Uhlíková ocel je železo legované uhlíkem a její chování se řídí především obsahem uhlíku. Čtyři konvenční typy, v pořadí se zvyšujícím se uhlíkem, jsou nízkouhlíková, středně uhlíková, vysoce uhlíková a ultra-vysokouhlíková ocel. Obsah uhlíku zvyšuje pevnost a tvrdost, ale snižuje tažnost, houževnatost a svařitelnost, a proto je výběr materiálu vždy spíše vyvážením než závodem na nejvyšší číslo.
Čtyři druhy uhlíkové oceli
| Typ | Obsah uhlíku | Typické vlastnosti | Běžná použití |
| Nízký uhlík (měkká ocel) | pod 0,3 % | Měkké, tvárné, snadno svařitelné a tvarovatelné | Konstrukční profily, potrubí, karoserie, celková výroba |
| Střední uhlík | 0.3-0.6% | Rovnováha pevnosti a tažnosti | Ozubená kola, nápravy, hřídele, části strojů |
| Vysoký uhlík | 0.6-1.0% | Tvrdý, odolný proti opotřebení, méně tažný | Pružiny, dráty, řezné nástroje, kolejnice |
| Ultra-vysoký obsah uhlíku | 1.0-2.0% | Extrémně tvrdý a křehký | Zápustky, razníky, speciální břity |
Jak je klasifikována železniční ocel
Kolejnicová ocel se vyrábí ve třech rodinách. Uhlíkové kolejnice se taví a válcují ze železné rudy-za tepla, přičemž pevnost se spoléhá hlavně na uhlík a mangan; typická běžná kolejnicová ocel obsahuje zhruba 0,40-0,80 % uhlíku s manganem asi 1,0-1,4 %. Kolejnice ze slitiny přidávají malé množství legujících prvků, jako je vanad, titan, chrom nebo niob, aby se zvýšila pevnost a houževnatost nad rámec karbonových tříd. Tepelně zpracované kolejnice jsou karbonové nebo slitinové kolejnice, které jsou zahřívány a poté ochlazovány za kontrolovaných podmínek, aby se zjemnila perlitová struktura; hlava kolejnice vytváří tvrzenou vrstvu, která výrazně zlepšuje odolnost proti opotřebení a prodlužuje životnost.
Čínské železniční třídy a mechanické vlastnosti
Za tepla-válcované kolejnice (GB/T 2585)
| Stupeň | Pevnost v tahu (MPa) | Tvrdost (HB) |
| U75V | minimálně 980 | 280-320 |
| U78CrV | minimálně 1080 | 310-360 |
| U76CrRE | minimálně 1080 | 310-360 |
| U77MnCr | minimálně 980 | 290-330 |
Tepelně-zpracované kolejnice
| Stupeň | Pevnost v tahu (MPa) | Tvrdost (HB) |
| U75V (tepelně zpracováno) | minimálně 1180 | 320-380 |
| U78CrV (tepelně zpracováno) | minimálně 1280 | 370-420 |
Evropské a UIC rodiny používají svá vlastní označení: R260 a R350HT podle EN 13674-1 a třídy 700, 900A a 1100 podle UIC 860, kde číslo je minimální pevnost v tahu v MPa.
Výběr správné ocelové kolejnice
Vyberte si sklon z provozu: velké zatížení náprav a ostré zatáčky vyžadují vyšší-pevnost hlavy, což je místo, kde tepelně{1}}zpracované kolejnice získávají svou prémii. Rovné, málo zatížené tratě mohou provozovat standardní karbonové třídy za nižší cenu. Důležitá je také svařitelnost: kolejnice s vysokým-uhlíkem a slitiny vyžadují kontrolované postupy svařování a chemické složení kolejnice musí být kompatibilní s procesem svařování použitým na projektu. U upevňovacích součástí jsou pružinové oceli, jako je 60Si2MnA, ve vysoko-uhlíkovém rozsahu a tvrdost klipu po tepelném zpracování je obvykle 42–50 HRC.
Časté mylné představy
Vyšší uhlík není automaticky lepší: ultra-uhlíková ocel je příliš křehká pro strukturální a dynamické díly. Kolejnice nejsou vyrobeny z nízkouhlíkové oceli, která by se během měsíců opotřebovala. A fráze legovaná ocel neznamená nerezovou ocel: legující prvky se přidávají v malých procentech pro zlepšení pevnosti a houževnatosti, nikoli pro odolnost proti korozi.
FAQ
Proč je železniční ocel vždy s vysokým obsahem uhlíku?
Protože hlava kolejnice musí odolávat opotřebení a kolejnice jako celek musí odolávat ohybu a únavě. Vysoký uhlík poskytuje požadovanou tvrdost a pevnost, zatímco specifické úrovně uhlíku a manganu jsou vyladěny pro svařitelnost a houževnatost.
Jaký je rozdíl mezi karbonovou a slitinovou kolejnicí?
Carbon rail spoléhá na karbon a mangan pro pevnost; slitinová kolejnice přidává malé množství vanadu, titanu, chrómu nebo niobu pro zvýšení pevnosti a houževnatosti.
Co udělá tepelné zpracování s kolejnicí?
Řízené zahřívání a chlazení zušlechťuje perlitovou strukturu a vytváří vytvrzenou vrstvu na hlavě kolejnice, typicky zvyšuje pevnost v tahu o 150-200 MPa a výrazně zlepšuje životnost na zakřivené trati.
Je U75V lepší než U71Mn?
U75V má vyšší pevnost a lepší odolnost proti opotřebení a je běžnou volbou pro těžké-dopravní a vysokorychlostní-tratě. U71Mn zůstává široce používán pro konvenční linky, kde je jeho svařitelnost a cena dobře vyvážena.
Lze snadno svařovat ocel s vysokým obsahem uhlíku?
Ne. Vysokouhlíkové oceli vyžadují řízené předehřívání, kvalifikované postupy a kontrolu po-svaření, a proto je svařování kolejnic (flash tupo, termitové nebo aluminotermické) specializovaným provozem se schválenými parametry.
Jakou tvrdost by měly mít pružinové spony?
Železniční pružinové spony jsou typicky kalené a temperované na 42-50 HRC. Nižší tvrdost riskuje plastickou deformaci a ztrátu zatížení prstů; vyšší tvrdost riskuje křehký lom při nárazu.