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

3 7 6 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЛЬСОВ

ч

повторного нагрева. Но в средней части головки образцы проб, закаленных с прокатного нагрева, показали значительно мень­ шее относительное сужение.

Следует также иметь в виду, что при поверхностной закалке головки с повторного нагрева все остальное сечение рельса проходит нормализацию, а при закалке с прокатного нагрева ни подошва, ни шейка рельса не получают никакого улучшения. При закалке с повторного нагрева структура металла шейки и подо­ швы является мелкозернистой; металл обладает высокой пла­ стичностью, ударной вязкостью, сопротивлением ударам, боль­ шой усталостной выносливостью. В необработанном виде все эти свойства ста'ли понижены.

Если последней операцией термической обработки является изотермическая выдержка, то наблюдается значительное смяг­ чение стали (вариант VIII, табл. 74), Режим изотермической выдержки определяется необходимостью предотвратить появле­ ние флокенов и не может подбираться так, чтобы дать оптималь­ ное сочетание механических свойств. Таким образом, кроме опасности появления флокенов в стали, или, по крайней мере, высоких напряжений на фазовых границах, насыщенных водо­ родом, получаются для этого варианта и худшие механические свойства. Правильный порядок термической обработки рель­

торный нагрев, закалка и отпуск. Это относится и к варианту IX, последняя операция которого — замедленное охлаждение.

Ударная вязкость образцов, взятых как из закаленной зоны, так и из середины головки, приведена в табл. 75. Закалка в любой

форме резко повышает ударную вязкость рельсов. Наибольшее значение ударная вязкость имеет в варианте VIII. Пробы, обра­ ботанные по этому варианту, имели пониженные прочностные характеристики и наибольшую пластичность. Высокие значения ударной вязкости имеют и пробы, обработанные по вариантам IV — VII, которые включают закалку с прокатного нагрева.

Интервалом температур перехода рельса в хрупкое состоя­ ние считался условно тот, при котором образцы имели ударную вязкость меньше 1 кгм/см2. Температура, при которой среднее значение ударной вязкости становилось ниже 1 кгм/см2, счита­ лась температурой перехода рельса в хрупкое состояние (порог хладноломкости).

Все варианты с закалкой (кроме' варианта V, табл. 75) име­ ют порог хладноломкости —50 или —60°, т. е. практически ниже тех температур, при которых работают рельсы зимой. Несоот­ ветствие этому выводу варианта V объясняется, по-видимому, недостаточными температурой и продолжительностью отпуска.

Таким образом, наилучшим вариантом термической обработ­ ки рельсов является такой, когда первой операцией предупреж­

378 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЛЬСОВ

дается образование флокенов, затем следует повторный нагрев, закалка и отпуск. Следующий вариант такой же, но заканчи­ вается операцией самоотпуска.

Было признано, что до строительства цехов полной термиче­ ской обработки может быть использована закалка с прокатного нагрева с последующим медленным охлаждением или изотерми­ ческой выдержкой при условии некоторого снижения углерода в стали и тщательного контроля на флокены. Однако это решение считалось паллиативным и временным.

Основной вариант был рекомендован Министерству черной металлургии, и Министерству путей сообщения и впоследствии взят за основу при проектировании рельсотермических цехов всех рельсопрокатных отечественных заводов.

Опытная партия рельсов, закаленных по всей длине

После исследования рельсовых проб была изготовлена и уложена в путь первая опытная партия термически обработан­ ных рельсов Р-43 и Р-50.

В табл. 76 и 77 приведены химический состав и твердость рельсов, закаленных с прокатного нагрева. Рельсы закаливали в опытной машине конструкции Украинского института металлов

, Таблица 76

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ РЕЛЬСОВ, ЗАКАЛЕННЫХ С ПРОКАТНОГО НАГРЕВА

Содержание элементов, %

Условный Число

№рельсов

П р и м е ч а н и е . Из плавок первых трех номеров проката­ ны рельсы Р-43, а нз остальных плавок — рельсы Р-50.

и Гипростали. Она отличалась от малой машины для обработки проб тем, что рельс двигался в ней при помощи роликов. Нижние ролики были приводные, а верхние могли при помощи эксцент­ риков подниматься и опускаться при настройке машины.

туру. Эта температура колебалась в пределах 780—860°, причем наиболь­

шее число рельсов имело температуру 800—830°.

После закалки рельсы направляли в отделение замедленного охлаждения. Довольно значительная кривизна, которую получа­ ли рельсы после закалки и последующего выравнивания темпе­ ратуры, затрудняла погрузку их в короба. Стрела прогиба коле­ балась в пределах 120—640 мм, причем большинство рельсов имело стрелу прогиба в пределах 280—370 мм, что значительно превышало допускаемые пределы по техническим условиям. От этих рельсов были взяты пробы для контроля на флокены. Для

табл. 78. Рельсы после замедленного охлаждения нагревали под закалку в специальной печи и закаливали в опытной машине.

Температура нагрева под закалку колебалась для передних концов рельсов (по ходу закалочной машины) в пределах 780— 880°, причем температуру в пределах 800—830° имело 87% опытных рельсов. Задние концы рельсов по ходу закалки были, естественно, холоднее; температура их была в пределах 740— 840°, а наибольшее число рельсов имело температуру 760—790°.

Твердость закаленных рельсов приведена в табл. 79.

Для этих рельсов были проведены также копровые испытания, контроль закаленной зоны по макроструктуре и испытания на флокены. Все испытания дали удовлетворительные результаты. Механические свойства закаленных рельсов по этому варианту приведены в табл. 80.

Все рельсы были уложены на опытном участке Сибирского металлургического института, где за ними вели наблюдение.

9. Объемная закалка рельсов

Первые опыты закалки рельсов по всему сеченищ^обрызгиванием поверхности мелкими каплями воды были проведены Сибирским металлургическим институтом на заводе А. Предва­ рительно были проведены лабораторные опыты и опыты по за­ калке рельсовых проб длиной 1,5 м, после чего была построена машина для обработки рельсов. •

Схема машины показана на рис. 192. Машина состоит из при­ водных роликов, по которым движется рельс в положении «на подошве». Шаг роликов 1050 мм, общая длина машины 16,95 м. В машине имеется три кольцевых коллектора (по концам и по­

\

0031

Печь I I Печь

Рис. 192. Машина для объемной закалки рельсов конструкции Сибирского металлургического института

Труб,ы сгруппированы следующим образом: три верхних трут бы предназначены для охлаждения головки, две нижних — для охлаждения подошвы снизу, две правых и две левых — для охлаждения шейки и верхней поверхности подошвы. Число рас­ пылителей и общий расход воды группами труб подбирали та­ ким образом, чтобы количество воды, охлаждающее каждую часть профиля, было пропорционально ее площади.

Рис, 193. Форсунки для охлаждения элементов рельса:

1 — корпус; 2 — вставка

Конструкции распылителей, после предварительного опробо­ вания различных вариантов, были приняты следующие. Распы­ литель для охлаждения головки (рис. 193, а) состоял из корпу­ са, на одном из концов которого была профрезерована канавка шириной 8 мм и глубиной 10 мм. В дне этой канавки имелось от­ верстие диаметром 3 мм, В корпус на резьбе ввертывалась вставка, имевшая с торца сверление диаметром 8 мм и глубиной 9 мм. Это сверление сообщалось с одной стороны с отверстием в корпусе распылителя, а с другой — посредством четырех кана­ лов, расположенных по касательной к окружности, с кольцевым зазором между вставкой и корпусом. Вода из трубы под давле­ нием попадала в кольцевой зазор между корпусом распылителя и вставкой, а оттуда через каналы в осевое сверление и выходи­

Всего на трех трубах, предназначенных для охлаждения головки, был установлен 751 распылитель.

Для охлаждения шейки применяли распылитель без канавки !(рис. 193, б) с выходным отверстием диаметром 2 мм и углом распыливания 40—45°; число распылителей 376 шт.

Для охлаждения подошвы применяли распылитель с выход­ ным отверстием 3 мм и углом распыливания 64—69°; число рас­ пылителей 602 шт.

Рельсы, окончательно отделанные, нагревали в специальной печи до 850—870°, после чего задавали в машину. Когда рельс находился в машине, начиналось обрызгивание его.

Применяли два режима закалки: 1) после закалки самоотпуск рельсов; в этом случае продолжительность закалки состав­

регревался. Необходимо было приблизить распределение темпе­ ратур к тому, которое имеют рельсы при выходе из стана, так как в дальнейшем предполагали использовать машину для за­ калки рельсов с прокатного нагрева. При выходе из стана края подошвы всегда бывают более холодными.

Температура печи при всаде рельсов для отпуска составля­ ла 650—680°, затем печь медленно охлаждали так, что в конце отпуска температура ее снижалась до 530—560°. Отпуск продол­ жался три часа.

Особенно ^ажно отметить, что в этих опытах благодаря удачному подбору скоростей охлаждения отдельных частей про­ филя рельсы после закалки оставались прямыми. Некоторое, не­ значительное искривление возникало только в процессе отпуска рельсов.

Отсутствие искривления рельсов еще, конечно, не показатель того, что в них не возникали напряжения — это значит только, что напряжения в головке и подошве были уравновешены.

. Очевидно, что если в такой машине провести закалку очень жестко, то можно вызвать разрыв шейки с отгибом головки и подошвы в разные стороны. Такое разрушение наблюдается при закалке рельсов погружением в воду. Однако отсутствие замет­ ной деформации рельсов при закалке и очень незначительное искривление их после отпуска представляют большое преимуще­ ство этого способа,

Химический состав закаленных рельсов следующий: 0,65% С, 0,75% Мп, 0,19% Si, 0,035% Р, 0,029%; S. Механические свойства рельсов приведены в табл. 81.

Следует отметить, что повышение механических свойств, осо­ бенно предела пропорциональности, в этих опытах недостаточ-