Способ термической обработки рельсов

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к термической обработке рельсов. Цель - уменьшение непрямолинейности рельсов. Сущность: рельс после объемного нагрева и охлаждения в масле подвергают дополнительному объемному нагреву до 300 - 400^oС в шейке, нагретый рельс подвергают отпуску при условии разности температур подошвы и головки 100 - 200^oС в начальный период отпуска. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к термической обработке рельсов.

Известен способ термической обработки рельсов, включающий объемную закалку, отпуск и дополнительный отпуск подошвы и шейки рельсов при температуре более 500^оС в принудительно-изогнутом состоянии подошвой наружу [1] Недостатком этого способа является необходимость проведения дополнительной операции для достижения прямолинейности.

Наиболее близким к предлагаемому является способ термической обработки рельсов, включающий объемный нагрев рельса, охлаждение в масле и отпуск [2] При реализации этого способа температура рельса в момент задачи его в закалочную машину 780-850^оС. Рельсы находятся в масле не менее 5 мин. Температура масла 40-100^оС. Выданные из закалочной машины рельсы с температурой не более 100^оС формируют в пакет и задают в многосекционную отпускную печь. Время отпуска 2 ч. Нагрев до температуры отпуска 470^оС осуществляют постепенно.

Недостатком данного способа является то, что после термообработки не достигается необходимого уровня прямолинейности рельсов. Это связано с тем, что в процессе закалки рельсы искривляются, а режим отпуска не позволяет уменьшить их непрямолинейность, так как отпуск рельсов начинают при температуре, не превышающей 100^оС, когда рельс обладает высокой упругостью и в начальный период отпуска пластически не деформируется. В процессе дальнейшего нагрева пластичность рельсов увеличивается, однако температура по всему сечению профиля рельса повышается равномерно, в результате чего он не деформируется, а непрямолинейность не уменьшается.

Цель изобретения повышение прямолинейности рельсов за счет реализации пластической деформации их в начальный период отпуска.

Цель достигается тем, что в известном способе, включающем объемный нагрев, охлаждение в масле и отпуск, отпуск начинают после дополнительного объемного нагрева рельсов до 300-400^оС и проводят при условии разности температур подошвы и головки нагретых рельсов в пределах 100-200^оС в течение первых 12-24 мин отпуска.

Указанные отличительные признаки обеспечивают пластическую деформацию рельса вогнутостью на головку и в нем образуются сжимающие напряжения. Величина сжимающих напряжений характеризует степень пластической деформации рельсов, а именно чем выше уровень сжимающих напряжений, тем выше степень пластической деформации.

Экспериментально установлено, что необходимый эффект достигается только при температуре рельса, а следовательно и шейки, 300-400^оС перед началом отпуска и разности температур подошвы и головки 100-200^оС в течение первых 12-24 мин отпуска.

При температуре объемного нагрева рельса менее 300^оС не происходит достаточной пластической деформации рельса, так как упругость металла еще довольно высока, а значит уровень сжимающих напряжений в головке снижается. Вследствие этого исходная непрямолинейность рельсов не устраняется.

При температуре объемного нагрева рельса выше 400^оС во время последующего отпуска происходит дополнительное искривление рельсов в отпускной печи, вследствие чего непрямолинейность рельсов может даже возрастать.

Разность температур подошвы и головки менее 100^оС не обеспечивается эффективной пластической деформации рельсов, так как уровень сжимающих напряжений невелик. При разности выше 200^оС степень пластической деформации рельсов увеличивается настолько, что появляются участки местной непрямолинейности, образующиеся в отпускной печи, и в результате непрямолинейность рельсов, выше, чем при оптимальных параметрах термообработки.

При сохранении разности температур подошвы и головки рельсов 100-200^оС в течение времени, меньшего чем 12 мин не обеспечивается достаточной пластической деформации рельсов (уровень сжимающих остаточных напряжений мал). Если указанная разность температур подошвы и головки сохраняется более 24 мин, то возникает даже опасность дополнительного искривления рельсов вследствие появления участков местной непрямолинейности.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ термической обработки рельсов отличается от прототипа. Если в способе-прототипе отпуск рельсов начинают при температуре рельса не выше 100^оС, то в предлагаемом способе при 300-400^оС за счет дополнительного объемного нагрева рельсов. В способе-прототипе температура всех элементов профиля рельса в начальный период отпуска (12-24 мин) одинакова, а в предлагаемом способе между температурами подошвы и головки обеспечивают разность 100-200^оС. Эти отличительные признаки обеспечивают реализацию пластической деформации рельсов в начальный период отпуска и уменьшают их непрямолинейность.

П р и м е р. Обработке по предлагаемому способу подвергали рельсы типа Р65 из стали М 76 следующего состава, мас. углерод 0,74; марганец 0,92; кремний 0,28; фосфор 0,03; сера 0,027. Температура рельсов под закалку 840^оС, время выдержки в закалочной печи 55 мин. Закалку рельсов производили в масле. Дополнительный объемный нагрев рельсов перед отпуском осуществляли до температур 250-430^оС (таблица), отпуск рельсов производили при 480^оС в течение 2 ч. В начальный период отпуска (12-24 мин) обеспечивали разность температур подошвы и головки 50-230^оС путем перемещения рельсов в зону с температурой 500-550^оС.

Рельсы были обработаны также по способу, описанному в прототипе, а именно: объемный нагрев до 850^оС, охлаждение рельсов в масле и отпуск в течение 2 ч при 470^оС.

Для оценки степени пластической деформации рельсов в отпускной печи при помощи тензорезисторов определяли остаточные напряжения. Измерение непрямолинейности производили после холодной правки с помощью контрольной линии длиной 1 м и набора щупов (± 0,05 мм) по стреле прогиба рельса.

Полученные результаты представлены в таблице. Анализ их показал, что при дополнительном объемном нагреве рельсов до 300-400^оС и разности температур подошвы и головки 100-200^оС в период отпуска (12-24 мин) интенсивно происходит пластическая деформация в отпускной печи. Сжимающие остаточные напряжения по поверхности катания головки рельса находятся в пределах 50-80 МПа.

Непрямолинейность рельсов наименьшая максимальная стрела прогиба не превышает 0,35 мм.

При температуре дополнительного объемного нагрева менее 300^оС разности температур подошвы и головки более 200^оС и сохранении такой разности более 24 мин непрямолинейность рельсов возрастает (максимальная стрела прогиба увеличивается до 0,50 мм) вследствие повышенной пластической деформации.

При температуре дополнительного объемного нагрева более 400^оС, разности температур менее 100^оС и сохранений этой разницы менее 12 мин максимальная стрела прогиба также возрастает и составляет 0,45 мм.

Таким образом, наименьшая непрямолинейность рельсов достигается при заявляемых параметрах.

Предлагаемый способ позволяет уменьшить непрямолинейность рельса, а, следовательно, повысить их эксплуатационную стойкость. Особенно перспективным представляется использование способа при производстве рельсов для высокоскоростных магистралей, где предъявляются повышенные требования к прямолинейности рельсов.

Предлагаемый способ может быть реализован в условиях промышленного производства рельсов на существующем технологическом оборудовании.

Формула изобретения

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РЕЛЬСОВ, включающий объемный нагрев, охлаждение в масле и отпуск, отличающийся тем, что перед отпуском производят дополнительный объемный нагрев рельсов до 300 400^oС в шейке, а отпуск нагретого рельса проводят при условии разности температур подошвы и головки 100 200^oС с течение 12 24 мин отпуска.

РИСУНКИ

Рисунок 1