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

Під керівництвом і за безпосередньою участю автора виконувався (паралельно з удосконаленням технології й на його основі) комплекс робіт, спрямованих на вдосконалення вітчизняної НТД на рейки Р75, Р65, Р50, Р49. Параметри технології оптимізувалися й контролювалися згідно з 49 спеціально розробленими ТУ, якими в сукупності були охоплені всі нові варіанти технології виготовлення рейок на всіх етапах металургійного виробництва. Було також розроблено і введено в дію 15 змін до 5 стандартів (7 із них - до ГОСТ 24182-80) і 28 - до технічних умов.

Зіставлення вимог вітчизняної, зарубіжної та міжнародної НТД до рейок для магістральних і промислових залізниць нормальної (широкої) колії показало, що сортамент вітчизняних рейок щодо марок сталі не поступається кращим світовим аналогам. За сукупністю показників міцності і твердості поверхні кочення вони рівноцінні зарубіжним.

Техніко-економічна ефективність впровадження розробок на металургійних підприємствах

У восьмому розділі дано оцінку досягнутого в роботі поліпшення техніко-економічних показників виробництва рейок і підвищення їх надійності й довговічності.

Економічний ефект одержано: в металургійному виробництві - в результаті збільшення виходу рейок 1-го сорту, зменшення браку і витрат на переробку, а також реалізації рейок підвищеної якості за більш високу ціну; на залізничній мережі - завдяки зменшенню обсягів ремонтів колії і збільшенню пропускної здатності рейок. Загальний економічний ефект від впровадження розробок - 26,8 млн. крб., частка УкрНДІмету - 7,1 млн. крб., частка здобувача - 771,6 тис. крб. (за цінами 1983-1990 рр.).

Висновки

1. На основі виконання комплексу теоретичних, лабораторних, дослідно-виробничих і промислових досліджень розроблено й реалізовано сучасну наскрізну технологію виробництва рейок, що забезпечило на даному етапі вирішення проблеми підвищення металургійної якості та експлуатаційної стійкості вітчизняних рейок до рівня, досягнутого для їх кращих зарубіжних аналогів.

2. В роботі вперше на основі комплексного підходу науково обґрунтовано сумісний вплив технологічних схем виплавлення й розливання рейкової сталі, прокатки й термічної обробки рейок на формування структури та властивостей металу, які забезпечують його опірність утворенню дефектів контактно-утомного походження і спрацюванню при циклічній динамічній дії, надійність і довговічність рейок в експлуатації.

3. Визначено й науково обґрунтовано основні резерви підвищення якості, надійності й довговічності залізничних рейок для наявних і перспективних умов експлуатації. Вони полягають в освоєнні стосовно до виробництва рейок комплексу ефективних технологічних процесів, який включає: виплавлення сталі в кисневих конвертерах, її позапічну обробку й розкислення комплексними феросплавами, розливання безперервним і сифонним способами, прокатку рейок в універсальних клітях, загартування поверхні головки рейок по всій довжині, зокрема на особливо високу твердість.

4. Вперше в Україні розроблено наукові й технологічні основи виплавлення високовуглецевої рейкової сталі у великовантажних кисневих конвертерах. На основі лабораторних і промислових експериментів, з використанням сучасних методів дослідження металургійної якості металу та його споживних властивостей вперше доведено на великому статистичному матеріалі, що комплекс фізико-механічних властивостей рейок, які виготовляються з киснево-конвертерної сталі, повністю відповідає наявним і перспективним умовам їх експлуатації в магістральних коліях залізниць.

5. Науково обґрунтовано нові технологічні схеми комплексної обробки рейкової сталі в ковші лігатурами на основі кремнію, що містять титан і магній, а також шлакоутворюючими сумішами на основі вапна й відпрацьованого шлаку електрошлакової переплавки з метою зниження вмісту сірки й запобігання утворенню в металі оксидних включень критичної довжини; вперше встановлено залежність ударної в'язкості термозміцнених рейок від вмісту титану в сталі й визначено його граничні значення, при яких цей показник зберігається на рівні, передбаченому стандартом (25 Дж/см2).

6. Теоретичними й технологічними дослідженнями вперше встановлено основні закономірності вторинного окислення рейкової сталі при безперервному розливанні й визначено заходи по його зменшенню. З використанням методу скінченних елементів (МСЕ) досліджено закономірності трансформації дефектів макроструктури безперервнолитих заготовок (БЛЗ) при прокатуванні на рейки і зроблено рекомендації щодо вибору співвідношення сторін заготовок; розроблено і прийнято споживачем атлас еталонів (класифікатор дефектів) для оцінки якості макроструктури рейок.

7. На основі теоретичних досліджень процесу прокатки рейок в універсальних клітях з використанням МСЕ уперше розроблені:

математична модель і методика розрахунку формозміни металу від вихідної заготовки до готового рейкового профілю шляхом локальної варіації координат суміжних скінченних елементів та покоординатного спуску при пошуку змінення цих координат;

методика та програмна система розрахунку на персональному комп'ютері енергосилових параметрів і режимів прокатки з використанням універсальних клітей;

методика розрахунку обтиснень з урахуванням жорсткості елементів кліті для керування її роботою в автоматичному режимі;

математична модель автоматичного керування натискними гвинтами у процесі спрацювання валків для його компенсації.

8. Розроблено, освоєно і впроваджено на Дніпровському металургійному комбінаті ім. Дзержинського промислову технологію виробництва рейок, яка включає виплавлення сталі в 250-т конвертерах, прокатку зливків із БЛЗ на рейкобалковому стані, протифлокенну обробку рейок і забезпечує економію матеріальних ресурсів і показники якості рейок, що відповідають вимогам НТД та сучасним умовам експлуатації.

9. Розроблено і впроваджено на “Азовсталі” вдосконалену технологію розкислення, мікролегування й модифікування рейкової сталі комплексними сплавами на основі кремнію, які містять магній і титан, з коригувальними присадками феротитану. Оптимізовано склад і режими введення сплавів у ківш, завдяки чому виконується комплекс вимог до рейок I групи і зводяться до мінімуму витрати дефіцитних сплавів. Розроблено й освоєно перспективний для України варіант технології виробництва рейок із сталі з підвищеним до 1,3% вмістом марганцю.

10. Розроблено, освоєно та впроваджено технологію обробки рейкової сталі в ковші твердим синтетичним шлаком, до складу якого входять відпрацьований шлак ЕШП й доломітизоване вапно, що забезпечило зменшення забрудненості металу Нв, вмісту в ньому сірки в середньому з 0,036 до 0,025%, поліпшення якості поверхні, збільшення виходу рейок 1-го сорту довжиною 25 м на 10%.

11. Вдосконалено й освоєно технологію сифонного розливання рейкової сталі під перліто-графітовими теплоізолювальними сумішами. Вперше сучасними методами дослідження литого й катаного металу доведено відсутність додаткового забруднення рейок із сталі, розлитої за цією технологією, екзогенними Нв, що є основною умовою прийняття рейок із неї споживачем. Впровадження вказаної технології на “Азовсталі” забезпечило поліпшення якості поверхні рейок і збільшення виходу рейок 1-го сорту довжиною 25 м до 85% проти 65-70% при розливанні сталі зверху. За даними полігонних випробувань рейки із сталі, розлитої через сифон, майже в 1,7 разу довговічніші, ніж рейки із сталі, розлитої зверху.

12. Розроблені й реалізуються основні складові технології одержання БЛЗ для рейок, у тому числі: температурно-швидкісний режим розливання сталі, ефективні способи захисту металу від вторинного окислення, а також його позапічного рафінування (продувка аргоном, вакуумування, м'яке водоповітряне охолодження), що забезпечує високу якість поверхні литих заготовок і рейок, їх структурну й хімічну однорідність.

13. На Оскольському електрометалургійному комбінаті і Білоруському металургійному заводі освоєно промислову технологію безперервного розливання рейкової сталі, а на рейкобалкових станах КМК і “Азовсталі” - технологію нагрівання БЛЗ з холодного всаду, прокатки з них рейок Р65 і їх загартування - об'ємного й поверхневого по всій довжині. Вихід рейок 1-го сорту довжиною 25 м за якістю поверхні - 97,2 і 95,95% (I і II група відповідно) - на 20-25% більше, ніж рейок із зливків. Зміцнені рейки відрізняються від рейок із зливків більшою однорідністю механічних властивостей, в'язкістю і пластичністю: значення KCU, і вище на 9-18% на поздовжніх і на 14,3-20% на поперечних зразках. Глибина загартованого шару головки (HRC 36,1-40,0) більше майже в два рази. Сумарний вміст оксидних включень у металі рейок I і II груп відповідно 0,0050 і 0,0073% (у рейках із зливка - 0,0111 і 0,0126%). Рейки з БЛЗ мають вищу загальну й контактно-утомну довговічність, ніж їх кращі аналоги із зливків. Частка дефектів КУП у загальній кількості відмов становила 8 і 50% після пропуску 918,5 млн. т і 613 млн. т брутто відповідно.

14. Розроблено технологію прокатки рейок Р65 на КМК з використанням передчистової чотиривалкової УК і вперше здійснено їх безперервну прокатку у двох останніх клітях. Розроблено калібровку, яка забезпечує обтиснення головки й підошви вертикальними валками до 5 мм - на 8 і 6% більше, ніж при звичайній прокатці. Ураженість рейок розкатаними дефектами поверхні заготовки зменшилася в 1,5-2 рази.

15. Розроблено технологічні завдання на реконструкцію рейкобалкових цехів “Азовсталі”, КМК і НТМК, якими передбачено встановлення УК. Розроблено технологію прокатки рейок для стана 700 (м. Аджаокута, Нігерія) із БЛЗ з використанням УК.

16. Розроблено і впроваджено нову високопродуктивну технологію поверхневого термічного зміцнення рейок Р50, Р65 і Р75 з нагріву СВЧ; створено наукове, технічне й технологічне забезпечення введення в експлуатацію термовідділення рейкобалкового цеху “Азовсталі” у складі трьох рейкогартівних машин загальною річною потужністю 750 тис. т. За роки його роботи загартовано і здано залізницям 4 млн. т рейок, які експлуатуються у всіх регіонах СНД. Їх експлуатаційна стійкість в 1,4-1,5 разу вища за стійкість незагартованих рейок.

17. Вперше встановлено основні закономірності фазових і структурних перетворень у рейковому металі в процесі прискореного нагрівання СВЧ, вивчено кінетику розпаду аустеніту при безперервному охолодженні і за ізотермічних умов. Науково обгрунтовано і розроблено технологію термообробки рейок по всій довжині у пружно-напруженому стані.

18. Розроблено і впроваджено в рейкобалковому цеху “Азовсталі” нову конструкцію багатосоплового пристрою для первинного охолодження головки рейок (загартування) водоповітряною сумішшю, яка забезпечує регулювання в широкому діапазоні співвідношення води й повітря в суміші та її направлену подачу без локального переохолодження поверхневих шарів металу, що дозволило збільшити на 3-6 мм глибину загартованого шару, стабілізувати показники механічних властивостей (зокрема в на середньому рівні 1240 Н/мм2) і виключити з технічних умов вимогу визначення цих властивостей на поперечних зразках.

19. Вперше розроблено технологію комбінованої термічної обробки рейок із заевтектоїдної сталі - вуглецевої й низьколегованої, - яка включає циклічний сфероїдизуючий відпал металу всіх елементів на дисперсний зернистий перліт і наступне поверхневе загартування головки з нагріву СВЧ. За цією технологією на “Азовсталі” виготовлено партію рейок Р65 (500 т) з високими характеристиками механічних властивостей, диференційованих по перерізу. Ці рейки експлуатуються в особливо складних умовах (Далека Північ, м. Норільськ) без одиничних відмов і пошкоджень дефектами КУП. Стійкість таких рейок проти спрацювання в 2,5-3 рази вища, ніж у загартованих рейок поточного виробництва.

20. Розроблено технологічне завдання на створення нового стана для прокатки рейок Р65 і Р75 на ДМК, в якому передбачається виплавлення сталі в кисневих конвертерах, її розливання на МБЛЗ, прокатка рейок із БЛЗ з використанням УК, поверхневе загартування їх головки і враховуються результати даної роботи по вдосконаленню наскрізної технології.

21. У процесі виконання даної роботи, з урахуванням забезпечуваного нею поліпшення якості рейкового металу, розроблено 49 ТУ, 28 змінень до ТУ, а також 15 змінень стандартів.

22. В роботі одержано ряд оригінальних технічних вирішень; 52 винаходи захищено 42 авторськими свідоцтвами і 10 патентами. Деякі з них впроваджено на металургійних підприємствах України й Росії.

23. Економічний ефект одержано: в металургійному виробництві - в результаті збільшення виходу рейок 1-го сорту, зменшення браку і витрат на переробку, а також реалізації рейок підвищеної якості за більш високу ціну; на залізничній мережі - завдяки зменшенню обсягів ремонтів колії і збільшенню пропускної здатності рейок. Загальний економічний ефект від впровадження розробок становить 26,8 млн. крб., частка УкрНДІмету - 7,1 млн. крб., частка здобувача - 771,6 тис. крб. (за цінами 1983-1990 рр.).

Основний зміст дисертації опубліковано в таких роботах

Нестеров Д. К. Производство и качество рельсовой стали. - Харьков: Основа, 1997. - 210 с.

Нестеров Д. К. Обеспечение точности размеров рельсов при прокатке в универсальных клетях // Сталь. - 1998. - № 12. - С. 25-27.

Нестеров Д. К. Исследование влияния технологических параметров прокатки на формирование размеров готовых рельсов // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1999. - № 2-3. - С. 32-34.

Нестеров Д.К. Освоение МНЛЗ и производство рельсов из непрерывнолитых заготовок // Металл и литье Украины. - 2000. - № 1-2. - С. 46-49.

Нестеров Д. К., Левченко Н. Ф. Состояние и перспективы повышения качества железнодорожных рельсов // Сталь. - 1988. - № 5. - С. 52-54. - Постановка завдань, представлення результатів науково-дослідних робіт по вдосконаленню технології виробництва рейкової сталі та рейок.

Нестеров Д.К., Левченко Н.Ф., Гордиенко М.С. Улучшение качества железнодорожных рельсов путем совершенствования технологии // Сталь. - 1988. -№ 10. - С. 82-86. - Постановка завдань, визначення ефективних напрямків удосконалення технології виплавлення, розливання рейкової сталі, підвищення якості та експлуатаційної стійкості рейок.

Гордиенко М.С., Нестеров Д.К., Гахеладзе Г.С. Совершенствование технологии производства рельсовой стали // Металл и литье Украины. - 1999. -№ 7-8. - С. 32-34. - Розробка й освоєння технології виробництва нової високомарганцевистої рейкової сталі та вдосконалення технології сифонного розливання.

Пути решения проблемы повышения эксплуатационной стойкости железнодорожных рельсов / Д. К. Нестеров, Л. Я. Шнаперман, В. Е. Сапожков, Б. А. Евдокимов, Н. Ф. Левченко, Ю. А. Восковец // Транспорт: наука, техника, управление. - 1990. - № 8. - С. 15-26. - Розробка заходів по збільшенню опірності металу виникненню й розвитку контактно-утомних пошкоджень.

Производство рельсовой конвертерной стали / К. С. Носов, Д. К. Нестеров, Ю. И. Гладилин, В. И. Хмиров, Ю. М. Таптыгин // Сталь. - 1987. - № 8. - С. 22-24. - Розробка й дослідження технології виплавлення рейкової сталі в 250-т конвертерах за різними варіантами, аналіз якості рейок.

Формирование неметаллических включений и качество рельсов / А. Г. Рабинович, Д. К. Нестеров, С. И. Рудюк, М. С. Гордиенко // Сталь. - 1990. - № 6. - С. 81-86. - Постановка завдань, проведення дослідно-виробничих досліджень технології розкислення й мікролегування рейкової сталі карбонітрідоутворюючими елементами.

Качество и служебные свойства рельсов из стали, раскисленной и модифицированной ферросплавами, содержащими кальций и ванадий / Д. К. Нестеров, А. Ф. Кузнецов, Н. А. Фомин, А. В. Великанов, В. А. Степанов, М. С. Гордиенко, Н. Ф. Левченко, Л. Я. Шнаперман // Вестник ВНИИЖТ. - 1990. - № 2. - С. 40-43. - Розробка й освоєння технології розкислення сталі в печі силікомарганцем, дослідження якості рейок.

Ресурсосберегающая технология легирования рельсовой стали ванадием / В. А. Паляничка, А. В. Пан, Д. К. Нестеров, Б. И. Топычканов, В. И. Ильин, В. В. Матвеев // Сталь. - 1993. - № 5. - С. 18-21. - Постановка завдання, дослідження якості рейок, техніко-економічний аналіз результатів роботи.

Качество рельсов из марганцовистой стали производства комбината “Азовсталь” / Д. К. Нестеров, Г. С. Гахеладзе, О. В. Носоченко, М. С. Гордиенко, В. А. Паляничка // Сталь. - 1998. - № 8. - С. 55-58. - Постановка завдання, дослідження технології прокатки рейок із високомарганцевистої сталі й механічних властивостей металу.

Внепечная обработка рельсовой стали твердым синтетическим шлаком /В. А. Плохих, А. А. Курдюков, Д. К. Нестеров, И. Н. Симонов, Н. Т. Висторовский, М. С. Гордиенко, А. В. Великанов, В. Н. Дьяконов // Сталь. - 1989. - № 7. - С. 25-28. - Постановка завдання, дослідження впливу вмісту сірки на якість рейок, визначення оптимальних присадок ТСШ у ківш.

Нестеров Д. К., Плохих В. А., Висторовский Н. Т. Влияние внепечной обработки на неметаллическую фазу в рельсовой стали // Сталь. - 1996. - № 12. - С. 22-25. - Дослідження впливу позапічної обробки рейкової сталі ТСШ на природу й розповсюдження крупних скупчень Нв, розробка заходів по їх зменшенню.

Прокатные станы. Справочник. В 3 т. Т. 1. Обжимные, заготовочные и сортопрокатные станы 500-950 / В. Г. Антипин, С. В. Тимофеев, Д. К. Нестеров, Н. Ф. Грицук, В. А. Степанов, В. В. Пудинов, В. И. Григорьев, Е. Л. Орлов, И. Е. Пацека, В. И. Меляков, В. В. Ланько. - М.: Металлургия, 1992. - 429 с. - Розділи по виробництву рейкових заготовок і рейок на блюмінгах і рейкобалкових станах.

Специализация прокатного производства. В 3 т. Т 1. Специализация сортопрокатных и профилегибочных станов /О. Н. Сосковец, Д. К. Нестеров, В. Л. Мазур, В. Л. Пилюшенко, В. В. Калюжный, Г. Ф. Рыбаев, Е. И. Булгаков, Ж. И. Гордиенко. - М.: Машиностроение, 1995. - 748 с. - Розділи по сортаменту та спеціалізації вітчизняних блюмінгів і рейкопрокатних станів.

В. А. Паршин, В. В. Поляков, Д. К. Нестеров. Технический уровень, производство и качество железнодорожных рельсов: Обзор. информ. // Ин-т “Черметинформация”. - М., 1988. - 35 с. - Аналіз і узагальнення матеріалів по технологіям виробництва рейок на рейкобалкових станах з використанням універсальних клітей.

Нестеров Д. К., Поляков В. В., Воронцов Н. М. Современный уровень производства железнодорожных рельсов за рубежом: Обзор. информ. // Ин-т “Черметинформация”. - М., 1991. - 124 с. - Визначення перспективних напрямків розвитку технологічних схем виробництва рейкової сталі та рейок.

Разливка рельсовой стали / Д. К. Нестеров, М. С. Гордиенко, В. А. Паляничка, А. Ф. Долгополов, А. Я. Глазков // Черная металлургия: Бюл. науч.-техн. информ. - 1988. - № 15. - С. 13-23. - Розробка та впровадження розливання рейкової сталі вдосконаленим сифонним способом.

Нестеров Д. К., Глазков А. Я. Производство железнодорожных рельсов из непрерывнолитых заготовок // Сталь. - 1995. - № 8. - С. 36-43. - Визначення закономірностей трансформації дефектів структури БЛЗ при прокатці, оцінка якості рейок.

Исследование качества рельсов из непрерывнолитой заготовки / Д. К. Нестеров, А. Я. Глазков, Н. Н. Разинькова, Н. А. Фомин, И. П. Строков // Сталь. - 1989. - № 5. - С. 64-68. - Постановка завдань, розробка класифікатора дефектів макроструктури рейок із БЛЗ.

Прокатка рельсового профиля в универсальном калибре / Д. К. Нестеров, В. Т. Жадан, Н. Ф. Левченко, Я. М. Пыхтин, Е. Л. Белкин // Изв. вузов, ЧМ. - 1989. - № 11. - С. 76-81. - Розробка методики розрахунку формозміни заготовки при прокатці в УК методом скінченних елементів з урахуванням пружної деформації кліті.

Разработка и освоение технологии термической обработки с нагрева ТВЧ железнодорожных рельсов / Д. К. Нестеров, В. С. Точиленко, В. А. Сахно, Е. И. Чернов, Н. Ф. Левченко // Сталь. - 1989. - № 9. - С. 77-79. - Постановка завдання, визначення оптимальних режимів нагрівання й охолодження головки рейок у пружно-напруженому стані.

Д. К. Нестеров, В. Е. Сапожков. Повышение качества, эксплуатационной стойкости рельсов, закаленных с нагрева ТВЧ, и технических требований к ним // Новости черной металлургии России и зарубежных стран. Ч. 1. Черная металлургия: Бюл. науч.-техн. информ. -1999. -№ 9-10. - С. 46-51. - Розробка і введення технічних вимог на виробництво й поставку рейок, загартованих з нагріву СВЧ.

Усовершенствование технологии термической обработки железнодорожных рельсов с нагрева ТВЧ / С. И. Дегтярев, Д. К. Нестеров, В. Е. Сапожков, О.В.Носоченко, А.В.Галушкин // Сталь. - 1998. - № 2. - С. 54-57. - Розробка й освоєння ефективних охолоджувальних пристроїв і технології охолодження рейок при загартуванні з нагріву СВЧ.

Влияние свойств и показателей конструкционной прочности рельсов на сопротивляемость образованию контактно-усталостных повреждений / Д. К. Нестеров, В. Е. Сапожков, Б. А. Евдокимов, Л. А. Андреева, В. И. Газов, Б. И. Поздняков, Н. И. Карганова // Транспорт: наука, техника, управление. - 1990. - № 4. - С. 19-25. - Постановка завдання, визначення зв'язку ступеня наклепу й експлуатаційної стійкості рейок.

Технология термической обработки рельсов с повышенной твердостью на концах / Д. К. Нестеров, В. А. Сахно, Н. Ф. Левченко, В. Е. Сапожков, А. И. Шевченко // Сталь. - 1992. - № 7. - С. 68-71. - Постановка завдання, розробка технології додаткового охолодження кінців рейок при загартуванні з нагріву СВЧ.

Качество поверхностно-закаленных рельсов из стали с повышенным содержанием марганца, микролегированной ванадием и титаном / Д. К. Нестеров, С. И. Дегтярев, О. В. Носоченко, Т. С. Скобло, Л. С. Тихонюк // Сталь. - 1998. - № 1. - С. 59-65. - Обгрунтування й визначення режимів загартування з нагріву СВЧ рейок із сталі з підвищеним до 1,3% вмістом марганцю.

Термообработка рельсов Р65 из непрерывнолитой заготовки / Д. К. Нестеров, Н. А. Фомин, В. С. Точиленко, Н. Н. Разинькова, В. Н. Ермолаев, Н. А. Беденко // Черная металлургия. Бюл. науч.-техн. информ. - 1988. - № 8.

- С. 57-59. - Постановка завдання, дослідження механічних властивостей рейок із БЛЗ.

Свойства термически обработанных рельсов из непрерывнолитых заготовок заэвтектоидной стали / Д. К. Нестеров, В. Е. Сапожков, Н. Ф. Левченко, А. И. Шевченко // Сталь. - 1992. - № 4. - С. 65-66. - Розробка технології термічної обробки рейок із заевтектоїдної сталі, що забезпечує високу якість макро- та мікроструктури.

Особенности качественных характеристик термоупрочненных рельсов типа Р65, прокатанных из непрерывнолитых заготовок / Д. К. Нестеров, Н. Ф. Левченко, Н. Н. Разинькова, В. С. Пасько // Металл и литье Украины. - 1995. - № 3. - С. 15-18. - Розробка технології загартування з нагріву СВЧ рейок із сталі, мікролегованої ферованадієм та фероніобієм.

Влияние исходной структуры на сфероидизацию карбидной фазы в рельсовых сталях / Д. К. Нестеров, В. Е. Сапожков, Н. Ф. Левченко, В. И. Газов // Изв. АН СССР. Металлы. - 1990. - № 3. - С. 81-85. - Визначення впливу температурно-часових параметрів на процеси сфероїдизації карбідної фази високовуглецевої й низьколегованої рейкової сталі.

Сталь для рельсов повышенной прочности / Д. К. Нестеров, Н. Ф. Левченко, В. Е. Сапожков, Ж. В. Башкатова // Сталь. - 1989. - № 12. - С. 6770. - Дослідження й розробка хімічних складів низьколегованої заевтектоїдної рейкової сталі й режимів термічної обробки.

Технология термообработки рельсов для работы в особо сложных условиях эксплуатации / Д. К. Нестеров, В. Е. Сапожков, Н. Ф. Левченко, А. И. Шевченко // Сталь. - 1989. - № 7. - С. 79-82. - Розробка хімічного складу заевтектоїдної сталі для загартування на високу міцність.

Конструкционная прочность и эксплуатационная стойкость рельсов из заэвтектоидной стали, термообработанных на высокую прочность / Д. К. Нестеров, В. Е. Сапожков, Н. Ф. Левченко, Б. А. Евдокимов, А. И. Шевченко // Транспорт: наука, техника, управление: Сб. ВИНИТИ АН СССР. - М., 1991. - № 8. - С. 9-13. - Розробка методики, проведення стендових і експлуатаційних випробувань рейок.

Анотація

Нестеров Д. К. Розвиток наукових основ підвищення якості, експлуатаційної стійкості залізничних рейок і вдосконалення комплексної технології їх виробництва. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальностями 05.03.05 - процеси й машини обробки тиском і 05.16.02 - металургія чорних металів. - Донецький державний технічний університет Міністерства освіти України. Донецьк, 2000.

Дисертаційну роботу присвячено актуальній проблемі підвищення металургійної якості, надійності й довговічності залізничних рейок для існуючих і перспективних умов їх експлуатації.

На основі комплексного підходу науково обґрунтовано сумісний вплив технологічних схем виплавки й розливу рейкової сталі, прокатки й термічної обробки рейок на формування структури та властивостей металу, його опірність утворенню дефектів контактно-утомного походження та спрацюванню.

Освоєно стосовно до виробництва рейок ефективні технологічні процеси: виплавку сталі в кисневих конвертерах, її позапічну обробку й розкислення комплексними феросплавами, розлив безперервним і сифонним способом, прокатку рейок в універсальних клітях, загартування поверхні головки рейок по всій довжині, в тому числі на особливо високу твердість.

Основні результати роботи: підвищення експлуатаційної стійкості рейок за різних умов у 1,5-2 рази, істотна економія матеріальних ресурсів у чорній металургії, а також наукове й технологічне забезпечення запланованої реконструкції вітчизняних підприємств - виробників рейок та їх переходу на роботу за високопродуктивними сучасними технологіями.

Ключові слова: рейки, рейкова сталь, технологічні схеми, конвертер, безперервний та сифонний розлив, універсальні кліті, формозміна металу, поверхневе загартування, структура та властивості, надійність і довговічність.

Аннотация

Нестеров Д.К. Развитие научных основ повышения качества, эксплуатационной стойкости железнодорожных рельсов и совершенствование комплексной технологии их производства. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальностям 05.03.05 - процессы и машины обработки давлением и 05.16.02 - металлургия черных металлов. - Донецкий государственный технический университет Министерства образования Украины. Донецк, 2000.

Работа посвящена актуальной проблеме повышения металлургического качества, надежности и долговечности железнодорожных рельсов для существующих и перспективных условий их эксплуатации. На основе комплексного подхода научно обосновано совместное влияние технологических схем выплавки и разливки рельсовой стали, прокатки и термической обработки рельсов на формирование структуры и свойств металла, его сопротивляемость образованию дефектов контактно-усталостного происхождения и износу.

Впервые в Украине разработаны научные основы технологии выплавки рельсовой стали в большегрузных кислородных конвертерах, обеспечивающей высокие показатели качества готовых рельсов и экономию материальных ресурсов в черной металлургии; освоены новые технологические схемы комплексной обработки стали в ковше лигатурами на основе кремния, содержащими магний и титан, с корректировочными присадками ферротитана, а также шлакообразующими смесями на основе извести и отработанных шлаков электрошлакового переплава, обеспечивающие существенное повышение чистоты рельсов по содержанию оксидных неметаллических включений и вредных примесей; научно обоснованы и определены технологические параметры непрерывной разливки рельсовой стали в сортовые заготовки. Установлены основные закономерности вторичного окисления рельсового металла при разливке на МНЛЗ и определены меры по его уменьшению. Изучены методом конечных элементов (МКЭ) закономерности трансформации дефектов макроструктуры непрерывнолитых заготовок в процессе их прокатки на рельсы. Составлен и принят потребителем атлас эталонов (классификатор дефектов) для оценки качества рельсов, прокатываемых из НЛЗ. Впервые с использованием современных методов исследования литого и катаного металла доказано отсутствие дополнительного загрязнения рельсов экзогенными неметаллическими включениями при сифонной разливке стали под перлито-графитовыми смесями.

Впервые разработана методика расчета с использованием МКЭ формоизменения рельсового металла при прокатке, в том числе в универсальных клетях (УК), методом локальной вариации координат общих узлов смежных конечных элементов и покоординатного спуска при поиске изменения этих координат. Впервые осуществлен расчет по МКЭ уширения и утяжки головки и подошвы рельса при прокатке в УК, а для случая значительного различия их относительных обжатий - и распределения вытяжки по ширине раската при соблюдении условия минимума работы деформации. Разработаны алгоритмы решения и получены аналитические формулы для определения энергосиловых параметров прокатки с использованием УК; для управления УК в автоматическом режиме разработана методика расчета обжатий с учетом жесткости элементов клетей, основанная на вариационном принципе с применением функции Лагранжа.

Установлены основные закономерности фазовых и структурных превращений в рельсовом металле при ускоренном нагреве ТВЧ; исследована кинетика распада аустенита при непрерывном охлаждении и в изотермических условиях. Научно обоснованы и разработаны способы термической обработки рельсов из заэвтектоидной стали.

На основании полученных в работе результатов теоретических, лабораторных и опытно-промышленных исследований разработаны, освоены и внедрены применительно к рельсопрокатному производству на металлургических комбинатах Днепровском им. Дзержинского, “Азовсталь”, КМК и НТМК эффективные технологии, обеспечивающие существенное повышение металлургического качества и потребительских свойств железнодорожных рельсов (их эксплуатационная стойкость в различных условиях повысилась в 1,5-2 раза); созданы новые технические решения на уровне изобретений в области выплавки и разливки рельсовой стали, прокатки и термообработки рельсов. Общий экономический эффект от внедрения разработок составляет 26,8 млн. руб., доля УкрНИИмета - 7,1 млн. руб., доля соискателя - 771,6 тыс. руб. (по ценам 1983-1990 гг.). Обосновано долгосрочное перспективное развитие отечественного сталеплавильного и сортопрокатного переделов при производстве рельсов.

Ключевые слова: рельсы, рельсовая сталь, технологические схемы, конвертер, непрерывная и сифонная разливка, универсальные клети, формоизменение металла, поверхностная закалка, структура и свойства, надежность и долговечность.

Summary

Nesterov D.C. Developing scientific foundations of increasing metallurgical quality and operating stability of railway rails and improving the complex technology of their production. - Manuscript.

Thesis on the competition of scientific degree of the doctor of engineering sciences on specialities 05.03.05 - processes and machines of metal forming by pressure and 05.16.02 - ferrous metallurgy. - Donetsk State Technical University of the Ministry of Education of Ukraine. Donetsk, 2000.

The thesis is devoted to the actual problem improving the metallurgical quality, reliability and service life of rails for present and prospective conditions of operating.

The combined influence of the technological schemes of melting and pouring rail steels as well as rolling and heat treatment on the structure and properties of metal and its fatigue and wear resistance has been thoroughly considered.

New effective technologies of melting rail steel in oxygen converters, its deoxidation with complex ferroalloys, continuous casting and bottom pouring, universal rolling, rail head surface quenching and superhardening have been successfully mastered.

The main results of the work fulfilled are as follows: 1.5-2 times increase of the rails operating stability under different conditions; considerable saving of material resources in ferrous metallurgy; scientific and technological provision of the planned reconstruction of rail producing plants which makes it possible to apply new modern technologies.

Key words: rails, rail steel, technological schemes, converter, continuous casting and bottom pouring, universal rolling, forming metal, surface quenching, structure and properties, reliability and service life.

Размещено на Allbest.ru