ทำไมรางรถไฟจึงไม่ทำจากสแตนเลส?

ทำไมรางรถไฟจึงไม่ทำจากสแตนเลส

รางรถไฟไม่ได้ทำจากสแตนเลสด้วยเหตุผลเชิงปฏิบัติสี่ประการ: ความแข็ง ความเหนียว ความสามารถในการเชื่อมได้ และต้นทุน รางต้องรองรับน้ำหนักล้อหลายสิบตันต่อเพลา ทนทานต่อการสึกหรอจากการเสียดสีเป็นเวลานานหลายทศวรรษ ดูดซับแรงกระแทกที่ข้อต่อรางและส่วนโค้ง และเชื่อมเข้ากับความยาวต่อเนื่องยาวระหว่างการติดตั้ง สแตนเลสอ่อนเกินไปสำหรับพื้นผิวการทำงาน มีราคาแพงในปริมาณที่ต้องการ และยากต่อการเชื่อมอย่างน่าเชื่อถือในภาคสนาม

เหล็กรางมาตรฐานคือเหล็กกล้าคาร์บอน-แมงกานีสหรือโลหะผสมเพิร์ลไลติก โดยปกติจะมีคาร์บอนประมาณ 0.6-1.3% และแมงกานีส 0.8-1.4% บางครั้งมีการเติมโครเมียมหรือวาเนเดียม องค์ประกอบนี้ให้ความแข็ง ความทนทานต่อการสึกหรอ และความแข็งแรงเมื่อยล้าตามที่การดำเนินงานทางรถไฟต้องการ ออกไซด์ของพื้นผิวที่ก่อตัวบนเหล็กกล้ารางคาร์บอนเป็นชั้นป้องกันที่ช่วยชะลอการกัดกร่อนเพิ่มเติม โดยไม่กระทบต่อความสมบูรณ์ของรางในลักษณะเดียวกับการกัดกร่อนแบบรูพรุนในการใช้งานอื่นๆ

เหตุผลทางโลหการ

ความแข็งและความต้านทานต่อการสึกหรอ: เหล็กกล้ารางเป็นโลหะผสมและมักมีส่วนหัว-แข็งตัวจนถึง 240-390 HB บนพื้นผิววิ่ง ซึ่งแข็งกว่าเกรดสเตนเลสทั่วไปมาก (โดยทั่วไปประมาณ 200 HB) ซึ่งช่วยป้องกันการสึกหรออย่างรวดเร็วและการเสียรูปของพื้นผิวภายใต้การสัมผัสของล้อ

ความทนทานต่อการกระแทก: รางจะต้องดูดซับน้ำหนักแบบไดนามิกของรถไฟที่หนักและเร็ว เหล็กกล้าคาร์บอน-รางแมงกานีสที่มีโครงสร้างจุลภาคแบบเพิร์ลไลต์ควบคุมให้ความเหนียวที่จำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการแตกหักเปราะ รวมถึงในสภาพอากาศหนาวเย็น

การแข็งตัวของงาน: ปริมาณแมงกานีสทำให้พื้นผิวรางสามารถทำงานได้-แข็งตัวในการให้บริการ ดังนั้นพื้นผิวที่วิ่งจะแข็งขึ้นตามการจราจรแทนที่จะเบาลง

ความสามารถในการเชื่อม: รางเชื่อมด้วยการเชื่อมแบบแฟลช-และการเชื่อมแบบอะลูมิเนียมความร้อนเข้ากับรางเชื่อมแบบต่อเนื่อง เหล็กรางคาร์บอน-ที่เชื่อมด้วยแมงกานีสสม่ำเสมอ สแตนเลสนั้นยากกว่ามากและมีค่าใช้จ่ายสูงในการเชื่อมให้ได้คุณภาพเท่ากัน

ราคา: สแตนเลสประกอบด้วยโครเมียม 10-20% และธาตุผสมอื่นๆ ทำให้มีราคาแพงต่อตันมากกว่าเหล็กรางหลายเท่า รางหลักใช้เหล็กหลายพันตันต่อกิโลเมตร ดังนั้นต้นทุนจึงเป็นปัจจัยสำคัญ

รางเหล็กประกอบด้วยอะไรบ้าง

เหล็กรางส่วนใหญ่เป็นคาร์บอน ซิลิคอน และแมงกานีส โดยมีฟอสฟอรัสและซัลเฟอร์อย่างจำกัด คาร์บอนช่วยเพิ่มความแข็งและความต้านทานแรงดึง แมงกานีสช่วยเพิ่มความเหนียว ทนต่อการสึกหรอและความสามารถในการชุบแข็ง และซิลิคอนช่วยในการดีออกซิเดชั่นและความแข็งแรง มีการเติมวาเนเดียม โครเมียม หรือโมลิบดีนัมในเกรดที่สูงขึ้นเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและต้านทานความเมื่อยล้า

เกรดเหล็กคอมมอนเรลทั่วโลก

ภาพรวมมาตรฐานรางเหล็ก

คำถามที่พบบ่อย

สแตนเลสอ่อนเกินไปที่จะใช้เป็นรางหรือไม่?

สเตนเลสออสเทนนิติกทั่วไปมีความแข็งประมาณ 200 HB ในขณะที่เหล็กรางถูกกำหนดไว้ที่ 240-270 HB สำหรับเกรดมาตรฐาน และ 350-390 HB สำหรับเกรดชุบแข็งที่ส่วนหัว สเตนเลสจะสึกหรออย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับล้อ และจะทำให้เสียรูปเมื่อรับภาระหนักที่เพลา

สนิมทำให้รางเหล็กอ่อนตัวลงหรือไม่?

สนิมที่พื้นผิวบนเหล็กกล้ารางคาร์บอนทำให้เกิดชั้นออกไซด์ที่เสถียรซึ่งจะทำให้การกัดกร่อนช้าลง รางได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงสิ่งนี้ และมีการตรวจสอบและบำรุงรักษาเป็นประจำเพื่อควบคุมการกัดกร่อนเฉพาะจุด ไม่จำเป็นต้องมีสแตนเลสเพื่อให้มีอายุการใช้งานของรางที่ยาวนาน

เหตุใดความสามารถในการเชื่อมจึงมีความสำคัญสำหรับราง?

รางสมัยใหม่ถูกสร้างขึ้นเป็นรางเชื่อมต่อเนื่อง โดยมีการเชื่อมเชือกที่ยาว 100 ม. ขึ้นไปเข้าด้วยกันเพื่อถอดข้อต่อออก ความสามารถในการเชื่อมที่ไม่ดีหมายถึงข้อต่อที่มากขึ้น การบำรุงรักษาที่มากขึ้น และความเสี่ยงที่จะเกิดข้อบกพร่องที่สูงขึ้น ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงนิยมใช้รางคาร์บอน-แมงกานีสมากกว่าสเตนเลส

เหล็กชนิดใดที่ใช้สำหรับรางรถไฟความเร็วสูง-

โดยทั่วไปแล้ว-เส้นความเร็วสูงจะใช้เกรดที่ส่วนหัว-ชุบแข็ง เช่น R350HT (EN 13674-1) หรือเกรดที่มีส่วนผสมของวาเนเดียมไมโครอัลลอยด์ เช่น U75V ซึ่งมีความแข็งสูง ทนต่อความล้า และความสามารถในการเชื่อมที่สม่ำเสมอ

สแตนเลสสามารถใช้ได้ทุกที่ในการก่อสร้างรางรถไฟหรือไม่?

ใช่. สแตนเลสใช้สำหรับตัวยึด คลิปรางรถไฟ และส่วนประกอบที่เลือกในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น อุโมงค์ แนวชายฝั่ง และโรงงานเคมี แต่ไม่ได้ใช้สำหรับรางวิ่งเอง

ปริมาณคาร์บอนโดยทั่วไปของเหล็กรางคือเท่าไร?

เหล็กรางส่วนใหญ่มีคาร์บอน 0.6-0.85% โดยมีแมงกานีสอยู่ระหว่าง 0.8% ถึง 1.4% เกรดที่มีคาร์บอนสูงกว่า เช่น U75V และ R350HT ใช้ไมโครอัลลอยด์และการบำบัดความร้อนเพื่อให้ได้ค่าความต้านทานแรงดึงที่ 980-1175 MPa