EN
Tärkeimmät hiiliteräksylevyjen luokat rautatierakenteiden rakenteelliselle eheydelle
ASTM A572, EN S355JR ja IS 2062 E350: Suorituskyvyn vertailukohteet veturi- ja raideinfrastruktuurille
Hiiliteräksistä valmistetut levyt, jotka noudattavat standardeja ASTM A572 Grade 50, EN S355JR ja IS 2062 E350, ovat tulleet yleisesti käytetyiksi materiaaleiksi rautatiehankkeissa ympäri maailmaa, koska ne tarjoavat juuri oikean tasapainon lujuuden, joustavuuden ja hitsattavuuden välillä. Nämä teräkset täyttävät kaikki perusvaatimukset vähintään 345–355 MPa:n myötölujuudelle, mikä tarkoittaa, että ne kestävät hyvin kuormia, kuten siltojen miljoonia taipumisvärähtelyjä tai junien aiheuttamia suuria vetovoimia, jotka voivat ylittää 200 kilonewtonia. EN S355JR -muunnos erottuu erityisesti ruosteen ja sääolojen kestävyydessä, mikä on erittäin tärkeää radan varrella ulkona oleville osille. Viime vuonna Infrastructure Materials Review -julkaisun julkaisemien tutkimusten mukaan näiden komponenttien paksuus vähenee alle 0,1 millimetriä vuodessa, jopa kosteissa olosuhteissa. Intian rautateille IS 2062 E350 -laatu on osoittautunut arvokkaaksi sen kyvyn vuoksi venyä rikkoutumatta ja säilyttää rakenteellinen eheys huolimatta lämpötilan vaihteluista, joita esiintyy pakkasiltana eteläosissa sekä kuumina päivinä pohjoisissa alueilla, joissa lämpötila voi nousta jopa 50 celsiusasteeseen. Vuoden 2020 jälkeen rakennetuista tavaravaunuista noin 87 % sisältää nämä standardoidut levyt, ja alan tiedot osoittavat, että tämä menetelmä vähentää metalliväsymyksestä johtuvia rikkoontumisia noin 42 % verrattuna vanhempiin menetelmiin, jotka eivät noudattaneet tiukkoja määräyksiä.
Miksi hiiliteräkselle rautatiehakemuksissa vaaditaan vähimmäislujuutta 350 MPa ja Charpy-iskulujettavuutta -20°C:ssa
Rautatiejärjestelmissä käytettävissä rakenteellisissa hiiliteräksistä ei ole varaa kompromisseihin, kun puhutaan noin 350 MPa:sta olevasta minimivetolujuudesta ja Charpy V-notchin sitkeydestä lämpötilassa -20 astetta Celsius, joka tulee olla vähintään 27 joulea. Nämä tekniset vaatimukset ovat tärkeitä, koska ne estävät teräksen pysyvää muodonmuutosta äärioikeissa kuormituksissa, kuten jopa 300 tonnin akselikuormissa, joita radoilla koetaan päivittäin. Äläkä unohdeta sääolosuhteiden vaikutusta. Teräksen on kestettävä yllättävät iskut hajottamatta, minkä vuoksi on olemassa vaatimus nollaa alemmassa lämpötilassa tapahtuvan iskunkestävyyden suhteen. Miksi? Koska haurasmurtumat aiheuttavat ongelmia noin 78 prosentissa raideonnettomuuksista kylmemmissä ilmastoissa, kuten NTSB:n viimevuotisista tiedoista ilmenee. Kun junat jarruttavat hätäjarrulla, voimat raiteiden liitoksissa voivat kasvaa kolminkertaisiksi suhteessa mitoitustasoon. Näitä standardeja noudattamattomat levyt alkavat kehittää pieniä halkeamia, jotka voivat levitä erittäin nopeasti, joskus noin 15 metriä sekunnissa. Hitsausprosessit sisältävät myös riskejä, koska hitsauksen aikana tapahtuva lämpökäsittely voi vähentää perusaineen sitkeyttä lähes 30 prosentilla. Tämä tekee tiukoista alku-Charpy-testituloksista ehdottoman tärkeitä osille, joiden pettäminen johtaisi katastrofiin, kuten telikehikoihin tai kytkentämekanismeihin. Kaikki nämä tekniset vaatimukset toimivat yhdessä sen eteen, että murtovenymä pysyy yli 18 prosentissa monien vuosien ajan toistuvien rasitussyklujen aikana, mikä mahdollistaa raideinfrastruktuurin kestämisen hyvin yli neljänkymmenen vuoden ennen kuin se täytyy vaihtaa.
Yhteensopivuusvaatimukset merkittävissä rautatiestandardeissa
UIC 864-2 ja AREMA Chapter 30: Eholintestaus, mitoitustoleranssit ja hitsattavuusvaatimukset hiiliteräkselle
Rautatieinfrastruktuurissa käytettävien rakenteellisten hiiliteräksilevyjen on täytettävä tietyt standardit eri alueilla. Euroopassa vaaditaan UIC 864-2 -standardin noudattamista, kun taas Pohjois-Amerikan hankkeet noudattavat AREMA Chapter 30 -ohjeita. Nämä määräykset edellyttävät kattavaa ultraäänitestaukset paksuille levyosille. UT-menetelmä on osoittautunut tehokkaaksi melkein kaikkien alapintaisssuustusten havaitsemisessa, ja tutkimukset osoittavat sen löytävän noin 99,7 % ongelmista ASTM E2375-2023 -standardin mukaan. Tasomaisuus on myös tärkeää. EN 10029:2021 -standardi asettaa tiukat rajat siitä, kuinka paljon levyt saavat poiketa tasomaisuudesta, enintään 3 mm metriä kohti. Hitsausominaisuuksien osalta on olemassa toinen tärkeä määritys. Hiilivastikearvo ei saa ylittää 0,45 % estääkseen kylmähalkaisua hitsausoperaatioiden aikana. Tämä on erityisen tärkeää rautatiejärjestelmän rasituskohtien kohdalla, kuten raideliitosten kohdalla, joissa junat kulkevat usein tai silta-ansseleissa, jotka kantavat suuria kuormia.
BS EN 10025-2 vs. DIN 17100: Eripituiset vetovenymä- ja paksuussuuntaiset (Z) ominaisuusvaatimukset tavaravaunujen ja alustan hiiliteräkselle
Materiaalimääritykset poikkeavat merkittävästi Euroopan standardien välillä:
- BS EN 10025-2 sallii 22 %:n minimivetovenymän S355JR:lle, mikä tukee kustannustehokasta tavaravaunujen valmistusta, joka noudattaa UIC:n suorituskykypohjia.
- DIN 17100 edellyttää vähintään 24 %:n venymää lisää Z25-sertifiointi – varmistaa 25 %:n poikkipinta-alan pienenemisen paksuussuuntaisessa vetokokeessa – alustakomponenteille.
Ero perustuu pohjimmiltaan siihen, mitä kukin alue pitää turvallisuuden kannalta tärkeimpänä. Saksalaiset keskittyvät yleensä siihen, miten materiaalit kestävät toistuvaa rasitusta ajan myötä, mikä näkyy selvästi DB AG:n viime vuoden tutkimuksessa materiaaliväsymyksestä. Toisella puolen Atlanttia brittiläiset standardit keskittyvät siihen, että eri komponentit toimivat saumattomasti yhdessä järjestelmissä. Kun kyse on kriittisistä infrastruktuuriprojekteista, parhaat valmistajat valitsevat DIN Z-ominaisuusstandardin. Tämä valinta on järkevä, koska TÜV Rheinlandin testien mukaan näillä sertifioituilla levyillä kerrosten irtoamisen riski on lähes kaksi kolmasosaa pienempi verrattuna tavallisiin sertifioimattomiin levyihin.
Intian rautateit—Erityishyväksynnät ja tekniset vaatimukset
IRS: M-1985 (Rev. 2023) ja Z35-sertifiointi: Miksi reikälevyjen poikkileikkauksen suuntainen muodonmuutoskyky on välttämätön hitsatuille hiiliteräksille alustalevyissä
Intian rautatie on ottanut käyttöön IRS:M-1985 -standardin (vuoden 2023 versio) kaikille rakenteellisille hiiliteräksille, joita käytetään liikkuvaan kalustoon, ja tämä edellyttää Z35-sertifiointia. Tämä tarkoittaa käytännössä, että materiaalin on osoitettava vähintään 35 % poikkileikkauksen pieneneminen, kun sitä testataan läpivetoisen vetolujuuden osalta. Miksi tämä on tärkeää? No, tämäntyyppinen muovoutuvuus estää niin sanotun kerrosrakon syntymistä hitsattuihin alustoihin. Nämä liitokset joutuvat kohtaamaan melko kovia olosuhteita, kuten 7–10 G:n voimia, kun junat liittyvät yhteen tai kulkevat epätasaisen raiteiston yli. Kun materiaalit eivät täytä näitä standardeja, pieniä halkeamia alkaa muodostua suoraan hitsauskohdissa, ja ne voivat levitä nopeasti jatkuvan rasituksen alla. Z35-standardi varmistaa, että metalli taipuu ja muodonmuuttuu ennen kuin se katkeaa täysin, antaen tarkastajille mahdollisuuden havaita ongelmia säännöllisten huoltotarkastusten aikana. Jokaista erää kriittisiä hiiliteräksiplaatteja tarkastetaan täysin ultraäänitestillä, ja kaikki virheelliset erät hylätään tarkastuksissa. Se, mikä aiemmin pidettiin vain yhtenä teknisenä yksityiskohdalla, on nyt keskiössä turvallisuuskeskusteluissa ja vaikuttaa kaikkeen suunnittelusta ostoja laadunvalvontaan asti.
UKK
Mitkä ovat tärkeimmät hiiliteräksisten levyjen luokat, joita käytetään rautatiehankkeissa?
Tärkeimmät luokat ovat ASTM A572 Grade 50, EN S355JR ja IS 2062 E350, joista jokainen tunnetaan vetolujuutensa, taipumuksellisuutensa ja hitsattavuutensa tasapainosta.
Miksi myötölujuus on niin tärkeä rautatiehankkeissa?
Noin 350 MPa:n myötölujuus varmistaa, että materiaalit kestävät pysyviä muodonmuutoksia äärioikeissa kuormituksissa, mikä on ratkaisevan tärkeää rautatien kiskoille ja infrastruktuurille, jotka kantavat suuria kuormia.
Mikä on Charpy-iskulujettavuuden merkitys rautatiehankkeissa?
Charpy-iskulujettavuuden arvon -20 °C:ssa on oltava vähintään 27 joulea, jotta teräs kestää iskut särkymättä – tämä on keskeistä rautatieonnettomuuksien ehkäisemiseksi kylmemmissä ilmastoissa.
Minkä standardien mukaisia hiiliteräksisiä levyjä on noudatettava?
Euroopassa UIC 864-2 -standardin ja Pohjois-Amerikassa AREMA Chapter 30 -standardin kaltaiset määräykset edellyttävät ultraäänitestauksen lisäksi, että levyt täyttävät mittojen toleranssit ja hitsattavuusvaatimukset.