4.4 Повышение качества рельсов на основе применения малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок

Исследование особенностей формирования и трансформации обезуглероженного слоя, разработка и внедрение малоокислительных и малообезуглероживающих режимов при нагреве и прокатке рельсовой стали актуально, и имеет большое практическое значение.

На основе экспериментальных данных построены графики зависимости глубины δ, мм обезуглероженного слоя от температуры t, С и времени τ, мин выдержки, которые представлены на (рис.4.4).

а) б)

Рисунок 4.4 – Зависимость глубины обезуглероженного слоя от температуры и времени выдержки для сталей марок М76 (а) и Э76Ф(б)

В образцах из стали М76 нагретых до 940–950 С и выдержанных в течение 25–30 мин видимое обезуглероживание отсутствует, увеличение времени выдержки до 35–40 мин приводит к возникновению локальных участков с частичным видимым обезуглероживанием в виде ферритной сетки по границам зерен перлита, а дальнейшая выдержка до 60–65 мин формирует частично обезуглероженный слой до 0,10–0,15 мм. Образование поверхностного слоя стали с полным обезуглероживанием зафиксировано при температуре нагрева более 1050–1060 С и выдержке в течение 30–35 мин и более. Зависимость глубины обезуглероженного слоя от температуры и времени выдержки для сталей марок М76 и Э76Ф существенно различаются. В частности если М76 имеет зависимость близкую к линейной, то Э76Ф более сложную, имеющую экстремальный характер. При температурах 1050–1100 С величина обезуглероженного слоя стали марки Э76Ф больше чем у М76, что связано с более интенсивным угаром последней и, как следствие, большим поглощением обезуглероженного слоя окалиной. При более высоких температурах и времени выдержки 10–25 мин глубина обезуглероженного слоя в стали Э76Ф уменьшается, это явление связано с интенсификацией окалинообразования при относительно невысокой интенсивности обезуглероживания вследствие недостаточного времени выдержки для полного растворения карбонитридов ванадия, препятствующих диффузии углерода. Увеличение времени нахождения стали при высокой температуре приводит к полному их растворению и интенсификации обезуглероживания. При температурах 1240–1250 С и времени выдержки 60 мин глубина обезуглероженного слоя рассматриваемых сталей примерно одинакова[2].

Важной практическое значение при этом имеет вопрос, возможно ли нагревать повторно остывшие заготовки и как это сказывается на качестве рельсов, в частности глубине обезуглероженного слоя.

В связи с этим в промышленных условиях проведена серия экспериментов по влиянию двойного нагрева на глубину обезуглероженного слоя рельсов. Установлено, что для двойного нагрева характерна несколько большая глубина обезуглероженного слоя рельсов, которую в целом можно считать допустимой и не оказывающей существенного влияния на качество рельсов. Таким образом, повторный нагрев с соблюдением нормативного температурного режима и времени возможен и не снижает качества рельсов.

а) б)

Рисунок 4.5 – Зависимость угара от температуры и времени выдержки

для сталей марок М76 (а) и Э76Ф (б)

На основе полученных данных теоретических, экспериментальных исследований и промышленных наблюдений установлено, что конечная температура металла на выдаче из печи должна находиться в пределах 1220–1240 С. Нагрев до температуры 1260 – 1280 С может привести к перегреву непрерывнолитых заготовок рельсовой стали. Кроме того, при таких условиях температура поверхности металла в конце 2-ой сварочной зоны может составлять до 1300 С, что приводит к повышенному окислению и оплавлении окалины[2].

Установлено, что микролегирование рельсовой стали ванадием и азотом, приводящие к образованию карбонитридов ванадия, значительно снижает интенсивность процессов обезуглероживания стали в интервале температур до 950–1050 С.