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

нец, наличие комплектного оборудования для термической обра­ ботки рельсов, позволяющей придать им необходимые свойства.

В Украинском институте металлов под руководством Д. С. Ка­ зарновского проводят систематические исследования низколеги­ рованных и среднелегированных рельсов. В лабораторных усло­ виях были изучены различные составы стали (табл. 97). Исследо­ вание механических свойств этих сталей, а также некоторых технологических особенностей процесса производства рельсов позволило авторам рекомендовать для изготовления промышлен­ ных партий низколегированную сталь с содержанием 0,5— 1,0% Сг и среднелегированную с содержанием 2,0—2,5% Сг. Большие опытные партии рельсов из этих сталей были изготов лены заводом Б, исследованы и уложены в путь.

Таблица 97

* Содержание титана в плавке 0,09%.

Рельсы из низколегированной стали имели следующий хими­ ческий состав: 0,63—0,75% С; 0,6—0,9% Мп, 0,13—0,28% Si, 0,5—1,0% Сг, <0,05% S, < 0,05% Р, <0,15% As. Сталь выплав­ лялась в 350-т качающихся печах сюрап-рудным процессом по технологии, принятой на заводе для рельсов основного производ­ ства. Слитки весом 9,75 т прокатывали в рельсы Р-50. Для пре­ дупреждения образования флокенов блюмы сечением 270 X X 280 мм охлаждали медленно в колодцах в течение 5 суток до 200—300°. Однако в дальнейшем оказалось возможным охлаж­ дать блюм!ы на воздухе, а медленно охлаждать только рельсы, причем была установлена продолжительность охлаждения 12 час.

В табл. 98 приведены механические свойства рельсов этой опытной партии. Прочностные характеристики хромистых рель­ сов выше на 11—14 кг/мм2 при очень незначительном изменении

422 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЛЬСОВ

тельно большую, чем при медленном разрушении на прессе Га­

гарина.

Ударная вязкость стали оказалась очень высокой (табл. 104). Даже при —60° сталь сохраняет еще большой запас вязкости.

Большие затруднения встретились при отделке концов рель­ сов. От фрезерования торцов пришлось совсем отказаться. Свер­ ление отверстий не удалось провести ни при подогреве до 300°, ни в холодном состоянии, так как сверла с победитовой напайкой ломались. Рельсы в течение очень долгого времени не могли быть уложены в путь и только в настоящее время они подготов­ лены к укладке.

Результаты этого опыта представляют большой интерес. Не­ смотря на все трудности, производство рельсов из стали марки Г13 может быть освоено, учитывая, что 'потребность в таких рельсах составляет 10—15% общего выпуска рельсов.

Прокатка рельсов из слитков весом 1,3 т не вызвала особых затруднений. Давление на валки не отличалось от нормального. Затруднения при сверлении отверстий могут быть преодолены.

Если никакие другие рельсы не будут иметь высокую стой­ кость в кривых малого радиуса, то необходимо возобновить опы­ ты по изготовлению высокомарганцовистых рельсов. Известно, что литые крестовины из стали марки Г13, работающие в усло­ виях еще более трудных, чем рельсы, имеют очень высокую стой­ кость. В то же время крестовины из любых других марок стали на выходных стрелках снимают с пути через 1 —1,5 месяца после укладки. Вопрос об изготовлении рельсов из стали марки Г13 может быть решен после окончания эксплуатационных испыта­ ний высокомарганцовистых рельсов. При этом необходимо пре­ дусмотреть возможность изготовления двухслойных рельсов; верхняя половина головки рельса будет состоять из стали мар­ ки Г13.

В 1959 г. заводы А, Б и В изготовили опытные рельсы из хромоникелевой стали, полученной из ороко-халиловского природно­ легированного чугуна. Каждая опытная партия имела вес 500 г. Сталь была выплавлена на Орско-Халиловском металлургичес­ ком комбинате и отлита в рельсовые слитки, которые были до­ ставлены на заводы для прокатки рельсов.

Так, на заводе А были получены рельсы следующего средне­ го химического состава: 0,54% С, 0,69% Мп, 0,20% Si, 0,78% Сг, 0,79% N1, 0,032% Р, 0,028% S. Рельсы были поставлены желез­ ным дорогам в термически необработаном состоянии. Механичес­ кие свойства рельсов приведены в табл. 105. В настоящее вре­ мя рельсы уложены в путь и за ними ведется наблюдение.

Таким образом, как в Советском Союзе, так и за рубежом, особенно в США, были изучены в лабораторных и в путевых условиях рельсы из стали разнообразного состава. Механические

Таблица 105

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ РЕЛЬСОВ

свойства этих рельсов колебались в широких пределах, Рричем предел прочности достигал значений 120 кг!мм2, а предел теку­ чести 103 кг/мм2. При путевых испытаниях наиболее прочные рельсы имели повышенную стойкость по сравнению со стандарт­ ными углеродистыми, но повышение это никогда не было на­ столько значительным, чтобы рельсы устойчиво работали в кри­ вых малых радиусов. В частности, очень мало повысилась устой­ чивость рельсов против контактной усталости — дефекта № 82.

Причиной низкой стойкости легированных рельсов может быть все еще недостаточная их прочность. Необходимо было бы испы­ тать рельсы с прочностью примерно 200 кг1мм2. Возможно, что

вэтом случае сопротивление контактной усталости превзошло бы действующие контактные напряжения, к рельсы оказались бы вполне стойкими. Такие прочностные характеристики могут обес­ печить различные стали при достаточном содержании углерода

вних. Можно исследовать кремнемарганцовистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые, хромованадиевые, трехпро­ центные хромистые стали и др. Конечно, при этом имеется в ви­ ду, что сталь будет закалена и отпущена на сорбит.

Следовательно, нецелесообразно изготавливать опытные пар­ тии легированных термически необработанных рельсов. Доказа­ но, что в термически необработанном состоянии ни одна сталь не может успешно работать в кривых 'малого радиуса. Необходи­ мо изготавливать небольшие партии (10—30 т) сравнительно высоколегированных высокоуглеродистых рельсов, закаленных по всему объему с соответствующим отпуском. При этом, конеч­ но, придется преодолеть значительные трудности в изготовлении рельсов. Необходимо проводить зачистку поверхности блюмов, чтобы избежать брака рельсов по поверхностным дефектам, ре­ шить вопрос о правке рельсов. Вероятно, придется отказаться от правки на роликовых правильных машинах и ограничиться горячим изгибом рельсов.

Состав стали при этом вряд ли имеет особо существенное значение. В таких рельсах все виды смятия будут исключены, истирание будет незначительным, и поэтому состав карбидной фазы довольно безразличен. Важно резко затормозить развитие

4 2 4 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЛЬСОВ

усталостных трещин и наклепа вообще для предотвращения де­ фектов № 82. Для этого пригодны наиболее дешевые и распро­ страненные легирующие элементы — кремний и марганец. Воз­ можно, что для повышения прочностных характеристик необхо­ димы будут небольшие добавки сильных карбидообразователей, таких как молибден или ванадий.

В дальнейшем технологические трудности производства по­ добных рельсов могут быть значительно уменьшены переходом на двухслойные рельсы. Основой может служить или нормаль­ ная углеродистая рельсовая сталь, или, например, сталь, слабо легированная хромом. При производстве двухслойных рельсов сталь для армирования головки может выплавляться отдельно в электропечах; правка рельсов будет затруднена в значительно м1еныней степени; искривления при термической обработке также будут меньше.

Таким образом, ближайшей задачей исследования легирован­ ных рельсов является изготовление небольших партий термически обработанных рельсов с пределом прочности на поверхности ка­ тания 200—220 кг/мм2.

Другое возможное направление — это изготовление рельсов из аустенитной марганцовистой стали. Причем нет необходимо­ сти ограничиваться только маркой Г13, можно исследовать со­ ставы и с более высоким содержанием марганца. Здесь также возникают большие технологические трудности. Но главные за­ труднения все же могут считаться преодолимыми.

Разливка стали в слитки небольшого веса (1,3—1,5 т) и го­ могенизация слитков при 1100° позволяют успешно прокатывать высокомарганцовистые рельсы. Правка этих рельсов проходит без особых затруднений. Отдел.ка концов рельсов и сверление от­ верстий могут быть произведены обработкой резанием при подо­ греве концов до 350—450°. Как известно, при этом сталь сравни­ тельно легко обрабатывается. Если потребуется, то температура может быть увеличена еще выше. Вероятно, при таком подогре­ ве выпадет карбидная фаза, поэтому жесткую закалку рельсов

■Большое упрочнение аустенитных сталей при наклепе позво­ ляет надеяться, что высокамарганцовистые рельсы будут иметь значительное сопротивление контактной усталости. Если же ока­ жется, что работоспособность аустенитных рельсов недостаточ­ ная, то в настоящее время трудно предложить что-либо для даль­ нейшего повышения сопротивляемости рельсов. Вероятно, тогда единственной возможностью оказалось бы облегчение условий работы рельсов сглаживанием! профиля и плана железнодорож­ ного пути.