Stale szynowe

Autor:

Piotr Sompoliński

Data dodania:

17.08.2026 r.

W artykule przedstawiono najważniejsze informacje dotyczące stali szynowych – od ich mikrostruktury i procesu wytwarzania, przez hartowanie powierzchniowe, aż po podział na poszczególne gatunki.

Wyzwania

Główną przyczyną awarii torów kolejowych są pęknięcia zmęczeniowe szyn, natomiast najważniejszym powodem wymian szyn jest ich zużycie ścierne i zbyt duża zmiana profilu. Szyny zatem muszą być wysoce odporne na zużycie ścierne, wytrzymałe na zmęczenie, bardzo twarde i dość ciągliwe, to jest stosunkowo odporne na pękanie.

Mikrostruktura perlityczna

Stale szynowe mają z zasady mikrostrukturę perlityczną, co zapewnia dużą odporność na ścieranie, przy dostatecznej ciągliwości i odporności na pękanie (w przeciwieństwie do martenzytu, który jest bardzo odporny na ścieranie, ale kruchy). Uzyskanie perlitu jest możliwe tylko przy bardzo precyzyjnym doborze składu chemicznego i dokładnie kontrolowanej szybkości chłodzenia podczas hartowania. Jak jest to uzyskiwane?

Wytwarzanie

Stal szynowa jest typowo wytwarzana w konwertorze tlenowym i odgazowywana w próżni, a następnie odlewana sposobem ciągłym w duże kęsiska. Odgazowanie w próżni i obróbka w kadzi umożliwia obniżenie zawartości wodoru poniżej 2,5 ppm i uzyskanie składu chemicznego o wąskiej tolerancji. Kęsiska są podgrzewane i kształtowane przez walcowanie, aż do uzyskania szyn. Szyny mogą być następnie chłodzone w powietrzu lub hartowane powierzchniowo, z zasady metodą ciągłą.

Hartowanie powierzchniowe - za ostatnią klatką walcowniczą o temp. ok. 1000°C szyna, ustawiona główną do góry, przechodzi do układu chłodzenia. Po przejściu pod miernikami temperatury szyna natryskiwana jest wodą. Przemiana perlityczna następuje po opuszczeniu układu chłodzącego. Szybkość chłodzenia poszczególnych miejsc szyny jest sterowana na bieżąco przez komputer, aby w środku główki szyny uzyskać wymagane obniżenie przemiany austenitu w perlit bez ostudzenia powierzchni szyny na tyle dużego, aby utworzył się bainit i martenzyt. Po Następnie są prostowane i poddawane badaniom na obecność wad ultradźwiękami, prądami wirowymi i laserowo. Podczas chłodzenia szyna przemieszcza się na rolkach prostujących.

Podział

Podział ze względu na wytrzymałość na rozciąganie - stale szynowe można podzielić na:

normalne, R_m > 700 MPa,
odporne na zużycie, R_m > 880 MPa,
o dużej wytrzymałości, R_m 1080-1200 MPa

Wytrzymałość R_m a skład chemiczny - w przypadku stali szynowych zależność między R_m a składem chemicznym jest następująca:

R_m = 227 + 80% C + 87% Si + 115% Mn + 133% Cr + 891% P + 614% V

Nazewnictwo z kolei odnosi się do twardości jako najważniejszego parametru. Wg PrEN 13674-1 + A1:2008 stali szynowych to litera R, minimalna twardość HBW i do tego ew. oznaczenie wariantu, na przykład R260Mn. Poniżej lista gatunków. Warto zwrócić uwagę na bardzo wąską tolerancję składu chemicznego.

Stale szynowe normalne R200 i R220

Stale szynowe najtańsze, ale o najmniejszej odporności na zużycie. Maksymalna zawartość wodoru wynosi 3 ppm, zamiast 2,5ppm, jak w przypadku stali odporniejszych.

Stal szynowa R200:

Skład chemiczny: C=0,5; Si=0,37; Mn=0,95; P<0,035; S<0,022; Al<0,004; N<0,009; O<20ppm; H<3ppm
Wytrzymałość na rozciąganie R_m > 680 MPa
Twardość = 200 - 240 HBW
Wydłużenie A > 14%

Stal szynowa R220:

Skład chemiczny: C=0,55; Si=0,40; Mn=1,13; P<0,025; S<0,017; Al<0,004; N<0,009; O<20ppm; H<3ppm
Wytrzymałość na rozciąganie R_m > 770 MPa
Twardość = 220 - 260 HBW
Wydłużenie A > 12%

Stale szynowe odporne na zużycie R260 i R260Mn

Stale stosowane na trakcje o dużym obciążeniu na oś, natężeniu ruchu lub krzywiznami toru.

Stal szynowa R260:

Skład chemiczny: C=0,71; Si=0,37; Mn=0,95; P<0,025; S<0,017; Al<0,004; N<0,009; O<20ppm; H<2,5ppm
Wytrzymałość na rozciąganie R_m > 880 MPa
Twardość = 260 - 300 HBW
Wydłużenie A > 10%

Stal szynowa R260Mn - z dużą zawartością manganu:

Skład chemiczny: C=0,65; Si=0,38; Mn=1,5; P<0,025; S<0,017; Al<0,004; N<0,009; O<20ppm; H<2,5ppm
Wytrzymałość na rozciąganie R_m > 880 MPa
Twardość = 260 - 300 HBW
Wydłużenie A > 10%

Stal szynowa wysokowytrzymała 320Cr

Stal R320Cr zawiera 1% chromu, co zapewnia jej wysoką twardość i odporność na zużycie. Podobne stale były powszechnie stosowane przed 1985 rokiem. Stopniowe zastępowanie torów skręcanych torami spawanymi sprawia, że ta stal straciła na popularności, ponieważ ma gorszą spawalność.

Stal szynowa R320Cr - z dużą zawartością chromu:

Skład chemiczny: C=0,7; Si=0,8; Mn=1,0; Cr=1,0; V<0,18; P<0,025; S<0,017; Al<0,004; N<0,009; O<20ppm; H<2,5ppm
Wytrzymałość na rozciąganie R_m > 1080 MPa
Twardość = 320 - 360 HBW
Wydłużenie A > 9%
Słaba spawalność

Stale szynowe wysokowytrzymałe R350HT i R350LHT

Stal szynowa R350HT - gatunek obrabiany cieplnie:

Skład chemiczny: C=0,76; Si=0,37; Mn=0,95; P<0,02; S<0,017; Al<0,004; N<0,009; O<20ppm; H<2,5ppm
Wytrzymałość na rozciąganie R_m > 1175 MPa
Twardość = 350 - 390 HBW
Wydłużenie A > 9%

Stal szynowa R350LHT - gatunek niskostopowy obrabiany cieplnie:

Skład chemiczny: C=0,76; Si=0,37; Mn=0,95; Cr<0,3; P<0,02; S<0,017; Al<0,004; N<0,009; O<20ppm; H<2,5ppm
Wytrzymałość na rozciąganie R_m > 1175 MPa
Twardość = 350 - 390 HBW
Wydłużenie A > 9%

Stale szynowe o b. wysokiej odporności na ścieranie ze stali austenitycznej 14% Mn

Na rozjazdy, skrzyżowania torów i inne, wyjątkowo obciążone miejsca, gdzie ekonomicznie uzasadnione jest zastosowanie tak kosztownego materiału, stosuje się szyny ze stali o dużej zawartości manganu. Taka stal wykazuje się umocnieniem odkształceniowym, przez co już po krótkim czasie eksploatacji osiąga twardość do 400 HBW.

Orientacyjny skład chemiczny: C=0,75-0,9; Mn=13,0-14,0; Si=0,2-0,4
Wytrzymałość na rozciąganie R_m: 820 - 970 MPa
Twardość początkowa: 180 -210 HBW
Twardość po umocnieniu > 400 HBW
Wydłużenie A: 40-60%