Механізм і кінетика електрокорозії рейкової сталі та ресурс рейок у залізничних тунелях

Abstract

UA: Проаналізовано нормативні та літературні джерела щодо ресурсу конструкцій і елементів верхньої будови колії в залізничних тунелях. Показано, що нормативні документи АТ «Укрзалізниця» не передбачали заміну рейок і скріплень у кількості, що фактично виходять із ладу, що ускладнювало матеріально-технічне забезпечення поточного утримання та капітальних ремонтів. Виконано теоретичні дослідження і проаналізовано результати експериментальних і натурних досліджень корозії та електрокорозії конструкцій і елементів верхньої будови колії в тунелях. Встановлено, що найбільш інтенсивно зазнають корозії рейкові скріплення, шийка та, особливо, підошва рейки. Розкрито механізм електрокорозійного руйнування, встановлено чинники, які впливають на інтенсивність електрокорозії. Розроблено механізм електрокорозії підошви рейок, за яким під впливом наведеного на рейку під час проходження електрорухомого складу позитивного пульсуючого однонаправленого електричного потенціалу відбувається її вертикальна поляризація, яка змінює електроповерхневий потенціал зерен перліту сталі на кшталт зміни абсолютного електроповерхневого потенціалу до рівноважного під впливом рН. Обґрунтовано залежності величини електроповерхневого потенціалу перліту, еквівалентної величини рН і швидкості корозії, мм/р., від величини потенціалу на рейці. За результатами експериментальних і натурних досліджень розроблено пропозиції з корегування нормативних термінів експлуатації конструкцій і елементів верхньої будови колії в залізничних тунелях, зокрема рейок.

EN: An analysis of regulatory and literature sources regarding the service life of structures and elements of the railway track superstructure in tunnels has been carried out. It is shown that the regulatory documents of JSC «Ukrzaliznytsia» did not provide for the replacement of rails and fastenings in the quantity that actually fails in operation, which complicated the logistics and material support of current maintenance and capital repairs. Theoretical studies and analysis of the results of experimental and field investigations on corrosion and electrocorrosion of structures and elements of the track superstructure in tunnels have been conducted. It has been established that rail fastenings, the rail web, and especially the rail base are most intensively affected by corrosion. The mechanism of electrocorrosion damage has been revealed, and the factors influencing the intensity of electrocorrosion have been determined. A mechanism of rail base electrocorrosion has been developed. According to this mechanism, under the influence of a positive pulsating unidirectional electric potential induced on the rail during the passage of electric rolling stock, vertical polarization occurs, which alters the electro-surface potential of the pearlite grains in the steel similarly to how pH affects the absolute electro-surface potential in equilibrium. The dependencies of the electro-surface potential of pearlite, the equivalent pH value, and the corrosion rate in mm/year on the rail potential have been substantiated. A potential of 100 V on the rail is equivalent to the effect of an environment with pH = 2.6, corresponding to a steel corrosion rate of 0.91 mm/year. Based on the results of experimental and field studies, proposals have been developed to adjust the regulatory service life of structures and elements of the track superstructure in railway tunnels, particularly for rails.