Trong ngành đường sắt, việc lựa chọn mác thép đóng vai trò cực kỳ quan trọng, bởi nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền, an toàn và tuổi thọ của toàn bộ hệ thống. Các loại thép được sử dụng trong ngành đường sắt thường có những yêu cầu đặc biệt về độ cứng, độ bền kéo, khả năng chống mài mòn, chống va đập và tính chất hàn tốt.

Dưới đây là một số mác thép và tiêu chuẩn phổ biến được sử dụng trong ngành đường sắt:

1. Thép ray (Rail Steel)

Đây là thành phần quan trọng nhất của đường sắt, dùng để dẫn hướng bánh xe tàu và chịu toàn bộ tải trọng. Thép ray cần có độ bền cao, khả năng chịu mài mòn và va đập tốt.

• Mác thép phổ biến:
  • Thép Carbon cao: Là loại phổ biến nhất, với hàm lượng carbon cao để tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn. Các mác thép thường gặp là 50Mn, 51Mn, 71Mn (theo tiêu chuẩn Trung Quốc GB) hoặc các loại thép có độ bền kéo từ 900 N/mm² trở lên.
  • Thép hợp kim thấp cường độ cao (HSLA): Được sử dụng cho đường ray tốc độ cao, giúp tăng cường độ bền và an toàn.
• Các loại ray phổ biến theo trọng lượng:
  • Thép ray nhẹ: Có trọng lượng nhỏ hơn hoặc bằng 30 kg/m (ví dụ: P11, P12, P15, P18, P22, P24, P30). Thường dùng cho các đường vận chuyển tạm thời, đường ray chuyên dụng trong nhà máy, công trường.
  • Thép ray nặng: Có trọng lượng lớn hơn 30 kg/m (ví dụ: P38, P43, P50, P60, QU70, QU80, QU100, QU120). Loại này yêu cầu độ bền và độ cứng cao hơn, chủ yếu dùng cho đường ray chính, đường cong, đường hầm của đường sắt hoặc làm đường ray cẩu trục, cầu trục.
• Tiêu chuẩn áp dụng:
  • JIS E 1101, JIS E 1103 (Nhật Bản): Quy định thành phần hóa học, kích thước và tính chất cơ học của thép ray.
  • UIC 860-O (Châu Âu): Tiêu chuẩn quốc tế cho thép ray.
  • EN 13674 (Châu Âu): Bao gồm nhiều loại đường ray và cấp ray khác nhau.
  • ASTM A1 (Mỹ): Tiêu chuẩn cho thép ray.
  • GB 3426 – 82, YB/T 5055 – 93, GB/T 6995 (Trung Quốc): Các tiêu chuẩn phổ biến cho thép ray ở Trung Quốc.
  • GOST (Nga): Ví dụ GOST 8161, GOST 5876.

2. Các bộ phận khác của hệ thống đường sắt

Ngoài thép ray, các bộ phận khác cũng sử dụng các loại thép phù hợp với chức năng và yêu cầu kỹ thuật:

• Thanh tà vẹt thép: Thường làm từ thép hợp kim thấp cường độ cao (HSLA) để đảm bảo độ bền và tuổi thọ.
• Hệ thống buộc chặt (kẹp đàn hồi, tấm đế):
  • Kẹp đàn hồi: Thường sử dụng thép lò xo để đảm bảo tính đàn hồi và giữ chặt ray.
  • Tấm đế: Có thể dùng thép carbon hoặc thép không gỉ tùy thuộc vào yêu cầu chống ăn mòn và độ bền.
• Toa xe lửa:
  • Cấu trúc thân chính: Sử dụng thép không gỉ (ví dụ: 304, 301L, EN 1.4003) cho toa hành khách và xe điện ngầm do khả năng chống ăn mòn và độ bền cao. Thép carbon hoặc thép hợp kim thấp cường độ cao (HSLA) cũng được dùng cho toa chở hàng để giảm trọng lượng.
  • Ếch (Frog) trong đường ray chuyển mạch: Thường sử dụng thép có hàm lượng mangan cao để tăng cường khả năng chống mài mòn và va đập tại điểm giao cắt.

Việc lựa chọn mác thép cụ thể cho từng bộ phận trong ngành đường sắt cần được thực hiện dựa trên các tính toán kỹ thuật chi tiết, điều kiện vận hành, tải trọng, và các tiêu chuẩn quốc tế cũng như quốc gia hiện hành.