¿Qué tipo de acero se utiliza para los rieles?

El acero para rieles es un material especial, no acero dulce

Un riel es una sección-de acero laminado en caliente que transporta la carga de la rueda, guía el tren y proporciona la superficie de rodadura, y lo hace mientras está sujeto a presiones de contacto de más de un gigapascales debajo de cada rueda y a millones de ciclos de carga al año. El acero estructural ordinario no puede soportar esta tarea: es demasiado blando para el desgaste y demasiado débil a la fatiga para la tensión del contacto rodante. Por lo tanto, el acero para rieles es un acero con alto contenido de carbono-, generalmente en el rango de 0,60 a 0,82 por ciento de carbono, con una microestructura perlítica de láminas finas alternas de ferrita y cementita. La perlita ofrece la combinación que importa: alta dureza para resistir el desgaste y tenacidad adecuada para evitar que se propaguen las grietas. El contenido de carbono coloca al acero del riel claramente por encima de los aceros de construcción, y la composición está estrictamente controlada porque cada 0,1 por ciento de carbono, manganeso o silicio cambia la tasa de desgaste, la resistencia a la fatiga y la soldabilidad del riel.

Califique la química en los principales sistemas estándar

Las calidades de los carriles están definidas por el sistema estándar del país comprador, y el mismo carril nominal puede existir en varias versiones nacionales. La siguiente tabla resume los grados ampliamente comercializados con sus rangos típicos de carbono y manganeso.

Destacan dos familias. Los grados de la serie U-son los aceros ferroviarios chinos: U71Mn es el caballo de batalla, U75V agrega vanadio para mayor resistencia en líneas rápidas, y los grados de cromo y vanadio satisfacen demandas de transporte pesado-y dureza muy alta. La familia EN 13674-1 utiliza la designación R con la dureza o resistencia en el nombre: R260 es el grado estándar, y los grados endurecidos en la cabeza, como R350HT y R370CrHT, elevan la dureza de la superficie al rango de 350 a 390 HBW para condiciones de desgaste severas.

Rieles aleados y tratados térmicamente-

Cuando la demanda de desgaste excede lo que puede ofrecer un grado perlítico simple, la respuesta es el endurecimiento de la cabeza o la aleación, o ambos. El endurecimiento de la cabeza es un-tratamiento térmico en línea de la cabeza del riel después del laminado: la cabeza se enfría rápidamente para que forme una perlita fina con una dureza superficial de 350 a 390 HBW para grados como R350HT, mientras que la red y la base mantienen una estructura más resistente y soldable. Esto concentra la dureza exactamente donde ocurre el desgaste y mantiene el resto del riel formable y soldable, razón por la cual los rieles endurecidos con la cabeza-dominan las líneas de transporte pesadas- y las curvas severas. La aleación funciona en paralelo: el vanadio y el cromo refinan la perlita y aumentan la resistencia, y la microaleación de niobio mejora la dureza. Los grados de muy alta resistencia utilizados en las líneas más pesadas, como los carriles de cromo-molibdeno y bainítico que ahora están surgiendo, llevan la dureza y la tenacidad más allá del límite perlítico, pero todavía están especificados por el mismo marco de estándares y verificados por las mismas pruebas: resistencia a la tracción, dureza de la superficie y del núcleo, energía de impacto y comportamiento a la fatiga.

Rieles ligeros y carriles de grúa

No todos los rieles son rieles principales. Los carriles ligeros de 8 a 30 kg/m, utilizados para transporte minero, vías industriales ligeras y líneas temporales, se laminan según GB/T 11264 con calidades más blandas como 55Q y Q235, porque su trabajo es a baja velocidad y baja carga por eje, donde la resistencia al desgaste importa menos que la economía y la maquinabilidad. Los carriles de grúa de la serie QU, desde QU70 hasta QU120, se utilizan en vías de pórtico y puentes grúa; se laminan según la especificación de rieles de grúa con una cabeza ancha y plana diseñada para las ruedas planas de las grúas, y los rieles QU chinos se suministran comúnmente en U71Mn, con los requisitos de dureza y rectitud establecidos por el estándar de rieles de grúa en lugar de por la práctica principal. La distinción es importante a la hora de adquirirlo: un carril principal R260 no se puede sustituir simplemente por un carril de grúa o un tranvía minero, porque el perfil, la dureza y el sistema de fijación son diferentes.

Seleccionar la calificación para un proyecto

La selección de calificaciones comienza desde el estándar del proyecto, no desde una tabla de nombres. Los datos que rigen son la carga por eje, el tonelaje anual, la velocidad máxima, la gravedad de las curvas y el clima. Las líneas de transporte pesado-con alto tonelaje anual y curvas pronunciadas eligen los grados de dureza más altos, endurecidos-en la cabeza o aleados- con cromo, porque el desgaste, no la fatiga, determina la vida útil del riel. Las líneas de pasajeros de alta-velocidad eligen calidades con alta resistencia a la fatiga y dureza constante, como U75V en China o R260 en Europa, con requisitos de calidad de superficie más estrictos. Las líneas de tráfico mixto-convencionales están bien atendidas por los grados estándar, R260 o U71Mn. Las líneas de región fría-añaden un requisito de energía de impacto-a la temperatura mínima de servicio, y los entornos corrosivos pueden agregar requisitos de aleación o recubrimiento. En todos los casos, el comprador debe indicar el perfil, el grado y el estándar vigente, por ejemplo, 60 kg/m U75V según GB/T 2585 o 60E1 R260 según EN 13674-1, y solicitar el certificado de prueba de fábrica para que los valores químicos y mecánicos entregados puedan compararse con los límites de grado.

Preguntas frecuentes

P1: ¿El acero para rieles es simplemente acero con alto contenido de carbono-?

Es acero con alto-carbono, entre 0,60 y 0,82 por ciento de carbono, pero también se controla su contenido en manganeso, silicio y residuos, se lamina hasta obtener un perfil preciso y se prueba su dureza, resistencia a la tracción y fatiga. El grado y el estándar juntos definen el material.

P2: ¿Cuál es la diferencia entre R260 y R350HT?

R260 es el grado perlítico estándar con una resistencia a la tracción mínima de 880 MPa. R350HT es de la misma familia pero con cabeza-endurecida a una dureza superficial de 350 a 390 HBW para servicio de transporte pesado-y alto-desgaste.

P3: ¿Qué significa la U en U71Mn?

El prefijo U es la designación china del acero para rieles. U71Mn es un acero para rieles de manganeso con entre 0,65 y 0,76 por ciento de carbono y entre 1,10 y 1,40 por ciento de manganeso, según GB/T 2585.

P4: ¿Por qué se utilizan rieles endurecidos con la cabeza-en las curvas?

Porque las curvas generan las tasas de desgaste más altas. El endurecimiento de la cabeza coloca una dureza de 350 a 390 HBW exactamente en la superficie de rodadura, extendiendo la vida útil del riel varias veces en comparación con una calidad estándar en la misma curva.

P5: ¿Se pueden utilizar rieles de grúa en líneas ferroviarias?

No. Los carriles de grúa tienen diferente perfil de cabeza, dureza y sistema de sujeción, diseñados para ruedas de grúa planas y bajas velocidades. Las líneas ferroviarias requieren el perfil ferroviario y el grado de la norma vigente.

P6: ¿Cómo se verifica la calificación entregada?

Mediante el certificado de prueba del molino con el número de calor, análisis de la cuchara y pruebas mecánicas, y verificando la química con los límites de grado de la norma. La dureza se puede verificar en la cabeza del riel con un probador portátil en el momento de la entrega.