книги из ГПНТБ / Полухин П.И. Прокатка и термическая обработка железнодорожных рельсов

бины 16 мм «е снижается ниже 2,7 кгм/см2, т. е. довольно значи­ тельно превышает ударную вязкость необработанного рельса.

Рис. 174. Изменение твердости по глубине зака­ ленного слоя концов рельсов после закалки то­ ками высокой частоты при различном состоянии от торца рельса:

/ — 16 мм; 2 — 32 мм; 3 — 48 .ил; 4 — 64 мм; 5 - 80 мм

Рис. 175. Изменение ударной вязко­ сти закаленных концов рельсов по глубине от поверхности катания

Расстояние от поверхности кат ания релвеа водна канавки ударного

образца

Хорошими оказались также результаты испытаний ударной вязкости закаленного слоя при низкой температуре. После ох­ лаждения водой или эмульсией ударная вязкость при —80° была 2,7 кгм/см2, что является очень хорошим показателем для рель­

336. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЛЬСОВ

большая глубина проработки металла, плавные переходы к не­ обработанному металлу, высокие механические характеристики металла в закаленном слое — все позволяет считать, что здесь достигнуто предельное улучшение, какое только возможно для высокоуглеродистой стали. Заводу А при реконструкции рельсо­ отделочного отделения необходимо обязательно перейти на вы­ сокочастотную закалку с частотой 500 гц, а заводу В отказаться от частоты 2500 гц и перейти .на частоту 500 гц.

Представляет большой интерес сохранение закалки концов при введении закалки рельсов по всей длине. Если рельс будет закален по всей длине, то неизбежно дефекты сосредоточатся снова на концах, так как условия работы их значительно тяже­ лее, чем условия .работы остальной части рельса.

Таким образом, .после введения закалки рельса по всей длине снова возникает необходимость дополнительного упрочнения стыкового пространства. По-видимому, сначала будет примене­ на дополнительная закалка концов рельсов. Если, .например, рельс будет закаливаться на твердость 320—360 НВ, то твер­ дость концов можно было бы увеличить до 360—400 НВ. Воз­ можно, конечно, что такой дополнительной обработки окажется недостаточно и потребуется более значительное упрочнение стыка, может быть наплавкой его высокомарга.нцовистыМ1И электродами и т. д. Поэтому при проектировании рельсотерми­ ческих отделений во всех рельсопрокатных цехах следует.со­ хранять имеющееся оборудование и площади для закалки концов.

6. Упрочнение рельсов по всей длине

Термическая обработка рельсов по всей длине для повыше­ ния механических свойств их весьма затруднительна. До на­ стоящего времени нет достаточно обоснованных представлений о том, каковы должны быть'механические свойства рельсов вы­

шим затруднениям при. производстве таких рельсов. Крайне затрудняется п£авка„.рельсав на роликовых правильных маши­ нах, а также фрезерование концов и сверление отверстий. Уве­ личивается брак по копровым испытаниям.

При работе в пути, как показали многочисленные наблюде­ ния, рельсы с повышенными прочностными характеристиками не оминаются, не образуют^врлнйстого из.носа, не имеют трещин в шейке и подошве, а также изломов по типу дефекта № 64 и смятия концов. Вертикальный неособенно боковой износ уменш шаются больше, чем в два раза. "Однако дефект № 82, т. е. об­ разование выщербин^ на поверхности катания, не выходящих на

3 3 8 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЛЬСОВ

личества воды, подаваемой на отдельные части профиля; г) за­ калка в горячей воде, паре «ли струе воздуха.

Рельсовая сталь близка по структуре с эвтектоидной — фер­ рита в ней или нет совсем, «ли имеется небольшое количество его. Известно, что при термической обработке такой стали весь­ ма трудно получить устойчиво повторяющиеся результаты. Эта сталь склонна к образованию мягких пятен, развитию троститных структур и промежуточных структур; при температурах вы­ ше точки Ас\ сохраняет неоднородность аустенита и в то же время благодаря присутствию до 1 % Мп обладает склонностью к перегреву. '

Рельсовая сталь содержит .неметаллические включения, газо­ вые пузыри и т. д. Плавка в большегрузных мартеновских печах и разливка в слитки большого веса приводят к образованию значительного количества поверхностных дефектов на слитке, заготовке и на готовых рельсах. Это также способствует появ­ лению значительных местных напряжений при термической об­ работке рельсов.'

Совокупность всех этих условий крайне осложняет термиче­ скую обработку рельсов.

7. Нормализация рельсов

Наиболее простым методам улучшения свойств стали по всей длине рельса является повторный нагрев холодного рельса с по­ следующим охлаждением на спокойном воздухе — нормализа­ ция. При нормализации прежде всего значительно измельча­ ются зерна и снимаются остаточные напряжения.

Температура конца прокатки рельсов в настоящее время высока. Так, на заводе А она колеблется в пределах 950—1100°. При этих температурах алюминий, вводимый в рельсовую сталь, уже не предупреждает роста зерна аустенита, и сталь получает структуру перегрева. На рис. 177, а показано зерно аустенита рельсовой стали, сфотографированное при увеличении в 100 раз при температуре 1200°. Зерно имеет очень крупные размеры. Охлаждение с последующим нормализационным нагревом и ох­ лаждением на воздухе в результате двойной перекристаллиза­ ции приводят к резкому уменьшению величины зерна

(рис. 177, б).

Благодаря сравнительно большой прокаливаемоети рельсо­ вой стали и неравномерности охлаждения отдельных элементов профиля после прокатки в рельсах возникают значительные ос­ таточные напряжения. Это проявляется хотя бы в том, что твер­ дость необработанных рельсов повышена и снижается как по­ сле нормализации, так .и после высокого .отпуска.

340 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЛЬСОВ

0 свойствах нормализованных рельсов завода Гери. Известно только по статистике AREA, что в этих рельсах встречались флокены. Спустя четыре года производство нормализованных рельсов было прекращено. Нормализованные рельсы, будучи более мягкими, неудовлетворительно работали на 'смятие и ис­ тирание, и невозможно было гарантировать полное отсутствие флокенов в них.

Одновременно в. Советском Союзе нормализацию рельсов изучали вначале на пробах длиной 400 мм, а затем была изго­ товлена и испытана в пути опытная партия нормализованных рельсов. Образцы рельсов имели следующий химический состав: 0,55% С, 0,59% Мп; 0,21% Si; 0,03°/0 Р, 0,02°/о S. Часть образ­ цов после отрезки на пилах охлаждали на воздухе; другую часть лодстужввали до 600°, а затем нагревали до 850°, выдер­ живали 25 мин. и охлаждали. В интервале 850—600° охлажде­ ние происходило со скоростью 420° в час, а в интервале 500— 200°.со скоростью 68° в час для предупреждения образования флокенов. В результате такой" обработки твердость рельсов по­ низилась. Если необработанные рельсы имели твердость в сред­ нем £11 НВ, то нормализованные 190 НВ с пределами колебания 184—197 НВ. Пределы прочности и пропорциональности в ре­ зультате нормализации снизились на 3—7%, а удлинение и су­ жение возросли соответственно на 88 и 120°/0. Ударная вязкость изменилась мало, но все же при температуре —40° она оказа­ лась даже немного ниже, чем у необработанных образцов. Мик­ роструктура после нормализации была мелкозернистой. По ре­ зультатам этих опытов было решено изготовить небольшую опытную партию рельсов для укладки в путь.

На заводе А к этому времени была построена газовая печь для нагрева одного рельса длиной 12,5 м.

Было принято два режима охлаждения. По первому режиму холодный рельс нагревали в печи на 30—50° выше температуры точки Ас3, выдерживали при этой температуре 10 мин. и выда­ вали на воздух. Весь цикл нагрева и выдержки продолжался 35—45 мин. По второму режиму нагрев и выдержка велись ана­ логично, но охлаждение на воздухе прерывалось, когда рельс достигал 550°; его снова помещали в печь, подстуженную до этой же температуры. В дальнейшем рельс охлаждался вместе с печью. Второй замедленный этап охлаждения был введен для изучения влияния замедленного охлаждения рельсов на их ме-

испытания показали высокую пластичность рельсов. Разрушить образцы .под копром обычно было невозможно вследствие боль­ ших деформаций и искривлений образца. Стрела прогиба .после

ось и повышением скоростей движения, заключается в .повыше­ нии износоустойчивости 'рельсов. К этому были направлены из­ менения в химическом составе рельсовой стали, изменения про­ филей и т. д. Поэтому рельсы с пониженной стойкостью на исти­ рание и особенно смятие являлись, конечно, совершенно бес­ перспективными.

Нормализация, как метод улучшения свойств рельсовой ста­ ли, может обсуждаться только в том случае, если состав стали будет обеспечивать ей при охлаждении на воздухе высокие прочностные характеристики. Такой сталью является, например, трехпроцентная хромистая сталь, образующая при охлаждении

на воздухе неравновесные структуры с высокой прочностью при­ мерно 130—140 кг/мм2.

Особое значение приобрела нормализация рельсов из бессе­ меровской стали завода Г. Эти рельсы отличались склонностью к старению. Нормализация полностью предотвратила склон­ ность этих рельсов к старению. Поэтому на заводе Г была до­ строена в 1959 г. и пущена в работу нормализационная печь (рис. 179). Печь имеет роликовый под с гладкими роликами Рельсы движутся в положении «на боку» партиями по 8—10 шт. Выдача рельсов боковая при помощи шлеплерного устройства. На участке выдачи овод печи подвесной. Печь отапливается доменным газом; продукты горения удаляются через боров.

Впечи имеется восемь зон с индивидуальным подводом газа

вкаждую зону. Общая длина лечи 105,8 м, ширина рабочего пространства 2552 мм. В печи расположено 67 роликов и 24 ро­ лика имеется в камере-выдачи; щаг роликов 1160 мм. Ролики имеют диаметр 360 мм и изготовлены из стали марки Х18Н25С2. Привод роликов индивидуальный; линейные скорости движения рельсов 0,65 и 0,12 м/сек. Большая Скорость движения рельсов равна скорости движения их по подводящему рольгангу и ис­

пользуется в момент загрузки новой партии рельсов в печь. В период между загрузками рельсы движутся со скоростью1 0,12 м/сек к окну выдачи, или совершают реверсивные движения взад я вперед. Эти движения необходимы, чтобы предотвратить охлаждение частей рельсов, соприкасающихся с роликами.

Продолжительность нагрева рельсов составляет около 30 мин.; производительность лечи равна 60 т/час. После нагрева до 860—880° рельсы выдают на воздух для охлаждения или на­ правляют в сорбитизащионную машину для закалки поверхности катания рельсов по всей длине.

В настоящее время завод поставляет довольно значительное количество нормализованных рельсов. Пока еще нет данных о работе этих рельсов в пути; можно только ожидать,, что глав* ны.м недостатком этих рельсов будет их излишняя мягкость и малое сопротивление смятию.