Бейнитная сталь

Хотя низкоуглеродистая бейнитная сталь не может предотвратить возникновение ползунов, в ней практически не развиваются раковины и трещины. За счет этого колеса из бейнитной стали могут иметь существенно больший срок службы, так как уменьшается количество металла, снимаемого при каждом перепрофилировании.

Для применения в изготовлении колес была разработана низкоуглеродистая бейнитная сталь, по механическим характеристикам подобная обычной колесной стали марки ER8, но не склонная к мартенситным превращениям (именно это являлось основной целью разработчиков). В ходе исследований установлено, что степень сопротивляемости образованию мартенсита зависит от малейших изменений в составе стали.

Для оценки сопротивляемости образованию мартенсита в результате быстрого нагревания и охлаждения металл подвергли испытаниям по методу Джомини (Jominey) и с наплавкой единичными узкими швами. В университете Шеффилда в соответствии с британским стандартом BS 4437 изготовили образцы из сталей бейнитной и марки ER8. Образцы-стержни нагревали по всей длине до 900 °С и затем быстро охлаждали с одного конца путем погружения на 10 мин в холодную воду на стандартизированной закалочной установке Джомини.

Измерения твердости выполняли с шагом 2 мм по длине образцов начиная с охлажденного торца. Было установлено, что в ходе испытаний в бейнитной стали мартенситные превращения не происходили, поскольку существенные изменения твердости также не наблюдались. В то же время в стали ER8 были обнаружены мартенситные превращения на глубине примерно 20 мм от поверхности, а максимальное повышение твердости (почти на 150 %) отмечено вблизи торца образца.

Поскольку в процессе испытаний происходила полная аустенизация образцов, что, по всей видимости, отрицательно сказывалось на скорости охлаждения, понадобились дополнительные испытания, в процессе которых по новой процедуре аустенит образовывался лишь в малой части образцов, причем подложка выполняла роль приемника излишнего тепла. Для этого на образцах вблизи одного из торцов было выполнено несколько единичных наплавочных швов, так что измерения твердости происходили в эллиптической зоне интенсивного теплового воздействия.

Результаты измерения твердости на образцах из сталей ER8 и бейнитной показаны на рисунке. Видно, что твердость бейнитной стали в зоне теплового воздействия повысилась в заметно меньшей степени, чем стали ER8, что свидетельствует об отсутствии мартенситных превращений.