способ термической обработки рельсов
Классы МПК: | C21D9/04 рельсов |
Автор(ы): | Павлов В.В. (RU), Ворожищев В.И. (RU), Пятайкин Е.М. (RU), Корнева Л.В. (RU), Козырев Н.А. (RU), Теплоухов Г.М. (RU), Оржех М.Б. (RU), Дементьев В.П. (RU), Годик Л.А. (RU), Моренко А.В. (RU), Руденков В.А. (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2004-02-24 публикация патента:
20.06.2005 |
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам термической обработки железнодорожных рельсов. Рельс поступает на обработку при температуре 810-830°С; закалку головки рельса проводят погружением в полимерную среду с температурой 20-58°С, причем время обработки составляет 40-60 сек, а скорость охлаждения головки 8-13°С/сек, при этом подошву рельса охлаждают сжатым воздухом с расходом 18-25 м3 /мин при давлении 3-5 атм и температуре 10-30°С в течение всей закалки головки и 40-50 сек после проведения закалки со скоростью охлаждения 9-13°С/сек. Использование изобретения позволяет повысить комплекс механических свойств и твердость стали, увеличить эксплуатационную стойкость рельсов. 2 табл.
Формула изобретения
Способ термической обработки рельсов, включающий закалку поверхности головки рельса в полимерной среде, отличающийся тем, что рельс поступает на обработку при температуре 810-830°С; закалку головки рельса проводят погружением в полимерную среду с температурой 20-58°С, причем время обработки составляет 40-60 с, а скорость охлаждения головки 8-13°С/с, при этом подошву рельса охлаждают сжатым воздухом с расходом 18-25 м3/мин при давлении 3-5 атм и температуре 10-30°С в течение всей закалки головки и 40-50 с после проведения закалки со скоростью охлаждения 9-13°С/с.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам термической обработки железнодорожных рельсов.
Известен способ объемной закалки рельсов в масле с последующим отпуском [1].
Существенными недостатками способа являются:
1. Повышенное искривление рельса, связанное со значительной разницей в скоростях охлаждения различных частей профиля рельса, приводящее к изменению величины и характера остаточных напряжений.
2. Не обеспечивается достаточная общая прямолинейность рельсов, особенно концов.
3. Высокая анизотропия свойств по сечению рельса из-за повышенной прокаливаемости шейки и подошвы по сравнению с рельсовой головкой.
4. Получаемая микроструктура стали не обеспечивает повышение прочностных свойств и твердости стали более 380 НВ.
5. Фиксированное время охлаждения рельса приводит при определенном химическом составе к получению недопустимых микроструктур (верхний бейнит) в готовых рельсах.
Известен также способ термической обработки рельсов [2] прототип, при котором поверхность головки рельса охлаждают водным раствором полимера до 450-300°С, а затем водой до 200-150°С, причем в качестве полимера применяют полиакриламид с концентрацией 0,1-0,5 мас.%.
Существенным недостатком данного способа является неравномерная закалка рельсов по длине, в связи с чем рельсы характеризуются значительной анизотропией механических свойств. Кроме того, способ охлаждения рельса водой не исключает появления недопустимых структур мартенсита и не обеспечивает требуемую твердость рельса на поверхности катания головки более 400 НВ, а также уровень требуемых мехсвойств и соответственно эксплуатационную стойкость рельсов.
Желаемыми техническими результатами изобретения являются: повышение комплекса механических свойств и твердости стали, а также увеличение эксплуатационной стойкости рельсов.
Для этого предложен способ термической обработки рельсов, включающий закалку поверхности головки рельса в полимерной среде, при котором рельс поступает на обработку при температуре 810-830°С; закалку головки рельса проводят погружением в полимерную среду с температурой 20-58°С, причем время обработки составляет 40-60 сек, а скорость охлаждения головки 8-13°С/сек, при этом подошву рельса охлаждают сжатым воздухом с расходом 18-25 м3/мин при давлении 3-5 атм и температуре 10-30°С в течение всей закалки головки и 40-50 сек после проведения закалки со скоростью охлаждения 9-13°С/сек.
Заявляемые пределы выбраны экспериментальным путем исходя из требований к микроструктуре, кривизне, механическим свойствам и твердости стали.
Способ был реализован в полупромышленных условиях на рельсах типа Р65. Отобранные рельсовые пробы длиной 1,5 м закаливали в баке, заполненным полимерной средой. Для закалки рельсовых проб сконструирована специальная открытая со всех сторон установка, вставляемая в бак. По всей высоте и длине бака расположены змеевики для охлаждения закалочной среды. По обеим сторонам установки расположены трубки с просверленными отверстиями для подачи сжатого воздуха с целью перемешивания закалочной полимерной среды. В верхней части установки предусмотрено приспособление для кантовки рельса головкой вниз и быстрого опускания ее на глубину 30-40 мм в полимерную среду. Во время закалки головки в полимерной среде и в течение 40-50 сек после закалки предусмотрено охлаждение подошвы и шейки рельса сжатым воздухом. После термообработки проводили замеры кривизны и контроль рельсов на микро-, макроструктуры, а также вырезка образцов для определения механических свойств и твердости.
В качестве полимера использовали водный раствор железосодержащий соли полиакриловой кислоты в соотношении 1:(14-18). Технологические параметры термообработки рельсов приведены в таблице 1. Результаты физико-механических испытаний и исследований макроструктуры в таблице 2.
Предлагаемый способ поверхностной закалки позволил по сравнению с объемной закалкой повысить уровень физико-механических свойств при одинаковом химическом составе стали.
Источники информации
1. Лемпицкий В.В., Казарновский Д.С., Губерт С.В. «Производство и термическая обработка рельсов» - М.: Металлургия, 1972. - 272 с.
2. АС СССР №1174487, кл C 21 D 9/04.