Виктор Семенов
Заместитель министра путей сообщения РФ

    Устойчивая работа железнодорожного транспорта во многом зависит от качества и объема рельсов, поставляемых металлургическими комбинатами. Рельсы являются наиболее дорогим элементом конструкции пути. Доля их стоимости в общем объеме работ по его капитальному ремонту составляет около 40 %. Учитывая протяженность отечественных железных дорог – 124 тыс. км, их роль в народном хозяйстве, производство рельсов следует рассматривать как стратегическую задачу, обеспечивающую экономическую безопасность страны.
    На путях российских железных дорог уложено около 21 млн. т рельсов. Определенное их количество ежегодно требует замены. План капитального ремонта 2000 года предусматривает сплошную замену более 4000 км рельсов на новые и более 2000 км на отремонтированные старогодные.
    Отсюда вытекает первое требование к металлургическим комбинатам-производителям рельсов: неукоснительное выполнение ежемесячных объемов заказов. В 1999 году, как и в предыдущие годы, металлурги не сумели обеспечить ритмичную поставку рельсов. Хотя объем заказов железных дорог был значительно ниже производственных возможностей комбинатов, поставка рельсов с Кузнецкого металлургического комбината составила 82 % от плана, с Нижнетагильского – 89 %. В отдельные месяцы производство рельсов падало до небывало низких объемов. Так, в феврале 1999 года на КМК произведено для железных дорог России только 10,9 тыс. т из запланированных 25 тыс. т, а на НТМК – всего 6,4 тыс. т из 20 тыс. т. Чтобы выполнить план ремонта пути, железные дороги в отдельные месяцы были вынуждены закупать на НТМК до 10 %, а на КМК до 18 % рельсов нестандартной длины. В 2000 году поставка некондиционной продукции по-прежнему продолжается.
    Потребность железных дорог России на 2000 год составляет 750 тыс. т новых рельсов. В ближайшие пять лет она останется на таком же уровне. В табл.1 показано распределение потребности в рельсах разных категорий по комбинатам-производителям с учетом их географического расположения.
    Необходимо отметить, что в новых экономических условиях потребность железных дорог в получении рельсов будет определяться много строже, чем 20 лет назад. Не может быть и речи о возврате к старым цифрам ежегодных заказов на рельсы порядка 2 млн. т, о которых вспоминают А. Дерябин и Л. Смирнов в статье "Деньги на рельсы!" ("Металлы Евразии", №3, 2000 г.). Снижение ежегодных закупок связано с уменьшением грузооборота, увеличением объемов укладки старогодных рельсов после их реновации на рельсосварочных предприятиях МПС и необходимостью строгой экономии материальных средств для обеспечения рентабельности железнодорожного транспорта.
    Экономическая целесообразность приведет в недалеком будущем к дифференцированному использованию рельсов в зависимости от плана пути, грузонапряженности участка, скорости движения поездов, климата района. Поэтому термоупрочненные рельсы (620 – 670 тыс. т), предназначенные для укладки при капитальном ремонте, подразделяются по их разновидностям следующим образом.
    Для повышения скорости пассажирских поездов до 200 км в час на ряде направлений необходимы рельсы для скоростного движения, совмещенного с грузовым. Они должны обладать как повышенной прямолинейностью, так и достаточно высокими контактно-усталостной прочностью и износостойкостью. Ежегодная потребность в таких рельсах отечественных железных дорог, 90 % которых находится в Европейской части России, составляет 200 – 250 тыс. т.

    На ряде железных дорог имеются участки пути, где температура зимой опускается ниже минус 40о С. В этих условиях целесообразно укладывать специальные рельсы повышенной низкотемпературной надежности из стали с мелкозернистой структурой, получение которой обеспечивается повышенным содержанием азота, связанного в нитриды. Потребность в таких рельсах составляет 50 – 60 тыс. т.
    В упорных нитях на кривых участках пути малого радиуса, которых особенно много на Горьковской, Куйбышевской, Свердловской, Южно-Уральской, Красноярской, Восточно-Сибирской, Забайкальской и Дальневосточной железных дорогах, нужно применять рельсы типа Р65 с измененным профилем головки и повышенной твердостью. Последнее достигается использованием заэвтектоидной стали с содержанием углерода 0,82 – 0,86 %. Ежегодная потребность в таких рельсах – около 50 тыс. т.
    Металлургическая промышленность России пока не обеспечила потребности железных дорог в рельсах повышенной прямолинейности для участков скоростного движения, а также в специальных рельсах для кривых участков пути и районов холодного климата.
    Анализ показывает, что в последние три года поставки КМК и НТМК являлись недостаточными не только по количеству, но и по качеству. Объемы проката рельсов начали расти только в первом полугодии 2000 года благодаря устойчивой работе КМК.
    Недостаточное соответствие рельсов условиям эксплуатации приводит к необходимости их частой замены, что требует больших затрат, вызывает задержки в движении поездов и создает значительные организационные трудности. В 1999 году на железных дорогах было изъято 107 тыс. дефектных рельсов, в том числе по дефектам контактной усталости около 17 тыс., по боковому износу – более 15 тыс. и по трещинам в шейке – около 5 тыс.
    Еще более важной задачей является обеспечение безопасности движения поездов, для чего необходимо полностью исключить внезапные отказы в виде аварийно опасных изломов рельсов. В 1999 году 198 рельсов сломались под колесами подвижного состава, и только по счастливой случайности крушений по этой причине не было. В России железнодорожники вынуждены проводить дефектоскопный контроль рельсов на порядок чаще, чем это делается на зарубежных дорогах, для чего приходится содержать 10 тыс. человек и соответствующую дорогую технику.
    Эксплуатационная стойкость рельсов определяется их структурой, неметаллическими включениями, наличием разнообразных внутренних и наружных дефектов металлургического происхождения, химическим составом, механическими свойствами, остаточными напряжениями, геометрическим качеством (прямолинейностью) и качеством механической обработки болтовых отверстий и торцев. Совокупность требований к этим параметрам и составляет содержание стандартов и технических условий на рельсы.
    В настоящее время разработан проект нового единого стандарта России на рельсы высшей категории (В), термоупрочненные первой и второй категорий (Т1 и Т2) и нетермоупрочненные (Н). Отечественные металлургические комбинаты выпускают рельсы не выше первой категории качества (Т1), технические требования к которым близки действующим стандартам, и не могут производить рельсы высшей категории качества, необходимые для участков скоростного совмещенного движения. Поэтому МПС вынуждено закупать некоторое количество рельсов этой категории за рубежом. Основные технические требования к рельсам высшей и первой категории качества приведены в табл.2.
    Требования к объему и качеству контроля рельсов высшей категории значительно возросли. Они должны быть подвергнуты сплошному неразрушающему контролю трех видов: на отсутствие недопустимых внутренних и наружных дефектов и на прямолинейность.
    В настоящее время разработан комплект нормативно-технической документации по сертификации рельсов. Создана собственная Система сертификации всей продукции, поставляемой для Федерального железнодорожного транспорта (ССФЖТ). Рельсы производства КМК и НТМК сертифицированы в ССФЖТ. В табл.3 приведены основные показатели, определяющие эксплуатационную стойкость рельсов. Сравнение термоупрочненных рельсов производства КМК и НТМК (по качеству приблизительно одинаковых) с лучшими зарубежными образцами (японскими, французскими и др.) свидетельствует о том, что отечественные рельсы уступают по следующим параметрам:
    – прямолинейности (по всей длине и по концам рельсов);
    – качеству поверхности и отделки (торцы, болтовые отверстия, фаски);
    – количеству неметаллических включений и вредных примесей (сера, фосфор, водород, кислород);
    – прокаливаемости, обеспечивающей в зарубежных рельсах более высокий уровень твердости и прочности в зоне действия высоких контактных напряжений, а также высокую износостойкость;
    – остаточным напряжениям.

    Вместе с тем зарубежные рельсы по сравнению с российскими имеют пониженную ударную вязкость, что требует более тщательного соблюдения технологии сварки. Высокие показатели качества импортных рельсов обеспечиваются благодаря наличию соответствующего оборудования. Это – вакууматоры и оборудование для внепечной рафинирующей обработки жидкой рельсовой стали; современное нагревательное, прокатное и правильное оборудование, станки для механической обработки прокатных валков и отделки рельсов; установки для закалки с дифференцированным охлаждением по сечению сжатым воздухом; комплекс оборудования для сплошного контроля внутренних и поверхностных дефектов, а также прямолинейности рельсов; высокая степень компьютеризации производства.
    Наиболее отчетливо преимущества лучших зарубежных рельсов перед отечественными проявились в полигонных испытаниях на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ. Условия испытаний рельсов характеризуются следующими параметрами:
    – осевая нагрузка – 27 т;
    – скорость движения поезда – 65-70 км/ч;
    – верхнее строение пути – костыльные скрепления, деревянные шпалы, гранитный щебень.
    Полигонные испытания проходили многочисленные партии рельсов производства КМК и НТМК, а также рельсы завода "Хута Катовице" (1988 г., Польша), "Фест Альпине" (1987 г., Австрия), ММРА (1992 г., Люксембург), "Ниппон Стил" и "Ниппон Кокан" (1985 г., Япония), "Сожерай" (1992 г., Франция). В настоящее время на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ проходят повторные полигонные испытания рельсы двух японских заводов и "Фест Альпине" (после проведенной там реконструкции). Впервые испытываются рельсы производства "Сидней Стил" (Канада). Полигонные испытания показали, что 80 %-ный ресурс лучших партий рельсов отечественного производства был равен 500 млн. т пропущенного груза брутто. Этот же показатель для лучших партий рельсов производства заводов "Ниппон Стил" (Япония) и "Сожерай" (Франция) был равен 1000 млн. т груза брутто. Такое отставание отечественных производителей вызвано тем, что в 80 – 90-х годах ведущие зарубежные фирмы провели коренную реконструкцию сталеплавильных и рельсопрокатных цехов, а комплексное обновление на отечественных металлургических комбинатах далеко от завершения.
    По-настоящему крупными мероприятиями по реконструкции рельсового производства на российских металлургических комбинатах было: освоение производства термоупрочненных рельсов (НТМК в 1966 г., КМК в 1979 г.) и освоение производства рельсов из кислородно-конвертерной стали путем непрерывной разливки с вакуумированием части плавок (НТМК в 1997 г.). При этом железнодорожников беспокоит, что НТМК за прошедшие три года не наращивал производство рельсов из кислородно-конвертерной стали, а, наоборот, снижал его (табл. 4).
    В соответствии с рекомендациями Межведомственной рельсовой комиссии на металлургических комбинатах был проведен ряд других полезных мероприятий. Так, в 70-е годы на КМК и НТМК было освоено производство рельсов без крупных скоплений глинозема и внедрен сплошной неразрушающий ультразвуковой контроль внутренних дефектов в проекции шейки. В последние годы на КМК в связи с увеличением дефицита ванадийсодержащих сплавов разработана и освоена технология выплавки рельсовой стали повышенной чистоты, раскисленной кальцийсодержащими сплавами и алюминием без использования ванадия (так называемые рельсы СВ).
    В последние годы в России предприняты попытки выпустить опытные партии рельсов для скоростного совмещенного движения. На КМК усовершенствована технология правки термоупрочненных рельсов и разработано оригинальное устройство "Элекон" для контроля прямолинейности, что позволяет получать путем отбора некоторое количество рельсов с отклонениями от прямолинейности менее 0,3 мм на базе 1,5 м по всей длине рельсов и концевой прямолинейностью, приближающейся к требуемой. В 1999 году КМК поставил первые 3,1 тыс. т таких рельсов на Московскую железную дорогу. На НТМК прокатана опытная партия нетермоупрочненных рельсов из низколегированной стали. Отсутствие термоупрочнения позволяет при этом улучшить прямолинейность рельсов и исключить искривленность концов вниз за счет введения концевой обрези каждого рельса, а легирование рельсовой стали 0,5 % хрома обеспечивает необходимое повышение износостойкости и сопротивления контактной усталости.
    Можно поэтому констатировать, что появление на железных дорогах России небольшого количества импортных рельсов высшего качества заметно ускорило процесс создания отечественных рельсов, у которых показатель, связанный с прямолинейностью по длине и концевой искривленностью, уже приближается к требованиям лучших мировых стандартов. При этом железнодорожники надеются, что металлурги понимают: по всем остальным критериям отечественные рельсы еще значительно уступают лучшим зарубежным аналогам.
    Рельсы высшего качества не могут производиться из мартеновской стали. Она должна быть выплавлена в кислородных конвертерах или электропечах, подвергнута внепечной обработке, которая обеспечит однородность химического состава и высокую чистоту по неметаллическим включениям, отсутствие флокенов. Необходимы внедрение вакуумирования для всего объема рельсовой стали, переход на непрерывную разливку. Должен быть существенно повышен уровень компьютеризации управления и контроля за всеми операциями выплавки и разливки. Прокатка рельсов из непрерывнолитых заготовок должна начинаться с нагрева в методической печи с шагающими балками.
    На НТМК намеченные еще на 1995 – 1996 годы работы по реконструкции печного участка в рельсобалочном цехе со строительством нагревательной печи с шагающими балками весьма затянулись. На КМК подобные работы пока вообще не ведутся. Ввод в действие печей прецизионного нагрева позволит внедрить гидросбив окалины при прокатке, что существенно улучшит чистоту поверхности рельсов, а также позволит пересмотреть всю калибровку. Требуется срочное обновление парка вальцетокарных станков для точной калибровки валков обжимных и рельсопрокатных станов. Весьма перспективным представляется применение универсальных клетей на последних стадиях прокатки рельсов.
    Требуется разработать и внедрить более прогрессивную и гибкую технологию термической обработки рельсов взамен применяемой в настоящее время объемной закалки в масле. При анализе существующих за рубежом технических решений наиболее перспективной представляется закалка рельсов с прокатного нагрева с двусторонним дифференцированным охлаждением сжатым воздухом или водой, обеспечивающим получение достаточно прямых рельсов перед холодной правкой. Последняя должна производиться на новых роликоправильных машинах с большим, чем на существующих, числом валков. Правка должна обеспечивать получение не только прямолинейных рельсов, но и рельсов с благоприятной эпюрой остаточных напряжений. Наряду с внедрением новых роликоправильных машин, комбинаты необходимо оснастить гидравлическими прессами для правки рельсов в двух плоскостях без кантовки с лазерным технологическим измерителем величины и профиля местных неровностей.
    Кардинального обновления требует оборудование для механической обработки и отделки термоупрочненных рельсов. Здесь – и переход от фрезерования торцев к чистовой разрезке на агрегатных сверлильно-отрезных станках типа станков фирмы "Вагнер", и создание оборудования для упрочнения болтовых отверстий методами поверхностной пластической деформации, и внедрение нового оборудования для маркировки рельсов.
    Cовершенно недостаточен на отечественных металлургических комбинатах объем сплошного неразрушающего контроля рельсов. Он сводится к ультразвуковому контролю внутренних дефектов только в проекции шейки, не распространяясь на концевые зоны рельсов. В перспективе каждый из рельсов должен быть подвергнут в производстве, по крайней мере, трем видам неразрушающего контроля: ультразвуковому – на внутренние дефекты по всему поперечному сечению, токовихревому – на поверхностные дефекты и лазерному – на прямолинейность.
    Таким образом, для участков скоростного совмещенного движения, кривых участков пути, а также малообслуживаемых участков, расположенных в зонах холодного климата, российским железным дорогам нужны рельсы повышенной прямолинейности с местными неровностями не более 0,3 мм на длине 1,5 м, с нулевыми концевыми искривлениями вниз и не превышающими 0,5 мм прогибами вверх. Для обеспечения необходимого уровня сопротивления контактной усталости и боковому износу эти рельсы должны быть изготовлены из чистой стали (содержание кислорода в ней не должно превышать 0,002 %, алюминия – 0,005 %, серы и фосфора – 0,025 %) и подвергнуты термическому упрочнению на большую глубину. При этом содержание хрома в рельсовой стали должно составлять 0,4 – 0,6 %, твердость на глубине вплоть до 10 – 15 мм должна составлять НВ 370 – 390, временное сопротивление – не менее 130 кгс/мм².
    В сложившихся условиях МПС считает целесообразным разработать и реализовать программу реконструкции рельсового производства Кузнецкого и Нижнетагильского металлургических комбинатов с определением источников ее финансирования. Она может быть поэтапной, но обязательно комплексной, поскольку только в этом случае возможно получение максимального эффекта от капиталовложений. Эта программа должна иметь статус целевой федеральной.
    Железнодорожники ждут от металлургов действительно лучших в мире рельсов.