ریل فولادی چیست؟ معرفی انواع ریل راه آهن

ریل فولادی چیست و انواع ریل راه آهن کدام است؟ ریل راه آهن یکی از محصولات فولادی است که توانایی مقاومت در برابر بارهای سنگین را دارد. ریل فولادی یک آلیاژ پیچیده است؛ علاوه بر عنصر اصلی آهن (Fe)، پنج عنصر اصلی شامل کربن (C)، منگنز (Mn)، سیلیکون (Si)، فسفر (P) و گوگرد (S) در آن وجود دارد. انواع ریل راه آهن یا قطار شامل ریل مخصوص قطارهای سریع‌السیر، ریل قطار معمولی، ریل قطاره مخصوص مناطق سردسیر، ریل قطار مترو و ریل تراموا است. در این مقاله به معرفی ریل فولادی، انواع ریل راه آهن و نحوه ساخت ریل قطار بپردازیم. برای خواندن ادامه مطلب، مجله کارآهن را دنبال کنید.

ریل چیست؟

در روزهای اولیه راه‌اندازی خط راه‌ آهن، ریل‌ها از چدن ساخته می‌شدند که منجر به شکستگی ریل و آسیب‌های دیگر می‌شد. همین موضوع باعث شد تا جان برکینشو در سال ۱۸۲۰ با اختراع تکنیک نورد بهبود یافته، انقلابی در صنعت ریل به وجود آورد که به مرور از این صنعت با نام ریل راه آهن نام ببرند.

با این حال، ریل فولادی چیست و انواع ریل راه آهن به چند دسته تقسیم‌‍بندی می‌شود.  ریل راه آهن یکی از محصولات فولادی است که توانایی مقاومت در برابر بارهای سنگین را دارد؛ به طوری که این محصول می‌تواند در برابر فشار سنگین، نه تنها تغییر شکل ندهد بلکه امکان شکسته شدن خود را به صفر برساند. به معنایی بهتر، هنگامی که یک قطار در پیچ‌ها حرکت می‌کند، نیروهای عمودی شدیدی به ریل وارد می‌شود. به همین خاطر باید مقاومت بالایی برای تولید فولاد آن در نظر گرفت.

امروزه برخی از سیستم‌های تراموای شهری دارای پیچ‌های با شعاع کمتر از ۱۵ متر هستند که این رقم برای قطارهای برون‌شهری به شعاع کمتر از ۳۰۰ متر می‌رسد. البته مقاومت در برابر سایش و عمر طولانی ریل‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است؛ زیرا ریل‌ها نه تنها نباید بشکنند بلکه نباید خیلی نرم باشند.

بیشتر بخوانید: نورد تیرآهن چیست؟ مراحل نورد تیرآهن

انواع ریل فولادی (انواع ریل راه‌ آهن)

ریل فولادی چیست و انواع ریل راه آهن کدام است؟ راه‌های زیادی برای طبقه‌بندی ریل فولادی وجود دارد، مانند وزن، کاربرد، استاندارد و … که در ادامه به آن می‌پردازیم.

۱- انواع ریل فولادی بر اساس وزن

ریل فولادی از نظر نوع معمولا شامل تقسیم‌بندی وزن می‌شوند. به طور مثال اغلب می‌گوییم ریل ۵۰ کیلوگرمی؛ یعنی ریل‌هایی با وزن ۵۰ کیلوگرم بر متر. ریل‌های ۳۸ کیلوگرمی، ریل‌های ۴۳ کیلوگرمی، ریل‌های ۵۰ کیلوگرمی، ریل‌های ۶۰ کیلوگرمی، ریل‌های ۷۵ کیلوگرمی و … وجود دارد. همچنین ریل‌های ۲۴ کیلوگرمی و ریل‌های ۱۸ کیلوگرمی نیز وجود دارد. به ریل‌های ۴۳ کیلوگرمی به بالا، عموما ریل‌های سنگین وزن می‌گویند و ریل‌های فولادی زیر ۴، ریل سبک نامیده می‌شوند. نوع خاصی از ریل فولادی وجود دارد که به آن ریل جرثقیل می‌گویند. ریل جرثقیل برای راه آهن جرثقیل مورد استفاده قرار می‌گیرد.

۲- انواع ریل راه آهن بر اساس فرایند تولید

با توجه به فرایند ساخت، ریل فولادی به طور عمده به ریل‌های نورد گرم و ریل‌های عملیات حرارتی تقسیم‌بندی می‌شوند. در واقع تمام ریل‌ها با فرایند نورد گرم تولید می‌شوند. ریل‌های عملیات حرارتی پس از فرایند نورد گرم دوباره گرم می‌شوند که به عملیات حرارتی آنلاین و عملیات حرارتی آفلاین تقسیم‌بندی می‌گردد. عملیات حرارتی آنلاین در حال حاضر جریان اصلی برای ساخت ریل قطار است که نه تنها در مصرف انرژی بهینه عمل می‌کند، بلکه کارامدی بسیار بالایی دارد.

ریل‌های فولاد کربنی رایج‌ترین نوع ریل راه‌آهن هستند که امکان بازیابی آن‌ها وجود دارد. اکثر خطوط راه آهن مدرن از فولاد نورد گرم با عیار ۱۰۸۴ یا بالاتر ساخته می‌شوند. این یک فولاد کربن متوسط ​​است که از نورد فولاد ریلی با سنگ آهن طبیعی ساخته می‌شود.

متریال موجود در خطوط راه آهن ساخته شده از فولاد کربن، ترکیبی از فولاد با ۰.۷ تا ۰.۸ درصد کربن و ۰.۰۷  تا ۱ درصد منگنز است که نسبت به فولاد نورد شده، مقاومت بالاتری دارد. هرچه کربن و منگنز بیشتری به سنگ آهن اضافه شود، فولاد پس از ساخت قدرت و مقاومت بالاتری خواهد داشت.

خطوط راه آهن که باید وزن بیشتری را تحمل یا با سرعت بیشتری حرکت کنند، به ریل فولادی قوی‌تری نیز نیاز دارند. برخی از آلیاژها مانند تیتانیوم، کروم، قلع و وانادیوم می‌توانند سختی و استحکام زیادی به ریل فولادی اضافه کنند. اگرچه فولاد آلیاژی بر اساس عناصر اضافه شده می‌تواند اشکال مختلفی داشته باشد، اما همه آلیاژهای فولادی به روشی مشابه ساخته می‌شوند. پس از افزودن عناصر مختلف به سنگ آهن طبیعی، محصول به دست آمده نورد می‌شود تا خواص کششی و سایشی فولاد افزایش پیدا کند.

چیزی که ریل‌های فولادی عملیات حرارتی شده را متفاوت می‌کند، ساختار خود فولاد نیست، بلکه نحوه ساخت آن است. فولاد کربنی، آلیاژهای فولادی یا فولاد ۱۰۸۴ با حرارت دادن و کنترل سرد شدن فولاد نورد گرم تقویت و سخت می‌شود. فولاد کربنی مخصوصا می‌تواند از طریق عملیات حرارتی به دلیل محتوای منگنز بالاتر، قوی‌تر شود. هرچه عملیات حرارتی عمیق‌تر باشد، فولاد پس از اتمام کار قوی‌تر و سخت‌تر می‌شود.

ریل‌های فولادی باید به اندازه‌ای قوی باشند که وزن و سرعت قطارهای روی آن را برای مدت زمان نامشخصی تحمل کنند. این باعث می‌شود که فولاد عملیات حرارتی شده بهترین گزینه برای اکثر خطوط راه آهن جدید یا خطوط جایگزین باشد. 

۳- انواع ریل فولادی بر اساس عناصر تشکیل‌دهنده

ریل فولادی یک آلیاژ پیچیده است؛ علاوه بر عنصر اصلی آهن (Fe)، پنج عنصر اصلی شامل کربن (C)، منگنز (Mn)، سیلیکون (Si)، فسفر (P) و گوگرد (S) در آن وجود دارد. البته عناصر کمیاب وانادیوم (V)، کروم و برخی عناصر خاکی کمیاب و …، نقش تعیین‌کننده‌ای در خواص آن دارند. این عناصر به دلیل فرایندهای مختلف ساخت با یکدیگر ادغام می‌شوند و در نتیجه خواص فیزیکی متفاوتی برای ریل قطار ایجاد می‌کنند.

۴- انواع ریل راه آهن بر اساس کاربرد

در راستای بررسی ریل فولادی چیست به انواع ریل راه آهن بر اساس کاربرد می‌پردازیم. راه آهن پرسرعت: ریل‌های فولادی در ایستگاه راه آهن، از ریل ۶۰ کیلوگرمی استفاده می‌کنند و خط اصلی (شامل خطوط ایستگاه و خطوط کمکی) نیز ریل ۶۰ کیلوگرمی است. با این حال ریل‌های فولادی راه‌آهن‌های سریع‌السیر دارای الزامات بالاتری در مسطح بودن و مقاطع مختلف هستند.

ریل فولادی معمولی

راه‌آهن مسافری و باری قبل از اتمام راه‌آهن سریع‌السیر (اکنون همچنان فعال است)، از ریل فولادی ۵۰ کیلوگرمی برای دپو و پارکینگ  و خط اصلی از ریل فولادی ۶۰ کیلوگرمی استفاده می‌کند. بار یک قطار معمولی می‌تواند به بیش از ۱۰ هزار تن برسد (برای مقایسه، میانگین حمل بار مترو حدود ۱۰۰ تن است). این نوع راه‌آهن عموما از ریل ۷۵ کیلوگرمی استفاده می‌کند که می‌تواند عمر مفید آن را تا حدود زیادی افزایش دهد.

ریل فولادی مناطق سردسیر

این نوع ریل‌های فولادی دارای الزامات بالایی برای مقاومت در برابر سرما و خوردگی است. در ضمن از ریل‌های فولادی ۶۰ کیلوگرمی ویژه، برای مناطق سردسیر استفاده می‌کنند.

ریل فولادی مترو

خط اصلی مترو دارای ریل ۵۰ کیلوگرمی ریل و خطوط پارکینگ از ریل ۶۰ کیلوگرمی استفاده می‌کند.

ریل فولادی تراموا

به دلیل کوچک بودن چرخ، شعاع گردش و تعداد کم گردش، تراموا به راحتی از ریل خارج می شود، بنابراین ریل شیاردار با ریل محافظ مخصوص به خود را به کار می‌گیرد.

استاندارد ریل راه آهن

ریل فولادی چیست و چه استانداردهایی برای تولید دارد؟ ریل‌های قطار بر اساس استانداردهای مختلفی در سراسر جهان تولید می‌شوند که شامل استاندارد GB ،AREMA ،BS ،UIC  JIS ،DIN ،AECE و … است.

خواص ریل فولادی راه آهن

یکی از ویژگی‌های قابل توجه ریل فولادی راه آهن، منگنز بالای آن است. وجود منگنز، امکان عملیات حرارتی عمیق‌تر را فراهم می‌کند. برای اینکه خطوط راه‌آهن در درازمدت به درستی عمل کنند، دو ویژگی بسیار مهم باید داشته باشند که شامل مقاومت بالا در برابر سایش و مقاومت در برابر شکست است.

عملیات حرارتی عمیق‌تر به فولاد اجازه می‌دهد تا استحکام بالاتری داشته باشد. اساسا در این نوع فولاد، به ندرت پیش می‌آید که در بلند مدت دچار ترک‌های سطحی شود. همانطور که می‎‌دانید، قطارها سنگین هستند و فشار فوق‌العاده‌ای به هر چیزی که زیر آن‌ها قرار دارد وارد می‌کنند.

بسته به اندازه قطار و میزان استفاده از آن، می‌توان انتظار داشت که یک مسیر بین ۵ تا ۱۰۰ سال دوام بیاورد. این بدان معنا نیست که ریل‌ها برای مدت زمان طولانی آسیبی نمی‌بینند. در واقع ریل قطار نیز به مرور زمان دچار فرسودگی می‌شود که باید آن را ترمیم کرد. با این حال فلز مورد استفاده در ریل قطار، در برابر هرگونه رطوبت، قارچ، سایش و تغییر شکل مقاوم است. 

خواص فولاد مورد استفاده در ریل قطار
مشخصه	حداقل	حداکثر	واحدها
استحکام کششی نهایی	۱۱۳,۰۰۰	۱۳۵,۰۰۰	PSI
قدرت تسلیم	۷۴,۰۰۰	۹۷,۰۰۰	PSI
مقاومت برشی	۶۸,۰۰۰	۸۰,۰۰۰	PSI
سختی	۲۰	۲۷	PSI
سختی (عملیات حرارتی)	۵۰	۶۵	PSI

نحوه ساخت ریل فولادی راه آهن

برای ساخت ریل فولادی ابتدا باید چدن را تولید کرد. بدین منظور، سنگ آهن با آهک و کک تحت یک منبع ثابت اکسیژن در کوره بلند تا دمای بیش از ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد گرم می‌شود. نتایج حاصل از آن، محصولات آهن و سرباره است. اگرچه استفاده از چدن به طور مستقیم برای صنعت ساختمان‌سازی مناسب نیست اما این محصول به عنوان ماده اولیه تولید فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فولاد در مرحله دوم از طریق فرایند به اصطلاح پالایش با اکسیژن خالص تولید می‌شود. محتوای کربن از حدود ۴ درصد به ۱.۵ درصد کاهش می‌یابد. فولاد ریلی را می‌توان در دمای حدود ۱۲۵۰ درجه سانتی‌گراد حرارت داد. این دما باید در طول فرایند نورد حفظ شود تا ساختاری همگن برای فولاد ریلی حاصل شود. در حال حاضر طول استاندارد ریل‌های نورد شده ۱۲۰ متر است. طول‌های ۱۸۰ و حتی ۳۶۰ متری نیز امکان‌پذیر است که با جوشکاری پروفیل‌های نورد شده به یکدیگر تولید می‌شوند.

ریل نورد شده باید پس از فرایند نورد به روشی کنترل شده خنک شود تا از آسیب دیدن تنش‌های داخلی در آن جلوگیری شود. با این حال در طول فرایند فوق، خم شدن فولاد ریلی مجاز است. با صاف‌کننده‌های غلطکی در حدود ۵۰ درجه سانتی‌گراد اصلاح می‌شود. علاوه بر این، انجام آزمایش التراسونیک برای تشخیص هرگونه خطای تولید توصیه شده است، در غیر این صورت، حفره‌های موجود در مواد ممکن است عواقب غیر قابل پیش‌ بینی در صورت از کار افتادن ریل ایجاد کنند.

چرا از فولاد ضد زنگ برای ریل فولادی راه آهن استفاده نمی‌شود؟

قطار یک وسیله حمل و نقل بسیار مهم است. می‌توان از آن نه تنها برای حمل افراد بلکه برای حمل کالا نیز استفاده کرد. زیرا ظرفیت بالایی برای حمل و نقل دارد. همچنین به دلیل ارزان بودن قیمت، بسیاری از مردم تمایل بیشتری به سوار شدن به قطار دارند. بسیاری از شما وقتی  که در قطار هستید، ریل فولادی قطار را دیده‌اید. بسیاری از انواع ریل فولادی زنگ زده هستند. چرا قطارها از چنین ریل زنگ زده‌ای به جای فولاد ضد زنگ استفاده می‌کنند؟

در زندگی روزمره ما، بسیاری از وسایل و ابزارها از فولاد ضد زنگ ساخته می‌شوند، مانند فنجان‌های عایق استنلس استیل، کفگیر و غیره. همچنین فولاد ضد زنگ در بسیاری از زمینه‌های دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. چرا از فولاد ضد زنگ در ریل قطار استفاده نمی‌شود؟ اگرچه فولاد ضد زنگ، زنگ نمی‌زند اما از نظر استحکام نیازهای ریل را برآورده نمی‌کند. فولاد ضد زنگ به راحتی تحت فشار بالا برای مدت زمان طولانی تغییر شکل می‌دهد. اگر ریل قطار تغییر شکل بدهد، عواقب بسیار جدی در پی دارد؛ بنابراین ریل از فولاد ضد زنگ استفاده نمی‌کند.

‌ریل‌های راه آهن از فولاد پر منگنز ساخته می‌شوند. فولاد پر منگنز یک فولاد آلیاژی با محتوای منگنز بیش از ۱۰ درصد است. استحکام آن بسیار بالاست و می‌تواند تا مدت زمان طولانی در برابر غلتیدن قطارها مقاومت کند.

اگرچه فولاد پر منگنز پس از قرار گرفتن طولانی مدت در معرض نور خورشید و باران زنگ می‌زند، اما تاثیر زیادی بر حمل و نقل قطار نخواهد داشت. زیرا راه آهن همیشه توسط پرسنل حرفه‌ای بازرسی و نگهداری می‌شود. بنابراین هر جا مشکلی به وجود آید، تعمیرات به موقع صورت می‌گیرد و مشکلی در این زمینه پیش نمی‌آید. با این حال در حال حاضر فولاد پر منگنز مناسب‌ترین فولاد برای ریل به جای فولاد ضد زنگ است.

قیمت ریل فولادی

ریل قطار یکی از مهم‌ترین محصولات فولادی است که در داخل کشور توسط شرکت ذوب آهن اصفهان تولید می‌شود. انواع ریل تولیدی شرکت ذوب آهن اصفهان شامل ریل UIC۶۰ ،U۳۳  ،UIC۵۴ و … می‌شود. برای افزایش مقاومت سایشی ریل فولادی از فولاد Ck45  و Ck55 استفاده می‌کنند. به همین خاطر عوامل موثر بر قیمت ریل فولادی می‌توان به مواد اولیه، وزن، سایز و استاندارد اشاره کرد.

برای اطلاع از قیمت و نحوه خرید ریل فولادی در داخل کشور، با ما شماره ۶۷۱۴۵-۰۲۱ تماس بگیرید. گروه کارشناسان متخصص وب سایت کار آهن، آماده پاسخگویی به سوالات شما عزیزان هستند. همچنین برای اطلاع از قیمت تیرآهن ذوب آهن اصفهان، به سایت کارآهن مراجعه کنید.

بیشتر بخوانید: آمار تولید ذوب آهن اصفهان تا پایان دی ماه ۱۴۰۲

کلام آخر

در این مقاله به ریل فولادی چیست و انواع ریل راه آهن پرداختیم. ریل فولادی یکی از محصولات راهبردی در هر کشور به شمار می‌آید که تحت استانداردهای به خصوصی تولید می‌شوند. انواع ریل قطار شامل ریل مخصوص قطارهای سریع‌السیر، ریل قطار معمولی، ریل قطاره مخصوص مناطق سردسیر، ریل قطار مترو و ریل تراموا است. برای کسب اطلاعات بیشتر درباره قیمت و نحوه خرید ریل راه‌آهن با ما تماس بگیرید.

سوالات متداول