В ноябре 2013 года АО "ЕВРАЗ ЗСМК" получило сертификат соответствия на первые отечественные дифференцированно термоупрочненные длинномерные рельсы. За прошедшие десять лет эффект от применения этой продукции на сети РЖД довольно ощутим. А производитель продолжает активно развивать свою линейку рельсовой продукции, учитывая имеющийся спрос и наиболее актуальные тенденции, что в том числе позволяет сейчас успешно решать вопрос импортозамещения на железнодорожном транспорте.

Новое поколение рельсов эффективнее и безопаснее Одним из главных условий адекватного ответа железнодорожного транспорта на сложившиеся реалии и новые вызовы является совершенствование и развитие инфраструктуры, основу которой составляет путь. Ввиду постоянного ужесточения условий эксплуатации и необходимости в обеспечении РЖД качественными современными рельсовыми продуктами отечественного производства металлурги АО "ЕВРАЗ ЗСМК" в 2008-2012 гг. провели коренную реконструкцию рельсового производства с освоением инновационной технологии дифференцированной термообработки рельсов длиной до 100 метров с использованием остаточного тепла предпрокатного нагрева. Новая технология не только позволила совершить переход на новый уровень качества, но и решила важную проблему импортозамещения в обеспечении современной рельсовой продукцией тяжелонагруженных участков пути, высоко скоростного и скоростного совмещенного движения. В ноябре прошлого года исполнилось 10 лет с момента получения первого в России сертификата на рельсы категории ДТ350 отечественного производства и начала их поставок на сеть РЖД. За прошедший период АО "ЕВРАЗ ЗСМК" поставило в адрес ОАО "РЖД" свыше 6 млн т дифференцированно термоупрочненных рельсов (далее ДТ), из которых более 40% составляют рельсы длиной 100 м, доля которых ежегодно увеличивается и достигла в 2023 г. 65%. При этом 90% всего объема поставок приходится на рельсы общего назначения категории ДТ350, а 10% поставок составляют рельсы специального назначения категорий ДТ350НН, ДТ350СС, ДТ370ИК, разработанные и освоенные в 2014- 2016 гг. Новые рельсы категории ДТ пришли на замену объемнозакаленным (далее – ОТ) рельсам при различных видах ремонтов пути (рис. 1).

По состоянию на начало 2023 г. на участках с грузонапряженностью более 50 млн т-км груза брутто/км в год длина пути с дифференцированно термоупрочненными рельсами составляет 69% (24,5 тыс. км пути), что в 2,4 раза больше по сравнению с объемно термоупрочненными рельсами (10,4 тыс. км пути). А динамика дефектности рельсов за 2014-2022 гг. показывает, что применение рельсов ДТ позволило добиться существенного снижения общего выхода рельсов.

Рост грузонапряженности оказывает существенное влияние на интенсивность бокового износа головки рельсов в наружных нитях кривых малого и среднего радиусов. Для повышения износостойкости были разработаны рельсы новой категории ДТ400ИК с минимальной твердостью на поверхности катания – 400 НВ, при этом за счет оптимизации химического состава и применения специальных температурно-скоростных режимов прокатки удалось получить рельсы высокой твердости, обладающие комплексом механических свойств с более оптимальным сочетанием прочностных и пластических свойств по сравнению с рельсами категории ДТ370ИК.

Проведенные испытания в условиях Восточно-Сибирской и Забайкальской железных дорог подтвердили увеличение срока службы рельсов ДТ400ИК на 16% в наиболее сложных условиях эксплуатации в кривых малого радиуса менее 350 м.

Следует отметить, что, несмотря на значительное снижение интенсивности бокового износа рельсов в наружной нити кривых малого радиуса за счет категории ДТ400ИК, не удалось оказать существенного влияния на проблему повреждаемости внутренней нити кривой контактно-усталостными дефектами (далее – КУД).

По результатам совместных наблюдений за рельсами в пути специалистами РЖД и "ЕВРАЗ ЗСМК" было отмечено, что более устойчивыми к такого рода повреждениям показывают себя рельсы низкотемпературной надежности типа Р65 категории ДТ350НН, имеющие высокие значения пластических свойств и ударную вязкость при отрицательной температуре (-60° С).

В 2022 г. специалисты "ЕВРАЗа" для более полного использования эффекта снижения интенсивности бокового износа рельсов Р65 ДТ400ИК в наружных нитях кривых разработали схему одновременной укладки в наружной и внутренней нитях кривых малого радиуса рельсов Р65 различных категорий специального назначения соответственно ДТ400ИК и ДТ350НН.

В течение сезона летних путевых работ 2023 г. проведена оценка логистики при транспортировке и укладке условного комплекта из рельсов Р65 ДТ400ИК/ДТ350НН в кривые участки пути в рамках вида работ РП. На 2024 г. запланирован выбор полигона для опытной укладки комплекта для оценки эффекта и применимости такой схемы укладки при текущем ремонте в объеме РИ.

Анализ результатов эксплуатации показал, что новые рельсовые продукты, созданные в "ЕВРАЗ ЗСМК" после реконструкции производства, позволили ОАО "РЖД" с учетом совершенствования технического обслуживания пути обеспечить перевозки грузов в условиях повышения грузонапряженности, увеличения осевых нагрузок и веса поездов.

Перспективные разработки Для оценки влияния технологических изменений на потребительские свойства рельсов требуется проведение длительных натурных полигонных испытаний или менее достоверных, но более оперативных лабораторных исследований на специализированном оборудовании. До недавнего времени в распоряжении металлургов отсутствовало оборудование для их проведения, однако разработка и реализация программы по созданию специализированного НИЦ на "ЕВРАЗ ЗСМК" позволило решить эту проблему и ускорить разработку новых рельсовых продуктов, которые уже на стадии проведения производственных экспериментов оценивают на износостойкость и стойкость к образованию КУД. В рамках развития линейки рельсовой продукции и повышения потребительских свойств рельсов общего назначения в 2023 году завершен процесс разработки и сертификации рельсов общего назначения категории ДТ370, отгружена их первая партия для эксплуатации на путях дорог Восточного полигона. Рельсы общего назначения нового поколения категории ДТ370 отличаются более высоким комплексом физико-механических свойств, что в сово купности с результатами лабораторных исследований позволяет ожидать технический эффект от их применения в прямых и кривых радиусом более 650 м не менее 20-25% относительно рельсов категории ДТ350. Так, лабораторные испытания показали, что снижение интенсивности износа рельсов новой категории относительно базовых рельсов составило 25,9%, а период наработки до образования стадии множественных КУД увеличен на 61%.

При полигонных испытаниях существует большое количество дополнительных факторов, влияющих на потребительские свойства, что не позволяет напрямую распространять результаты лабораторных испытаний. Поэтому в 2024 году запланировано проведение совместного с РЖД мониторинга и подконтрольной эксплуатации этих рельсов.

Кроме того, металлурги "ЕВРАЗ ЗСМК" разработали новую категорию рельсов низкотемпературной надежности – ДТ370НН, которая, обладая высоким сопротивлением износу, сохранила и преимущества по вязкости, пластичности и трещиностойкости. Ожидается, что этот рельс, несмотря на свою принадлежность к рельсам специального назначения, максимально обеспечит потребности РЖД и станет основой новых высокоэффективных рельсов для Восточного полигона, отвечающих потребностям по увеличению пропускных способностей в сложных климатических и эксплуатационных условиях.

Анализ результатов эксплуатации, опыт разработки типов рельсов различной погонной массы за рубежом показывает, что для обеспечения эффективности в различных условиях эксплуатации железных дорог и удовле творения их потребностей средний шаг между типами рельсов составляет около 5 кг. При использовании современных методов расчетов и моделирования в кооперации с профильными институтами разработан новый тип рельса Р71, являющийся промежуточным решением между Р65 и Р75. Новый тип рельса получил более металлоемкую головку, близкую к Р75, но при этом имеет меньшую погонную массу. Достоинством данного типа рельса является его универсальность, за счет сохранения геометрических параметров подошвы и шейки узлы промежуточных рельсовых скреплений, стыковых накладок не требуют изменений конструкции.

Новый тип рельса Р71 рассчитан на повышение осевой нагрузки и наравне с рельсом типа Р75 имеет потенциал использования в конструкции пути, обеспечивающей наработку 2,5 млрд т брутто пропущенного тоннажа. При этом Р71 имеет меньшие риски выброса при использовании в конструкции бесстыкового пути и в кривых малых радиусов.

Проведенная реконструкция рельсового производства в АО "ЕВРАЗ ЗСМК", позволившая наладить выпуск современных длинномерных рельсов, не только решила проблему импортозамещения, но и значительно снизила удельную дефектность рельсов. Выполненные совместно с РЖД и профильными отраслевыми НИИ исследовательские работы позволили освоить рельсы специального назначения для различных условий эксплуатации, в том числе создали предпосылки для реализации крупных инфраструктурных проектов, таких как Северный широтный ход, строительство ВСМ, реконструкция БАМа и Трансиба.

А обновление лабораторной и исследовательской базы в АО "ЕВРАЗ ЗСМК" обеспечивает разработку и освоение производства рельсов нового поколения (при сокращении сроков оценки потребительских свойств), предназначенных для работы в условиях увеличения осевых нагрузок, новых типов подвижного состава, более интенсивного движения. При этом увеличение сроков межремонтной наработки конструкции пути должно достигнуть 2,5 млрд т брутто.

Алексей Головатенко, операционный директор АО "ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат" Михаил Старовойтов, первый заместитель начальника Центральной дирекции инфраструктуры ОАО "РЖД"