Российские рельсы стали вчетверо длиннее

Новый производственный комплекс имеет длину 1,5 км. Сертификат на производство супердлинных рельсов Западно-Сибирский металлургический комбинат ("ЕВРАЗ ЗСМК") получил в ноябре 2013 года. Перед этим было проведено тестирование на экспериментальном кольце ОАО "Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта". Стендовые и лабораторные испытания рельсов на усталость и трещиностойкость показали, что рельсы соответствуют лучшим мировым образцам. Полигонная наработка рельсов подтвердила положительные результаты испытаний.

В январе нынешнего года поставки "стометровок" были осуществлены в адрес Московского метрополитена. Новые рельсы были уложены на участке Арбатско-Покровской линии между станциями "Киевская" и "Славянский бульвар". Ранее работники метрополитена сваривали 25-метровые рельсы в 125-метровые плети, которые укладывались в путь. Применение 100-метровых рельсов позволит упростить технологию, повысит безопасность, обеспечит плавность и бесшумность движения электропоездов, комфорт для пассажиров.

Еще раньше, летом 2014 года, ЕВРАЗ поставил стометровые рельсы для скоростных дорог РЖД. До этого стометровые рельсы РЖД закупала в Австрии (в России выпускались рельсы длиной не более 25 м). Для организации скоростного движения предпочтительнее использовать именно длинные рельсы, поскольку они уменьшают количество стыков. Поставки стометровых рельсов ЕВРАЗ осуществляет в рамках пятилетнего контракта с РЖД, действующего до 2017 года включительно.

Любопытно, что до пункта назначения стометровые рельсы приходится доставлять на сцепке из семи вагонов.

Помимо ЕВРАЗа, производить стометровые рельсы в России может "Мечел", который летом 2013 года ввел в строй универсальный рельсобалочный стан на Челябинском металлургическом комбинате (ЧМК). На нем можно выпускать в год до 500 тыс. тонн стометровых рельсов. "Мечел" получил сертификат в июне 2015 года. ЧМК планирует в 2016-2018 годах поставить РЖД около 1 млн тонн таких рельсов.

Итак, в нашей стране появилось два крупных конкурента в области крупнотоннажного производства стометровых рельсов. Но перепроизводства вряд ли стоит ожидать — только потребность РЖД в таких рельсах оценивается в 1млн тонн в год. А есть еще другие потребители в России, ЕАЭС, ШОС и БРИКС. Кстати, ЕВРАЗ, по словам вице-президента Ильи Широкоброда, уже нашел первых покупателей в Латинской Америке, на Ближнем Востоке, в Европе и Юго-Восточной Азии (контракты суммарного объема 50-60 тыс. тонн).

Техническая сущность

Дифференцированно-термоупрочненные рельсы типа Р65 ДТ-350 обладают не только повышенной длиной, но и увеличенным жизненным циклом, что позволяет сократить объем ремонтных работ.

Технология основана на дифференцированной двухсторонней закалке головки и подошвы рельса сжатым воздухом с прокатного нагрева с последующим самоотпуском за счет тепла внутренних слоев рельса (без специального нагрева для отпуска) рис. 02 . Рельсовая заготовка поступает из электросталеплавильного цеха. Там обеспечивается требуемый химический состав рельсовой стали (дозированное содержание хрома, алюминия, кислорода, водорода, ванадия и некоторых других элементов). Из нагревательной печи заготовка подается на рельсопрокатный стан. В клетях стана формируют геометрический профиль рельса. Установка двухсторонней закалки обеспечивает упрочнение головки рельсов без потери пластичности металла. Далее на холодильнике с помощью системы из 196 вентиляторов температура снижается за 2 часа с 550°С до 60°С с регулируемой переменной скоростью. Охлажденный рельс поступает на роликоправильный комплекс, придающий ему прямолинейность в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Наконец, с помощью методов неразрушающего контроля идет проверка качества рельсов (размеров профиля и прямолинейности рельса, наличия внутренних и поверхностных дефектов).

Ранее схожая технология была освоена на северо-американском предприятии ЕВРАЗа — EVRAZ Pueblo — на рельсах длиной 25 м.

В результате рельсы категории ДТ-350 имеют более высокий по сравнению с объемнозакаленными рельсами категории Т1 комплекс физико-механических свойств: предел выносливости, циклическую трещиностойкость, прямолинейность, вероятность безотказной работы (эксплуатационную надежность).

Рельсы аналогичны лучшим в мире рельсам производства японской компании Nippon Steel, которые также изготавливаются из стали с повышенным содержанием хрома и термически упрочняются путем закалки сжатым воздухом с прокатного нагрева. Разумеется, рельсы категории ДТ-350 соответствуют требованиям нового ГОСТ Р 51685-2013, введенного взамен ГОСТ Р 51685-2000.

Сравнение характеристик новых и прежних рельсов приведено в таблице 01 .

Таб. 01 Сравнение основных показателей новых 100-метровых рельсов ДТ-350 и прежних 25-метровых рельсов Т1

Научная новизна

Академик Леонид Смирнов с сотрудниками из Уральского института металлов в 2010-2013 годах провел комплекс исследований для целей производства длинных рельсов. В частности, проведены работы по корректировке химического состава стали, направленной на повышение эксплуатационной стойкости рельсов.

Институт принимал участие в разработке нового способа дифференцированной закалки рельсов воздухом управляемой влажности. Способ не имеет аналогов в мире по широким возможностям термообработки и регулирования скорости охлаждения рельсов из сталей разного химического состава (способ ООО НПП "Томская электронная компания"). Закалка проб рельсов исследовалась на опытной установке ООО НПП "ТЭК" по разработанным в институте технологическим режимам.

Кроме того, разработана новая технология правки рельсов, обеспечивающая существенное повышение их прямолинейности и определившая конструктивные особенности горизонтальной роликоправильной машины в новом роликоправильном комплексе.

Разработан химический состав стали с бейнитной структурой и технология производства из нее рельсов (в настоящее время рельсы производят из стали с перлитной структурой). Они предназначены для эксплуатации в условиях низких температур, сложного плана пути и опасности образования термомеханических повреждений.

Экспортные перспективы

При активном участии института объединенными усилиями научных и производственных коллективов, представляющих металлургические предприятия и железные дороги, была завершена работа по подготовке и введению в действие нового национального стандарта на рельсы — ГОСТ Р 51685-2013. ГОСТ устанавливает повышенные требования к рельсам на уровне мировых стандартов и даже — с учетом климатических условий России — по ряду показателей превосходит их. Этот стандарт послужил основой для разработки межгосударственного стандарта на рельсы для железнодорожного транспорта.

Перспективы

Стратегия развития железнодорожного транспорта России предусматривает увеличение грузоподъемности составов и скорости их движения. Это требует улучшения качества рельсов. Но пока развитие рельсовой науки и техники происходило в догоняющем режиме, в частности, долгие годы ориентиром служили японские рельсопроизводители.

Научной общественностью России в рамках межведомственной "Рельсовой комиссии" поставлена задача к 2020 году обеспечить нормативный срок службы рельсов длиной до 100 м и работоспособностью до 1,5 млрд тонн брутто. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в этом направлении ведутся в нескольких организациях.

В частности, в 2014 г. Уральским институтом металлов проведено сравнительное исследование рельсов, прокатанных из непрерывнолитых заготовок, разлитых на разных машинах непрерывного литья и имеющих разные размеры. Изучено влияние технологических мероприятий, направленных на повышение чистоты стали по неметаллическим включениям, на состав оксидных включений. Выявлены варианты раскисления стали, приводящие к формированию наименее опасных для эксплуатационной стойкости рельсов оксидных включений. Для корректировки технологии термоупрочнения проведено исследование кинетики распада переохлажденного аустенита рельсовой стали с разным содержанием хрома. Путем термометрирования образцов стали определены скорости охлаждения, приводящие к образованию структуры требуемой морфологии и твердости. В результате исследования выявлены условия формирования структур, обеспечивающих оптимальный комплекс механических свойств.

Намечено также проведение исследований по улучшению механических свойств дифференцированно термоупрочненных рельсов путем введения модифицирующих добавок, в частности, редкоземельных металлов.

ОАО "ЕВРАЗ ЗСМК" — дважды лауреат премии правительства России в области качества. Сотрудникам комбината совместно с учеными Уральского института металлов и Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта присуждена также премия правительства России в области науки и техники за разработку и внедрение комплексной технологии производства рельсов нового поколения из электростали.