EN
Wichtige Kohlenstoffstahlplatten-Qualitäten für die strukturelle Integrität im Schienenverkehr
ASTM A572, EN S355JR und IS 2062 E350: Leistungsstandards für Fahrzeugbau und Gleisinfrastruktur
Stahlplatten aus Kohlenstoffstahl nach ASTM A572 Grade 50, EN S355JR und IS 2062 E350 haben sich weltweit als Standardmaterialien für den Eisenbahnbau etabliert, da sie eine optimale Balance zwischen Festigkeit, Flexibilität und Schweißbarkeit bieten. Diese Stähle erfüllen alle eine Mindestanforderung an die Streckgrenze von mindestens 345–355 MPa, was bedeutet, dass sie sich sehr gut halten, wenn sie Belastungen wie Brücken, die Millionen Mal hin- und herbewegen, oder starken Zugkräften durch Züge mit mehr als 200 Kilonewton ausgesetzt sind. Die Variante EN S355JR zeichnet sich besonders durch ihre Widerstandsfähigkeit gegen Rost und Witterungsschäden aus – ein entscheidender Vorteil für Bauteile, die im Freien entlang der Gleise verbaut werden. Untersuchungen zeigen, dass diese Komponenten laut kürzlich im Infrastructure Materials Review veröffentlichten Studien selbst unter feuchten Bedingungen weniger als 0,1 Millimeter Dicke pro Jahr verlieren. Für die indischen Eisenbahnen hat sich insbesondere die Güte IS 2062 E350 aufgrund ihrer Dehnfähigkeit ohne Bruch als wertvoll erwiesen und bewahrt ihre Integrität trotz Temperaturschwankungen – von eiskalten Nächten im Süden bis zu sengend heißen Tagen in den nördlichen Regionen, wo Temperaturen von bis zu 50 Grad Celsius erreicht werden. Ungefähr 87 % der nach 2020 gebauten Güterwagen verwenden diese standardisierten Platten, und Branchendaten zeigen, dass dieser Ansatz Ausfälle aufgrund von Materialermüdung im Vergleich zu älteren, nicht strengen Spezifikationen folgenden Verfahren um etwa 42 % reduziert.
Warum sind eine Mindeststreckfestigkeit von 350 MPa und eine Kerbschlagzähigkeit nach Charpy bei -20 °C für Kohlenstoffstahlplatten in Schienenanwendungen vorgeschrieben
Bei Baustahlplatten für Eisenbahnsysteme gibt es keine Kompromisse bei der Mindeststreckgrenze von etwa 350 MPa und der Kerbschlagzähigkeit nach Charpy bei -20 Grad Celsius, die mindestens 27 Joule betragen muss. Diese Spezifikationen sind wichtig, weil sie verhindern, dass der Stahl sich unter extremen Belastungen dauerhaft verformt, einschließlich der hohen 300-Tonnen-Achslasten, denen Schienen täglich ausgesetzt sind. Und vergessen wir nicht die Auswirkungen kalter Temperaturen. Der Stahl muss plötzlichen Stößen standhalten, ohne zu zerbrechen, weshalb die Anforderung an die Schlagzähigkeit unter Nullgrad besteht. Warum? Weil spröde Brüche laut NTSB-Daten aus dem letzten Jahr in etwa 78 Prozent der Zugunfälle in kälteren Klimazonen eine Rolle spielen. Wenn Züge eine Notbremsung einleiten, können die Kräfte an den Schienenstößen das Dreifache dessen erreichen, wofür sie ausgelegt sind. Platten, die diese Standards nicht erfüllen, beginnen, feine Risse zu bilden, die sich unglaublich schnell ausbreiten – manchmal mit Geschwindigkeiten nahe 15 Meter pro Sekunde. Auch Schweißverfahren bergen Risiken, da die Wärmebehandlung beim Schweißen die Zähigkeit des Grundwerkstoffs um fast 30 % verringern kann. Deshalb sind hohe Anfangswerte bei den Charpy-Prüfungen absolut entscheidend für Bauteile, bei denen ein Versagen katastrophale Folgen hätte, wie beispielsweise Drehgestellrahmen oder Kupplungsmechanismen. All diese Spezifikationen sorgen gemeinsam dafür, dass die Bruchdehnung über viele Jahre wiederholter Belastungszyklen stets über 18 % bleibt und die Bahninfrastruktur so gut über vier Jahrzehnte hinweg genutzt werden kann, bevor ein Austausch notwendig wird.
Einhaltungsvorschriften gemäß wichtigen Bahnstandards
UIC 864-2 und AREMA Kapitel 30: Ultraschallprüfung, Maßtoleranzen und Schweißbarkeitsanforderungen für Baustahlplatten
Baustahlplatten aus Kohlenstoffstahl, die in der Bahninfrastruktur verwendet werden, müssen je nach Region bestimmte Standards erfüllen. In Europa ist die Einhaltung der UIC 864-2 erforderlich, während Projekte in Nordamerika den Richtlinien des AREMA Kapitel 30 folgen. Diese Vorschriften verlangen eine gründliche Ultraschallprüfung von dickwandigen Platten. Das Ultraschallprüfverfahren hat sich als effektiv bei der Erkennung nahezu aller unterflächigen Fehler erwiesen, wobei Studien gemäß ASTM E2375-2023 zeigen, dass etwa 99,7 % der Probleme erkannt werden. Auch die Flachheit ist wichtig. Die Norm EN 10029:2021 legt strenge Grenzwerte dafür fest, wie stark sich Platten von der Flachheit abweichen dürfen, maximal 3 mm pro Meter. Bei den Schweißeigenschaften gibt es eine weitere wichtige Spezifikation. Äquivalente Kohlenstoffwerte dürfen 0,45 % nicht überschreiten, um Kaltrissbildung während des Schweißens zu verhindern. Dies wird besonders an belasteten Stellen im Eisenbahnsystem kritisch, wie beispielsweise Gleisfugen, über die häufig Züge fahren, oder Brückenbalken, die schwere Lasten tragen.
BS EN 10025-2 vs. DIN 17100: Abweichende Anforderungen an die Zugdehnung und Dickenziehungs-(Z-)Eigenschaften für Kohlenstoffstahlplatten in Wagenkästen und Untergestellen
Die Materialeigenschaften weichen zwischen europäischen Normen deutlich ab:
- BS EN 10025-2 ermöglicht eine minimale Zugdehnung von 22 % für S355JR, was eine kostengünstige Herstellung von Wagenkasten gemäß den UIC-Leistungsgrundlagen unterstützt.
- DIN 17100 erfordert eine minimale Dehnung von 24 % und Z25-Zertifizierung – gewährleistet eine Querschnittsverminderung von 25 % bei Dickenzugversuchen – für Bauteile des Untergestells.
Der Unterschied liegt im Wesentlichen darin, was jede Region als am wichtigsten für die Sicherheit erachtet. Deutsche legen tendenziell Wert darauf, wie Materialien langfristigen wiederholten Belastungen standhalten, was in der Forschung von DB AG aus dem vergangenen Jahr über Materialermüdung deutlich wird. Auf der anderen Seite des Atlantiks steht bei britischen Normen im Vordergrund, sicherzustellen, dass verschiedene Komponenten nahtlos zwischen unterschiedlichen Systemen funktionieren. Bei kritischen Infrastrukturprojekten entscheiden sich namhafte Hersteller für den DIN-Z-Eigenschaftsstandard. Diese Wahl ist sinnvoll, da Tests von TÜV Rheinland zeigen, dass diese zertifizierten Platten das Risiko von Schichtabdelaminierung um fast zwei Drittel im Vergleich zu herkömmlichen, nicht zertifizierten Platten verringern.
Indische Eisenbahnen – Spezifische Genehmigungen und technische Vorgaben
IRS: M-1985 (Rev. 2023) und Z35-Zertifizierung: Warum Dickendehnfähigkeit bei geschweißten Kohlenstoffstahl-Unterwagen unaufhaltsam ist
Die indischen Eisenbahnen haben IRS: M-1985 (die Version von 2023) für alle strukturellen Baustahlplatten eingeführt, die im Wagenbau verwendet werden, und verlangen dabei eine Z35-Zertifizierung. Dies bedeutet grundsätzlich, dass das Material bei der Prüfung der Dickezugfestigkeit mindestens eine Flächenreduzierung von 35 % aufweisen muss. Warum ist das wichtig? Diese Art von Duktilität verhindert, dass sogenannte Schichtabrissrisse in den geschweißten Untergestellverbindungen entstehen. Diese Verbindungen sind extremen Bedingungen ausgesetzt und müssen Belastungen zwischen 7 und 10 G-Kräften standhalten, die beim Kuppeln von Zügen oder bei der Fahrt über unebene Gleise auftreten. Wenn Materialien diese Standards nicht erfüllen, bilden sich bereits kleine Risse direkt an den Schweißstellen, die sich unter ständiger Beanspruchung schnell ausbreiten können. Der Z35-Standard stellt sicher, dass das Metall sich verbiegt und verformt, bevor es vollständig bricht, wodurch Inspektoren bei den regelmäßigen Wartungsprüfungen Probleme erkennen können. Jede Charge kritischer Baustahlplatten wird zu 100 % mit Ultraschall geprüft, und alle nicht bestandenen Teile werden während Audits aussortiert. Was einst als bloßes technisches Detail galt, steht heute im Mittelpunkt der Sicherheitsdiskussionen und beeinflusst alles – von der Konstruktionsplanung über Beschaffungsentscheidungen bis hin zum gesamten Qualitätskontrollprozess.
FAQ
Welche wichtigsten Kohlenstoffstahl-Plattenqualitäten werden beim Bahnbau verwendet?
Zu den wichtigsten Qualitäten gehören ASTM A572 Grade 50, EN S355JR und IS 2062 E350, die für ihre ausgewogene Kombination aus Festigkeit, Flexibilität und Schweißbarkeit bekannt sind.
Warum ist die Streckgrenze für Bahn-Anwendungen entscheidend?
Eine Streckgrenze von etwa 350 MPa stellt sicher, dass die Materialien dauerhafte Verformungen unter extremen Belastungen widerstehen können, was für Schienen und Infrastruktur mit hohen Lasten unerlässlich ist.
Welche Bedeutung hat die Kerbschlagzähigkeit nach Charpy für Schienenanwendungen?
Die Kerbschlagzähigkeit nach Charpy bei -20 °C muss mindestens 27 Joule betragen, um sicherzustellen, dass der Stahl Erschütterungen aushält, ohne zu brechen, was zur Verhinderung von Unfällen in kälteren Klimazonen entscheidend ist.
Welchen Normen müssen Kohlenstoffstahl-Platten entsprechen?
Normen wie UIC 864-2 in Europa und AREMA Kapitel 30 in Nordamerika verlangen Ultraschallprüfungen und stellen sicher, dass die Platten den Anforderungen an Maßtoleranzen und Schweißbarkeit genügen.