلة الكربون (CEV) لمكافحة القابلية للذوبان، أما بالنسبة للفولاذات الهيكلية، فإن قيمة كربونات الكربون الخاملة 0.45 تعتبر قابلة للذوبان بسهولة دون حرارة، وتحتاج درجات الكربون المرتفعة (الجرعات والعجلات) إلى عمليات للحام المراقب، بما في ذلك التحكم في درجة الحرارة قبل التسخين، والتحكم في درجات الحرارة المتقطعة، والعلاج الحراري بعد الحبيب.
Corrosion and Environmental Resistance
وتعاني البنية التحتية للسكك الحديدية من الأمطار والثلوج وأملاح إزالة السم والتلوث الصناعي، وتضيف مكافحة الكوروسيون تكاليف كبيرة لدورة الحياة.
سائل الريش
Corten A and B] (EN 10025-5) form a stable rust layer that reduces further corrosion by 50-80% in suitable atmospheric conditions. These steels eliminate paint on bridges and open structures. However, they are not recommended for harmonys or attached spaces where moisture cycles are limited.
سعة المجاميع والحماية
ويوفر مهرجان القفز الساخن )في عام ١٤٦١( حماية طفيلية لبطانات النفق، والإشارات، والجسور الصغيرة، كما أن نظم التصريف - الزنك بالإضافة إلى فترات الصيانة التي تمتد إلى ٢٥ سنة + سنة في البيئات الساحلية، كما أن معاطف الرذاذ الحراري محددة للتعرض الصناعي أو البحري الشديد العدوان.
خيارات الصلب غير المستقرة
Austenitic stainless steels 304L] and 316L are used for exposed components such as handrails, electrical enclosures, and tank wagons. Lean duplex stainless steels like stressLDT
المعايير الدولية ونظم التصنيف
وتختلف مواصفات الصلب بالسكك الحديدية على الصعيد الإقليمي، مما يخلق تحديات أمام المشتريات العالمية، ومن الضروري فهم المعادلة.
المعايير الأوروبية (الإنكليزية)
364- تشكل المواد الأساسية للمواصفات الأوروبية من المواد الكيميائية، والخصائص الميكانيكية، والرقم 13261 (الضرائب)، ورقم 10025 (الفولاذ الهيكلي)، وهي تشمل متطلبات التركيب الكيميائي، والخصائص الميكانيكية، واختبار الجودة المتوائم بين الدول الأعضاء في الاتحاد الأوروبي.
المعايير الأمريكية (AAR/AREMA)
وينظم دليل المعايير والممارسات الموصى بها الصادر عن رابطة السكك الحديدية الأمريكية مواد المخزون المتداولة، وتشمل مواصفات هذه المبادرة السكك الحديدية والتتبع والجسور، كما أن AAR M-107 (Wheels) و M-101 (axles) و M-211 (couplers) تعتمد على نطاق واسع في أمريكا الشمالية ومناطق أخرى تستخدم نظما قائمة على " AAR " .
المعايير اليابانية
وقد وضعت اليابان درجات متخصصة لخدمة شينكانسن عالية السرعة. وتصمم جي إس جي 5501 (رايل) وجي إس إي 5402 (ويلات) وجي إس إي 4501 (اكسلز) لتسامح شديد، وضجيج منخفض، ومقاومة بدينية بسرعة تتجاوز 300 كيلومتر/ساعة.
معايير المنظمة الدولية للتوحيد القياسي
ويقدم المعيار الدولي للإبلاغ عن الأضرار الناجمة عن الإصابة بمرض الإيدز (السكك الحديدية) ورقم ISO 1005 (العجلات والفؤوس) ورقم 630 (فولاذ هيكلي) نقاط مرجعية دولية، ويتضمن العديد من المعايير الوطنية متطلبات المنظمة الدولية لتوحيد المقاييس، ولكنها قد تضيف ظروفا مناخية أو حمولة محلية.
الاتجاهات الناشئة والصلب المتقدم
ولا تزال الابتكارات في مجال صنع الفولاذ ومعالجة الحرارة تدفع حدود الأداء من الصلب السكك الحديدية.
السكك الحديدية المهددة بالهواء
Thermomechanical processing produces rails with a hardened head (350-450 HB) and a softer, harder web and foot. R350HT and ]R400HT are examples. These rails reduce grinding intervals and extend service life by 30
Steels Microalloyed
وتتيح إضافة الفلاذ والنيوبيوم واليتانيوم تحسين التربة وتعزيز التهطال دون زيادة محتوى الكربون. وتوفر درجات الميكروهيد مثل S420ML] و]S460ML قوة أعلى مع قدرة ممتازة على التحمل، مما يتيح أطراً خفية.
متطلبات السكك الحديدية العالية السرعة
(ب) توفر درجات خاصة مثل R350MB (Microalloyed Bainitic) مقاومة محسنة لدحر الاتصال والحد من خطر حدوث فحوصات على الرأس، مثل [[2] فولاذ ذيل معزز من أجل تحسين البنية الحرارية،
الاستدامة والفولاذ المعاد تدويره
ويعاد تدوير الفولاذ الحديدي بدرجة عالية - ويعاد صهر 100 في المائة من خردة السكك الحديدية، ويظهر إنتاج الفرن الكهربائي باستخدام الخردة خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 60-75 في المائة مقارنة بمسارات الفرن الانفجاري. وتظهر معايير ]] للصلب الرطب ، وتحدد الحد الأدنى من المحتوى المعاد تدويره والحد الأقصى من كميات الكربون المجسدة لكل طن من الفرن النهائي.
معايير اختيار المواد للمهندسين
ويتطلب اختيار درجة فولاذية إجراء تقييم منهجي للعوامل التقنية والاقتصادية والتنظيمية.
تحليل اللواد والإجهاد
وتتوقع نماذج العناصر النباتية توزيعات الإجهاد تحت التحميل الثابت والدينامي والحامل الحراري، وبالنسبة للسكك الحديدية، فإن الحمولة الرأسية (العامل الديناميكي للحمولة القصوى) والقوى الأفقية في المنحرفات تتحكم في اختيار الرتب، وبالنسبة للحصبة، فإن تركيزات الإجهاد الدوارة والضغط على المضرب تفرض الاختيار المادي.
التعرض البيئي
وتفرض البيئات الساحلية والصحراء والقارة والنفقية متطلبات مختلفة للتآكل وتدني الحرارة، ولا يمكن أن يكون الفولاذ الخفيف مناسبا في الهواء الساحلي الغنية بالكلوريد إلا إذا طُبِن، وفي المناطق القطبية، يلزم إجراء اختبارات للشحن عند - 40 درجة مئوية أو أدنى لمنع حدوث كسر في الرشوة أثناء فترات التجمد الباردة.
اعتبارات تكاليف دورة الحياة
ويجب أن تكون التكلفة الأولية للمواد متوازنة مقابل تكاليف الصيانة والاستبدال والتعطل، إذ أن وجود خط حديد أعلى يكلف 20 في المائة أكثر من R260 يمكن أن يقلل من تكاليف الطحن بنسبة 40 في المائة وأن يمتد العمر بنسبة 50 في المائة، ويحقق وفورات صافية على مدى 20 عاما، وتحليل تكاليف دورة الحياة أمر أساسي للمواصفات المادية الرشيدة.
خاتمة
ويعكس تنوع درجات الصلب المستخدمة في البنية التحتية للسكك الحديدية والمخزون المتداول الظروف المطلة لعمليات السكك الحديدية، ومن مسار R260 إلى هياكل مركبات مركبات S700MC، ومن عجلات ER7 إلى ثنائيات AAR Grade E، فإن كل درجة تؤدي دورا وظيفيا محددا، وتظهر معايير من شبكة إن آر، وJIS، والمنظمة الدولية لتوحيد المقاييس إطارا لاختيار المواد، ولكن الظروف المحلية، ودرجة قوة الحركة، ودرجة الصيانة العليا تحدد في نهاية المطاف التكنولوجيا المثلى.
For further reading on railway material standards, consult the AREMA manual, ] AAR specifications, and ]ISO standards for railway steels.[FLT: