Немецкий поэт Генрих Гейне писал о сооружении железных дорог как о событии, начинающем новый период всемирной истории: «поколебались даже основные понятия о времени и пространстве. Железные дороги убили пространство...»
Железнодорожный транспорт развивался в теснейшей связи с металлургией. С одной стороны, металлургия явилась той отраслью промышленности, которая первая во всем народном хозяйстве предъявила высокие требования к транспорту. С другой стороны, именно металлургия обеспечила новый вид транспорта необходимым материалом для путей и локомотивов.
Во второй половине XIX в. в период бурного развития железнодорожного строительства, рельсы были главным видом прокатной продукции. История рельса является также и историей одного из важнейших применений железа в технике.
Проблема парового транспорта привлекла особое внимание общества с начала XIX в. Однако рельсы появились намного раньше изобретения паровоза.
В горном деле еще в XVI в. на рудниках применяли примитивные деревянные рельсы, по которым двигались тележки с рудой. В период промышленного переворота в Англии происходило бурное развитие металлургии. Потребовался эффективный транспорт, который позволил бы ускорить передвижение массовых тяжелых грузов. Пионерами в этой области явились английские заводчики Дерби, владельцы Кольбрукдельских заводов.
Увеличение грузооборота на заводе, вызванное расширением производства, заставило Абрагама Дерби-сына искать способ улучшить транспорт. До этого грузы на завод доставлялись вьючным способом. Дерби применил деревянные рельсовые дороги, по которым доставляли руду и уголь к заводу. Одна тележка, влекомая тремя лошадьми, стала доставлять груз 20 вьючных лошадей. В 1767 г. Рейнольде, зять Дерби, заменил деревянные брусья чугунными пластинами с направляющей колеей для колес. По новым путям две лошади тащили уже 19 тележек с 15 центнерами груза.
На других заводах на деревянные брусья прикрепляли железные полосы, а позже - в 1776 г. железные угольники. Впервые они были уложены на угольных копях Шеффилда. Вертикальные полки уголков были обращены обычно внутрь пути, колеса же катились по внешним сторонам. Здесь впервые появилась колея шириной 1 524 мм, ныне принятая во многих странах.
Изобретатель Утрам сделал рельсы в виде чугунных пластин с ребром снизу, которое служило для укрепления пластины. Таким образом, рельсы были двойные, смонтированные вместе в виде плиты, длина их была 1 м. Такие чугунные рельсы получили распространение на рудниках и заводах для перевозки грузов.
В 1789 г. на угольных копях в Лоуберроу некто Джессон ввел и поныне существующий тип головчатого рельса с размерами: ширина подошвы 110 мм, головки 35 мм, длина 1.5 м. При таком рельсе реборды делались уже не на рельсе, а на колесах подвижного состава. Так появились раздельные рельсы. Вначале рельсы укладывали на продольные деревянные брусья и только позже перешли к поперечным подкладкам - шпалам.
Пионером рельсового транспорта в России явился горный инженер и изобретатель П.К.Фролов. В 1806 - 1810 гг. он построил Змеиногорскую конно-чугунную рельсовую дорогу протяженностью 2 км. На этой линии Фролов применил выемки, насыпи, виадуки, мосты и др. Даже в Англии в те времена преобладали рельсовые линии, приспособлявшиеся к рельефу местности - полотно этих дорог было буквально волнистым. Дорога Фролова была в пять раз дешевле английских железных дорог того времени.
Чугунные рельсы были хрупки и быстро изнашивались. Малая прочность чугунных рельсов послужила причиной неудач во время испытаний паровоза Треветика - первого в мире рельсового паровоза. Железнодорожный путь не выдерживал восьмитонной тяжести локомотива, происходили частые задержки из-за ломки рельсов. В конце концов этот паровоз был снят с пути и использован как паровая машина. И только через три года упорного труда над усовершенствованием паровоза и рельсового пути изобретатель построил в Лондоне первую в мире кольцевую дорогу (1808 г.). Любопытно отметить, что современники сравнивали первый паровоз с лошадью. В газетах того времени писали о паровозе Треветика: «Наиболее удивительная машина, которая когда-либо была изобретена, представляет собой паровую машину на четырех колесах, устроенную таким образом, что она свободно и без всякой посторонней помощи будет мчаться галопом по кругу со скоростью 15 - 20 миль в час. Она весит 8 т и на ближайших скачках в Нью-Маркете будет состязаться с тремя лошадьми в беге в течение 24 ч, дав старт одновременно с ними...»
Дальнейший технический прогресс в производстве рельсов выразился в замене чугуна железом. После изобретения процесса пудлингования в конце XVIII в. железо значительно подешевело и из него стали делать рельсы. Рельсы из сварочного железа впервые применил в Англии инженер Никсон в 1803 г. В 1820 г. в Англии уже прочно было освоено производство железных рельсов.
В 1828 г. англичанин Беркиншау сконструировал прокатный стан для прокатки рельсов. Первые прокатанные рельсы вначале были длиной 4.5 м, затем удлинились до 7.25 м. В то время всякие профили катали из пакетов пудлингового железа. В готовом рельсе насчитывалось чуть ли не 20 слоев железа. Дальнейшее увеличение длины рельса требовало сварки криц, из которых прокатывали рельсы. В 1857 г. в США сконструировали первый мощный трехвалковый прокатный стан для прокатки рельсов.
Следующим этапом в совершенствовании технологии производства рельсов было использование бессемеровской стали для их получения.
В 1865 г. начали применять прокатку стальных рельсов; они были значительно прочнее сварочных.
С этого времени прокатка рельсов стала главной областью обработки металлов давлением. Прокатные станы совершенствовались и могли прокатывать слитки весом 2 - 3 т. В начале XX в. прокатывалось в сутки более 1 000 рельсов общим весом 30 т.
Современные рельсы изготовляют длиной в 12.5 и 25 м. Различаются следующие типы рельсов: Р-43 (вес 43.6 кг на 1 пог. м), Р-50, Р-65 и др. Изготовляются они из прочной мартеновской и конвертерной специальной рельсовой стали. Для повышения их сопротивляемости износу они подвергаются термообработке.
Для повышения прочности и износостойкости железнодорожных рельсов ученые ЦНИИЧМ предложили прокатывать их из слитков, полученных на установке непрерывной разливки стали (УНРС). В этих слитках из-за высокой скорости кристаллизации обеспечивается высокая химическая и структурная однородность металла. По новой технологии поверхностные слои «головки» рельса формируются из внешней зоны заготовки, отличающейся высокой однородностью механических свойств. Такие железнодорожные рельсы получены в СССР впервые в мире. Во время испытаний по ним перевезено 380 млн. т груза вместо обычных 300 млн.