Способ термической обработки рельсов

 

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ OBPASOTКИ РЕЛЬСОВ, включаннций их нагрев до температуры аустенизации, закалку поверхности катания и окончательное рхлавдение, отличающийся тем, что, с целью повьшения эксплуа; тационной стойкости и надежности jpejtbcoB за счет оптимизации структуры и свойств по сечению рельса, охлаждение рельса после поверхностной закалки производят со скоростью нё более 0,05 град/с.

СОКИ СОВЕТСНИХ ООИ ЛЮ

РЕСПУБЛИК ае ю. щр С 21 D 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Г}О ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3500729/22-02 (22) 18. 10. 82 (46) 15.10.84. Бюл. Ф 38 (72) E.À. Шур, А.В. Великанов, К.Э. Сафонова, В.С. Оргиян, М.Т. Авдеев и П.И. Иаджар (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт железнодорожного .транспорта ! (53) 621.785.74(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР .У 461141, кл. С 21 D 9/04, 1972.

2, Авторское свидетельство СССР

М 114390, кл. С 21 Р 9/04, 1948. ю (54) (57) СПОСОБ ТЕРИИЧЕСКОИ ОБРАБОТКИ РЕЛЬСОВ, включающий их нагрев до температуры аустенизации, закалку поверхности катания и окончательное охлая1цение., отличающийся

:тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости и надежности

;рельсов sa счет оптимизации структу ры и свойств по сечению рельса, охлаждение рельса после поверхностной закалки производят со скоростью

:ие более 0,05 град/с.

Ь

Использование низколегированной рельсовой стали связано с тем, что вследствие интенсификации работы же-. лезнодорожного транспорта существует задача создания высокопрочных рельсов, обладающих в 1,5-2,0 раза большей эксплуатационной стойкостью по сравнению с термически упрочненными рельсами современного промышленного производства. Такое повьппение эксплуатационной стойкости может быть достигнуто за счет увеличе- ния общей и контактно-усталостной прочности головки рельса (HB >i 430) при условии сохранения на прежнем уровне показателей надежности (удар1 1 1186

Изобретение относится к способам термической обработки рельсов и может быть использовано также для термической обработки других прокатных профилей.

Известен способ термической обработки рельсов, включающий закалку, объемный отпуск и дополнительный отпуск подошвы и шейки при температуре более 500 С в принудительно 1О изогнутом состоянии подошвой наружу. Способ направлен на создание дифференцированных свойств по сечению рельса: высокой прочности головки и высоких значений вязкостй шейки и подошвы (1 j.

Однако известный способ не обеспечивает оптимального сечения механических свойств.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ термической обработки рельсов, включающий изотермическую выдержку при 550 С, объемный нагрев рельса до температуры аустенизации, кратковременную закалку поверхности катания, например, водоструйным охлаждением и окончательную нормализацию, при которой подошва и шейка рельса остывают с определенной скоростью (2 ).

Существенным недостатком этого способа является то, что в случае использования низколегирбванной рельсовой стали скорость охлаждения при нормализации не является оптимальной с точки зрения получения в подошве и шейке рельса необходимых свойств и структуры,. в том числе высоких значений вязкости и пластичности,4О обеспечивающих надежную и безопасную работу рельсов в эксплуатации.

98 2 ной вязкости, стойкости при копровых испытаниях, низких остаточных напряжений и др.) .

Перечисленные известные способы применяются для термической обра/ ботки рельсов из углеродистой стали.

Поверхностная закалка создает в головке этих рельсов структуру тонкопластинчатого сорбита закалки с твердостью, не превышающей НВ 380390. Твердость достигает максимально возможного значения НВ 400 в случае применения заэвтектоидной углеродистой стали с содержанием углерода до 0,87Х, раскисленной кремниймагнийтитановой лигатурой. Требуемая прочность высокопрочных рельсов может быть получена применением высокоуглеродистой низколегированной стали и поверхностной закалкой головки на мартенсит с последующим отпуском (самоотпуском) на структуру троостит отпуска.

В результате дополнительного легирования, например, марганцем, хромом, кремнием или другими легирующими добавками меняется кинетика распада аустенита при охлаждении

1 и соответственно термокинетическая диаграмма, повышается,прокаливаемость высокопрочной рельсовой стали.

В этом случае нормализация подошвы и шейки рельса может привести к образованию неоднородной структуры, не обладающей необходимыми вязкостью и пластичностью.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной стойкости и надежности за счет оптимизации структуры и свойств по сечению рельса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки рельсов, включающему нагрев до температуры аустенизации, закалку поверхности катания и окончательное охлаждение, охлаждение рельса после поверхностной закалки производят со скоростью не более 0,05 град/с.

Выбор величины предлагаемого параметра (скорости охлаждения объемно нагретого рельса после поверхностной закалки), а также протяженность температурного интервала охлаждения с заданной скоростью обусловлены тер— мокинетическими диаграммами распада аустенита рельсовых сталей различного химического состава. Принятая скорость охлаждения должна обеспечить получение однородной структуры сор3 11186 бита закалки без участков мартенсита и высокий уровень вязкости и пластичности в подошве и шейке рельса.

Температура, до. которой надо охлаждать рельс с заданной скоростью, определяется концом фазовых превращений; Температурный интервал контролируемого охлаждения рельсовых сталей равен 100-150 С следовательно, продолжительность контролируе- 1О мого охлаждения может варьироваться от получаса до нескольких часов.

Предлагаемый способ осуществляют, например, помещением рельса сразу после выхода его из закалочной маши- 15 ны в специальные утепленные или подо.. греваемые муфели, короба или другие устройства, где его охлаждают с заданной скоростью.

Пример. Проводили обработку 2о полнопрофильных рельсовых проб по способу-прототипу и по предлагаемому способу. Рельсы изготавливали из стандартной углеродистой стали типа 75Г и иэ низколегированной высокоуглеродистой стали типа

75ХГС. Нагрев рельсовых проб вели до температуры аустенизации 840 С.

Закалку поверхности катания осуществляли непрерывным охлаждением водовоздушной смесью до 200 С. Последующее окончательное охлаждение поверхностно закаленных рельсовых проб проводили при определенной для каждого опыта скорости охлаждения (0,08, 0,05 и 0,02 град/с) °

Сравнение результатов обработки по предлагаемому способу и способупрототипу приведено, в таблице.

Из данных таблицы видно, что зака-.40 ленные по известному способу рельсы, изготовленные из низколегированной стали, значительно превосходят термообработанные по этому же способу . рельсы из углеродистой стали по

45 прочностным свойствам головки при одинаковой ударной вязкости ее и дотаточном уровне показателей пластичности. Таким образом, по свойст- ам головки закаленные рельсы из

59 низколегированной стали удовлетворяют требованиям, предъявляемым к рельсам высокой прочности. Однако комплекс свойств, получаемый в по- .

98 4 дошве этих рельсов, является явно неудовлетворительным. Низкий уровень ударной вязкости и пластичности подошвы и шейки не гарантирует надежной безаварийной работы рельсов в пути. Рельсы имеют высокие остаточные напряжения . Уменьшение скорости охлаждения поверхностно закаленных рельсов из низколегированной стали в соответствии с предлагаемым способом от. 0,08 град/с до 0,05 град/с и ниже, не изменяя комплекса свойств головки, за счет получения в шейке и подошве однородной структуры при медленном охлаждении приводит к значительному повышению ударной вязкости этих элементов профиля рельса (до 4,5 кгсм/см вместо I 2 кгсм/см ) и пластичности. г

При этом намного возрастает работа разрушения рельсов при копровых испытаниях и уменьшается уровень остаточных напряжений. Следовательно, при предлагаемом способе термической обработки достигается необхо,димый комплекс свойств высокопрочных рельсов, предназначенных для перспективных условий эксплуатации, Использование предлагаемого способа термической обработки рельсов по сравнению с известным обеспечивает необходимый уровень показателей эксплуатационной надежности рельсов за счет оптимизации структуры, увеличения вязкости и пластичности по сечению рельса, снижения уровня остаточных напряжений. Кроме того, достигается значительное повышение . эксплуатационной стойкости высокопрочных рельсов из низколегированной стали по сравнению с термически упрочненными рельсами из стандартной углеродистой стали.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения высокопрочных рельсов, получаемых по предлагаемому способу термической обработки и имеющих! эксплуатационную стойкость в 1,5 раза вьппе, чем стандартньпс термоупрочненных рельсов, при объеме годового производства в 100 тыс.т рельсов составит 0,35 мпн.руб.

111869&

Способ-прототип

Предлагаемый способ

Показатели

75ХГС

75Г

75ХГС

75ХГС

Марка стали

0,08

0,08

0,02

0,05

145/87

127/97

145/117

145/79

100/45

98/46

90/56

100/68

Относительное удлинение ", % 12/13

8,7/15,5

8,5/15

8,5/5,0

35/50

Относительное сужение V, 7

39/36

35/12 0

35./50

Твердость, НВ

13,0

5,0

7,0

14,0

2,0

4., О.

Hp и м е ч а н и е: В числителе приведены свойства головки, в знаменателе — подошвы и шейки рельсов.

Составитель И.Липгарт

Редактор Т.Колб,: Техред Л.Коцюбняк

Корректор .. Е.Сирохман.Тираж 53 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,.Раушская наб ., д. 4/5

Заказ 7378/20

Филиал Ппп "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Скорость охлаждения подошвы, град/с

Временное сопро тивление 48, кгс/мм

Предел текучести, 2 бр э кгс /мм

Ударная вязкость при

20 С и кгсм/см н

Работа разрушения при копровых испытаниях при -60 С, А, тм

Остаточные напряжения, величина расхождения паза, мм

2,8/3,0

360/220

2,4/1,2

415/325

2,4/4, 5

415/200

2,5/4,0

410/250