vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"10.57070/2304-4497-2023-4(46)-46-56vsgiu-103Research ArticleРаздел 2. Металлургия и материаловедениеSection 2. Metallurgy and Materials ScienceСРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ РЕЛЬСОВ РАЗЛИЧНОГО ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВАCOMPARATIVE ANALYSIS OF THE MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF RAILS WITH DIFFERENT CHEMICAL COMPOSITIONhttps://orcid.org/0009-0002-2883-5766БессоноваОльга ВалерьевнаBessonovaOl'ga

главный специалист-металловед по электронной микроскопии и исследовательским работам

chief specialist-metallologist in electron microscopy and research

Olga.Bessonova@evraz.comhttps://orcid.org/0000-0001-9025-5442ПолевойЕгор ВладимировичPolevoiEgor

 к.т.н., начальник научно-исследовательского отдела

Cand. Sci. (Eng.), head of the research department

Egor.Polevoj@evraz.comhttps://orcid.org/0000-0003-1310-1284ОсколковаТатьяна НиколаевнаOskolkovaTat'yana

 д.т.н., профессор кафедры металлургии черных металлов и химической технологии

Dr. Sci. (Eng.), professor of the department of ferrous metallurgy and chemical technol-ogy

oskolkova@kuz.ruАО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат»РоссияJSC «EVRAZ – Joint West Siberian Metallurgical Plant»Russian FederationАО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат»РоссияJSC «EVRAZ – Joint West Siberian Metal-lurgical Plant»Russian FederationСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation202329122023044656Copyright © Бессонова О.В., Полевой Е.В., Осколкова Т.Н., 20252025Бессонова О.В., Полевой Е.В., Осколкова Т.Н.Bessonova O., Polevoi E., Oskolkova T.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/103

Увеличение осевых нагрузок и массы подвижного состава, характерных для современного тяжеловесного движения, а также существенное повышение скоростей движения пассажирских поездов увеличивают нагрузки на железнодорожный путь. Вместе с этим со стороны потребителей рельсовой продукции выдвигаются требования по увеличению сроков межремонтной наработки, повышению долговечности и надежности рельсов как основного и наиболее нагруженного элемента верхнего строения пути. Эксплуатационная стойкость рельсов в значительной степени определяется структурно-фазовым состоянием стали. Важной технической задачей является установление закономерностей формирования микроструктуры рельсов в зависимости от химического состава стали и влияния структуры на свойства готовой продукции. В результате проведенных исследований установлены связи между параметрами структуры и физико-механическими свойствами рельсов, а также между содержанием основных химических элементов в стали и межпластинчатым расстоянием перлита. Разработаны предложения по получению мелкодисперсной перлитной структуры, обеспечивающей наиболее высокие эксплуатационные свойства.

The increase in axial loads and the mass of rolling stock, typical for modern heavy haul traffic, as well as a significant increase in the speeds of passenger trains, increase the load on the railway track. At the same time, on the part of consumers of rail products, requirements are being put forward to increase the time of inter-repair work as well as the durability and reliability of rails as the main and most loaded element of the upper structure of the track. The operational stability of rails is largely determined by the structural and phase state of steel. It is important to establish the regularities of the formation of the microstructure of rails, which depends on the chemical composition of steel and the influence of the structure on the properties of finished products. As a result of the conducted studies, the links between the structure parameters, the physical and mechanical properties of rails, the content of the main chemical elements in steel, and the interplate distance of perlite have been established. The authors proposed to obtain a finely dispersed perlite structure that provides the highest operational properties

химический составмеханические свойстватвердостьдифференцированно термоупрочненные рельсыchemical compositionmechanical propertieshardnessdifferentially heat-strengthened railsReferencesДобужская А.Б., Галицын Г.А., Мухранов Н.В., Фомичев М.С., Белокурова Е.В., Беликов С.В. Исследование структурно-фазового превращений при охлаждении рельсовой стали. Сталь. 2015;(11):86–91.Dobuzhskaya A.B., Galitsyn G.A., Mukhranov N.V., Fomichev M.S., Belokurova E.V., Belikov S.V. Research of structural-phase transformations during cooling of rail steel. Steel. 2015;11:86–91.( In Russ).Полевой Е.В., Добужская А.Б., Темлянцев М.В. Влияние скорости охлаждения на формирование структуры рельсовой стали, микролегированной ванадием и ниобием. Машиностроение, материа-ловедение: Вестник ПНИПУ. 2016;(4):7–20. https://doi.org/10. 15593/2224-9877/2016.4.01Polevoi E.V., Dobuzhskaya A.B., Temlyantsev M.V. The effect of the cooling rate on the formation of the structure of rail steel microalloyed with vanadium and niobium. Mashinostroenie, materialovedenie: Vestnik PNIPU. 2016;4:7–20. (In Russ.). https://doi.org/10.15593/2224-9877/2016.4.01Masaharu U., Kenji М. Effects of carbon content and hardness on rolling contact fatigue resistance in heavily loaded pearlitic rail steels. Wear. 2020;444-445:203120. https://doi.org/ 10.1016/j.wear.2019.203120Masaharu U., Kenji М. Effects of carbon content and hardness on rolling contact fatigue resistance in heavily loaded pearlitic rail steels. Wear. 2020;444-445:203120. https://doi. org/10.1016/j.wear.2019.203120Ивано Г., Кацуя И. Технологические и экс-плуатационные характеристики рельсов с высоким содержанием углерода. В кн.: Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений: Сборник научных трудов. ОАО «УИМ». Екатеринбург, 2012:72–81.Ivano G., Katsuya I. Technological and operational characteristics of rails with a high carbon content. In: Improving the quality and operating conditions of rails and rail fasteners: A collection of scientific papers. JSC "UIM". Ekaterinburg, 2012:72–81. (In Russ.).Полевой Е.В., Юнин Г.Н., Головатенко А.В., Темлянцев М.В. Новейшие разработки рельсовой продукции в АО «ЕВРАЗ ЗСМК». Сталь. 2019;7:55–58.Polevoy E.V., Yunin G.N., Golovatenko A.V., Temlyantsev M.V. The latest developments of rail products on EVRAZ ZSMK JSC. Steel. 2019;7:55–58. (In Russ.).Павлов В.В., Годик Л.А., Корнева Л.В., Козырев Н.А., Гизатулин Р.А. Производство рельсов повышенной износостойкости. Известия вузов. Черная металлургия. 2007;(10):35–37.Pavlov V.V., Godik L.A., Korneva L.V., Kozyrev N.A., Gizatulin R.A. Production of rails with increased wear resistance. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2007;(10):35–37. (In Russ.).Смирнов Л.А., Кушнарев А.В., Добужская А.Б., Киричков А.А., Белокурова Е.В. Стали транспортного назначения, микролегированные ванадием и азотом. Сталь. 2020;(6):56–63.Smirnov L.A., Kushnarev A.V., Dobuzhskaya A.B., Kirichkov A.A., Belokurova E.V. Transport steels microalloyed with vanadium and nitrogen. Stal'. 2020;(6):56–63. (In Russ.).Arunim Ray. Microalloying with niobium in rail steels. Materials Science and Technology. 2017; 33(14):1584–1600. https://doi.org/10.1080/ 02670836.2017.1309111Arunim Ray. Microalloying with niobium in rail steels. Materials Science and Technology. 2017; 33(14):1584–1600. https://doi.org/10.10 80/02670836.2017.1309111Полевой Е.В., Волков К.В., Кузнецов Е.П., Головатенко А.В., Атконова О.П., Юнусов А.М. Разработка технологии производства дифференцированно термоупрочненных рельсов на ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». В кн.: Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений (по материалам заседания некоммерческого партнерства «Рельсовая Комиссия» 25 – 27 октября 2013 г): Сборник научных докладов. Екатеринбург: ОАО «УИМ». 2014:93–100.Polevoi E.V., Volkov K.V., Kuznetsov E.P., Golovatenko A.V., Atkonova O.P, Yunusov A.M. Development of technology for the production of differentially heat-strengthened rails on JSC EVRAZ ZSMK. In: Improving the quality and operating conditions of rails and rail fasteners (based on the materials of the meeting of the non–profit partnership "Rail Commission" on October 25 - 27, 2013): Collection of scientific reports. Yekaterinburg: JSC "UIM".2014:93–100.(In Russ.).Полевой Е.В., Добужская А.Б., Темлянцев М.В. Влияние скорости охлаждения на формирование структуры рельсовой стали, микролегированной ванадием и ниобием. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2016;18(4):7–20. https://doi.org/10.15593/ 2224-9877/2016.4.01Polevoy E.V., Dobuzhskaya A.B., Temlyantsev M.V. Influence of the cooling rate on the formation of the structure of rail steel microalloyed with vanadium and niobium. Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Mechanical engineering, materials science. 2016;18(4):7–20. https://doi.org/10.15593/2224-9877/2016.4.01Godefroid L. B., Souza A. T., Pinto M. A. Fracture toughness, fatigue crack resistance and wear resistance of two railroad steels. Journal of Materials Research and Technology. 2020;9(5):9588–9597. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.06.092Godefroid L. B., Souza A. T., Pinto M. A. Fracture toughness, fatigue crack resistance and wear resistance of two railroad steels. Journal of Materials Research and Technology. 2020;9(5):9588–9597. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.06.092Егорова Л.Ю. Влияние структурного состояния перлита на физико-механические и коррозионные свойства высокоуглеродистых сталей: автореф. дис. канд. техн. наук. Екатеринбург: ИФМ УрО РАН, 2014:23.Egorova L.Yu. The influence of the structural state of perlite on the physico-mechanical and corrosion properties of high-carbon steels: Extended abstract of candidate’s thesis. Yekaterinburg: IFM UrO RAS, 2014:23. (In Russ.).Счастливцев В.М., Мирзаев Д.А., Яковлева И.Л., Окишев К.Ю., Табатчикова Т.И., Хлебникова Ю.В. Перлит в углеродистых сталях. Екатеринбург: УрО РАН, 2006:311.Schastlivtsev V.M., Mirzaev D.A., Yakovleva I.L., Okishev K.Yu., Tabatchikova T.I., Khlebnikova Yu.V. Perlite in carbon steels. Yekaterinburg: Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2006:311. (In Russ.).Новожилов И.С., Чередников В.А., Полевой Е.В., Рубцов В.Ю., Улегин К.А. Влияние микролегирования и горячей деформации на кинетику распада аустенита рельсовой стали. Калибровочное бюро. 2022;20:11–22.Novozhilov I.S., Cherednikov V.A., Polevoi E.V., Rubtsov V.Yu., Ulegin K.A. The effect of micro-alloying and hot deformation on the kinetics of austenite decay of rail steel. Kalibrovochnoe byuro. 2022;20:11–22. (In Russ.).Изотов В.И., Поздняков В.А., Лукьяненко Е.В., Усанова О.Ю., Филиппов Г.А. Влияние дисперсности перлита на механические свойства, деформационное поведение и характер разрушения высокоуглеродистой стали. Физика металлов и металловедение. 2007;103(8):549–560.Izotov V.I., Pozdnyakov V.A., Luk'yanenko E.V., Usanova O.Yu., Filippov G.A. The influence of the dispersion of perlite on the mechanical properties, deformation behavior and the nature of destruction of high-carbon steel. Fizika metallov i metallovedenie. 2007;103(8):549–560. (In Russ.).Gray G.T., Thompson A.W., Williams J.C. Influence of microstructure on fatigue crack initiation in fully pearlitic steels. Metellurgical Transactions A.V. 1985;16(3):753–760.Gray G.T., Thompson A.W., Williams J.C. Influence of microstructure on fatigue crack initiation in fully pearlitic steels. Metellurgical Transactions A. V. 1985;16(3):753–760.Колбасников Н.Г., Варгасов H.P., Зотов О.Г., Лукьянов А.А., Белозеров В.Л. Исследование эксплуатационной надежности железнодорожных рельсов, прокатанных по разным технологиям. Сталь. 2014;(12):76–83.Kolbasnikov N.G., Vargasov H.P., Zotov O.G., Lukyanov A.A., Belozerov V.L. Investigation of operational reliability of railway rails rolled using various technologies. Steel. 2014;(12):76–83. (In Russ.).Shur Ev.A., Bychkova N.Ya., Trushevsy S.M. Physical aspects of rolling contact fatigue of rail steels. Wear. 2005;258:1165–1171. http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2004.03.027Shur Ev.A., Bychkova N.Ya., Trushevsy S.M. Physical aspects of rolling contact fatigue of rail steels. Wear. 2005;258:1165–1171. http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2004.03.027Чичко A.H., Сачек O.A., Соболев В.Ф., Веденеев A.B. О новых математических методах анализа строения эвтектоидных колоний перлитных сталей. Литье и металлургия. 2012(4(68)):69–73.Chichko A.N., Sachek O.A., Sobolev V.F., Vedeneev A.V. On new mathematical methods for analyzing the structure of eutectoid colonies of pearlitic steels. Casting and metallurgy. 2012(4(68)):69–73. (In Russ.).Добужская А.Б., Галицын Г.А., Юнин Г.Н., Полевой Е.В., Юнусов А.М. Исследование влияния химического состава, микроструктуры и механических свойств на износостойкость рельсовой стали. Сталь. 2020;(12):52–55.Dobuzhskaya A.B., Galitsyn G.A., Yunin G.N., Polevoi E.V., Yunusov A.M. Investigation of the influence of chemical composition, microstructure and mechanical properties on the wear resistance of rail steel. Stal'. 2020;12:52–55. (In Russ.).Кушнарев А.В., Сухов А.В., Петренко Ю.П., Филиппов Г.А. О вязкости разрушения колесной стали. Вестник Магнитогорского Государственного Технического Университета им. Г.И. Носова. 2006;(4(16)):87–92.Kushnarev A.V., Sukhov A.V., Petrenko Yu.P., Filippov G.A. On the fracture toughness of wheel steel. Vestnik Magnitogorskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta im. G.I. Nosova. 2006;4(16):87–92. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.