Розвиток наукових основ підвищення якості, експлуатаційної стійкості залізничних рейок і удосконалення комплексної технології їх виробництва

Размещено на http://www.allbest.ru/

Донецький державний технічний університет

Автореферат дисертації

на здобуття вченого ступеня

доктора технічних наук

Спеціальність 05.16.02 - “Металургія чорних металів”

Розвиток наукових основ підвищення якості, експлуатаційної стійкості залізничних рейок і удосконалення комплексної технології їх виробництва

Нестеров Дмитро Кузьмич

Донецьк 2000

Дисертацію є рукопис.

Робота виконана в Українському науково-дослідному інституті металів Міністерства промислової політики України.

Науковий консультант: чл. кор. Національної академії наук України, доктор технічних наук, професор Пілюшенко Віталий Лаврентійович, проректор з наукової роботи Донецької державної академії управління

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Яковченко Олександр Васильович, професор кафедри “Обробка металів тиском” Донецького державного технічного університету, м. Донецьк;

доктор технічних наук, професор Ніколаєв Віктор Олександрович, професор кафедри “Механічне обладнання металургійних заводів”, Запорізька державна інженерна академія, м. Запоріжжя;

доктор технічних наук, старший науковий співробітник Старов Ремуальд Вікторович, ведучий науковий співробітник Інституту чорної металургії ім. Некрасова Національної академії наук України, м. Дніпропетровськ.

Провідна установа Національна металургійна академія України Міністерства освіти України, м. Дніпропетровськ.

Захист відбудеться “2” березня р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.052.01 Донецького державного технічного університету Міністерства освіти України за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 5-й учбовий корпус, аудиторія 353.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донецького державного технічного університету, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 2-й учбовий корпус.

Автореферат розісланий “29” січня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор технічних наук, професор Саф'янц С.М.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Загальна характеристика роботи

металургійний рейковий сталь прокатка

Актуальність теми. За останні роки вантажообіг залізничного транспорту знизився, однак основні показники, які характеризують умови експлуатації рейок, - осьові навантаження, швидкості руху, маса поїздів, вантажонапруженість - залишаються високими. Складність цих умов невпинно збільшується. Рейки передчасно виходять з експлуатації головним чином через дефекти контактно-утомного походження (КУП) і підвищене спрацювання, які залежать від структури металу, його чистоти по неметалевим включенням (Нв) і міцності. Проблема відповідності якості рейок умовам їх експлуатації, що постійно ускладнюються, завжди залишається актуальною. Цим визначається необхідність удосконалення вживаних і розробки нових технологій виробництва рейкової сталі, прокатки й термічного зміцнення рейок.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проведено відповідно до галузевого напрямку УкрНДІмету “Виробництво транспортного металу” в рамках держбюджетних і договірних робіт (номери державної реєстрації 80012281, 81011698, 81011743, 0124020649, 01830004027, 01830004112, 01830004115, 01840009534, 01840009611 та ін.), виконаних на основі: постанов ЦК КПРС, Ради Міністрів СРСР, ДКНТ СРСР; загальносоюзних і галузевих програм Держплану СРСР “Металомісткість”, “Метал”, “Транспорт”; Національної науково-технічної програми України на 1994-2000 рр.; доручень Мінчормету СРСР і УРСР; рішень Міжвідомчої рейкової комісії; тематичних планів УкрНДІмету на 1981-1999 рр. У виконанні цих робіт автор приймав участь з 1982 р., з 1984 р. - як науковий керівник.

Мета й задачі дослідження. Обґрунтувати, розробити й реалізувати комплекс технічних і технологічних рішень, що охоплює всі етапи виробництва рейок: виплавлення, розкислення, легування, позапічну обробку й розливання сталі, прокатку й термічну обробку рейок, з тим щоб істотно підвищити їх надійність і довговічність в експлуатації, а також збільшити продуктивність устаткування, економію енергетичних і матеріальних витрат на підприємствах. Згідно з цим було визначено такі задачі:

- вдосконалення та впровадження промислової технології виробництва рейкової сталі у великовантажних кисневих конвертерах;

- дослідження, освоєння та впровадження комплексної технології виплавлення, розкислення, легування, модифікування, позапічної обробки сталі з використанням ефективних і економічно вигідних комплексних розкислювачів, а також рафінувальних шлакоутворюючих сумішей;

- розробка, освоєння та впровадження нових технологічних схем розливання рейкової сталі замість вживаної - у виливниці зверху;

- теоретичні дослідження, розробка математичної моделі прокатки рейок на станах з універсальними клітями (УК), методик розрахунку формозміни профілю в УК, енергосилових параметрів і режимів прокатки;

- розробка технології, лабораторні й дослідно-виробничі випробування процесу прокатки рейок, в тому числі з безперервнолитих заготовок (БЛЗ), з використанням УК; розробка технологічних завдань на реконструкцію та будівництво рейкобалкових станів з УК;

- теоретичні й експериментальні дослідження, розробка, освоєння та впровадження технології поверхневого загартування рейок, в тому числі з використанням нових ефективних охолоджувальних пристроїв (форсунок), з нагріву струмом високої частоти;

- розробка й удосконалення нормативно-технічної та технологічної документації на виробництво рейкової сталі й рейок;

- техніко-економічна оцінка результатів роботи.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше на основі комплексного підходу науково обгрунтовано сумісний вплив технологічних схем виплавлення й розливання рейкової сталі, прокатки й термічного оброблення рейок на формування структури та властивостей металу, які забезпечують його опірність утворенню дефектів КУП при циклічній динамічній дії, надійність і довговічність рейок в експлуатації.

Вперше в Україні розроблено наукові основи технології виплавлення рейкової сталі у великовантажних кисневих конвертерах, яка забезпечує високі показники якості рейок і економію матеріальних ресурсів при їх виробництві; розроблено й освоєно нові технологічні схеми комплексної обробки сталі в ковші лігатурами на основі кремнію, які містять титан і магній, з коригувальними присадками феротитану, а також шлакоутворюючими сумішами на основі вапна й відпрацьованих шлаків електрошлакової переплавки (ЕШП), завдяки чому істотно підвищується чистота рейок щодо вмісту оксидних включень і шкідливих домішок.

Науково обґрунтовано й визначено технологічні параметри безперервного розливання рейкової сталі в сортові заготовки. Встановлено основні закономірності вторинного окислення металу при розливанні на машинах безперервного лиття заготовок (МБЛЗ), визначено заходи по його зменшенню; вивчено з використанням методу скінченних елементів (МСЕ) закономірності трансформації дефектів макроструктури БЛЗ у процесі прокатування на рейки та їх розподілу по перерізу готових рейок. Зроблено рекомендації щодо вибору співвідношень сторін заготовок. Складено атлас еталонів (класифікатор дефектів) для оцінки якості макроструктури металу рейок із БЛЗ. Вперше з використанням сучасних методів дослідження литого й катаного металу доведено відсутність додаткового забруднення рейок екзогенними Нв при сифонному розливанні сталі під перліто-графітовими сумішами.

Вперше розроблено методику розрахунку із застосуванням МСЕ формозміни металу від вихідної заготовки до рейкового профілю, в тому числі при прокатуванні в УК, методом локальної варіації координат спільних вузлів суміжних скінченних елементів і покоординатного спуску при пошуку змінення цих координат. Методика має певну новизну: застосування локальної варіації координат дозволяє значно спростити рішення.

Вперше здійснено розрахунок (з використанням МСЕ) розширення й утяжки головки й підошви рейки при прокатуванні в УК, а для випадку значної різниці їх відносних обтиснень - і розподілу витяжки по ширині розкату при дотриманні умови мінімуму роботи деформації.

Розроблено алгоритми розв'язання й одержано аналітичні формули для визначення енергосилових параметрів прокатки з використанням УК; для керування роботою УК в автоматичному режимі розроблено методику розрахунку обтиснень з урахуванням жорсткості елементів клітей, засновану на варіаційному принципі з використанням функції Лагранжа.

Встановлено основні закономірності фазових і структурних перетворень у рейковому металі під час прискореного нагрівання струмом високої частоти; досліджено кінетику розпаду аустеніту при безперервному охолодженні й за ізотермічних умов. Науково обґрунтовано й розроблено способи термічної обробки рейок із заевтектоїдної сталі. Дістали подальший розвиток роботи по одержанню високоміцних рейок для експлуатації в особливо складних умовах (круті спуски й підйоми, території з холодним кліматом).

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені та впроваджені:

промислова технологія виплавлення рейкової сталі в 250-т конвертерах - на Дніпровському металургійному комбінаті ім. Дзержинського;

вдосконалена комплексна технологія розкислення, мікролегування та модифікування рейкової сталі в ковші кремніймагнійтитановою лігатурою та твердими шлакоутворюючими сумішами, що забезпечує виробництво рейок I групи згідно з ГОСТ 24182-80, - на комбінаті “Азовсталь”;

спосіб сифонного розливання рейкової сталі в розширені догори виливниці з додатковими надставками, основною відзнакою якого є використання теплоізолювальної перліто-графітової суміші із знепилюючими домішками, - на комбінаті “Азовсталь”;

промислова технологія безперервного розливання сталі в заготовки з перерізом 300х360 і 300х400 мм, що базується на обгрунтованих і освоєних температурно-швидкісних режимах, способах захисту металу від вторинного окислення, м'яких режимах вторинного водоповітряного охолодження заготовок, сучасних способах позапічного рафінування металу (продувка аргоном, вакуумування, обробка в системі “піч-ківш”), - на Оскольському електрометалургійному комбінаті й Білоруському металургійному заводі, а також технологія нагрівання литих заготовок та їх прокатки на рейки на Кузнецькому металургійному комбінаті (КМК);

методика розрахунку режимів обтиснень для діючих і нових рейкобалкових станів, у тому числі з універсальними клітями. Її достовірність підтверджено прокаткою рейок у передчистовій УК і чистовій кліті дуо на КМК;

математичні моделі для розрахунку формозміни профілю рейкового розкату при різних відносних обтисненнях його елементів, а також енергосилових параметрів його прокатки в УК;

технологія й устаткування для поверхневого загартування рейок по всій довжині у пружно-напруженому стані після нагрівання СВЧ, що дозволяє виробляти вісокоміцні рейки, в тому числі з заевтектоїдних сталей, для складних умов експлуатації на вітчизняних залізницях і для поставки на експорт.

Якісні й цифрові результати реалізації розробок представлені у висновках.

У процесі проведення досліджень одержано 52 нових технічних вирішення на рівні винаходів. Частина з них реалізована в промисловості, інші мають перспективу реалізації.

Особистий внесок здобувача. Результати досліджень одержані й опубліковані здобувачем індивідуально або у співавторстві. Будучи ініціатором удосконалення комплексної технології виробництва рейок, керівником і безпосереднім виконавцем цієї роботи, він розробив методики, провів теоретичні й експериментальні дослідження, обробив і проаналізував одержані дані. Освоєння та впровадження розроблених технологій, узагальнення одержаних результатів і написання статей у співавторстві здійснювалося під його керівництвом і за безпосередньою участю.

Апробація роботи. Результати роботи доповідалися в 1982-1999 рр. на всіх щорічних міжвідомчих комісіях по поліпшенню виробництва й експлуатації рейок; на всесоюзному семінарі “Впровадження сучасних методів контролю структури і властивостей металопродукції”, Чорметінформація, 1984 р.; на всесоюзній науково-технічній конференції “Підвищення якості рейок, суцільнокатаних коліс, бандажів і осей шляхом впровадження прогресивної технології виробництва”, Чорметінформація, ВДНГ СРСР, павільйон “Металургія”, липень 1986 р.; на 25-му засіданні науково-технічної Ради РЕВ за темою “Створення і впровадження рейок і рейкових скріплень підвищеної експлуатаційної стійкості”, м. Мішкольц (УНР), 1986 р.; на галузевій нараді головних інженерів підприємств Мінчормету СРСР, Магнітогорськ, квітень 1986 р.; на всесоюзних науково-технічних конференціях “Освоєння виробництва прогресивних видів прокатної продукції за умов господарського розрахунку”, Чорметінформація, 1989 р., і “Виробництво прокату з безперервнолитої заготовки”, Харків, УкрНДІмет, 1990 р.; на 1-й всесоюзній науково-технічній конференції металургійної технології в машинобудуванні, Волгоград, 1990 р.; на науково-технічних радах “Укрзалізниці”, Київ, 1995 р.; на нараді спеціалістів “Азовсталі”, “Укрзалізниці” й УкрНДІмету, Маріуполь, 1997 р.; на рейковій комісії Росії, Новокузнецьк, 1999 р.

Роботу виконано в УкрНДІметі, на металургійних комбінатах “Азовсталь”, ім. Дзержинського, Оскольському електрометалургійному, КМК, НТМК, Білоруському металургійному заводі, з використанням випробувального полігону дослідних дільниць залізничної мережі й експериментального кільця ВНДІЗТ. В ній узагальнено результати досліджень, проведених у 1982-1999 рр. під науковим керівництвом автора і за його безпосередньою участю згідно з планами науково-дослідних робіт по проблемі підвищення надійності й довговічності рейок. Проблему було вирішувано комплексно - від теоретичних і лабораторних досліджень до випробувань і впровадження результатів у чорній металургії та на транспорті.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 127 робіт, в тому числі 52 авторських свідоцтва й патенти. Серед них 6 книг, 1 брошура, 66 статей (3 статті опубліковано особисто), в тому числі 51 стаття у провідних спеціалізованих журналах, 15 - у періодичних збірках наукових робіт.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 8 розділів, висновків, бібліографічного списку з 322 найменувань, 39 додатків, 298 сторінок основного тексту, 106 рисунків і 72 таблиці.

2. Основний зміст роботи

Умови експлуатації та вимоги до якості рейок.

Основні напрямки досліджень

У першому розділі розглянуто сучасний стан питання щодо умов експлуатації та вимог до якості рейок, визначено перспективні напрями поліпшення їх якісних та експлуатаційних характеристик.

Встановлено, що основними причинами виходу рейок з експлуатації є дефекти контактно-утомного походження (КУП) і спрацювання. Основні фактори, що визначають контактно-утомну міцність рейок, - металургійна якість сталі, головним чином по Нв, а також характеристики міцності, ступінь хімічної та структурної однорідності. З посиленням динамічної дії на колію основного значення набуває прямолінійність рейок, насамперед - їх кінців. За кордоном вона забезпечується головним чином прокатуванням рейок в УК. На надійність рейок також впливає їх твердість по поверхні кочення й по глибині загартованого шару головки. У рейок без різкого її спаду опірність утворенню дефектів КУП набагато вища.

Визначено основні напрямки досліджень по вдосконаленню наскрізної технології виробництва рейок. До їх числа входять обґрунтування, розробка й освоєння: технології виплавлення рейкової сталі в кисневих конвертерах великої місткості; ефективних технологій її розкислення, мікролегування, модифікування й позапічної обробки, які гарантують підвищену чистоту рейок по вмісту Нв і шкідливих домішок; технологій розливання, в тому числі сифонним способом і на МБЛЗ, з метою істотного поліпшення якості поверхні зливків, заготовок і рейок; теоретичні й експериментальні дослідження формозміни металу в УК, розробка алгоритмів розрахунку енергосилових параметрів; освоєння прокатки рейок з використанням УК для кращого пророблення металу, поліпшення його механічних властивостей, якості поверхні рейок і підвищення точності їх розмірів; промислові дослідження; вихід на реконструкцію й модернізацію прокатних станів з установленням УК; обґрунтування, розробка та впровадження нових технологічних процесів і устаткування для поверхневого термічного зміцнення рейок по всій довжині, а також нових технологій виробництва рейок для експлуатації в особливо складних умовах.

Загальна методика й основні методи досліджень

У другому розділі охарактеризовано загальну методику проведення роботи й комплекс окремих апробованих методик, використаних при дослідженнях литого, катаного й термозміцненого рейкового металу, а також при проведенні стендових, полігонних та експлуатаційних випробувань рейок. Використання цих методик дозволило всебічно й достовірно оцінити результати роботи.

Розробка оптимальної технології виробництва рейкової сталі

Третій розділ присвячено розробці, освоєнню та впровадженню технології виплавлення рейкової сталі в кисневих конвертерах і вдосконаленню технології її розкислення, мікролегування, модифікування й позапічної обробки.

Розробка технології виробництва киснево-конвертерної сталі. За безпосередньою участю автора розроблено, освоєно і впроваджено на ДМК ім. Дзержинського технологію виплавлення рейкової сталі в 250-т конвертерах з верхньою продувкою киснем, її розкислення й розливання. Досліджено вплив технологічних факторів на вміст водню в сталі. Визначено оптимальні параметри шихтування й дуттьового режиму, допустимий рівень навуглецьовування сталі й температуру нагрівання, освоєно і впроваджено технологію виплавлення сталі з присадкою до шихти теплоносія - грудкового вугілля після заливки чавуну й на початку продування металу в конвертері, а також технологію з попереднім нагріванням брухту в конвертері, що забезпечило зменшення витрат чавуну на 1 т сталі. З метою подальшого скорочення витрат чавуну розроблено технологію плавки з продувкою до низького вмісту вуглецю і наступним навуглецьовуванням металу в ковші рідким чавуном. Сталь за якістю не поступалася одержаній із продувкою до заданого високого вмісту вуглецю.

Сталь К74 для рейок II групи розкисляли силікомарганцем, феросиліцієм і алюмінієм, К74Ц для рейок I групи - комплексним кремнійкальційцирконієвим сплавом (СКЦр). Витрати алюмінію становили 300-400 г/т, комплексного сплаву 2,5-2,6 кг/т сталі. Після розкислення сталь продували в ковші аргоном (70-80 м3/год.) для усереднення складу й температури. При цьому також зменшується забрудненість сталі. Після 10-12 хв. обробки вміст оксидів зменшується в середньому з 0,013% до 0,006%, лінійний розмір включень - з 4,2 до 2,5 мкм, бал оксидів - з 3,8 до 1,3, сульфідів - з 2,5 до 1,1.

Якість рейок із киснево-конвертерної сталі. Хімічний склад сталі марок К74 і К74Ц відповідав вимогам ГОСТ 24182-80 і ТУ 14-2-632-85: 0,69-0,80% С; 0,75-1,05% Mn; 0,18-0,40% Si; не більше ніж 0,04% S і 0,035% P; в сталі К74Ц ще 0,003-0,008 Zr. Вміст залишкового алюмінію в рейках I групи 0,003-0,005%, II - 0,009-0,014%. Азоту - не більше ніж 0,008%. Концентрація водню (3,5-5 см3/100 г сталі) помітно нижча, ніж у мартенівській сталі; при цьому в основному забезпечується одержання нефлокеночутливої сталі. Природа і склад Нв ті ж самі, що і в рейках із мартенівської сталі. Довжина рядків оксидів при розкисленні сплавом СКЦР 0,2-1,8 мм, алюмінієм - 0,7-2,8 мм (в рейках II групи з мартенівської сталі - 8 мм і більше). Мікроструктура металу рейок після прокатки - перліт з дрібними ділянками фериту. Макроструктура відповідає еталонам для рейок із мартенівської сталі.

Механічні властивості металу рейок після прокатки й після загартування відповідають стандартам і ТУ, поріг холодноламкості - мінус 30-40С, копрова міцність не нижча, ніж у рейок із мартенівської сталі.

Полігонні й експлуатаційні випробування підтвердили, що рейки з киснево-конвертерної сталі, яка виплавляється за розробленою технологією, за всіма показниками якості не поступаються рейкам із мартенівської сталі.

Вдосконалення промислової технології розкислення, модифікування та позапічної обробки рейкової сталі. В лабораторних умовах було вивчено вплив різних варіантів розкислення сталі на якість незміцнених і загартованих рейок. Сталь виплавляли в 200-кг індукційній печі і розкисляли комплексними сплавами на основі кремнію, що містять кальцій, магній, ванадій, титан, цирконій. Зроблено важливі практичні висновки: при всіх варіантах розкислення, мікролегування й модифікування довжина рядків оксидів не перевищує 2 мм (умова призначення рейок 1-м сортом згідно з ГОСТ 24182-80). Встановлено зниження ударної в'язкості зміцнених зразків при вмісті титану понад 0,015%, що підтвердилося і в промислових умовах. Згідно з цим було визначено оптимальний вміст титану в сталі (0,007-0,015%), при якому її ударна в'язкість зберігається на рівні, регламентованому стандартом (25 Дж/см2). Для промислового освоєння на “Азовсталі” було рекомендовано розкислення лігатурою СМгТи - комплексним сплавом на основі кремнію з магнієм і титаном.

На основі теоретичного аналізу й лабораторних досліджень процесу заглиблення грудок лігатури в рідку сталь було визначено оптимальні умови випуску металу та його розкислення в ковші у прив'язці до промислових умов на “Азовсталі”: тривалість випуску, діаметр грудок лігатури, моменти початку й кінця присадження, склад сплаву. Потрібний вміст титану в готовій сталі стабільно забезпечувався розрахунковою кількістю титану, що вводився: [Ti] = 0,0049 + + 0,388 Tiввед, % (r=0,5730). По всьому комплексу показників здавальних випробувань незміцнені й загартовані рейки відповідали вимогам НТД, що послужило передумовою для впровадження розробленої технології на повний обсяг виробництва рейкової сталі й рейок. Її доповнили введенням у ківш разом з лігатурою коригувальної присадки феротитану - до 0,2 кг/т сталі, що сприяло зменшенню вмісту Нв.

Розроблено і впроваджено на “Азовсталі” технологію виробництва сталі зі вмістом марганцю до 0,95-1,3% для підвищення міцності поверхнево-загартованих рейок, особливо їх шийки й підошви, які не підлягають загартуванню. Виробництво рейок було організовано за спеціально розробленими ТУ 14-2-1056-92. Механічні властивості всіх рейок відповідали цим ТУ і ГОСТ 24182-80, тимчасовий опір незагартованих рейок був істотно вищим від потрібного і наближався до показника для загартованих. Пластичність не погіршилася. Рейки мають задовільну зварюваність.

З метою вилучення сірки з рейкового металу розроблено й освоєно на “Азовсталі” технологію обробки сталі в ковші твердим синтетичним шлаком (ТСШ) на основі відпрацьованого шлаку електрошлакової переплавки (ЕШП) з добавленням доломітизованого вапна та продувкою аргоном. Обробка ТСШ, крім підвищення чистоти металу, забезпечує його ефективне утеплення в перших ковшах шлаком, що утворюється, й відвернення рефосфорації.

З 1988 р. “Азовсталь” повністю перейшла на виробництво рейкової сталі з розкисленням лігатурою СМгТи та обробкою ТСШ. Вихід рейок 1-го сорту довжиною 25 м збільшився приблизно на 10% (з 69,4 до 79,47%).

Розробка оптимальної технології розливання рейкової сталі

У четвертому розділі наведено результати досліджень, спрямованих на розробку, освоєння та впровадження нових технологічних схем розливання рейкової сталі.

Дослідження і вдосконалення технології сифонного розливання рейкової сталі вперше проведено на “Азовсталі” і ДМК ім. Дзержинського за безпосередньою участю автора. Визначено параметри температурно-швидкісного режиму розливання і способи захисту дзеркала металу в виливницях; досліджено якість литого металу і прокату; проведено стендові, полігонні й експлуатаційні випробування рейок.

На першому етапі на “Азовсталі” було одержано першу дослідну партію рейок Р65 із сталі, розлитої вдосконаленим сифонним способом. За вмістом, хімічним складом і розмірами зерен мінеральних фаз (виділених електролітично), вмістом газів метал практично не відрізнявся від розлитого зверху. Складних включень, що, як очікувалося, могли утворитися при взаємодії з вогнетривами проводки, не виявлено. Довжина рядків оксидів не перевищувала 1,75 мм.

Вихід дослідних рейок 1-го сорту - 84,5% (решта 15,5% - теж без дефектів сталеплавильного походження - були прийняті як промислові через скручування при прокатці), порівняльних - 69,2% (2-го сорту - 2%). Механічні властивості були приблизно однакові, а ударна в'язкість дослідних рейок виявилася дещо вищою. Твердість на поверхні головки всіх рейок - НВ 260-280. Зразки від усіх рейок витримали копрові випробування. Стріла прогину 27-29 мм. За час безвідмовної роботи дослідних і порівняльних рейок в експериментальному кільці ВНДІЗТ пропущено відповідно 411,8 і 117,0 млн. т брутто.

Наступний етап роботи проводили на ДМК ім. Дзержинського. У 250-т основних мартенівських печах і 250-т кисневих конвертерах одержували сталь за розробленою технологією; зливки було прокатано на рейки Р50 і Р43, а 32 блюми з перерізом 282х320 мм передано “Азовсталі”, де прокатано на рейки Р65; рейки укладено в експериментальне кільце ВНДІЗТ.

Кількість поверхневих дефектів рейок при розливанні сифоном як мартенівської, так і киснево-конвертерної сталі значно зменшилася. Вихід рейок Р50 і Р43 1-го сорту довжиною 12,5 м збільшився відповідно з 77,1 до 91,3% і з 84,4 до 95%, Р65 1-го сорту довжиною 25 м - з 63,6 до 82,5%, в основному завдяки зменшенню враженості пленами й розривинами.

В 1987-1988 рр. на “Азовсталі” розлито сифонним способом у 8,5- і 10-т зливки 18 тис. т сталі. Довговічність рейок в експериментальному кільці ВНДІЗТ виявилася в 1,7 разу більшою, ніж у рейок із сталі, розлитої зверху.

За результатами роботи “Укрзалізниця” дозволила приймання рейок із сталі, розлитої через сифон, без обмежень за ГОСТ 24182-80, і комбінат повністю перейшов на цей спосіб розливання.

Дослідження і вдосконалення процесу безперервного розливання сталі. З початком експлуатації МБЛЗ на Оскольському (ОЕМК) і Орсько-Халілівському (ОХМК) комбінатах, Донецькому (ДМЗ) і Білоруському (БМЗ) заводах було проведено промислові дослідження, спрямовані на розробку технології виробництва рейок із БЛЗ. Найбільш репрезентативні партії БЛЗ було одержано на ОЕМК і БМЗ в 1986-1988 рр. На ОЕМК сталь виплавляли в дугових печах, продували аргоном і вакуумували. Сталь I групи розкисляли порошком силікокальцію (1,27-1,52 кг/т) в потоці аргону і ферованадієм (10 кг/т) у ковші; сталь II групи - гранульованим алюмінієм (0,4-0,5 кг/т) при вакуумуванні. Температура металу у проміжному ковші 1470-1520С. Усього розлили 21 плавку і одержали 2850 т БЛЗ з розмірами перерізу 300х360 мм.

Нова технологія розкислення забезпечує мінімальний вміст Нв в рідкому металі. Розроблено ефективні засоби захисту струменя металу при його випуску і, особливо, при розливанні від вторинного окислення киснем повітря й додаткового забруднення Нв.

На основі сучасних уявлень про дифузію в газових турбулентних потоках кількість кисню, що поглинається з атмосфери струменем сталі з площею поверхні F і еквівалентним діаметром d,

при , (1)

, (2)

де C - постійна величина, що для повітря дорівнює 117;

Т - температура металу, К;

0 - кінематична в'язкість газу, що дорівнює 1,3х10-1 см2/с;

- тривалість розливання.

Величина Q може бути досить великою - до 0,009%.

На ОЕМК струмінь металу між сталерозливальним і проміжним ковшами захищали шамото-графітовими трубами, поверхню металу в кристалізаторі - шлакоутворюючою сумішшю, що містить графіт, кріоліт, бентоніт і вапно. При розливанні через моноблочні стопори проміжного ковша метал у кристалізаторі продували аргоном. Вміст кисню зменшився в середньому до 0,0031% в сталі II групи і до 0,0045% в сталі I групи - на 37 і 27% порівняно з БЛЗ ОХМК і ДМЗ (відповідно) без захисту струменя металу.

На БМЗ було випробувано виплавлення в електропечі сталі із вмістом вуглецю на випуску 0,07-0,08%; її доводили до потрібного складу в ковші, на установці “піч-ківш” і в вакуум-камері, що певною мірою відповідає одному з варіантів плавки в конвертерах з передувкою до низького (але не менше ніж 0,1%) вмісту вуглецю. Сталь I групи розливали на 4-струмковій МБЛЗ в кристалізатори з перерізом 300х400 мм. Сталерозливальний ківш стикували з проміжним за допомогою вогнетривкого приймача металу; в нього подавали аргон для захисту струменя від вторинного окислення. Швидкість розливання 0,5-0,6 м/хв. Усього розлили 300 т сталі, одержали 296 т БЛЗ. Їх піддали протифлокенній обробці - 24-годинному охолодженню в термосах. Вихід придатної продукції становив 96%.

При контролі 220 темплетів від БЛЗ виробництва ОЕМК й БМЗ згідно з ТУ 14-2-628-85 у 85-95% випадків осьова хімічна неоднорідність і осьова крихкість були не більше бала 2, внутрішні тріщини та лікваційні смужки - не більше бала 1, крайова точкова забрудненість - не більше 0,5; осьові тріщини були відсутні, тобто виконувалися всі вимоги ТУ щодо макроструктури заготовок; розподіл вмісту елементів по перерізу відповідав ГОСТ 24182-80.

Розроблено математичну модель трансформації дефектів макроструктури заготовок при прокатуванні на рейки, яка дозволяє прогнозувати якість рейок залежно від стану заготовок. Зроблено рекомендації щодо вибору співвідношень сторін заготовок. Складено атлас макроструктур для приймання рейок із БЛЗ.

На КМК з 596 БЛЗ ОЕМК одержано 1190 шт. (1921,86 т) рейок Р65 довжиною 25 м, в тому числі 524 рейки I групи згідно з ГОСТ 24182-80. Вихід рейок 1-го сорту довжиною 25 м I і II груп становив 97,2 і 96,95% відповідно - на 20-25% більше, ніж при прокатці зливків (76,12 і 71,29%, дані за 1988 р.). З 48 БЛЗ виробництва БМЗ прокатано 96 шт. (155 т) рейок Р65, вихід рейок 1-го сорту - 95,8%. Всі нормовані характеристики механічних властивостей після прокатки й термообробки, в тому числі ударна в'язкість при -40 і при -60С, були вищі, ніж передбачено в нормативній документації. Термічно зміцнені рейки з БЛЗ відрізняються від рейок із зливків більшою однорідністю механічних властивостей, високою ударною в'язкістю і пластичністю: значення KCU, і вищі на 9-18% на поздовжніх і на 14,3-20% на поперечних зразках; глибина загартованого шару головки (HRC 36,1-40,0) більша майже в 2 рази. Рядки глинозему відсутні (в рейках II групи із зливків вони мають довжину 8 мм і більше). Сумарний вміст оксидів у рейках I і II груп з БЛЗ становить 0,0050 і 0,0073% відповідно (із зливків - 0,0111 і 0,0126%).

Стійкість зміцнених рейок з БЛЗ при полігонних випробуваннях в експериментальному кільці ВНДІЗТ помітно вища, ніж у кращих аналогів - рейок з ванадієм виробництва КМК із зливків. Доля дефектів КУП у загальній кількості відмов після пропуску 918,5 млн. т брутто для рейок з БЛЗ становила тільки 8% (у рейок I групи із зливків - 50% після 613 млн. т).

Теоретичне й експериментальне дослідження технології прокатки рейок з використанням універсальних калібрів

П'ятий розділ роботи присвячено дослідженню, розробці й освоєнню технології прокатки рейок з використанням універсальних клітей з метою поліпшення пророблення металу, його механічних властивостей, якості поверхні та прямолінійності рейок, підвищення точності їх розмірів.

Теоретичне дослідження формозміни металу. Використано варіаційний принцип Маркова для тіла з жорстко-пластичного матеріалу в припущенні, що все тіло перебуває в пластичному стані. Згідно з цим принципом серед усіх допустимих рішень рівнянь Сен-Венана Леві Мізеса, які відповідають умовам сумісності і нестисливості, а також граничним умовам у переміщеннях на поверхнях S, дійсний розв'язок надає абсолютного мінімуму функціоналу

, (3)

Цей принцип прийнятний і для деформаційної теорії пластичності (матеріал Генкі).

При розв'язанні задачі одним із найбільш універсальних числових методів у механіці твердого деформівного тіла - методом скінченних елементів (МСЕ) у швидкостях деформації варіаційний принцип мінімуму потужності деформації

представляється у вигляді функціонала повної потенціальної потужності системи, яка включає потужності Nвн - внутрішніх сил (в об'ємі осередку деформації), Nск - на поверхнях ковзання та Nк - потужність зовнішніх сил, що її підводять валки:

, (4)

де - інтенсивність швидкості деформації ij-го СЕ;

- опір деформації (інтенсивність деформації) ij-го СЕ;

Vij - об'єм ij-го СЕ (в об'ємі осередку деформації);

тр - напруження тертя на поверхні контакту металу з валком;

vj - швидкість ковзання j-го СЕ відносно валків;

Fj - площа j-го СЕ (на поверхні контакту);

(Pv)j - скалярний добуток векторів зовнішніх сил і швидкості j-го СЕ;

m1, m2 - число СЕ в осередку деформації та на поверхні контакту.

В даній роботі при розв'язанні (4) в деформаціях Nк було замінено роботою пружної деформації кліті ; тоді мінімізується сума

, (5)

де uj - приріст переміщень j-го СЕ на поверхні;

qj - жорсткість кліті, яка припадає на цей елемент;

j, hj - гіпотетична деформація j-го СЕ при абсолютно жорсткому інструменті та фактичне обтиснення j-го СЕ (відповідно).

Мінімальне значення Ф1 визначали з урахуванням постійності об'ємів елементів (мінімуму суми квадратів їх змінень):

- для об'ємних СЕ ; (6)

- для плоских СЕ , (7)

де ij - коефіцієнт витяжки ij-го СЕ; індекс “0” відноситься до параметра елемента до деформації, “1” - після неї.

Мінімізація (5) при (6) або (7), що дорівнює нулю, являє собою задачу Лагранжа, яку звичайно розв'язують методом Ньютона - Рафсона, що потребує значних витрат машинного часу. Крім того, множники Лагранжа в досить широкому інтервалі їх змінення дають майже однакові деформовані сітки СЕ. Тому мінімізували величину

 (m - додатне число). (8)

Поперечний переріз профілю в осередку деформації на вході й виході ділили на одне й те ж число частин. Приймалося, що довжина всіх елементів на вході дорівнює одиниці, на виході - її добутку на коефіцієнт витяжки, а координати вузлів граничних елементів рівномірно розподілені по головці й підошві. Варіювали розширення головки й підошви. Розроблено дві розрахункові схеми локальної варіації координат внутрішніх вузлів СЕ до одержання мінімуму (8).

При досить довільних вихідних значеннях координат внутрішніх вузлів деформованої сітки плоских СЕ послідовно визначали нові координати спільного вузла для кожних чотирьох суміжних елементів з умови мінімізації функціонала Ф2 (7) у вигляді

, (9)

де x1, y1 - координати спільного вузла чотирьох суміжних СЕ;

ai, bi, ci - коефіцієнти, що залежать від координат суміжних вузлів.

Диференціюючи (9) по x1 и y1 і прирівнюючи похідні до нуля, із розв'язання системи двох лінійних рівнянь знаходили ці координати й використовували їх для визначення координат спільного вузла дальших чотирьох елементів. Процес ітерації повторюється кілька разів по всіх внутрішніх вузлах сітки СЕ. Одержана сітка є вихідною для другого етапу локальних варіацій - послідовного знаходження методом покоординатного спуску нових координат спільних вузлів з умови мінімізації другого функціонала

, (10)

де А1 - A4 - робота деформації, що витрачається на формозміну кожного з чотирьох суміжних елементів від вихідної до кінцевої конфігурації;

lj - довжина осередку деформації j-го СЕ.

Для тривимірної задачі на обох етапах розрахунку знаходили нове положення спільної точки восьми СЕ - шестигранників з чотирикутними гранями. Функціонал Ф2 можна представити в загальному вигляді

, (11)

де ?ik - коефіцієнти, що залежать від координат суміжних вузлів;

- координати спільного вузла суміжних елементів.

Диференціюючи (11) по xA, yA, zA і прирівнюючи похідні до нуля, визначали координати з системи трьох лінійних рівнянь з трьома невідомими. Як і для плоских СЕ, розрахунок проводиться кілька разів; одержані координати внутрішніх точок є вихідними для дальших шестигранників. Другий етап аналогічний другому етапу для плоских СЕ.

Розроблено також схему розрахунку для мінімізації (8): нові координати всіх внутрішніх точок запам'ятовуються, а потім використовуються для нової ітерації. При більшій тривалості ітерації можна одержати більш гладке розв'язання.

Розроблено програмну систему розрахунку варіювання деформованої сітки для персонального комп'ютера, яка дозволяє проектувати форму розкату й оперативно розраховувати формозміну металу (рис. 1).

Методом СЕ досліджено залежності розширення підошви й головки рейки bп й bг та витяжки її елементів г, п и ш від відносного обтиснення шийки ш при сталому співвідношенні відносних обтиснень головки й підошви г/п=0,9. Зі збільшенням ш, як і в лабораторних експериментах, bг і bп зменшуються.

Розроблено тривимірну інженерну модель для розрахунку формозміни. При заданих розмірах до прокатки в УК і після неї розширення підошви й головки варіюються до одержання мінімуму роботи деформації. За цією моделлю було розраховано формозміну рейкової заготовки в УК при різних сполученнях обтиснень по елементах. Результати розрахунків оброблено методом найменших квадратів. Встановлено значуще зменшення розширення підошви й головки при збільшенні обтиснення по шийці, що підтвердили й експерименти.

Рис. 1 Блок-схема програми розрахунку формозміни

Модель уточнено щодо умов появлення серпоподібності через різну витяжку елементів. При цьому відбувається додаткова робота згину в поперечному напрямі. Деформацію згину прийнято розподіленою лінійно. Сумарна робота деформації з урахуванням роботи згину

Адеф= Адеф п+ Адеф ш+ Адеф г+ Азг п+ Азг ш+ Азг г. (12)

При нерівних обтисненнях підошви й головки прокатка без серпоподібності можлива, якщо в цю суму замість роботи згину входить додаткова робота стиснення й розтягнення для вирівнювання витяжок:

А1 деф= Адеф п+ Адеф ш+ Адеф г+ Аст+ Арозт. (13)

Розраховано варіанти формозміни для ряду можливих варіантів серпоподібності розкату. Сполучення відносних обтиснень по елементах профілю було взято ті ж самі, що і в попередньому розрахунку.

Одержано парні залежності величин Адеф-Азг від обтиснення (в процентах) по елементах розкату і від фактора |п-г| (Адеф - робота деформації профілю при однакових витяжках елементів, Азг - з урахуванням серпоподібності). При

Адеф-Азг > 0 прокатка відбувається з викривленням профілю.

Моделювання роботи стана з урахуванням спрацювання валків. Для побудови моделі з урахуванням жорсткості клітей застосовано принцип рівноваги в енергетичній формі з додержанням умови рівності витяжок елементів:

Gп (пtп)2 +Gг (гtг)2 + Gш (шdш)2 + Адеф п (tп) + Адеф ш (dш) + Адеф г (tг) = min, (14)

де Gш, Gп и Gг - жорсткість УК в напрямі переміщення валків;

tп, dш, tг - шукані обтиснення підошви, шийки й головки;

п, ш, г - їх умовні сумарні обтиснення при безкінечно великій жорсткості кліті.

Цю задачу Лагранжа можна розв'язати методом покоординатного спуску. Однак його алгоритм через велику тривалість машинного розрахунку не може бути реалізований в умовах роботи стана. Розроблено спрощений метод: знаходження обтиснення по шийці зводиться до розв'язання біквадратного алгебраїчного рівняння; обтиснення по підошві й головці обчислюються через обтиснення по шийці за умови рівності витяжок. Результати обчислень за одержаними формулами добре збігаються з експериментальними даними. Розробку використано при проектуванні технології прокатки рейок в УК на КМК. Вона має особливе значення для керування роботою стана в безперервному режимі в реальному масштабі часу.

Метод розрахунку обтиснень закладено в алгоритм і програму автоматичного керування натискними гвинтами при спрацюванні прокатних валків, що дозволить зменшити число перевалок, витрати валків і розкид розмірів рейок. Цільовою функцією є мінімізація відхилень настроювальних навантажень у будь-який момент часу від навантажень на початку прокатування і розмірів профілю від номінальних, здійснювана шляхом покоординатного спуску через задане число прокатаних рейок при малому кроці пошуку по зазорах між валками (рис. 2).

Розрахунок енергосилових параметрів прокатки виконується на персональному комп'ютері за спеціально розробленою універсальною програмою (рис. 3), яку можна використати для будь-якого стана й широкого сортаменту профілів.



Рис. 2 Блок-схема програми компенсації спрацювання валків

Рис. 3 Блок-схема програми розрахунку енергосилових параметрів

Зусилля, моменти й потужність прокатки обчислюються через роботу деформації та роботу сил тертя по елементах профілю, робота деформації в чорнових і таврових калібрах - для зведеної штаби, в розрізному і дальших - по елементах рейки при рівності їх витяжок.

Автоматичний вибір обтиснень у групі УК здійснюється на ЕОМ методом покоординатного спуску з додержанням умови мінімізації суми Е робіт деформації по всіх (n) УК:

, (15)

де Ni, ti - потужність прокатки й машинний час прокатки в i-й УК.

Основні обмеження при виборі обтиснень: близькість відносних обтиснень по елементах для уникнення надмірних розширень або утяжок головки чи підошви; 2) близькість величин зусиль на вертикальних валках для запобігання появі надмірних осьових зусиль і серпоподібності.

Всі розроблені методики застосовано при проектуванні технології прокатки для станів з УК, які будуються або реконструюються.

Експериментальне дослідження параметрів прокатки в УК з метою визначення оптимальних умов деформації металу дозволило встановити залежності розширення головки bг і підошви bп від відносного обтиснення шийки ш та відношення г/п. Зі збільшенням г й п порівняно з ш величини bг й bп зростають. Процес прокатки відбувається стабільно при відносних обтисненнях головки 16,9-20,5%, підошви 17,4-19,7% та їх співвідношенні від 0,9 до 1,15. Ці обтиснення повинні перевищувати обтиснення шийки відповідно на 3,5-3,9 і 6,2-8,4%. Одержано залежності розширення головки й підошви і витяжки всіх елементів від їх відносних обтиснень, а також залежності зусиль прокатки від обтиснення шийки Р=f(ш) при г/п=0,93. Вони мають той же характер, що й теоретичні. Похибка при визначенні розширень не перевищує 12%, зусиль прокатки - 18%.

Вдосконалення технології прокатки рейок. При організації промислового виробництва рейок Р65 із сталі, в технології виплавлення й розливання якої реалізовано ряд пропозицій автора, в технологію прокатки внесено зміни, спрямовані на поліпшення якості рейок.

На основі випробування й аналізу різних схем прокатки на блюмінгу 1100 КМК визначено оптимальну - 2х4х4х2х1х з наступною кантовкою розкату за блюмінгом. При переході на цю схему замість діючої (6х4х2х1) вихід рейок 1-го сорту за якістю поверхні збільшився на 3-5%. Завдяки використанню в обтискній кліті 900 попереднього одночасного розрізання по головці й підошві зменшилася враженість зливків волосовинами.

Розроблено схеми прокатки безперервнолитих заготовок в обтискних клітях. Вихід рейок 1-го сорту довжиною 25 м із БЛЗ за якістю поверхні на “Азовсталі” й КМК досягнув (відповідно) 88 і 92,1% проти 80 і 75% при прокатці зі зливків. Рейки дослідних плавок на обох комбінатах повністю відповідали вимогам нормативно-технічної документації.

На КМК було проведено за участю автора дослідні прокатки рейок з випробуванням УК як передчистової. В ній і в чистовій кліті дуо 850 рейки прокатували одночасно. Було розроблено калібровку, яка забезпечує обтиснення головки й підошви вертикальними валками до 5 мм - на 8 і 6% більше, ніж при звичайній прокатці. З метою накоплення досвіду прокатки рейок в УК було розроблено й затверджено ТУ 14-2-738-87. Було прокатано з використанням УК 27500 т рейок. При ідентичній якості вихідних заготовок вихід рейок 1-го сорту довжиною 25 м за якістю поверхні становив 72,19-90,40% при прокатці з використанням УК і 67,3-80,55% за звичайною технологією. Після термічного зміцнення границі міцності й текучості та ударна в'язкість дослідних рейок були вищі, ніж порівняльних.

Розроблено схеми розташування обладнання з установленням УК і технологічні завдання на реконструкцію рейкобалкових цехів “Азовсталі”, КМК і НТМК, а також завдання на проектування нового стана (для ДМК ім. Дзержинського), яким передбачено прокатку рейок Р65 і Р75 із БЛЗ з використанням УК. Розроблено технологію прокатки рейок із БЛЗ для стана 700 в м. Аджаокуті (Нігерія) з використанням УК.

Нові технічні вирішення, що забезпечують підвищення експлуатаційної стійкості рейок при їх термічному зміцненні

В шостому розділі представлено результати досліджень, спрямованих на розробку, освоєння та впровадження ефективної технології поверхневого загартування рейок по всій довжині з нагріву струмом високої частоти на комбінаті “Азовсталь”.

Відпрацювання режимів загартування рейок з нагріву СВЧ. Шляхом математичного моделювання процесу нагрівання й охолодження рейок з наступною експериментальною перевіркою визначено оптимальне сполучення потужності, що підводиться до індукторів, і швидкості переміщення рейок в рейкогартівних машинах (РГМ) для одержання потрібного розподілу температури по перерізу головки наприкінці нагрівання (для рейок Р65 при швидкості їх переміщення 420,5 мм/с - 1120 кВт). При витратах води 20-22 л/хв. і її тиску 100 кПа, а стисненого повітря 180-200 кПа формується структура з твердістю HRC 40,5-36,5 до глибини не менше ніж 15 мм від поверхні кочення при вимозі ТУ не менше ніж HRC 33,5 до глибини 11-12 мм; міцність, пластичність і ударна в'язкість також відповідають вимогам ТУ.

Удосконалення технології термічної обробки рейок з нагріву СВЧ. Створено нову конструкцію багатосоплового пристрою для первинного охолодження головки рейок з можливістю автономного регулювання його інтенсивності шляхом змінення витрат води, що забезпечує одержання однорідної й високодисперсної водоповітряної суміші та її цілеспрямовану подачу без локального переохолодження металу. Впровадження нових пристроїв на всіх РГМ “Азовсталі” замість форсунок менш раціональної конструкції дозволило зменшити їх число, витрати води і стисненого повітря без зниження продуктивності РГМ. За розробленою технологією загартовано 1,4 млн. т рейок типу Р65 1-го сорту. Їх поставлено залізницям України та країн СНД. Стосовно до конструкції пристроїв і схеми їх розташування розроблено режими охолодження, які забезпечують збільшення глибини загартованого шару головки по осі на 3-6 мм, підвищення нижнього рівня в з 1176 до 1200 Н/мм2, середнього - до 1240 Н/мм2, зменшення розкиду твердості по поверхні головки приблизно на НВ 10, задовільні результати копрових випробувань проб, охолоджених до (-602)С. На цій основі були розроблені й затверджені нові технічні умови ТУ У 322-00190319-1122-93 на приймання та здачу загартованих рейок і нова технологічна інструкція по їх виробництву ТІ 232-18-94. Стабілізація показників механічних властивостей дозволила виключити з ТУ вимогу їх визначення на поперечних зразках.

Розробка складу заевтектоїдних рейкових сталей і способу комбінованої термообробки рейок із цих сталей для особливо складних умов експлуатації виконувалась вперше. Встановлено такі вимоги до нових сталей: підвищена прогартовуваність і загартовуваність у вихідному стані, мінімальна схильність до росту зерна аустеніту в процесі прискореного нагрівання під загартування (до 940-980С) і широкий температурний діапазон перлітного перетворення, а в термічно обробленому стані - підвищена ударна в'язкість при -(10-60)С, висока контактно-утомна міцність і стійкість проти спрацювання. Пройшли промислове випробування сталі такого складу (в мас.%): 1) вуглецева: 0,85-0,95 C; 0,75-1,25 Mn; 0,18-0,40 Si; 0,005-0,0016 Ti; 0,03-0,06 V; S 0,045; P 0,035; 2) низьколегована: те ж і 0,3-0,6% Cr. Розроблено режим їх універсального сфероїдизуючого відпалу, який включає кілька етапів - циклів трансформації пластинчастого перліту на зернистий. На “Азовсталі” залежно від вмісту вуглецю рейки було розділено на три групи: 1) 0,82-0,84; 2) 0,85-0,90; 3) 0,91-0,95%С; для них застосовували відповідно одно-, двох- і трициклічний відпал. Відпал забезпечує руйнування цементитної сітки та її сфероїдизацію разом з карбідами перліту, їх однорідність, дисперсність і рівномірність розподілу в матриці, зниження приблизно на 25-30% твердості й міцності і підвищення в 3-4 рази пластичності й ударної в'язкості, а головне - формування оптимальної вихідної структури перед остаточною термообробкою - поверхневим загартуванням рейки з нагріву СВЧ. Це дозволяє одержувати максимальні твердість (HRC 61-64) і тимчасовий опір (в=1410-1430 Н/мм2) при високій пластичності й ударній в'язкості (5=12,0-14,4%; =32,8-38,5%; KCU=34,6-36,4 Дж/см2), а також високу дисперсність структури загартованого шару. У сталі з вихідною структурою пластинчастого перліту максимальні значення тих же характеристик після загартування істотно нижчі (HRC 58-61, в=1385-1400 Н/мм2, 5=8,2-11%, =26,5-28%; KCU=30 Дж/см2).

Рейки Р65 промислової партії (500 т) з нових сталей експлуатуються на Норільській залізниці в особливо важких умовах (високі осьові навантаження, криві малих радіусів, низькі температури). Одиничних відмов і пошкоджень через дефекти КУП не було; стійкість проти спрацювання в 2,5-3 рази вища, ніж у загартованих рейок поточного виробництва.

Вдосконалення вітчизняної НТД на рейки та її зіставлення з зарубіжною й міжнародною.

Сьомий розділ присвячено розробкам в області стандартизації, спрямованим на поліпшення показників якості рейок.

...