EN
Fontos széntartalmú acéllemez minőségek a vasúti szerkezeti integritáshoz
ASTM A572, EN S355JR és IS 2062 E350: Teljesítménymutatók a járműparkhoz és a sínszerkezetekhez
Az ASTM A572 Grade 50, EN S355JR és IS 2062 E350 szabványoknak megfelelő széntartalmú acéllemezek világszerte szabványos anyagokká váltak a vasúti építkezések során, mivel éppen a megfelelő egyensúlyt biztosítják a szilárdság, a hajlékonyság és a hegeszthetőség között. Ezek az acélok mind rendelkeznek legalább 345–355 MPa-es folyáshatárral, ami azt jelenti, hogy kiválóan ellenállnak például hidak milliószor ismétlődő rezgéseinek vagy olyan óriási húzóerőknek, amelyek akár 200 kilonewton felettiek is lehetnek. Az EN S355JR változat különösen kiemelkedik rozsda- és időjárásállóság terén, ami kritikus fontosságú azon alkatrészeknél, amelyek kint helyezkednek el a síneken. Kísérletek szerint ezek az alkatrészek kevesebb mint 0,1 milliméter vastagságot veszítenek évente még nedves körülmények között is, ahogy azt az Infrastructure Materials Review tavaly közzétett tanulmányaiban is közölték. Kifejezetten az indiai vasutak esetében az IS 2062 E350 osztály különösen értékesnek bizonyult nyúlási képessége miatt törés nélkül, így megtartva integritását a déli régiók fagyos éjszakáitól kezdve egészen az északi vidékek 50 °C-os forró napjaig tartó hőmérsékletingadozások mellett. A 2020 után gyártott áruszállító kocsik körülbelül 87%-a tartalmazza ezeket a szabványos lemezeket, és az iparági adatok szerint ez az eljárás nagyjából 42%-kal csökkenti a fémmemória okozta meghibásodásokat a szigorú előírásokat nem követő régebbi módszerekhez képest.
Miért kötelező a minimális 350 MPa folyáshatár és a -20 °C-os Charpy-ütővizsgálati szívósság szenes acéllemez esetében sínek alkalmazásánál
A vasúti rendszerekben használt szerkezeti acéllapoknál nincs kompromisszum a körülbelül 350 MPa-es minimális folyáshatár és a -20 Celsius-fokon mért Charpy V-notch ütőmunka legalább 27 joule értékének tekintetében. Ezek az előírások azért fontosak, mert megakadályozzák, hogy az acél véglegesen deformálódjon extrém igénybevétel mellett, beleértve a sínre nap mint nap ható 300 tonnás tengelyterheléseket is. Ne feledjük emellett a hideg időjárás hatásait sem. Az acélnak ellenállónak kell lennie a hirtelen ütésekkel szemben, hogy ne törjön szét, ezért létezik a nulla fok alatti ütésállóságra vonatkozó követelmény. Miért? Mert a britt törések az elmúlt év NTSB adatai szerint a hidegebb éghajlaton bekövetkező vasúti balesetek körülbelül 78 százalékánál okoznak problémát. Amikor a vonatok vészhelyzetben fékeznek, a síncsatlakozásoknál fellépő erők a tervezett érték háromszorosára is nőhetnek. Az ezen előírásoknak nem megfelelő lapok apró repedések kialakulását kezdik el, amelyek hihetetlen sebességgel terjedhetnek, akár közel 15 méter másodpercenként. A hegesztési eljárások is kockázatot jelentenek, mivel a hegesztés során alkalmazott hőkezelés akár majdnem 30 százalékkal is csökkentheti az alapanyag ütőmunkáját. Ezért kritikus fontosságúak a kiemelkedő kezdeti Charpy-teszteredmények olyan alkatrészek esetében, ahol a meghibásodás katasztrofális következményekkel járna, például a futóművázas vagy kapcsolószerkezeteknél. Mindezen specifikációk együttesen biztosítják, hogy a több évtizedes ismétlődő igénybevételek során a törésnyúlás aránya meghaladja a 18 százalékot, így a vasúti infrastruktúra jól négy évtizednél tovább szolgálhat lecserélés nélkül.
A főbb vasúti szabványokra vonatkozó megfelelőségi követelmények
UIC 864-2 és AREMA 30. fejezet: Hanghullám-tesztelés, méreti tűrések és a szénacél-lemez hegeszthetőségére vonatkozó előírások
A vasúti infrastruktúrában használt szerkezeti acéllapoknak meg kell felelniük a különböző régiók sajátos szabványaival. Európában az UIC 864-2 előírásainak való megfelelés szükséges, míg Észak-Amerikában a projektek az AREMA 30. fejezetének irányelveit követik. Ezek a szabályozások alapos ultrahangos vizsgálatot írnak elő a vastag szelvényű lapok esetében. Az ultrahangos vizsgálat (UT) hatékonyan kimutatja majdnem az összes alulról származó hibát, kutatások szerint az ASTM E2375-2023 szabványnak megfelelően körülbelül 99,7%–os hibafelismerést ér el. A síkosság is fontos szempont. Az EN 10029:2021 szabvány szigorú korlátokat állapít meg az acéllapok síktól való eltérésére, méterenként legfeljebb 3 mm-t engedve meg. A hegesztési tulajdonságok tekintetében egy további fontos előírás létezik: a szénekvivalens érték nem haladhatja meg a 0,45%-ot, hogy megelőzze a hideg repedések kialakulását hegesztés közben. Ez különösen fontossá válik a vasúti rendszer terhelésnek kitett pontjain, például olyan sínillesztéseknél, ahol a vonatok gyakran áthaladnak, vagy hídtartó gerendáknál, amelyek nagy terhelést viselnek.
BS EN 10025-2 vs. DIN 17100: Eltérő szakadási nyúlás és vastagságirányú (Z) tulajdonságkövetelmények a váz és alváz acéltábláihoz
Az anyagspecifikációk lényegesen eltérnek az európai szabványok között:
- BS EN 10025-2 22% minimális szakadási nyúlást engedélyez S355JR osztály esetén, támogatva a költséghatékony gyártást olyan vázegységekhez, amelyek megfelelnek az UIC teljesítményalapjainak.
- DIN 17100 24% minimális nyúlás előírása plusz Z25 tanúsítvány – amely 25%-os keresztmetszet-csökkenést biztosít a vastagságirányú húzóvizsgálat során – az alvázelemekhez.
Az eltérés lényegében abban rejlik, hogy az egyes régiók milyen szempontot tartanak legfontosabbnak a biztonság tekintetében. A németek általában arra helyezik a hangsúlyt, hogyan viselik el az anyagok az idővel ismétlődő igénybevételt, amit egyértelműen szemléltetett a DB AG tavalyi kutatása az anyagfáradásról. A másik oldalon az óceánon túl a brit szabványok elsősorban azt célozzák meg, hogy különböző alkatrészek zökkenőmentesen működjenek együtt rendszerek között. Amikor kritikus infrastruktúra-projektekről van szó, a vezető gyártók a DIN Z-jellemző szabvány mellett döntenek. Ez a választás értelmezhető, hiszen a TÜV Rheinland vizsgálatai kimutatták, hogy ezekkel tanúsított lemezeknél a rétegek széthullásának kockázata közel kétharmaddal csökken a tanúsítás nélküli hagyományos lemezekhez képest.
Indian Railways – Külön jóváhagyások és technikai előírások
IRS: M-1985 (Rev. 2023) és Z35 tanúsítvány: Miért elengedhetetlen a rétegvastagság irányú alakváltozási képesség a hegesztett szénacél lemez alvázaknál
Az Indian Railways az összes gördülőállományban használt szerkezeti széntartalmú acéllemezre az IRS: M-1985 (a 2023-as változat) szabványt vezette be, amely Z35 minősítést ír elő. Ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy az anyagnak legalább 35%-os keresztmetszeti összenyomódást kell mutatnia a vastagsági irányú húzószilárdság vizsgálata során. Miért fontos ez? Nos, az ilyen fajta alakváltozási képesség megakadályozza a réteges repedés nevű jelenséget a keret alatti hegesztett kötésekben. Ezek a kapcsolatok durva körülmények között működnek, 7 és 10 G-erő közötti ütésekkel kell szembenézniük, amikor a vonatok összekapcsolódnak vagy egyenetlen síneken haladnak. Ha az anyagok nem felelnek meg ezen szabványoknak, a hegesztési pontoknál apró repedések keletkezhetnek, amelyek állandó terhelés hatására gyorsan terjedhetnek. A Z35 szabvány biztosítja, hogy az anyag eltörés előtt meghajljon és deformálódjon, így lehetőséget ad az ellenőröknek, hogy a rendszeres karbantartási ellenőrzések során észrevegyék a problémákat. Az összes kritikus széntartalmú acéllemez-tételt 100%-os ultrahangos vizsgálattal ellenőrzik, és minden nem megfelelő anyagot kizárnak a kötelező ellenőrzések során. Ami korábban csupán technikai részletként volt kezelve, ma már központi szerepet játszik a biztonsági megfontolásokban, befolyásolva mindent: a tervezéstől a beszerzésen át a minőségellenőrzésig.
GYIK
Melyek a főbb széntartalmú acéllapok, amelyeket vasúti építkezéseknél használnak?
A főbb típusok az ASTM A572 50-es minőség, az EN S355JR és az IS 2062 E350, amelyek erősségük, hajlékonyságuk és hegeszthetőségük kiegyensúlyozottságáról ismertek.
Miért fontos a nyúlási határ a vasúti alkalmazásoknál?
A körülbelül 350 MPa nyúlási határ biztosítja, hogy az anyagok ellenálljanak az állandó deformálódásnak extrém terhelés alatt, ami létfontosságú a nehéz terhelésű vasúti sínekhez és infrastruktúrához.
Mi a jelentősége a Charpy-ütőkeménységnek a vasúti alkalmazásokban?
A -20 °C-on mért Charpy-ütőkeménységnek legalább 27 joule-nak kell lennie, hogy biztosítsa az acél ütésállóságát törés nélkül, ami elengedhetetlen a vasúti balesetek megelőzésében hidegebb éghajlaton.
Milyen szabványokat kell betartaniuk a széntartalmú acéllapoknak?
Az európai UIC 864-2 és az észak-amerikai AREMA Chapter 30 szabványok ultrahangos vizsgálatot írnak elő, és biztosítják, hogy a lapok megfeleljenek a mérettűréseknek és a hegeszthetőségi előírásoknak.