Quali piastre in acciaio al carbonio rispettano le specifiche per l'ingegneria ferroviaria?

Principali qualità di lamiere in acciaio al carbonio per l'integrità strutturale ferroviaria

ASTM A572, EN S355JR e IS 2062 E350: parametri prestazionali per materiale rotabile e infrastrutture ferroviarie

Le piastre in acciaio al carbonio conformi agli standard ASTM A572 Grade 50, EN S355JR e IS 2062 E350 sono diventate materiali standard per le opere di costruzione ferroviaria in tutto il mondo poiché offrono il giusto equilibrio tra resistenza, flessibilità e capacità di saldatura. Questi acciai soddisfano tutti un requisito minimo di resistenza a snervamento pari a 345-355 MPa, il che significa che si comportano bene anche sotto sollecitazioni come vibrazioni ripetute milioni di volte su ponti oppure forze di trazione elevate generate da treni che possono superare i 200 chilonewton. La variante EN S355JR si distingue particolarmente per la resistenza alla ruggine e ai danni atmosferici, aspetto molto importante per componenti esposti all'esterno lungo i binari. Test dimostrano che questi componenti perdono meno di 0,1 millimetri di spessore all'anno anche in condizioni umide, secondo studi recenti pubblicati da Infrastructure Materials Review lo scorso anno. Per le ferrovie indiane in particolare, il grado IS 2062 E350 si è rivelato prezioso grazie alla sua capacità di deformarsi senza rompersi, mantenendo l'integrità strutturale nonostante le escursioni termiche che vanno dalle notti gelide del sud alle giornate roventi delle regioni settentrionali, dove le temperature raggiungono fino a 50 gradi Celsius. Circa l'87% dei vagoni merci costruiti dopo il 2020 incorpora queste piastre standardizzate e i dati del settore indicano che questo approccio riduce di circa il 42% i guasti causati dalla fatica del metallo rispetto ai metodi precedenti, che non seguivano specifiche rigorose.

Perché la resistenza minima a snervamento di 350 MPa e la tenacità all'impatto Charpy a -20°C sono obbligatorie per le piastre in acciaio al carbonio nelle applicazioni ferroviarie

Per le piastre in acciaio al carbonio strutturale utilizzate nei sistemi ferroviari, non è ammesso alcun compromesso per quanto riguarda la resistenza minima a snervamento di circa 350 MPa e la tenacità del provino Charpy con intaglio a V a -20 gradi Celsius, che deve essere almeno pari a 27 joule. Queste specifiche sono importanti perché impediscono all'acciaio di deformarsi permanentemente in condizioni di stress estremo, compresi i carichi sugli assi pesanti di 300 tonnellate che si riscontrano quotidianamente sui binari. E non dimentichiamo l'impatto delle basse temperature. L'acciaio deve resistere a urti improvvisi senza fratturarsi, motivo per cui esiste il requisito di resistenza agli urti sotto zero. Perché? Perché secondo i dati NTSB dell'anno scorso, le fratture fragili causano problemi nell'8% degli incidenti ferroviari che si verificano in climi freddi. Quando i treni attivano la frenata di emergenza, le forze alle giunzioni dei binari possono raggiungere valori tripli rispetto a quelli previsti in fase di progettazione. Le piastre che non soddisfano questi standard iniziano a sviluppare microfessure che si propagano incredibilmente velocemente, talvolta raggiungendo velocità prossime ai 15 metri al secondo. Anche i processi di saldatura comportano rischi, poiché il trattamento termico durante la saldatura può ridurre la tenacità del materiale base di quasi il 30%. Questo rende fondamentali risultati iniziali elevati nei test Charpy per componenti dove il guasto sarebbe catastrofico, come i telai dei bogie o i meccanismi di aggancio. Tutte queste specifiche collaborano per mantenere i tassi di allungamento alla frattura superiori al 18% nel corso di molti anni di cicli ripetuti di sollecitazione, consentendo alle infrastrutture ferroviarie di durare ben oltre quattro decenni prima di richiedere sostituzione.

Requisiti di conformità secondo gli standard ferroviari principali

UIC 864-2 e AREMA Capitolo 30: Prove ultrasoniche, tolleranze dimensionali e prescrizioni relative alla saldabilità per piastre in acciaio al carbonio

Le piastre strutturali in acciaio al carbonio utilizzate nelle infrastrutture ferroviarie devono rispettare specifiche norme a seconda delle diverse regioni. In Europa, è richiesta la conformità alla norma UIC 864-2, mentre i progetti nordamericani seguono le linee guida AREMA Chapter 30. Queste normative richiedono un accurato controllo ultrasonoro per le piastre di sezione spessa. Il processo di controllo ultrasonoro si è dimostrato efficace nel rilevare quasi tutti i difetti sottostanti, con studi che indicano un tasso di rilevamento pari al 99,7% circa secondo lo standard ASTM E2375-2023. Anche la planarità è importante. La norma EN 10029:2021 stabilisce limiti rigorosi sulle deviazioni dalla planarità delle piastre, non superiori a 3 mm per metro. Per quanto riguarda le proprietà di saldatura, esiste un'altra specifica importante. I valori dell'equivalente carbonio non possono superare lo 0,45% per evitare crepe a freddo durante le operazioni di saldatura. Ciò risulta particolarmente cruciale in punti soggetti a sollecitazione nell'ambito del sistema ferroviario, come i giunti dei binari su cui i treni passano frequentemente o le travi di ponte che sostengono carichi pesanti.

BS EN 10025-2 vs. DIN 17100: Requisiti divergenti di allungamento a trazione e proprietà in spessore (Z) per piastre in acciaio al carbonio per carrelli e telaio

Le specifiche dei materiali differiscono significativamente tra gli standard europei:

• BS EN 10025-2 consente un allungamento minimo a trazione del 22% per S355JR, supportando una produzione economicamente vantaggiosa di strutture portanti conformi ai parametri prestazionali UIC.
• DIN 17100 richiede un allungamento minimo del 24% - Più Certificazione Z25—che garantisce una riduzione dell'area del 25% nel test di trazione in spessore—per i componenti del telaio

La differenza deriva essenzialmente da ciò che ciascuna regione considera più importante per la sicurezza. I tedeschi tendono a concentrarsi su come i materiali resistono a sollecitazioni ripetute nel tempo, un aspetto evidenziato chiaramente nella ricerca condotta lo scorso anno da DB AG sulla fatica dei materiali. Dall'altra parte dell'Atlantico, gli standard britannici mirano a garantire che diversi componenti possano funzionare insieme in modo perfettamente integrato all'interno di sistemi complessivi. Nei progetti critici per le infrastrutture, i produttori leader scelgono lo standard DIN con proprietà Z. Tale scelta è motivata dai test effettuati da TÜV Rheinland, che dimostrano come queste piastre certificate riducano il rischio di delaminazione degli strati di circa due terzi rispetto a quelle normali non sottoposte a certificazione.

Ferrovie Indiane — Approvazioni specifiche e obblighi tecnici

IRS: M-1985 (Rev. 2023) e certificazione Z35: perché la duttilità trasversale è indispensabile per i telai inferiori in acciaio al carbonio saldati

Le Ferrovie Indiane hanno adottato la norma IRS: M-1985 (versione 2023) per tutte le piastre strutturali in acciaio al carbonio utilizzate nei veicoli ferroviari, che richiede la certificazione Z35. Ciò significa essenzialmente che il materiale deve mostrare una riduzione minima del 35% della sezione trasversale quando sottoposto a prova di resistenza alla trazione su spessore. Perché è importante? Questo tipo di duttilità contribuisce a prevenire un fenomeno noto come 'rottura lamellare' nei giunti saldati del telaio. Questi giunti sono soggetti a condizioni particolarmente gravose, dovendo sopportare urti compresi tra 7 e 10 G durante l'accoppiamento dei convogli o il transito su binari irregolari. Quando i materiali non rispettano queste norme, microfessurazioni iniziano a formarsi proprio nei punti di saldatura e possono propagarsi rapidamente sotto sollecitazioni continue. Lo standard Z35 garantisce che il metallo si deformi e pieghi prima di rompersi definitivamente, consentendo agli ispettori di individuare eventuali problemi durante i normali controlli manutentivi. Ogni lotto di piastre critiche in acciaio al carbonio viene sottoposto a controllo con test ultrasonori al 100%, e qualsiasi materiale non conforme viene scartato durante le verifiche ispettive. Ciò che un tempo era considerato un semplice dettaglio tecnico è ora al centro delle discussioni sulla sicurezza, influenzando ogni aspetto, dalla progettazione fino agli acquisti e ai processi di controllo qualità su tutta la linea.

Domande Frequenti

Quali sono i principali gradi di piastre in acciaio al carbonio utilizzati nella costruzione ferroviaria?

I gradi principali includono ASTM A572 Grade 50, EN S355JR e IS 2062 E350, noti per l'equilibrio tra resistenza, duttilità e saldabilità.

Perché la resistenza a snervamento è fondamentale per le applicazioni ferroviarie?

Una resistenza a snervamento di circa 350 MPa garantisce che i materiali resistano alla deformazione permanente sotto sollecitazioni estreme, elemento cruciale per binari e infrastrutture soggette a carichi pesanti.

Qual è l'importanza della tenacità all'impatto Charpy per le applicazioni ferroviarie?

La tenacità all'impatto Charpy a -20°C deve essere almeno di 27 joule per assicurare che l'acciaio resista agli urti senza rompersi, condizione essenziale per prevenire incidenti ferroviari in climi freddi.

A quali norme devono rispettare le piastre in acciaio al carbonio?

Norme come UIC 864-2 in Europa e AREMA Chapter 30 in Nord America richiedono prove ultrasoniche e garantiscono che le piastre soddisfino le tolleranze dimensionali e i requisiti di saldabilità.