بررسی مشخصات فنی و آلیاژی ریل راه آهن
یکی از اصلی ترین وسایل نقلیه که هم برای جا به جایی افراد و بارهای مختلف از گذشته تا به حال مورد استفاده قرار گرفته است، قطار می باشد. امروزه قطارها بسیار پیشرفت کرده و در دسترس تمامی افراد هستند، اما یک جزء بسیار مهم دارند و آن ریل های راه آهن است که علاوه بر تحمل وزن قطار، آن را در مسیر هدایت می کند.
با این وجود می توان گفت اگر اجزایی که در
جهت هدایت کردن قطار به کار می روند، کوچک ترین اشکالی از نظر فنی داشته باشند،
سبب به وجود آمدن خسارات جبران ناپذیری برای قطار، افراد یا بارهای آن ها از نظر
مالی و جانی خواهند شد. به همین علت است که کارشناسان و طراحان حرفه ای در زمینه
شناخت ریل، نوع منطقه و نوع ریل ها فعالیت می کنند. نحوه ساخت ریل ها نیز از اهمیت
بسیار زیادی برخوردار است که مواد اولیه آن نیز استفاده از ورق سیاه فولادی می
باشد.
همچنین با توجه به فشار و نیروهایی که به
ریل های راه آهن وارد می شود، بهتر است این اجزا با کیفیت بسیار بالا، با استفاده
از مواد اولیه مناسب و تحت یک شرایط مناسب و دقیق ساخته شوند. نیروهای فشاری نیز
که به این ریل ها وارد می شود، بسیار با سرعت زیاد بوده و به علت تماس مستقیم آن
ها با چرخ های قطار، می توان گفت ریل های راه آهن در معرض سایش و اصطحکاک بسیار
بالا قرار دارند.
در چنین شرایطی تنها استفاده از ورق های
فولادی یا فولادهای آلیاژی بسیار مستحکم پاسخگوی این کاربرد و ساخت ریل ها می
باشد؛ زیرا محصول مورد استفاده باید از مقاومت بسیار زیادی در برابر نیروهای کششی،
ضربه ای و فشاری و البته سایش برخوردار باشد. استانداردهای تولید این اجزا نیز در
خطوط حرکت قطارها بین المللی و مشخص بوده که از رایج ترین آن ها می توان به
استانداردهای تیپ JIS، R و S اشاره
داشت.
انواع ریل فولادی
همان طور که اشاره شد، ریل های راه آهن از
فولادهای آلیاژی مختلف ساخته می شوند. به طور معمول این فولادها می توانند گرید
1084 یا سایر گریدهایی از این قبیل باشند. بهتر است بدانید درصد منگنز این فولاد
بین 7/0 تا 1 درصد می باشد و نقش مهمی را در عملیات های حرارتی عمیق و افزایش
مقاومت فولاد در برابر سایش ایفا می کند. با این وجود برخی از گریدهای آلیاژی از
طریق ورق سیاه فولادی به دست می آیند.
محصولات گرم یا شیت های سیاه که اولین ورق
های فولادی به شمار می آیند، کاربرد بسیار زیادی را به خصوص در ساخت ریل های راه
آهن در گریدهای مختلف و در تجهیزات این صنعت به خود اختصاص می دهند. قیمت ورق سیاه
فولادی نیز با توجه به داشتن گریدهای متنوع در مصارف مختلف از جمله ریل آهن و
همچنین بازه ابعادی مختلف، مقرون به صرفه می باشد و از این رو به عنوان ماده اولیه
تولید بسیاری از قطعات و ورق های فولادی دیگر نیز شناخته می شود. با این وجود ریل
راه آهن فولادی به چهار روش زیر ریخته گری و تولید می شود:
- تصفیه فولاد و دمیدن اکسیژن
- زیمنس یا کوره های باز
- کوره الکتریکی
- توماس
به طور کلی برای ساخت ریل های فولادی بسته
به کیفیت و طرح مورد نظر کارشناسان از روش های فوق استفاده می شود، اما جالب است
بدانید ریل های راه آهن به سه دسته زیر تقسیم بندی می شوند که در ادامه به شرح هر
کدام می پردازیم:
ریل و واگن معدنی
طبیعی است که این نوع ریل برای مسیر معادن
مختلف ساخته می شود. مزیت ریل های معدنی این است که سرعت انتقال مواد از معادن را
افزایش داده و کارگران اکثریت انرژی خود را به جای حمل و نقل برای استخراج به کار
می برند و سرعت عملیات نیز افزایش می یابد. استفاده درست از خطوط معدنی یکی از مهم
ترین نکات در سرمایه گذاری و سوددهی معادن می باشد. طبیعی است که مقاومت این نوع
ریل ها بسیار اهمیت داشته و محصولاتی مانند ورق روغنی توانایی تحمل وزن واگن ها و
حمل مواد را ندارند.
ورق های سرد یا روغنی از دسته بندی اصلی ورق های فولادی به شمار می آیند و با داشتن استحکام کششی بالا و در عین حال انعطاف پذیری در صنایع کوچک تر مانند خودروسازی، لوازم خانگی، شیت های رنگی و گالوانیزه و لوازم آشپزخانه، بخاری و ... به کار می روند. قیمت ورق روغنی نیز با وجود داشتن این مصارف مقرون به صرفه می باشد؛ زیرا ماده اولیه آن ورق سیاهی است که البته ابتدا اسیدشویی می شود. این محصول بر خلاف ورق گرم بازه ضخامتی و گریدی متنوعی ندارد.
حتما بخوانید:آلیاژ آهنی چیست؟
ریل های جرثقیلی سقفی
این نوع ریل ها نیز بسته به کاربرد و محلی
که مورد استفاده قرار می گیرند با نام های اختصاری MRS، CR، QU، A و KP شناخته می شوند. در بین انواع ریل های جرثقیلی نوع A از تمام آن ها پر کاربرد
تر می باشد. از این نوع ریل برای
حمل و نقل واگن های بین شهری و کشوری استفاده می کنند.
ویژگی های ریل راه آهن
بهتر است بدانید ظاهر ریل راه آهن از مقاطع
فولادی نورد شده تشکیل شده است. در واقع می توان گفت ورق گرم نورد شده یکی از اصلی
ترین مقاطعی است که برای این کاربرد با ترکیبات شیمیایی مشخص مورد استفاده قرار می
گیرد و نیازی به فرآیند اسیدشویی ندارد.
به طور معمول ورق های سیاه به علت نداشتن
مقاومت در برابر خوردگی، پس از تولید و قرار گرفتن در مجاورت هوای آزاد دچار
اکسیداسیون می شوند و برای از بین بردن لایه های اکسیدی و استفاده از آن ها برای
مصارفی که سطح ظاهری اهمیت دارد، آن ها را اسیدشویی می کنند. البته ضخامت های بالا
ورق سیاه قابلیت اسیدشویی ندارند؛ زیرا اسید هیدروکلریک نمی تواند به لایه های
زیرین فولاد نفوذ کند. از ورق های اسیدشویی علاوه بر مصارفی که ظاهر و مقاومت
اهمیت دارد، در ساخت سایر ورق های فولادی سرد استفاده می کنند؛ در نتیجه قیمت ورق اسیدشویی در تعیین نرخ محصولات سرد و پوششی مانند گالوانیزه حائز اهمیت است.
حال از نظر مشخصات فنی ریل راه آهن که به
شکل دو خط موازی در کنار یک دیگر قرار می گیرد، باید بتواند نیروهای خارجی وارد
شده را در سرتاسر مسیر تقسیم کرده و واگن های قطار را به درستی هدایت کند. این ریل
ها بر روی شاسی به صورت ثابت با پیچ و مهره متصل می شوند. اگر این عملیات به درستی
انجام نگیرد، سبب شکست ریل و انحراف قطار و در نتیجه خسارات مالی و جانی زیادی
خواهد شد.
برای تقسیم بندی نیروهای وارده نیز از بست و
پابند برای ریل و راه آهن استفاده می کنند تا سبب کاهش اصطحکاک ریل ها و وسیله
نقلیه شوند. میزان خوردگی، سایش، کاربرد، تنش های دینامیکی و سایر نیروها در ساخت
ریل های راه آهن بسیار اثرگذار هستند.
مشخصات فنی ریل راه آهن
به طور کلی فرآیند ساخت ریل های راه آهن
توسط مهندسین ناظر حرفه ای باید انجام شود؛ زیرا مراحل حساسی دارد. از جمله مشخصات
فنی که یک ریل راه آهن استاندارد باید داشته باشد شامل موارد زیر است:
- میزان نیتروژن ذوب در ساخت ریل های راه آهن نباید کمتر از 90 ppm باشد. این در صورتی است که برای
ساخت میله های فولادی معمولاً کمتر از 120 ppm در نظر گرفته می شود.
- میزان هیدروژن نیز در ساخت ریل ها اهمیت بسیار داشته و باید کمتر از 2/5 ppm در نظر گرفته شود. هیدروژن در
مرحله پایانی ریخته گری اندازه گیری می شود.
- اکسیژن ذوب نیز برای ساخت ریل باید در حدود 20 ppm باشد.
- در ساخت ریل راه آهن تست های مختلفی باید انجام شود
که یکی از آن ها سولفور پرینت در جهت اندازه گیری میزان پراکندگی و توزیع ترکیبات
گوگردی است.
- تست میزان سختی نیز برای مشخص شدن آنالیز شیمیایی و
در نتیجه استحکام ریل اهمیت زیادی دارد.
- پس از اتمام تولید ریل ها برای سختی سنجی آن ها باید عمق دکربوره کنترل
شود.
- در پایان نیز باید گفت میزان ناخالصی های اکسیدی در ریل های تولیدی باید در نظر گرفته شود که باید مطابق با استاندارد تولید باشد. استانداردهایی که برای ناخالصی های اکسیدی مورد قبول هستند شامل K3<10 برای 95 درصد نمونه ها و K3<20 برای 5 درصد آن ها است.
حتما بخوانید:ورق آلیاژی چیست
جمع بندی
در پایان نیز باید گفت ریل های فولادی از
انواع گریدهای فولادی و آلیاژی ساخته شده که علاوه بر گرید های ذکر شده می توان به
ورق سیاه ST52 اشاره
کرد که با داشتن درصد کربن بیشتر نسبت به سایر گریدهای گرم، استحکام بیشتری را به
خود اختصاص می دهد. با این وجود باید گفت قیمت ورق ST52 بیشتر
برای سازندگان تسمه و چهارپهلو در ریل راه آهن، لوله سازان و سازندگان مخازن حمل و
تحت فشار مد نظر است و بیشتر گریدهای آلیاژی برای ساخت ریل ها مورد استفاده قرار
می گیرند. از جمله این فولاد ها نیز می توان به گریدهای CK55 و CK45 که
مقاومت بسیاری در برابر اصطحکاک و سایش دارند و دارای عناصری مانند کربن، سیلیسیم
و منگنز هستند، اشاره داشت.