Способ термической обработки рельсов

 

Изобретение относится к способу обработки железнодорожных рельсов с нагрева токами высокой частоты и может быть использовано на металлургических комбинатах, производящих железнодорожные рельсы. Цель - уменьшение искривления концов рельсов в вертикальной плоскости и повышение производительности процесса. - Рельсы соединяют в непрерывную нить, подвергают упругому изгибу, затем нагревают головку токами высокой частоты, закаливают водо-воздушной смесью, осуществляют самоотпуск головки и одновременно проводят нагрев подошвы на длине 1,1... 1,5 м от торца рельса до температуры Ас,... Ас,+ « (10...20) С на участке с концевым искривлением длиной О,4...О,5 м с постоянным понижением температуры в остальной части подошвы до feMnepaTy- ры самоотпуска головки.рельса. Затем со стороны головки, температура . которой составляет 550., .ДЗО С,прикладывают усилие, подгибающее конщ.г рельсов до прямолинейного положения, и одновременно осуществляют охлаждение подошвы с последующим совместным охлаждением подошвы и головки до температуры окружающего воздуха. 1 . ф-лы, 4 ил,, 4 табл. е Ф

СОЮЗ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 С 21 D 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

: (46) 23. 07. 91. Бюл. Ф 27 (21) 4068636/02 (22) 17.03,86 (71) Украинский научно-исследовательский институт металлов (72) Д.К.Нестеров, В,Е.Сапожков, Н.Ф.Левченко, В.С.Точиленко, А.А.Булянда, В.Л.Барбаров, А.Н.Заннес, Л.К,Ноженко, Л.Я.Шнаперман и А.И.Шевченко (53) 621,785.9 (OS8,8) (56) Авторское свидетельство СССР

1В 502962, кл. С 21 D 9/04, 1/42, 1974. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

РЕЛЬСОВ (57) Изобретение относится к способу обработки железнодорожных рельсов с нагрева токами высокой частоты и может быть использовано на металлургических комбинатах, производящих же. пезнодорожные рельсы. Цель— уменьшение искривления концов рельсов в вертикальной плоскости и повы„„SU„„1422674 А 1 шение производительности процесса.

Рельсы соединяют в непрерывную нить, подвергают упругому изгибу, затем нагревают головку токами высокой частоты, закаливают водо-воздушной смесью, осуществляют самоотпуск головки и одновременно проводят нагрев подошвы на длине 1,1...1 5 м от торца рельса до температуры Ас,... Ас,+

+ (10...20) С на участке с концевым искривлением длиной 0,4...0,5 м с постоянным понижением температуры в остальной части подошвы до температуры самоотпуска головки. рельса, Затем со стороны головки, температура которой составляет 550. ° .450 С,прикла- а дывают усилие ° подгибающее концы рельсов до прямолинейного положения, и одновременно осуществляют охлажденне подпали с последумннм совместннм C охлаждением подошвы и головки до температуры окружающего воздуха. 1 з.н, ф-лы, 4 ил,, 4 табл. ВивА

1422674

Изобретение относится к способу обработки железнодорожных рельсов с нагрева токами высокой частоты и может быть использовано на металлурги5 ческих комбинатах, производящих же" лезнодорожные рельсы.

Пелью изобретения является уменьшение искривления концов рельсов в вертикальной плоскости и повышение производительности процесса.

На фиг. 1-4 показаны схема поэтапного применения технологии правки искривленных концов закаленных р ель сов, 15

Рельсы, соединенные в непрерывную нить при помощи стыковок 1, скрепляющих концы уходящего 2 и набегающего

3 рельсов, движутся через рельсозакалочный агрегат со скоростью 36...

45 мм/с, проходят зону первичного охлаждения, где головка охлаждается водовоздушной смесью до температуры

550...450 С, затем подходят к зоне

"правки" концов рельсов, Зона "прав- 25 ки" Расположена за зоной нагрева подошвы конца рельса межцу опорными роликами 4 и 4. По ходу движения рельФ сов возле опорного ролика 4 установлено устройство для нагрева подошвы, которым может быть индуктор 5 или же устройство гаэопламенного нагрева (возможен и комбинированный способ нагрева — газопламенный с последующей доводкой температуры до заданной при .помощи индуктора). Концы рель35 сов, войдя в зону расположения нагревающего устройства, подвергаются нагреву со стороны подошвы до температуры 730 С (Ас< ), но не выше 750 С (Ас, + 20 С) на длину, равную

0,4...0,5 м максимальная длина кон- цевого искривления), с последующим плавным понижением ее например до

450 С в конце участка на длине 1,1... 5

1 5 м от торца каждого рельса (фиг.) ). Перемещаясь, рельсы с искривленными концамй поступают в зону "прав.ки". На расстоянии 0,4...0,5 м от торца уходящего рельса до осевой линии опорного ролика 4 к головке прик1 50 ладывают усилие, например, прижимным роликом 6, который заранее выставлен по поверхности головки в средней час" ти по длине рельса (то есть в той части, где искривление отсутствует), Данное положение нажимного ролика .в рабочем состоянии условно считается нулевой отметкой. По мере движения искривленный конец уходящего рельса поступает под прижимной ролик

И подвергается усилиям, направленным в противоположную сторону искривления " книзу, Одновременно подошва рельса, нагретая до температуры о I "700 С, при помощи устройств 7 и 7 подвергается охлаждению, например, водой со скоростью, обеспечивающей пОлучение прямолинейного положения конца рельса за счет образования остаточных тепловых напряжений, уравновешенных в объеме остальных элементов рельса (шейка и головка),При этом, образовавшиеся напряжения не только фиксируют прямолинейное положение конца рельса, но и способствуют его выравниванию, Фиг. 3. По мере выхода уже выправленного конца уходящего рельса из-под прижимного ролика 6 в зону правки поступает конец набегающего рельса 3, который по мере выравнивания конца уходящего рельса 2 опускается книзу на определенную величину вместе со стыковкой 1 и оказывает силовое воздействие на искривленный конец набегающего рельса 3. Затем конец набегающего рельса попадает под прижимной ролик 6 и подвергает" ся воздействию усилий и охлаждению.

После этого концевые участки рельcos проходят через охлаждающие устройства 7 и 7

Фиг,4, Когда выправленный конец набегающего рельса 3 пройдет через прижимной ролик 6 усилие, прикладываемое к головке снимается эа счет поднятия ролика 6 кверху.

Выправленные концы рельсов 2 и 3, перемещаясь проходят оставшуюся зону самоотпуска и зону вторичного охлаждения 8, где головка и подошва подвергается окончательному охлаждению водой до температуры окружающего воздуха.

Оборудование, обеспечивающее осуществление заявляемого способа тепло-механической правки концов закаленных рельсов в вертикальной плоскости, располагается непосредственно в рельсозакалочном агрегате в начале зоны самоотпуска рельсов, которая находится между зоной окончания первичного охлаждения (закалка) и зоной начала вторичного охлаждения (окончательное) рельсов.

142

Изобретение иллюстрировано примером его осуществления, Рельсы из углеродистой стали стандартного состава с массовой долей элементов, X: 0,78 С, 0,95 Мп, 0,32

Si, 0,023 S, 0,030 P и 0,110 As перед закалкой состыконынались в непрерывную нить, которая перемещалась в рельсозакалочном агрегате со скоростью 35 мм/с. При перемещении рельсы поступали в зону индукторов, где голонка нагревалась до температуры аустенитизации и охлаждалась водовоздушной смесью до температуры о

500 С на структуру сорбит. Затем при перемещении рельса в агрегате осуществляли нагрев индукФором подошвы конца рельса длино" 0 45 м до темо пературы 740 С на глубину 13 мм. Длина зоны подошвы с такой температурой составила 0 45 м от торца в сторону середины рельса, а затем температуру плавно снижали и на расстоянии

1.,3 м от торца она составила 460 С.

Пройдя зону нагрева конец уходящего рельса совместно с концом набегающего рельса поступали в активную зону пранки, расположенную между опорными роликами с осевым расстоянием 0,8...

1 0 м. Когда конец уходящего рельса приближался ко второму опорному ролику (по ходу движения слева) на расстояние 0,5 м, к головке рельса прикладывалось усилие, прижимающее конец рельса книзу на величину, ран" ную величине его изгиба. Усилие не снималось до тех пор, пока второй конец набегающего рельса также выравни-. вался. В это время подошва конца уходящего рельса охлаждалась водой со скоростью 35 град/с при помощи водоохлаждаемых устройств. Охлаждению подвергался и второй конец набегающего рельса до температуры 460 С. Охлаждение подошвы концов рельсов осуществляли таким образом, чтобы центральная часть ее, считая от осевой линии профиля, охлаждалась интенсивнее периферийных участков на 7 град/с, т.е. со скоростью 42 град/с. Такое дифференцированное охлаждение подошвы осуществлялось при помощи специаль ного устройства, н котором интенсивность охлаждения изменяли величиной диаметра и количества отверстий.

После завершения процессов нагрева и охлаждения подошвы данные устройства отключали, а усилие снимали

2674

4 и дальнейшее перемещение рельсовой нити проиэнодили обычным путем, т.е. согласно существующей технологии.

Дальнейшее охлаждение (вторичное) осуществляли одновременно двух элементов рельса головки и шейки до температуры окружающего воздуха. Систему вторичного охлаждения располага10 ли в зоне удер ания кривизны рельсов.

Как показали данные опытной проверки в результате использования заявляемого способа термической обработки рельсов уменьшается искривле15 ние концов рельсов .в вертикальной плоскости н основном до 0,15 мм по сравнению с прототипом 0,61, °,1 0 мм, а также увеличивается производительность с 5 рельсов/ го 24 рельсов/ч.

20 Концевые искривления рельсов после закалки с нагрева ТВЧ и различных видов правки (тепловая - прототип и тепло-механическая — заянляемь|й способ) приведены в таблице

Изменение искривления концов рельсов в нертикальной плоскости н зависимости от длины зоны нагрева подошвы рельса приведено в таблице 2 °

Из таблицы 2 видно, что при нагре30 ве подошвы рельса до заявляемой температуры Aci — Ас, + 10...20 С (730...750 С) на длину от 0,8 до

l,7 м от торца, вертикальное искривление кверху при тепловой правке иэЗ5 меняется от 1,4...1,3 мм до 0,15., °

0,10 мм.

Из принеденньж данных таблицы 2 видно, что нагревать подошву рельса

40 на длину свыше 1,5 м от торца нецелесообразно, т.к, уже на этой длине обеспечивается минимум концевого искринления (0,1 мм), которое с увеличением зоны нагрева не иэменя45 ется. Кроме того, нагревать подошну рельса на большую длину нецелесообразно еще и с точки зрения лишней затраты энергоносителей. Наиболее оптиМальной зоной нагрева подошвы

50 рельса, в которой обеспечивается минимальное искривление концов рельсов н нертикальной плоскости (ниже уровня требований технических условий на искривление термообработанных

55 рельсов, котоРое не долж о превышать 0,5 мм), является участок длиной 1,1. °,1,5 м, на котором искривление концов рельсов происходит квер. ху, в пределах 0,30...0,10 мм, 1422674

Нагрев участка подошвы рельса до температуры Ас...Ас+(10 ° ..20) С (730...750 С) производится на длину 0,4.„,0,5 м от торца рельса, Данная длина принята на основании статистической обработки концевой искривленности рельсов в вертикальной плоскости, закаленных с нагрева токами высокой частоты, при этом в 100% 10 случаев вертикальное искривление кверху распространяется на длину

0,4...0,5 м от торца рельса, Изменение искривления концов рельсов в вертикальной плоскости в зависимости от температуры нагрева токами высокой частоты в исследуемом интервале температур на длине 0,4...

0,5 и приведено в таблице 3.

Из таблицы видно, что при нагреве подошвы рельса токами высокой частоты .иа длине 0,4...0,5 м от торца рельса до температуры ниже критической точки, т.е. 680...710 С, искрив- 25 ление концов рельсов кверху составляет 1,0...0 8 мм, т.е, -поставленная цель не достигается, потому что искривление превышает требования технических условий. При нагреве до тем- 30 пературы 730 С искривление концов рельсов резко уменьшается и достигает величины 0,4...0,3 мм, что ниже требований технических условий. Дальнейшее повышение температуры на

1O...20 С выше критической, например о 35 о для углеродистой стали до 750 С, искривление концов в вертикальной плоскости кверху уменьшается до О;1 мм, т.е. практически отсутствует. При 40 нагреве подошвы рельса на длине

0,4...0,5 м от торца до температуры

Ас1 +30...40 С, т,е. до 760...770 С вертикальное искривление концов рель" сов кверху переходит в, искривление 45 книзу до величины 0,55...0,65 мм за счет образования в подошве рельсов смешанной структуры, состоящей из грубопластинчатого перлита и продуктов закалки — троостит и бейнит. Кроме того, появляются, повышенные напря„50 жения, именяющие положение концов рельсов в вертикальной плоскости,Поэтому оптимальной температурой нагрева подошвы рельса на длине 0,4...

0,5 м от торца является Ас...Ас

+(IO...20) C, т,е. 730...750 С.

Нижний предел температуры подошвы рельса на длине l 1., ° 1,5 м от торца установки установлен на уровне

450 С и отвечает температуре окончао ния охлаждения головки рельса, при которой формируются свойства и напряженное состояние головки. Поэтому понижение температуры нагрева подошвы рельса ниже 450 С нежелательно, т.к. будет уменьшаться пластичность металла и увеличиваться градиент температур головки и подошвы, а следовательно.будет изменяться в напряженное состояние концевой части рельса и ухудШаться процесс тепло — механической правки. Повышение же температуры подошвы рельса до 500...

550 С на Длине 1,1...1,5 м от торца возможно, т.к. она соответствурт температуре самоотпуска головки рельса» при которой происходит процесс тепломеханической правки. — Снижение интесивности охлаждения головки рельса к концу закалки путем прекращения охлаждения эа 10...12 с до окончания закалки связано с тем, что при поверхностной закалке головки рельсов с нагрева токами высокой частоты не устраним физический процесс перегрева концевой части за счет замыкания магнитных силовых линий на конце рельса. При этом температуо ра повышается на 80...120 С по сравнению с остальной частью головки. В процессе последующего охлаждения головки рельса концевая часть быстрее охлаждается, при этом происходит понижение температуры данной части головки на 50.;.80 С по сравнению с более удаленной от торцевой части.

Это приводит к повышению твердости металла на НВ 50...80 и наличию в структуре закаленного слоя наряду с трооститом бейнитных участков, что отрицательно сказывается на тепломеханической правке концов закаленных рельсов. усилие, подгибающее концы рельсов до прямолинейного положения, прикладывают к головке, температура которой составляет 550...450 С.

Как уже отмечалось, данный интервал температур головки рельса, к которым прикладывают усилие, подгибающее концы рельсов до прямолинейного положения, равен предельной температуре окончания охлаждения головО ки рельса т.е, 450 С, и максимальной температуре головки рельса,образующейся в процессе самоотпуска, са, закаленного с нагрева ТВЧ прн охлаждении водоноэдушной смесью увязана с содержанием углерода в каждой плавке. Так, рельсы с содержанием углерода н диапазоне 0,71...0,827.

/Согласно ГОСТ 24182-80/ условно разделены на три группы с.содержанием углерода. в пределах. 0,71 °,.0,74Х;

0,75...0,783; 0,79...0,82Х. При этом с повышением углерода в рельсовой стали, твердость увеличивается. (см. таблицу 4).

l. Способ термической обработки рельсов, включающий их стыковку и соединение нх в непрерывную нить, упругий изгиб, нагрев головки токами высокой частоты, закалку охлаждением водовоэдушной смесью и ее самоотпуск, поверхностный нагрев и охлаждение подошвы рельса, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения искривления концов рельсов в вертикальной плоскости и повышения производительности процесса, одновремен" но с самоотпуском головки нагрев подошвы осущестнляют на конценых участках на длине 1,1 — 1,5 м от торца, при этом торцовые участки длиной

0,4 - 0 5 м нагревают до температуры

Ас1-. Ас1 + (10-20) С с постепенным понижением температуры н остальной части участка нагрева подошвы до температуры самоотпуска голонки рельса, затем со стороны головки прикладыва- ют усилие, выпрямляющее концы рель сон, и одновременно осуществляют ох-. лаждение подошвы с последующим совместным охлаждением подошвы и головки до температуры окружающего.воздуха, 2. Способ.по п.l, о т л и ч а ю " шийся тем, что выпрямляющее усилие прикладывают к головке в .момент достижения ею температуры 550

450 С.

4 с

7 1422674 8 т.е. 550 С. При этом, если принять температуру головки концевого участка рельса ниже 450 С, то в закалено ном слое наряду с трооститом будут присутствовать участки бейнитa,÷òî не допускается.

Если принять конечную температу1 о ру выше 550 С, то н головке рельса образуются участки продуктов отпуска структурной составляющей закалки, что приводит к резкому снижению твердости и несоответствию требованиям технических услоний на эакаленные рельсы. В основу выбранной тем- 15 Ф о р м у л а и э о б р е т .е н и я пературы нижнего интервала окончания охлаждения головки рельса (закалки) и верхнего интервала температуры головки рельса, образующейся в роцессе самоотпуска, положены 20 результаты исследований термокинетических диаграмм превращения аустенита рельсовой высокоуглеродистой стали стандартного состава.

При приложении Усилий к конце- 25 вой части головки рельса, температура которой находится в пределах

550. 450 С и нагретой подошвы рельо са до температуры Ас...Ac+(10...20) С о с понижением ее до 450 С на длине

1,1...1,5 м от торца рельса, происходит плавное выравнивание концевого искривления в вертикальной плоскости и фиксирование прямолинейного положения эа счет охлаждения подошвы рельса.

При внедрении н производство предлагаемого способа все закаленные рельсы в отношении распределения твердости по длине рельса отнечают требованиям ТУ 14-2-651-85 п.2,3, где отмечается "...Твердость на поверхности катания должна быть в пределах HB 341...388", Колебания твердости по длине одного рельса не должны превышатьъ.НВ ЭО..единиц, т.е. если твердость средней части головки составляет, например, HB 360, то на конце допускается НВ 390. В сущности твердость на поверхности головки рельл

С Ъ

С) О л

С>

M

Ф

D о

Р1

Ф о

1 О

С)

I I

Ф

td

О

И о

В:(l

Ц

Ol о е I 1

03 I" Ж l4

1 а о

U iÎ

1422674

Р

OJ f

5 ц! о

e I

О 1

Ж I

I 1

Х 1 й! о b

Ц Х М 4 евой

Е» <6 1» CV а оо

eagan

5Е U ооо

С3 а м са

1422674

Таблица 2

Длина максимальной зоны нагрева подошвы рельса, мм

0,8 0,9 l,0 l,l 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7

1 4... 1,0... 0,85. О,ЭО 0,30 0,30 . 0,25 0,15 0,20 0,15

l,3 0,9 0,70 0,25 0,25 0,20 0,10

Т а б л и ц а 3 о

Температура нагрева подошвы рельса, С

Ас„Ас,, +10 С Ас, +20 С

730 С 740 С 750 С

Величина искривления концов, мм

1,0...0,8 0,40-0,30 0,25-0,20 кверху кверху кверху

0,20...0,10 . 0,55 0,65 кверху кверху кверху

Таблица 4

Твердость /HB/ при содерхании углерода в пределах

На расстоянии

0,71...0,743 0,75.. ° 0,787. 0,79.. ° 0,823

0,4. °,0,5 м от торца рельса

370...380 381. ° .390 391, °,401

Середина рельса

340...350 351...370 37!...388

Ас,, 680...7!О

Ас, +30 С Ас, +40 С

760 С 770 С

1422674

Составитель А.Орешкина

Редактор И.Стрельникова Техред М.Дидык Корректор О,Кравцова

Заказ 3128

Тираж 402 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

113О35, Иосква, Ж-35, Раушскан наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4