EN
Ključni razredi jeklene pločevine za konstrukcijsko trdnost v železniškem prometu
ASTM A572, EN S355JR in IS 2062 E350: Referenčni standardi zmogljivosti za vozni park in infrastrukturo tira
Pločevine iz ogljikovega jekla po standardih ASTM A572 razreda 50, EN S355JR in IS 2062 E350 so postale standardni materiali za gradnjo železnic po vsem svetu, ker ponujajo ravno pravi kompromis med trdnostjo, prožnostjo in zvarljivostjo. Vsa ta jekla izpolnjujejo osnovni pogoj najmanj 345–355 MPa meje plastičnosti, kar pomeni, da se dobro obnašajo ob obremenitvah, kot so milijonsko število nihanj mostov ali ogromne vlečne sile vlakov, ki presegajo 200 kilonavtov. Različica EN S355JR se izpostavlja predvsem po odpornosti proti koroziji in vremenskim vplivom, kar je zelo pomembno za dele, ki so postavljeni zunaj ob tirih. Testi kažejo, da ti sestavni deli izgubijo manj kot 0,1 milimetra debeline na leto, tudi v vlažnih pogojih, kar potrjujejo nedavne raziskave, objavljene v reviji Infrastructure Materials Review lani. Posebej za indijske železnice se razred IS 2062 E350 izkazal za vrednega zaradi svoje sposobnosti raztezanja brez loma in ohranjanja celovitosti kljub nihanjem temperature od zelo mrzlih noči na jugu do vročih dni na severnih območjih, kjer temperature dosežejo do 50 stopinj Celzija. Približno 87 % tovornih vagonov, zgrajenih po letu 2020, vključuje te standardizirane pločevine, podatki industrije pa kažejo, da ta pristop zmanjša okvare zaradi utrujenosti kovine za približno 42 % v primerjavi s starejšimi metodami, ki niso sledile strogi specifikaciji.
Zakaj je minimalna trdnost pri raztezanju 350 MPa in udarna žilavost po Charpyju pri -20 °C obvezna za pločevino iz ogljikovega jekla v tirnih aplikacijah
Pri konstrukcijskih pločevinah iz ogljikovega jekla, uporabljenih v železniških sistemih, ni prostora za kompromise, kadar gre za minimalno trdnost pri raztezanju okoli 350 MPa in udarno vplivno žilavost po V-notch metodi pri -20 stopinjah Celzija, ki mora znašati vsaj 27 džulov. Te specifikacije so pomembne, ker preprečujejo trajno deformacijo jekla v ekstremnih obremenitvenih pogojih, vključno s tistimi težkimi osnimi obremenitvami do 300 ton, s katerimi se srečujejo tirnice vsakodnevno. Ne smemo pozabiti niti na vplive mraza. Jeklo mora prenesti nenadne udarce, ne da bi se razbilo, kar je razlog za obstoj zahteve po odpornosti proti udaru pri subzero temperaturah. Zakaj? Ker krhki lomi povzročajo težave v približno 78 odstotkih železniških nesreč, ki se dogajajo v hladnejših podnebjih, kar kaže podatke NTSB iz lanskega leta. Ko vlaki uporabijo avtomske zavore, se sile na spojih tirnic lahko povečajo na trojno vrednost, za katero so ti spoji zasnovani. Pločevine, ki ne ustrezajo tem standardom, začnejo razvijati majhne razpoke, ki se širijo izjemno hitro, včasih celo s hitrostmi blizu 15 metrov na sekundo. Tudi varjenje predstavlja tveganja, saj lahko toplotna obdelava med varjenjem zmanjša žilavost osnovnega materiala za skoraj 30 %. Zato so močni začetni rezultati Charpyjevega preskusa popolnoma ključni za dele, katerih verskanje bi imelo katastrofalne posledice, kot so okvirji vozičkov ali spojne mehanizme. Vse te specifikacije delujejo skupaj tako, da ohranjajo stopnjo raztegnljivosti pri lomu nad 18 % skozi mnoga let ponavljajočih se napetostnih ciklov, kar omogoča, da železniška infrastruktura preživi več kot štiri desetletja, preden jo je treba zamenjati.
Zahteve za skladnost v skladu z glavnimi železniškimi standardi
UIC 864-2 in AREMA poglavje 30: Ultrazvočno testiranje, dopustne mere in zahteve za varljivost ogljikove pločevine
Konstrukcijske pločevine iz ogljikovega jekla, uporabljene v železniški infrastrukturi, morajo izpolnjevati določene standarde v različnih regijah. V Evropi je zahtevana skladnost s standardom UIC 864-2, medtem ko projekti v Severni Ameriki sledijo smernicam AREMA poglavja 30. Ti predpisi zahtevajo temeljito ultrazvočno preizkušanje debelih prereznih pločevin. Postopek UT se je izkazal za učinkovitega pri odkrivanju skoraj vseh podpovršinskih napak, saj raziskave kažejo, da zazna približno 99,7 % težav v skladu s standardom ASTM E2375-2023. Pomembna je tudi ravnost. Standard EN 10029:2021 določa stroge meje odstopanja pločevin od ravne oblike, in sicer največ 3 mm na meter. Kar se tiče varilnih lastnosti, obstaja še ena pomembna specifikacija. Vrednosti ekvivalentnega ogljika ne smejo presegati 0,45 %, da bi se preprečilo hladno razpokevanje med varjenjem. To postane še posebej pomembno v točkah obremenitve po celotnem železniškem sistemu, kot so tirni spoji, po katerih pogosto prevažajo vlaki, ali mostovi nosilci, ki nosijo težke obremenitve.
BS EN 10025-2 proti DIN 17100: Razhajajoča se zahtevana razteznost pri natezu in lastnosti v smeri debeline (Z) za ogljikovoplastne plošče podvozij in spodnjih okvirjev
Specifikacije materialov se bistveno razlikujejo med evropskimi standardi:
- BS EN 10025-2 dovoljuje najmanj 22 % razteznosti pri natezu za S355JR, kar omogoča ekonomično proizvodnjo sestavnih delov podvozij, usklajeno z osnovnimi parametri zmogljivosti UIC.
- DIN 17100 zahteva najmanj 24 % razteznosti plus Certifikat Z25 – zagotavlja 25 % zmanjšanje preseka pri natezni preizkušnji v smeri debeline – za komponente spodnjih okvirjev.
Razlika se v osnovi zmanjša na to, kaj posamezna regija šteje za najpomembnejše za varnost. Nemci imajo tendenco osredotočiti se na to, kako materiali zdržijo ponavljajočega se napora s časom, kar je jasno prikazano v raziskavi DB AG iz lanskega leta o utrujanju materialov. Na drugi strani oceana britanski standardi temeljijo na zagotavljanju, da se različni sestavni deli brezhibno ujemajo med sistemi. Ko gre za projekte kritične infrastrukture, vrhunski proizvajalci izberejo standard DIN Z-lastnosti. Ta izbira je smiselna, saj preskusi TÜV Rheinland kažejo, da ti certificirani pločniki zmanjšajo tveganje ločevanja plasti za skoraj dve tretjini v primerjavi s pravilnimi pločniki, ki niso bili certificirani.
Indijske železnice – Posebna odobritva in tehnična naloga
IRS: M-1985 (Rev. 2023) in certifikat Z35: Zakaj je duktilnost po debelini nepogojna za zvarjene podkonstrukcije iz ogljikovega jekla
Indijske železnice so uvedle IRS: M-1985 (različica iz leta 2023) za vse strukturne pločevine iz ogljikovega jekla, ki se uporabljajo pri voznem parku, kar zahteva certifikacijo Z35. To pomeni, da mora material pri preizkusu natezne trdnosti v smeri debeline pokazati zmanjšanje preseka vsaj za 35 %. Zakaj je to pomembno? Ta vrsta duktilnosti namreč preprečuje pojav nekega pojava, imenovanega lamelasta razpokavanja, v varjenih spojih podvozij. Ti spoji so izpostavljeni zelo težkim pogojem, saj med spopojem vlakov ali vožnjo po neravnem tiru absorbirajo udarce z pospeški od 7 do 10 G. Če materiali ne ustrezajo tem standardom, se na mestih zvarov začnejo oblikovati majhne razpoke, ki se lahko hitro širijo pod stalnim napetostnim obremenitvam. Standard Z35 zagotavlja, da se kovina pred popolnim lomom najprej izboči in deformira, kar omogoča preglednikom, da težave odkrijejo med rednimi vzdrževalnimi pregledi. Vsako serijo ključnih pločevin iz ogljikovega jekla pregledujejo z 100 % ultrazvočnim testiranjem, tisti deli, ki ne prestanejo preizkusa, pa se zavrnejo že med revizijami. Tisto, kar je bilo nekoč obravnavano le kot tehnična podrobnost, je sedaj postalo osrednje varnostno vprašanje, ki vpliva na vse – od načrtovanja konstrukcij do nakupov in celostnega nadzora kakovosti.
Pogosta vprašanja
Kateri so ključni razredi pločevine iz ogljikovega jekla, uporabljeni pri gradnji železnic?
Ključni razredi vključujejo ASTM A572 razred 50, EN S355JR in IS 2062 E350, ki so znani po ravnotežju med trdoto, prožnostjo in zvarljivostjo.
Zakaj je tečna trdota pomembna za železniške aplikacije?
Tečna trdota okoli 350 MPa zagotavlja, da materiali upirajo trajnim deformacijam pod ekstremnim napetostnim obremenitvam, kar je pomembno za železniške tiri in infrastrukturo, ki prenaša težke obremenitve.
Kakšen pomen ima udarna žilavost po Charpyju za železniške aplikacije?
Udarna žilavost po Charpyju pri -20 °C mora znašati najmanj 27 joulov, da se zagotovi, da jeklo prenese udarce brez loma, kar je ključno za preprečevanje železniških nesreč v hladnejših podnebjih.
Katerim standardom morajo ustrezati pločevine iz ogljikovega jekla?
Standardi, kot so UIC 864-2 v Evropi in AREMA poglavje 30 v Severni Ameriki, zahtevajo ultrazvočno preizkušanje ter zagotavljajo, da pločevine izpolnjujejo zahteve glede dopustnih odstopanj dimenzij in zvarljivosti.