Крепка как рельсовая сталь. О преимуществах применения лопат из рельсовой стали
До середины 1990-х годов железные дороги США покупали улучшенные рельсы с закаленной головкой у зарубежных поставщиков, которые тогда были единственными изготовителями этой продукции. Однако с 1994 г., когда выпуск рельсов из высококачественной стали освоила компания Pennsylvania Steel Technologies (PST) на перестроенном заводе в Стилтоне, модернизация которого обошлась в 40 млн. дол., ситуация начала меняться. Примеру PST в 1996 г. последовала компания CF&I Steel на реконструированном заводе в Пуэбло.
Сначала она стала изготавливать рельсы с объемнозакаленной головкой типа DHH 370 (цифра обозначает твердость стали в единицах по Бринеллю), а в 1997 г. перешла на рельсы типа DHH 390. Повышение качества рельсовой стали с доведением ее твердости до 390 ед. по Бринеллю достигнуто благодаря сотрудничеству с японской компанией Nippon Steel, позволившему использовать технологию этой компании, являющейся крупнейшим в мире изготовителем рельсов. Согласно техническим требованиям Американской инженерной железнодорожной ассоциации (AREA), твердость рельсов должна быть не ниже 341 ед. по Бринеллю, так что CF&I превысила этот показатель на 14 %. Еще одним изготовителем улучшенных рельсов в США в ближайшем будущем может стать компания Stafford Rail Steel. В настоящее время железные дороги Северной Америки считают выпускаемую в США рельсовую сталь самой лучшей.
Иностранные компании продолжают выпускать рельсы высокого качества, которые отличаются от изготовляемых в США в основном содержанием серы. В Северной Америке в рельсовой стали допускается существенно большее содержание серы, поскольку, как полагают, она снижает вероятность образования водородных флокенов. За рубежом, в частности в Японии, стремятся уменьшить содержание серы, так как считают, что она с течением времени способствует образованию вертикальных усталостных трещин в головке и ускоряет волнообразный износ вследствие возникновения разрывов между включениями серы. Содержание серы в рельсовой стали представляет предмет ведущейся до настоящего времени дискуссии. Сторонники большего содержания серы утверждают, что ее недостаток может повысить риск водородного охрупчивания, если не контролировать содержание водорода в стали. Сторонники меньшего считают, что внедрение новых технологий, таких, как индукционное перемешивание и вакуумная дегазация, устраняет необходимость в присутствии серы. В любом случае в Северной Америке, по мнению специалистов-металлургов, положение в области рельсовой стали можно считать беспрецедентно благоприятным.
Однако в то время как сталь твердостью 350- 400 ед. по Бринеллю удовлетворяет требованиям современных железных дорог с точки зрения использования для изготовления рельсов, укладываемых на перегонных и станционных путях, для особых мест пути, таких, как стрелочные переводы и глухие пересечения, требования иные. Так, для крестовин нужна рельсовая сталь твердостью 450- 500 ед. по Бринеллю.
В настоящее время преобладает мнение, что перлитная рельсовая сталь для работы при больших осевых нагрузках, по всей видимости, не подходит. Даже если ее твердость удастся повысить до требуемой величины, перлитная микроструктура может обеспечить доведение показателя по Роквеллу только до С-40, так как далее возрастает риск разрушения. Показатель от С-40 до С-45 по Роквеллу может дать проблематичная смесь перлитной и бейнитной структур. В зоне С-45- С-50 желательный результат возможен при преимущественно бейнитной структуре(таб.3.1). Бейнит гораздо тверже перлита и обеспечивает лучшую сопротивляемость износу.
Таблица 3.1 - Химический состав рельсов в Америке
Институт штата Орегон совместно с AAR провел исследования, показавшие наличие двух подходов к получению бейнитной микроструктуры. Один из них предполагает изотермическую обработку обычной углеродистой рельсовой стали до твердости порядка С-45- С-50 по Роквеллу. При другом подходе используется углеродистая сталь с пониженным количеством углерода, повышенным кремния, хрома, марганца, средним молибдена и небольшим содержанием бора. После закалки в воде низкоуглеродистая сталь становится весьма прочной и относительно вязкой. Исследования подтвердили многообещающие качества бейнитных сталей, причем последние достижения в технологии изготовления сделали их выпуск коммерчески целесообразным. При предварительных испытаниях рельсов из бейнитной и из улучшенной стали с закаленной головкой оказалось, что бейнитная сталь с низким содержанием углерода лучше поддается сварке. При испытаниях непосредственно в рельсовой колее бейнитная сталь также показала лучшие результаты, чем улучшенная.
Высокая прочность бейнитной стали обеспечивает ее хорошую сопротивляемость выкрашиванию и отслаиванию, а также гораздо лучшие усталостные характеристики. Поскольку такая сталь дороже, на будущее запланировано улучшить экономические показатели. Еще более благоприятными станут физические характеристики рельсовых сталей следующего поколения. Провели сравнительные испытания новой бейнитной стали марки J9 и аустенитной марганцовистой стали (AMS) в лабораторных условиях на свариваемость, износ и деформацию. Результаты этих испытаний оказались успешными. Проведенные примерно в то же время испытания на моделях в университете штата Иллинойс позволили сравнить указанные стали в условиях контакта при качении колеса по рельсу. Полученные результаты подтвердили явное преимущество стали J9 по сроку службы перед сталью AMS.
Рельсовую сталь (∼0,60–0,80 % С), и аналогичную ей по составу кордовую, выплавляют в кислородных конвертерах и в дуговых печах. Наиболее сложной задачей производства этой стали является получение достаточно низкого содержания фосфора за время окисления углерода до заданной в стали концентрации. Для решения этой задачи принимаются специальные меры соответственно особенностям плавки в конвертере или дуговой печи.
В кислородном конвертере с верхним дутьем или комбинированным дутьем сверху и снизу, как было показано выше, дефосфорация начинается с первых минут продувки. Однако при высоком содержании фосфора в чугуне для получения допустимого содержания фосфора в стали при остановке на заданном высоком содержании углерода степень дефосфорации недостаточна. Как при содержании углерода ∼0,6–0,9 % по ходу плавки содержание фосфора стабилизируется или даже начинает повышаться; понижение содержания фосфора происходит далее при значительно более низком содержании углерода. Это вызывает трудность дефосфорации при производстве высокоуглеродистой стали. В случае плавки с остановкой процесса на заданном высоком содержании в стали углерода она при-водит к необходимости промежуточных повалок конвертера для смены шлака путем его скачивания и наводки нового. Это усложняет процесс, вызывает понижение производительности, повышение рас-хода шлакообразующих и чугуна.
Повалку конвертера для смены шлака производят на разных за-водах при содержании углерода 1,2–2,5 %. При высоком содержании фосфора в чугуне (0,20–0,30 %) шлак сменяют дважды при содержании углерода 2,5–3,0 % и при 1,3–1,5 %. После скачивания шлака новый наводят из свежеобожженой извести. Содержание FeO в шлаке на уровне 12–18 % поддерживают, изменяя уровень фурмы над ванной. По ходу плавки для разжижения шлака присаживают плавиковый шпат – 5–10 % массы извести. В результате дефосфорации к концу продувки до заданного в готовой стали содержания углерода получают содержание фосфора в металле ≤ 0,010–0,020 %. На выпуске в ковш металл раскисляют присадками ферросилиция и алюминия. При этом очень важной операцией является отсечка конвертерного шлака. Попадание его в ковш вызывает рефосфорацию в процессе раскисления и особенно при внепечной обработке восстановительным шлаком для десульфурации.
Получила некоторое распространение и технология выплавки рельсовой и кордовой стали в конвертерах с продувкой до низкого содержания углерода (0,03–0,07 %) с последующим науглероживанием в ковше специально приготовленными твердыми карбюризаторами (нефтяным коксом, антрацитом) Окончательную корректировку содержания углерода в стали производят на установке вакуумной обработки.
Продувка металла в конвертере до низкого содержания углерода обеспечивает глубокую дефосфорацию. Необходимо лишь на выпуске обеспечить надежную отсечку шлака для предупреждения возможности попадания его в ковш и, как следствие, рефосфорации.
Применение технологии выплавки стали в конвертере с продувкой до низкого содержания углерода с последующим науглероживанием в ковше требует использования чистых по содержанию вредных примесей и газов карбюризаторов, что вызывает необходимость их специальной подготовки и создает подчас значительные трудности. Вызывает сложности и получение нужного содержания углерода в узких пределах. Это ограничивает применение такой технологии.
Не нашла широкого применения используемая на некоторых заводах плавка в конвертере с последующим науглороживанием чугуном, предварительно залитым в ковш перед выпуском плавки из конвертера. Для этого требуется чугун, достаточно чистый по содержанию фосфора. Окончательное науглероживание раскисленного металла, с целью надежного получения содержания углерода в требуемых пределах, проводят твердыми карбюризаторами в процессе вакуумной обработки.
В дуговых печах рельсовую и кордовую сталь выплавляют по обычной, описанной выше технологии, применяя меры для интенсивного удаления фосфора из металла – присадки железной руды в завалку и в начале короткого окислительного периода, с непрерывным сходом шлака и его обновлением присадками извести. Обязательно также предупреждение попадания шлака в сталеразливочный ковш.
Вследствие низкого содержания кислорода в высокоуглеродистой рельсовой стали высокая степень чистоты ее по оксидным включениям может быть достигнута и без применения относительно сложной внепечной обработки вакуумом или в коше-печи. Для достижения такой цели достаточна продувка металла в коше инертным газом. Но при этом поступающий в ковш печной шлак, во избежание вторичного окисления им металла, не должен быть окислительным. Поэтому, перед такой внепечной обработкой выплавку рельсовой стали в ДСП производят с предварительным раскислением металла в печи кремнием и марганцем, присаживаемых в виде ферросилиция и ферромарганца или силикомарганца. Шлак перед выпуском раскисляют порошком кокса или электро-дов и гранулированным алюминием, а иногда и порошком ферросилиция. Следует, однако, иметь в виду, что при раскислении шлака, тем более кремнием, вызывающим образование SiO2, происходит восстановление фосфора. Поэтому такая операция допустима лишь после достаточно глубокой дефосфорации со сменой шлака и удалением фосфора из ванны. Окончательное раскисление стали кремнием и алюминием производят в ковше во время выпуска. Затем металл в ковше продувают инертным газом для его гомогенизации и, главным образом, для удаления хотя бы части скоплений (кластеров) включений Al2O3, вызываю-щих расслоения в рабочей части головок рельсов во время их эксплуатации. Следствием этого расслоения может быть полное отделение от-слоенных пластинок на головке рельса и преждевременный выход его из строя.
Более эффективным способом предупреждения образования расслоений в рельсовой стали, выплавленной как в конвертерах, так и в дуговых печах, является обработка жидкого металла в ковше кальцием. Как было показано, это производится введением в жидкий металл порошка силикокальция, плакированного в проволоку, или вдуваемого в токе несущего газа.
Современный железнодорожный транспорт не похож на тот, что был 100 лет назад. Скорость поездов с того времени увеличилась почти в 5 раз, а грузоподъемность в 8-10. Такие количественные изменения не могли не затронуть и рельсы, по которым перемещается локомотив. Их износостойкость, прочность и твердость также достигли нового уровня своих значений. В нынешнее время рельсовая сталь обладает целом рядом функциональных особенностей.
Химический состав
Рельсовая сталь - это группа сталей, которых объединяет общий способ применения. А именно, изготовление рельсовых путей сообщения для железнодорожного транспорта. В основе фазовой структуры сплава лежит мелко игольчатый перлит. Для выплавки металла используют либо конверторные, либо обычные дуговые сталеплавильные печи.
Рельсовые марки стали подразделяются на 2 группы в зависимости от вида применяемых раскислителей:
- В 1-ую группу входит сталь, раскисленная ферромарганцем или ферросилицием.
- Вторая - включает в себя раскислители на основе алюминия. Металл 2-ой группы является предпочтительней, т.к. содержит в себе меньший процент неметаллических включений.
Химический состав рельсы полностью регулируется государственным стандартом ГОСТ Р 554 97- 2013. Согласно ему, помимо основного компонента железа, сплав должен включать в себя следующий набор элементов:
- Углерод (0,71-0,82%) является базовой составляющей любой стали. Главное назначение углерода - это увеличение механических характеристик стального сплава. Происходит это за счет связывания молекул железа частицами углерода, в результате чего образуются более крупные, твердые и одновременно прочные молекулы карбидов железа. К тому же углерод позволяет стали дополнительно упрочняться при воздействии на нее повышенной температуры. Таким образом, твердость и предел прочности рельс может быть увеличен еще на 100%.
- Марганец (0,25-1,05%) способствует улучшению механических свойств рельсы. Благодаря его добавлению в состав удается увеличить значение ударной вязкости в среднем на 20-30%. Твердость и износостойкость также повышаются. Но в отличие от углерода, изменение данных показателей происходит без ухудшения его пластичных свойств, что играет не мало важную роль для технологичности рельсовой стали
- Кремний (0,18-0,40%) удаляет остатки кислорода, улучшая тем самым внутреннюю кристаллическую структуру. Снижает вероятность риска образования ликвации - химической неоднородности сплава по своему химическому составу. Все это дает возможность увеличить долговечность железнодорожного пути в 1,3-1,5 раза.
- Ванадий (0,08-0,012%) ответственен за контактную прочность рельсы. При добавлении его в сплав он сразу же связывается углеродом, образовывая карбиды ванадия. Данное соединение имеет повышенную износостойкость и плотность, тем самым увеличивая нижний порог предела выносливости сплава.
- Азот (0,03-0,07%) относится к группе вредных примесей. Его отрицательное воздействие заключается в нейтрализации легирования стали ванадием. Т.е. вместо карбидов образуются нитриды ванадия. Они обладают низкими значениями механических свойств. Не способны термоупрочняться. В общем, сводят дорогостоящее легирование ванадием на нет.
- Фосфор (до 0,035%) входит в группу нежелательных элементов в составе. Его главный отрицательный эффект - это повышение их хрупкости. Железнодорожное полотно обладает достаточной твердостью, но при этом не имеет должного значения прочности. Все это приводит к высокой вероятности образования трещин и последующему разлому рельсы.
- Сера (до 0,045%) снижает технологические параметры стали. Податливость сплава во время его горячей обработки давлением резко падает. Возникает повышенный риск образования трещин. Рельсы, полученные из такой стали, отправляются в брак по причине обладания повышенной хрупкостью.
В зависимости от содержания серы и фосфора рельсовые стали подразделяются 2 сорта. Первый сорт имеет в своем составе меньший процент данных вредных примесей. Он более предпочтителен и применяется на более ответственных участках железнодорожного пути.
Механические свойства
Рельсовые марки стали отличаются повышенной стойкостью к циклическим нагрузкам. Их предел прочности в зависимости от марки колеблется в пределах от 800 до 1000 МПа. Деформироваться рельсовая сталь начинает в промежутке от 600 до 810 МПа. Опять же, это зависит от того соотношения легирующих элементов в составе стального сплава
Сталь хорошо справляется с ударной нагрузкой. Значение ударной вязкости составляет 2,5 кг/см2. Твердость сплава находится в прямой зависимости от качества проведения термической обработки. Объемная закалка способно увеличить данный параметр до 60 единиц по шкале Роквелла.
Рельсовая марка обладает умеренной пластичностью. Относительное сужение для нее равняется 25%, что позволяет прокатывать рельсы горячим способом. Предварительно нагрев их до температуры 900-1000 ºC.
Применение и марки рельсовой стали
Как уже было сказано ранее, основное назначение данного металла — это изготовление рельс железнодорожного пути. Ниже приведен список тех марок, которые наиболее активно применяются для этой цели:
- Сталь 76. Одна из наиболее востребованных марок в производстве рельс. Основное назначение - изготовление рельс типа РП50 и РП65, которые применяется преимущественно при прокладке железнодорожных путей промышленного транспорта с широкой колеёй.
- Сталь 76Ф. От вышеописанной стали ее отличает дополнительное содержание ванадия в своем составе. Рельсы данной марки обладают большим ресурсом работы - способны пропускать через себя большее количество локомотивов.
- Сталь К63. Данная марка используется при изготовлении крановых рельс. Она дополнительно легирована 0,3% никеля. Металл помимо оптимальной прочности, обладает несколько лучшим значением коррозионностойкости.
- Сталь К63Ф. Рельсы, изготовленные из данной марки, отличаются большей циклической прочностью за счет добавления в их состав вольфрама.
- Сталь М54. Имеет повышенное содержание марганца. Применяется для производства стыковочных рельс-накладок.
- Сталь М68. Используются при прокладке путей верхнего строения.
Рельсовая марка стали сегодня является одним из ключевых материалов, применяемых при изготовлении железнодорожного полотна. Это стало благодаря оптимальным значениям механических характеристик и, что не менее важно, низкой стоимостью такого рода рельс. Но до сих пор, процесс по поиску оптимального химического состава стали данной группы продолжается. Кто знает какие решения будут приняты через год, и как они повлияют на долговечность железнодорожных путей.
1 Анализ современного состояния технологий производства и качества металлопродукции железнодорожного назначения.
Анализ мирового и российского рынков металлопродукции железнодорожного назначения.
Анализ технологий и состава оборудования, используемых для производства рельсов за рубежом и в России.
Сравнительный анализ показателей качества рельсов НКМК и зарубежных производителей.
Оценка эффективности систем управления качеством в производственном процессе. Анализ применения интегрированных схем прогнозирования качества металлопродукции.
Выводы по анализу современного состояния производства металлопродукции железнодорожного назначения. Постановка цели и задач исследования.
2 Разработка и внедрение системы операционных улучшений производства металлопродукции.
Разработка регламента процесса производства. Техническое обеспечение надежности оборудования и технологии. Анализ возможных затрат на улучшение качества продукции.
Разработка и внедрение корпоративной системы операционных улучшений
НТМК-ЕВРАЗ».
Разработка концепции эффективного производства металлопродукции железнодорожного назначения.
Совершенствование технологии прокатки рельсов.
Совершенствование способов поверхностного упрочнения прокатных валков и повышения твердости шаблонов.
Совершенствование технологии выплавки и металлургические аспекты повышения качества высокоуглеродистой стали.
Исследование и разработка теплоизолирующих и шлакообразующих смесей.
Разработка системы регулирования уровня металла в кристаллизаторе.
Разработка устройства для перемещения проката.
Совершенствование нагревательной печи с шагающим подом.
Разработка способа калибровки дублирующих косорасположенных калибров для прокатки рельса типа Р65.
Повышение надежности сварного стыка объемно-закаленных рельсов из электростали.
3. Разработка и промышленное освоение технологии производства железнодорожных рельсов из новых марок стали.
Сравнительный анализ качества рельсов разных производителей и разработка новых марок рельсовой стали.
Регламент внесения изменений в технологический процесс производства рельсовой продукции.
Модернизация линии неразрушающего контроля и идентификации рельсов.
4. Анализ результатов промышленного внедрения новых технических решений и операционных улучшений процесса массового производства металлопродукции.
Основные результаты промышленного внедрения новых технических решений и операционных улучшений процесса производства рельсов в ОАО «НКМК».
Качество рельсов ОАО «НКМК».
Мониторинг эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений на железной дороге 169 Дополнительные мероприятия и реализованные операционные улучшения технологии массового производства рельсов.
Рекомендованный список диссертаций
Разработка и внедрение технологий электроплавки и внепечной обработки рельсовой стали высокой эксплуатационной надежности в том числе новых марок 2008 год, кандидат технических наук Годик, Леонид Александрович
Разработка химического состава и технологии термической обработки железнодорожных рельсов из стали бейнитного класса 2007 год, кандидат технических наук Корнева, Лариса Викторовна
Повышение качества рельсов на основе применения малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок 2007 год, кандидат технических наук Сюсюкин, Андрей Юрьевич
Разработка и внедрение технологий выплавки в дуговых электропечах, внепечной обработки и непрерывной разливки стали, предназначенной для производства железнодорожных рельсов 2004 год, доктор технических наук Козырев, Николай Анатольевич
Разработка и внедрение технологии производства непрерывнолитых заготовок для производства железнодорожных рельсов I группы в условиях НТМК 2002 год, кандидат технических наук Федоров, Леонид Константинович
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование базовых элементов технологии прокатки и освоение производства железнодорожных рельсов повышенной эксплуатационной стойкости»
Безопасность движения поездов в значительной степени зависит от исправного содержания, качества, стойкости железнодорожного полотна, в частности, главного его элемента - рельсов. Проблема повышения работоспособности рельсов, несмотря на достигнутые положительные результаты в обеспечении качества стали, остается актуальной. В современных условиях эксплуатации железных дорог при движении тяжелого транспорта нагрузки от подвижного состава на оси могут достигать 35 т, а скорости передвижения скоростных поездов до 250 км/ч. Необходимо определить научно-технические основы решения проблем, связанных с повышением эксплуатационной стойкости рельсов. Наряду с научными изысканиями необходимы технические решения по совершенствованию технологии отечественного рельсового производства, новые пути и возможности повышения надежности рельсов. Эксплуатационная стойкость железнодорожных рельсов, во многом определяется структурой и механическими свойствами стали. В связи с этим возрастает роль исследований в области физики металлов и металловедения в создании более совершенных марок стали, способных обеспечить длительную прочность изделий при эксплуатации .
Для условий применения на железных дорогах России бесстыковочного пути к качеству сварных стыков предъявляются жесткие требования, а именно: они должны обладать высокой прочностью, иметь однородную структуру и обеспечивать прямолинейность плетей по поверхности катания и рабочей боковой грани головки рельса. К металлургическим способам повышения надежности сварного стыка объемно-закаленных рельсов из электростали относятся: оптимизация химического состава по основным элементам и суммарному содержанию примесей; улучшение пластичности рельсов путем некоторого снижения твердости; чистота стали по неметаллическим включениям. Вопросы повышения надежности сварного стыка приобретают особую актуальность в связи с созданием рельсов нескольких категорий, различающихся комплексом механических свойств.
Финансовый кризис внес коррективы в сроки и порядок проведения реконструкции отечественных рельсобалочных цехов для производства 100-метровых дифференцированно-закаленных рельсов соответствующих требованиям нового национального стандарта на железнодорожные рельсы.
В последние годы возросла конкуренция на российском рынке железнодорожных рельсов. Потребность в рельсах для скоростного движения до 250 км/ч, вызванная необходимостью организации такого движения на российских железных дорогах в рамках выполнения программы «Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года» удовлетворяется за счет поставок японских рельсов. Предполагается проведение сертификации рельсов для скоростного движения польского и итальянского производства. Предприятия России пока не участвуют в тендерах на поставку таких рельсов из-за несоответствия технического уровня производственной базы. Поэтому вопрос сроков окончания реконструкции отечественных рельсобалочных цехов приобретает чрезвычайную актуальность для сохранения объемов поставок рельсов на российский рынок. Объем этого рынка только для создаваемого в России скоростного движения общей протяженностью 13190 км составляет 1 млн. 700 тыс. т рельсов типа Р65. На ОАО «РЖД» разработана «Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года». К основным мероприятиям этой стратегии относится строительство линий со скоростным и высокоскоростным движением. С развитием такого движения резко возрастают требования к элементам верхнего строения пути, в т.ч. и к рельсам. От эксплуатационной стойкости рельсов в значительной степени зависят межремонтные сроки и, соответственно, ежегодные объемы ремонтов.
Большая работа проведена на Новокузнецком и Нижнетагильском металлургических комбинатах по разработке технологии и оборудования для массового производства металлопродукции железнодорожного назначения. Реализовано много новых технических решений в области производства и эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений, связанных с процессом модернизации производственных мощностей и новыми технологиями в сфере железнодорожного транспорта, в результате у производителей и потребителей металлопродукции железнодорожного назначения существенно сокращены расходы по освоению производства рельсовой продукции с новыми потребительскими свойствами и соответственно при организации скоростного и тяжеловесного движения .
Вместе с тем, срок службы лучших образцов зарубежных рельсов в 1,5 раза выше по сравнению с этим показателем для рельсов отечественных производителей, который находится в пределах 700 млн.т. брутто. ОАО «РЖД» поддерживает усилия производителей, направленные на коренное улучшение качества рельсов.
Успешно завершены полигонные испытания перспективных категорий рельсов из заэвтектоидной и микролегированной сталей производства НКМК, что открывает возможности для сертификации в РС ФЖТ и последующей поставки на российские железные дороги отечественных рельсов повышенной износостойкости и хладостойкости.
В связи с организацией скоростного движения на российских железных дорогах резко усилилась активность зарубежных производителей железнодорожных рельсов, что придает чрезвычайную актуальность вопросу ускорения модернизации рельсовой производственной базы России в плане сохранения объемов поставок рельсов для ОАО «РЖД».
Рельсы производства Новокузнецкого и Нижнетагильского металлургических комбинатов при полигонных испытаниях на ЭК ВНИИЖТ, в т.ч. сертификационных, показывают результаты, приближающиеся к результатам лучших мировых образцов, что свидетельствует о том, что на сеть в настоящее время поставляются отечественные рельсы повышенного качества. Завершение реконструкции отечественных рельсобалочных цехов позволит выпускать рельсы, не уступающие в сравнимых условиях эксплуатации по затратам на содержание пути и межремонтным срокам рельсам японского, французского и австрийского производства.
Исследование закономерностей сталеплавильного производства и обработки металлов давлением помогает выбирать наиболее оптимальные режимы технологических процессов, требуемое основное и вспомогательное оборудование. .
Похожие диссертационные работы по специальности «Обработка металлов давлением», 05.16.05 шифр ВАК
Повышение износостойкости рельсов для перевальных участков Восточно-Сибирской железной дороги 2000 год, кандидат технических наук Тужилина, Лариса Викторовна
Развитие металлургических основ теории и ресурсосберегающей технологии тепловой обработки стали 2007 год, доктор технических наук Темлянцев, Михаил Викторович
Особенности структурообразования в среднеуглеродистых сталях при плазменном поверхностном упрочнении и их влияние на сопротивляемость контактно-усталостным нагрузкам. 2012 год, доктор технических наук Балановский, Андрей Евгеньевич
Моделирование температурных полей и напряженного состояния металла при прокатке длинномерных рельсов 2013 год, кандидат технических наук Скосарь, Екатерина Олеговна
Совершенствование технологии разливки рельсовой стали в изложницы и на МНЛЗ 2001 год, кандидат технических наук Дементьев, Валерий Петрович
Заключение диссертации по теме «Обработка металлов давлением», Мухатдинов, Насибулла Хадиатович
Основные результаты промышленного внедрения новых технических решений и операционных улучшений процесса производства рельсов в ОАО «НКМК»
На основе многочисленных теоретических и экспериментальных исследований установлено, что сопротивление рельсов износу и повреждаемости контактно-усталостными дефектами значительно возрастает по мере измельчения структуры . В этом направлении выполнен большой объем научно-исследовательских работ и промышленных экспериментов, а именно: разработана и запатентована технология производства рельсов повышенной износостойкости из стали с содержанием углерода до 0,90 % и микролегирующими добавками ванадия (0,07 - 0,08 %) и азота (0,012 - 0,017 %) . В ходе эксплуатационных наблюдений на перевальном участке Иркутск - Слюдянка Восточно-Сибирской железной дороги, отличающемся большим числом участков малого радиуса, выявили высокую износостойкость рельсов из стали заэвтектоидного состава - их удельный боковой износ составил на 1 млн т брутто-груза 0,076 - 0,072 мм, в то время как для стандартных рельсов он достигает 0,124 мм. Дальнейшее увеличение содержания углерода лимитируется образованием структурно-свободного цементита по границам зерен перлитных колоний в виде сетки, что приводит к резкому снижению ударной вязкости стали и динамической прочности рельсов.
Другое важное направление - создание рельсов низкотемпературной надежности. Новая технология производства таких рельсов позволила обеспечить безопасность движения при температурах минус 40°С и ниже. По данным служб пути на дорогах, расположенных в районах с суровыми климатическими условиями, одиночные изъятия по дефектам в 2,0-2,5 раза больше зимой, чем летом. Низкие температуры особенно неблагоприятно сказываются на развитии усталостных трещин в головке рельсов, уложенных на бесстыковом пути, а также на пластичности и вязкости, в результате чего возможно хрупкое разрушение рельса. Чтобы повысить низкотемпературную надежность рельсового металла, необходимо обеспечить формирование мелкозернистой структуры за счет образования карбонитридов ванадия, что возможно при достаточном количестве ванадия и азота в стали. Установлено, что гарантированное получение необходимой ударной вязкости рельсов низкотемпературной надежности обеспечивается при содержании азота 0,010 - 0,020 % и ванадия 0,07 - 0,08 %.
Благодаря оптимизации химического состава углеродистой рельсовой электростали и применению технологии карбонитридного упрочнения достигнуто значительное повышение эксплуатационной стойкости рельсов до уровня мировых стандартов, обеспечившее наработку более 1 млрд т брутто.
За последние годы в развитии транспорта России наметилось новое направление -строительство высокоскоростных железнодорожных магистралей. Необходимость создания рельсов новой категории стала очередным стимулом поиска перспективных технических решений, а также совершенствования существующих технологий. В частности, разработаны и запатентованы химический состав и технология производства рельсов из низколегированной стали Э76ХГФ . Эти рельсы в горячекатаном состоянии имели удовлетворительное качество по неметаллическим включениям, макроструктуре, копровой прочности, механическим характеристикам, обезуглероженному слою и остаточным напряжениям. Обеспечение прямолинейности рельсов потребовало технических решений, направленных на улучшение режима правки, применение гибочных машин и подстуживания подошвы по всей длине рельса перед закалкой, а также на оптимизацию режимов закалки и отпуска. Это позволило наладить производство рельсов для скоростного совмещенного движения.
Как показывает практика, при эксплуатации на рельсах часто возникают термомеханические повреждения, вызванные структурными превращениями в стали. Вследствие проскальзывания колеса на поверхности качения головки рельса в зоне контакта протекают мгновенные структурные и фазовые изменения, сопровождающиеся образованием вторичной структуры (нетравящейся белой зоны), которая отличается высокой твердостью и хрупкостью. При моделировании процесса ударных нагрузок на образцах из стали с разным содержанием углерода и легирующих элементов выявили, что именно от химического состава стали зависит образование вторичных структур. Установлено, что сопротивление рельсов образованию дефектов термомеханического происхождения повышается с уменьшением содержания углерода в стали. В связи с этим еще одним перспективным направлением в развитии рельсового производства стало создание рельсов нового поколения - с бейнитной структурой. Формирование такой структуры с комплексом высоких механических свойств достигается рациональными концентрационными пределами легирующих элементов.
Проведенные лабораторные и промышленные эксперименты позволили разработать и запатентовать химические составы бейнитных рельсовых сталей . Из серии плавок наибольший интерес представляла сталь, содержавшая (массовая доля, %): 0,32 С; 1,48 Мп; 1,21 Бц 1,0 Сг; 0,2 - 0,3 Мо; 0ДЗ V; 0,012 N. Опытные рельсы отличались комплексом повышенных свойств и удовлетворительной технологичностью, благодаря экономному легированию имели пониженную себестоимость и, что не менее важно, позволяли отказаться от экологически вредной технологии объемной закалки в масле.
В силу того, что развитие рельсового производства в направлении использования новых сталей не требует значительных капитальных вложений и реконструкции, оно в настоящим момент может быть признано приоритетным. Параллельно проводятся исследования по освоению в промышленном производстве прогрессивной технологии дифференцированной закалки рельсов. Это позволит обеспечивать железнодорожный транспорт рельсами, обладающими большими надежностью и ресурсом.
Таким образом, в качестве основных направлений развития производства рельсов в ОАО НКМК следует отметить следующие: применение износостойкой стали с увеличенным содержанием углерода (до 0,9 %) и микролегирующими добавками (0,070,8% V; 0,012 - 0,017 % N); выпуск высоконадежных рельсов для работы при низких климатических температурах из стали, содержащей 0,01 - 0,02 % N и 0,07 - 0,08 % V); применение стали бейнитного класса, отличающейся сбалансированным комплексом механических свойств, а также из низколегированной электростали для рельсов повышенной точности, предназначенных для высокоскоростных магистралей.
Качество рельсов ОАО «НКМК»
На ОАО «НКМК» технология производства рельсов в целом включает выплавку в электропечи, внепечную обработку, вакуумирование, разливку на машинах непрерывного литься, нагрев под прокатку в печах ПШБ, прокатку, правку в роликоправильной машине, термическую обработку (закалка в масле с отпуском) либо ее отсутствие, правку в роликоправильной машине.
Производятся рельсы следующего назначения и категорий:
1. Рельсы типа Р65 железнодорожные общего назначения изготовляют из углеродистой стали (в среднем углерод 0,75 %) марки Э76Ф, которые подразделяются на категории H и Т1 по ГОСТ Р 51685-2000.
KCU+20 с = Ю Дж/см) и твердости (285-331 HB). Указанный уровень механических свойств обеспечивается перлитной структурой, которая формируется по сечению рельса после прокатки. Рельсы указанной категории эксплуатируются в основном на стрелочных переводах и метрополитенах.
Рельсы категории Т1 характеризуются более высокими показателями прочности (ов = 1177-1373 Н/мм2, ах= 800-1030 Н/мм2), пластичности (Ô =8,0-17%, \|/ = 29-47 %), ударной л л вязкости (КСи+20 с = 25-60 Дж/см) и твердости (341-401 НВ). Указанный уровень механических свойств обеспечивается тонкодисперсной перлитной структурой с незначительными участками феррита, которая достигается проведением упрочняющей термической обработки - объемной закалки в масле. Рельсы указанной категории широко эксплуатируются на подавляющем большинстве железных дорог России.
2. Рельсы железнодорожные специального назначения подразделяются:
Рельсы типа Р65 низкотемпературной надежности (НЭ) по ТУ 0921-118-011243282003, изготовляют из углеродистой стали (в среднем углерод 0,75%) марки Э76Ф, микролегированной ванадием (0,07 %) и азотом (0,012%). Рельсы низкотемпературной надежности имеют уровень механических свойств и твердости аналогичный рельсам категории Т1 и отличаются повышенным уровнем ударной вязкости при температуре
0 2 минус 600С (КСи.бо с = 25-60 Дж/см). Повышенный уровень низкотемпературной надежности наряду с достаточно высоким уровнем прочности, пластичности и твердости рельсов обеспечивается мелкозернистой тонкодисперсной перлитной структурой с незначительными участками феррита, которая достигается совокупным влиянием технологий - объемной закалки в масле и микролегирования стали ванадием и азотом. Рельсы низкотемпературной надежности не имеют аналогов за рубежом и предназначены для работы в районах с холодным климатом (Восточно-Сибирская, Забайкальская, Красноярская железные дороги).
Рельсы типа Р65 и Р65К повышенной износостойкости и контактной выносливости (ИЭ) по ТУ 0921-125-01124328-2003, изготовляют из высокоуглеродистой стали (в среднем углерод 0,90%) марки Э90АФ, микролегированной ванадием (0,08 %) и азотом (0,014%). Из-за содержания в стали углерода более 0,80 % указанные рельсы называются заэвтектоидными. Заэвтектоидные рельсы или рельсы повышенной износостойкости отличаются повышенным уровнем твердости (400-415 НВ) и прочности (ав = 1352-1400 Н/мм2, ат= 900-1111 Н/мм2). При этом у этих рельсов сохраняется достаточно высокий уровень пластичности (5 =11%, ц/ = 37 %), и ударной вязкости при положительных и отрицательных температурах (КСи+2о°с; -бо°с = 25-27 Дж/см2). Указанный комплекс свойств обеспечивается однородной мелкозернистой тонкодисперсной структурой перлита, полученной в результате объемной закалки в масле за счет увеличенного содержания углерода и микролегирования стали ванадием и азотом. Рельсы с указанным комплексом механических свойств характеризуются высокой износостойкостью и контактно-усталостной прочностью не имеют аналогов за рубежом. Такие рельсы в России эксплуатируются на грузонапряженных участках, в кривых участках малого радиуса (600 мм и менее) Восточно-Сибирской и Забайкальской железных дорог.
Рельсы типа Р65 для скоростного совмещенного движения по ТУ 0921-07601124328-2003, которые подразделяют на исполнение CCI и СС2.
Рельсы исполнения CCI изготовляют по технологии аналогичной для рельсов категории НЭ с дополнительными повышенными требованиями по прямолинейности.
Рельсы исполнения СС2 изготовляют по технологии аналогичной для рельсов категории Tic дополнительными повышенными требованиями по прямолинейности.
Рельсы исполнения CCI и СС2 предназначены для эксплуатации на скоростных совмещенных участков железнодорожного пути соответственно в районах с холодным климатом и европейской части России.
Рельсы типа Р65 из низколегированной хромистой стали для высокоскоростного движения по ТУ 0921-220-01124328-2006, которые подразделяют по классу прямолинейности и скрученности на исполнение СП, соответствующие требованиям для рельсов категории Т1 и исполнение ВС с повышенными требованиями.
Рельсы исполнения СП и ВС изготовляют из низколегированной хромистой стали марки Э76ХГФ. Рельсы СП и ВС характеризуются достаточно высоким уровнем твердости (352 HB) сопоставимым с твердостью рельсов категории Т1 и НЭ. При этом прочность (ав
О л 11 бОН/мм, ох= 740 Н/мм), пластичность (6 =10%, \|/ = 16%) и ударная вязкость (KCU+20 с = 17 Дж/см2) рельсов несколько превосходят рельсы категории Н. Указанный комплекс механических свойств обеспечивается перлитной структурой, достигаемой без термической обработки за счет легирования стали хромом.
Рельсы из низколегированной хромистой стали предназначены в основном для высокоскоростного пассажирского движения, где требуется повышенная прямолинейность рельса и его износостойкость.
Рельсы типа Р65 высокой прочности из бейнитной стали по ТУ 0921-167оп-01124323-2003 изготовляют из низколегированной стали марки 30ХГ2САФМ. Рельсы характеризуются прочностью (ав = 1265 Н/мм2, от= 1040 Н/мм2) и твердостью (338 HB) сопоставимыми с рельсами категории Т1. Отличительной особенностью рельсов из бейнитной стали является их высокий уровень пластичности (ô = 14,5%, \j/ = 48,5 %) и ударной вязкости (KCU+2o°c = 73 Дж/см2, KCU -бо°с - 28 Дж/см2). Указанный комплекс механических свойств обеспечивается бейнитной структурой, формируемой по сечению рельса в горячекатаном состоянии после отпуска, за счет легирования среднеуглеродистой стали хромом, марганцем и кремнием.
Область применения указанных рельсов в настоящее время не определена и требует дополнительных исследований и полигонных испытаний.
3. Рельсы железнодорожные типов Р50 и Р65 для метрополитена по ТУ 0921-15401124328-2003 изготавливают из углеродистой стали марки Э76Ф по технологии, аналогичной рельсам категории Н. Комплекс механических свойств рельсов для метрополитенов невысокий и типичен для рельсов категории Н. Из-за низкого уровня механических свойств и твердости характеризуются пониженной контактно-усталостной прочностью и износостойкостью.
Также рельсы изготавливают из низколегированной хромистой стали марки Э78ХСФ, отличающейся повышенной контактно-усталостной прочностью и износостойкостью за счет повышенного содержания в стали углерода и хрома. Уровень механических свойств этих опытных рельсов сопоставим с уровнем свойств рельсов для высокоскоростного движения из стали марки Э76ХГФ. В настоящее время рельсы из хромистой стали находятся на стадии разработок.
4. Рельсы остряковые ОР50, ОР65 по ГОСТ 9960 - 85 изготавливают из углеродистой стали (в среднем углерода 0,73 %) марки Э73В. По уровню механических свойств и структуре рельсы из этой стали сопоставимы с рельсами категории Н.
Также рельсы остряковые изготовляют из стали марки Э76ХСФ по ТУ 0921-03801124328-2007. По уровню механических свойств и структуре эти рельсы сопоставимы с рельсами для высокоскоростного движения из стали Э76ХГФ и метрополитена из стали Э78ХСФ, но отличающиеся более низким уровнем твердости, прочности и пластичности.
Рельсы остряковые применяют для изготовления стрелочных переводов.
5. Рельсы трамвайные желобчатые по ТУ 14-2Р-320-96 изготовляют из углеродистой стали марки Э76. По уровню механических свойств и структуре рельсы трамвайные соответствуют рельсам категории H и имеют невысокие значения прочности (ав = 940-1030 Н/мм2, ст= 540-620 Н/мм2), пластичности (8=6-9,5%, у = 11-17 %) и твердости (285-321 НВ).
6. Рельсы типа РП 50, РП65 железнодорожные для путей промышленного транспорта по ГОСТ Р 51045-97 и ТУ 14-2Р-409-2006. Рельсы изготовляют из углеродистой стали марок 76, 76Ф и Э85Ф. Технические требования к этим рельсам по всем характеристикам значительно ниже, чем к рельсам выше перечисленных категорий.
Как правило, на рельсы для путей промышленного транспорта переназначаются рельсы общего назначения категорий Т1 и H, а также специального назначения исполнений НЭ, ИЭ, CCI, СС2 не удовлетворяющие техническим требованиям соответствующего стандарта и технических условий.
За последние годы на комбинате проделана большая работа по модернизации действующих и вводу в эксплуатацию новых агрегатов, позволившая повысить общий технический уровень производства и создавшая дополнительные возможности для совершенствования технологии производства рельсов . В хронологическом порядке выполнение наиболее значимых мероприятий выглядит следующим образом:
Пуск АКП № 1 - IV кв. 2004 г.
Реконструкция ДСП № 2 - I кв. 2005 г.
Перевод печей ТООЗ РБЦ на природный газ - II кв. 2005 г.
Пуск ШПБ РБЦ - I кв. 2006 г.
Пуск АКП № 2 - II кв. 2006 г.
Пуск установки "разделения воздуха -1 кв. 2007 г.
Окончание монтажа и пуск - II кв. 2008 г.
Нужно отметить, что реализованные мероприятия не только способствовали созданию условий для повышения качества продукции, но являются необходимым условием эффективности дальнейших работ по совершенствованию технологии рельсового производства, начиная с первого этапа реконструкции РБЦ. Результаты производства рельсов Р65, как наиболее массового вида продукции для ОАО «РЖД», представлены в таблице (Таблица 30), из которой следует, что объем производства в 2007-2008гг. изменился незначительно, как и такие качественные показатели как выход рельсов категории Н длиной 25 м и выход термоупрочненных рельсов категории Т1. Следует отметить как положительный момент заметный рост объема производства в 2008г. рельсов низкотемпературной надежности и рельсов для скоростного совмещенного движения. Вместе с тем данные 2009 года показывают существенное уменьшение объема производства рельсов.
Заключение
1. Проведено комплексное исследование по совершенствованию технологии прокатки рельсов в черновой и чистовой клетях рельсобалочного стана, обеспечивающей повышение качества, уровня потребительских свойств рельсов и производительности стана, а также разработке и промышленному опробованию новых марок рельсовых сталей специального назначения.
2. На базе анализа и обобщения опыта производства качественной металлопродукции разработана комплексная методика операционных улучшений металлургического процесса производства рельсов для повышения эффективности технологических режимов и параметров оборудования. Показано, что в условиях устойчивой современной электросталеплавильной технологии ключевым процессом является прокатное производство, как замыкающий металлургический передел, обеспечивающий получение заданных профиля, формы, прямолинейности, длины и качества готовых рельсов.
3. На основе математической модели для определения энергосиловых параметров и температуры в реверсивной клети «дуо» рельсобалочного стана проведен анализ процесса прокатки рельсов при различных температурах и выданы рекомендации по снижению температуры деформации в клети «900» до 1070°С взамен 1200°С, при сокращении цикла перемещения балки ПШБ с 54 до 51 сек и увеличению производительности на 100 тыс.т./год.
4. Разработаны способ упрочнения электродуговой закалкой и рассчитана новая форма чистового калибра рельсобалочного стана, позволяющая обеспечить снижение расхода валков на 0,2 кг/т, стабильность размера профиля рельса, его симметричности, снижение веса погонного метра рельса на 0,3 кг.
5. Разработаны технологические режимы выплавки рельсовой стали в электропечах, обеспечивающие повышение комплекса физико-механических свойств стали, уменьшение загрязненности неметаллическими включениями и газами, снижение массовой доли остаточных элементов, снижение отбраковки металла по поверхностным дефектам на 0,7%, повышение серийности разливки в среднем на 0,5 плавки. Разработана и внедрена автоматизированная система регулирования уровня металла в кристаллизаторе, обеспечивающая повышение стабильности процесса разливки и исключение аномалий качества слитка.
6. Проведено исследование структуры, механических свойств и сопротивления разрушению, в том числе при испытаниях полнопрофильных рельсовых проб, рельсов из HJI3 стали Э76Ф, мартеновской стали и рельсов зарубежного производства. По загрязненности неметаллическими включениями рельсы из HJI3 электростали значительно чище, чем рельсы из мартеновской стали, находясь на уровне лучших зарубежных аналогов. Механические свойства рельсов из НЛЗ электростали обладают высокой однородностью свойств по начальным и конечным заготовкам по ходу непрерывной разливки и по сечению рельса.
7. Разработаны составы и освоены технологии производства новых рельсовых сталей повышенной эксплуатационной стойкости:
Заэвтектоидная рельсовая сталь с повышенным содержанием углерода до 0,90%, твердость рельсов из которой достигает 400-415 НВ, а износостойкость на 30% выше, чем стандартных рельсов; микролегированная ванадием и азотом рельсовая сталь повышенной низкотемпературной надежности, хладостойкость которой в 1,5.2,0 раза выше, чем
О П стандартных рельсов и составляет КСи = 25-60 Дж/см при -60 С.
8. Разработана и опробована комплексная технология выплавки, внепечной обработки, непрерывной разливки и прокатки рельсов из низколегированной стали типа Э75ХГФ и проведено исследование качества, уровня механических свойств и сопротивления разрушению, в том числе, при стендовых испытаниях полнопрофильных рельсовых проб в сопоставлении с рельсами других способов производства. Уровень прочности и пластичности горячекатаных рельсов из низколегированной стали близок к свойствам термообработанных рельсов из углеродистой стали и удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 51685 для объемнозакаленных рельсов; хладостойкость и трещиностойкость рельсов из низколегированной стали в горячекатаном состоянии находится на уровне термообработанных рельсов из углеродистой стали - вязкость разрушения К1с для тех и других рельсов равна 73 МПа. Предел выносливости при стендовых циклических испытаниях полнопрофильных рельсов из новой стали выше, чем для объемнозакаленных рельсов из углеродистой стали.
Суммарный экономический эффект от внедрения разработок составил более 150млн. рублей.
Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мухатдинов, Насибулла Хадиатович, 2011 год
1.Х. Основные направления развития производства рельсов в ОАО "НКМК" / А.Б. Юрьев, Н.Х. Мухатдинов, H.A. Козырев, Л.В.Корнева // Сталь. - 2010. -№ 1.-С. 99-100
2. Мухатдинов Н.Х. Рынок диктует свои требования / Н.Х. Мухатдинов // Сталь 2000. -№ 7. С. 70 - 72.
3. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов.- 4-е изд.-М.: «Машиностроение», 1977.
4. Суворов И.К. Обработка металлов давлением: Учебник для вузов.-3-e изд.-М.: Высш. школа, 1980
5. А.Б. Добужская, A.A. Дерябин, В.И. Сырейщикова. Исследование неметаллических включений в рельсах и очагах контактно-усталостных дефектов. Сб. науч. тр. «Неметаллические включения в рельсовой стали». Екатеринбург. ГНЦ РФ ОАО «УИМ» 2005. С 41-58.
6. Гриншпон A.C. 2, Иванов Б.С.1, Комков H.A. 1, Мухатдинов Н.Х.,1 Филиппов Г.А. Металлургические аспекты повышения качества и эксплуатационной надежности колесной стали.
7. К.В. Григорович, A.C. Трушникова, A.M. Арсенкин, С.С. Шибаев, А.К. Гарбер. Исследование структуры и металлургического качества рельсовых сталей разных производителей. Металлы. 2006. № 5. С. 1-16.
8. A.B. Великанов, В.А. Рейхарт, И.С. Баулин и др. Вестник ВНИИЖТ 1978. № 8 С. 50-58.
9. А.Б. Куслицкий, В.Л. Мезенцев, Г.В. Карпенко. О влиянии неметаллических включений на механизм возникновения трещин и усталости. Доклады Академии наук СССР. 1969 г. Том 187. № 1. С. 79.
10. Н.А. Фомин, В.Н. Ворожищев и др. Производство рельсовой стали повышенной чистоты. Сталь. № 3. 1991 г. С. 27-30.
11. М. Георгиев. Трещиностойкость железнодорожных рельсов, «Мастер-Флаг», г. Кемерово. 2006 г. 211 с.
12. И.С. Баулин, Е.А. Шур. Контактно-усталостные повреждения головок рельсов. Труды ЦНИИ МПС. 1966 г. Вып. 314. С. 90-102.
13. И.А. Рыбьев, Е.П. Казепова и др. Материаловедение в строительстве. Москва. Академия. 2006 г. 120 с
14. Ф. Мэттьюз, Р. Роллингс. Мир материалов и технологий. Композитные материалы. Механика и технология. Техносфера. Москва. 2004 г. 406 с.
15. Паршин В.М., Чертов А.Д. Управление качеством непрерывнолитой заготовки // Сталь. 2005. № 1.С. 20-29.
16. Чертов А.Д., Довлядов И.В. Применение интеллектуальных технологий в черной металлургии. Сб. научн. тр. «И.П. Бардин и металлургическая наука» // М.: Металлургиздат, 2003, с.22-36.
17. Паршин В. М., Чертов А.Д. Интеллектуальные системы управления качеством непрерывнолитой заготовки // Сталь. 2005. № 2. С. 37 43.
18. Курицин A.H. Секреты эффективной работы: опыт США и Японии для предпринимателей и менеджеров. М.: изд-во Стандартов, 1994.
19. Как работает японское предприятие. Под ред. Мондена Я., Сибакавы Р., Такаянаги С., Нагао Т. М.; Экономика, 1989.
20. Лапидус В.А. Звезды качества, Стандарты и Качество. - 1997, №7, с. 47-53.
21. Ильенкова С.Д., Гохберг Л.М., Ягудин С.Ю. и др. Инновационный менеджмент. Учебник.- М.; Изд. "Банки и биржи", ЮНИТИ, 1997 г.
22. А. Фейгенбаум. Контроль качества продукции. М.,1994.
23. Швец В.Е. "Менеджмент качества" в системе современного менеджмента. Стандарты и качество, 1997, №6, с. 48.
24. Статистические методы повышения качества. Под ред. Хитсон Кумэ М.; Финансы и статистика, 1990.
25. Система качества. Сборник нормативно-методических документов. М.: изд-во Стандартов, 1992.
26. Мердок Дж. Контрольные карты. М: Финансы и статистика, 1986.
27. Статистические методы повышения качества / Под ред. Хитоси Кумэ- М.: Финансы и Статистика, 1990.
28. М.Г. Круглов, С.К. Сергеев, В.А. Такташов и др. Менеджмент систем качества: Учеб. пособие. //-М.: ИПК Издательство стандартов, 1997. 368 с.
29. TQM XXI. Проблемы, опыт, перспективы. Выпуск 1. Академия проблем качества России. АО "ТКБ Интерсифика", 1997.
30. Коэн Дэн С. Суть перемен: путеводитель. Инструменты и тактика руководства преобразованиями в компании: Пер. с англ. М.: Олимп-Бизнес, 2007.
31. Лаштдуо В.А. Статистические методы, всеобщее управление качеством, сертификация. Стандарты и качество. 1996, №4, с. 68-70.
32. Катер Джон П. Впереди перемен: Пер. с англ. М.: Олимп-Бизнес, 2007.
33. Зорин Ю.В., Ярыгин В.Т. Качество технологической документации при подготовке предприятий к сертификации. Стандарты и Качество. - 1996, 95.
34. Баканов М.И., Шеремет А.Д. Теория экономического анализа- М.; Финансы и статистика, 1996 г.
35. Ясухиро Моиден. Система менеджмента Toyota: Пер. с англ. М.: Институт комплексных стратегических исследований, 2007.
36. Хаммер М., Чампи Дж. Реинжиниринг корпорации: манифест революции в бизнесе. СПб.: Изд. С.-Петерб. универс., 1997.
37. Паиде П. Что такое «шесть сигм»? Революционный метод управления качеством / П. Паиде, Л. Холл; Пер. с англ. 3-е изд. - М.: Альпина Бизнес Букс, 2006.
38. Организация энергосбережения (энергоменеджмент). Решения ЗСМК-НКМК-НТМК-ЕВРАЗ: учеб, пособие / под ред. В.В. Кондратьева. М.: ИНФРА-М, 2010. - 108 с. +
40. Голоктеев К., Матвеев И. Управление производством, инструменты которые работают. СПб.:Питер, 2008.
41. Абдикеев Н.М., Данько Т.П., Ильдеменов С.В., Киселев А.Д. Реинжиниринг бизнес-процессов. М.: Эксмо, 2005.
42. Слак Найджел, Чемберс Стюарт, Джонстон Роберт. Организация, планирование и проектирование производства. Операционный менеджмент: Пер. с 5-го англ. изд. М.: ИНФРА-М, 2009.
43. Точно вовремя: Пер. с англ. Just-in-Time for Operators (1998 Published by Productivity Press). 2-е изд., перераб. - M.: Институт стратегических исследований, 2008.48 7 нот менеджмента. Лучшая практика управления. М.: Эксперт РА, 2008.
44. Кондратьев В.В. Проектируем корпоративную архитектуру. Навигатор для профессионала. 2-е изд., доп. - М.: Эксмо, 2007.
45. Кайдзен: Пер. с англ. Kaizen for the shopfloor (2002 Published by Productivity Press) -M.: Институт стратегических исследований, 2007.
46. Стандартизированная работа для рабочих: Пер. с англ. Standard work for the shopfloor (1998 by Productivity Press). M.: Институт стратегических исследований, 2008.
47. Кондратьев B.B., Кузнецов M.H. Показываем бизнес-процессы. Навигатор для профессионала. 2-е изд., доп. - М.: Эксмо, 2009.
48. Производство без потерь: Пер. с англ. Identifying waste on the shopfloor (2003 by Productivity Press). M.: Институт комплексных стратегических исследований, 2007.
49. Канбан /Пер. с англ. 2-е изд., перераб. М.: Институт комплексных стратегических исследований, 2007.
50. Общая эффективность оборудования: Пер. с англ. ОЕЕ for operators: overall equipment effectiveness (1999 by Productivity Press). M.: Институт комплексных стратегических исследований, 2007.
51. Мухатдинов Н.Х. Техническое обслуживание и ремонты оборудования. Решения НКМК-НТМК-ЕВРАЗ: учеб. пособие / под ред. В.В. Кондратьева, Н.Х. Мухатдинова, А.Б. Юрьева. М.: ИНФРА-М, 2010. - 128 с. + СО-К. - (Управление производством).
52. Операционные улучшения. Решения системы НТМК-ЕВРАЗ: учеб, пособие / под ред. В.В. Кондратьева, A.B. Кушнарева. М.: ИНФРА-М, 2010. - 96 с. + СО-К. -(Управление производством). Материал к печати подготовили: Н.Х. Мухатдинов и.др..
53. У. Свейковски «Производство рельсов высокого качества с использованием компактных универсальных клетей и технологии RailCool» Металлургическое производство и технология, №2/2006, стр. 50 - 56.
54. В.В. Шалаев и др. «Совершенствование технологии и оборудования в сортопрокатном цехе» Свердловск, 1963, стр. 28 - 29.
55. Никитин Г.С. «Теория непрерывной продольной прокатки» Москва, Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009
56. Г.С. Никитин, A.A. Восканьянц, К.А. Крюков «Расчет энергосиловых параметров при горячей прокатке в непрерывной группе сортового стана».
57. М.А. Голенков, А.Г.Зинягин «Методика расчета времени охлаждения проката и размеров холодильников прокатных станов» // Заготовительные производства в машиностроении. 2008. №11. С. 38-43.
58. А.Ю.Абдурашитов. О разработке рельса с улучшенным профилем. В сб. научных докладов.- Новокузнецк: ОАО ВНИИЖТ, 2010, 21с: ил.
59. Патент РФ 2009133573, Способ прокатки рельсов типа Р50, Юрьев А. Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Закаулов Е.Г., Мезенцев А. В. Кожеурова JI. Т., Горбунова Е.А., Корнева JI. В., Сапелкин О.И.
60. Патент РФ 2130348, МПК В21В27/03, Составной прокатный валок. ОАО Челябинский металлургический комбинат "Мечел" // № 97110025; заявл. 20.06.1997; опубл.20.05.1999;
61. Патент РФ 2009133555, Способ поверхностного упрочнения прокатных валков, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Закаулов Е.Г., Мезенцев А. В., Корнева J1.B.
62. Патент РФ 2009136797, Способ закалки деталей, Юрьев А. Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Тарасова Г.Н., Корнева JL В., Закаулов Е.Г., Мезенцев A.B.
63. Патент РФ 2009125063, Способ выплавки стали, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Кузнецов Е.П., Бойков Д. В., Тяпкин Е.С.
64. K.B. Григорович, С.С. Шибаев. Влияние технологии выплавки на чистоту рельсовой стали по неметаллическим включениям. Сб. науч. тр «Неметаллические включения в рельсовой стали». Екатеринбург. ГНЦ РФ ОАО «УИМ». 2005.С. 74-86.
65. Патент РФ 2010112169. Способ выплавки рельсовой стали, Александров И. В., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Бойков Д. В., Кузнецов Е.П., Захарова Т.П.
66. Патент РФ 2010107826, Способ выплавки рельсовой стали, Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Тверской А.Б., Бойков Д. В., Лемешевский Д. С., Ботнев К.Е.
67. Гриншпон A.C. Иванов Б.С., Комков H.A., Мухатдинов Н.Х., Филиппов Г.А. Металлургические аспекты повышения качества и эксплуатационной надежности высокоуглеродистой стали // Сб. трудов. Магнитогорск, 2010 г.
68. Патент РФ 2010107828, Шлакообразующая смесь для промежуточного ковша, Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Ботнев К.Е., Бойков Д. В., Токарев A.B.
69. Патент РФ 2010102265, Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали, Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Бойков Д. В., Токарев A.B., Кузнецов Е.П., Корнева Л. В., Сапаев Н.М.
70. Заявка № 2008115575, Система регулирования уровня металла в кристаллизаторе, Мухатдинов Н.Х., Данилин Ю.А., Виноградов С., Мухранов Н.В., Прохоров А.П., Пилипенко В.Ф.
71. Патент RUN 2038178, В 21 В 39/18, 39/34
72. Целиков А.И., Полухин П.И. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. М.: Металлургия, т. 3,1981 г., с.304
73. Устройство для перемещения проката: патент 2129928. Россия. В21В 39/00//РЖ Металлургия. -1999. №10 - Д34П.
74. Патент РФ 2129928, МПК В21В39/00, Устройство для перемещения проката. Дубинский Ф.С.; Дукмасов В.Г.; Мухатдинов Н.Х.; Поздеев П.А. // № 98105064; заявл.03.03.1998; опубл. 10.05.1999;
75. Металлургические печи. Атлас. М., Металлургия, 1987
76. Тайц Н.Ю., Розенгард Ю.И. Методические нагревательные печи, 1964, с.257-265
77. А.с.№1683383, F27B 9/30, опубл. 10.10.1996
78. Патент №2114185, С21Д 9/00, F27B 13/00, опубл. 27.06.1998, БИ №18
79. Заявка № 2008115562, Нагревательная печь с шагающим подом, Мухатдинов Н.Х., Зудов А.Ф., Бородин В.В., Злоказов C.B.
80. Патент РФ 2009129777, Способ калибровки дублирующих косорасположенных калибров, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Дорофеев В. В., Каретников А.Ю., Дорофеев С.В., Лапченко A.B., Сапелкин О.И.
81. Мухатдинов Н.Х. К вопросу повышения надежности сварного стыка объемно-закаленных рельсов из электростали / А.Б. Юрьев, Н.Х. Мухатдинов, H.A. Козырев, Л.В. Корнева, А.Л. Никулина// Сталь. 2010. - № 2. - С. 72 - 78.
82. Пат. 2259416 РФ, МПК С 22 С 38/24, 38/28, 38/46, 38/50. Рельсовая сталь / Ворожищев В. И., Павлов В. В., Девяткин Ю. Д. и др. № 2003124407/02 ; заявл. 04.08.2003; опубл. 27.08.2005, Бюл. № 24.
83. Пат. 2254380 РФ, МПК С 21 С 7/00, 5/52. Способ получения рельсовой стали / Павлов В. В., Козырев Н. А., Годик Л. А. и др. № 2003136328/02 ; заявл. 15.12.03 ; опубл. 20.06.05, Бюл. № 17 (II ч.).
84. Пат. 2291221 РФ, МПК С 22 С 38/46. Рельсовая сталь / Павлов В. В., Девяткин Ю. Д., Козырев Н. А. и др. -№ 20051136 заявл. 04.05.2005 ; опубл. 10.01.2007, Бюл. № 1.
85. Патент РФ 2009149721, Рельсовая сталь, Мохов Г.В., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Корнева Л. В., Могильный В. В., Никулина А.Л., Бойков Д. В.
86. Патент РФ 2009136798, Сталь, Юрьев А. Б., Мухатдинов Н.Х., Атконова О.П., Корнева Л. В., Козырев H.A. Прокопьева Т.В.
87. Патент РФ 2009129786, Рельсовая сталь, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Степашин
88. A.M., Козырев H.A., Корнева Л. В., Атконова О.П.
89. Патент РФ 2009125070, Сталь, Юрьев А. Б., Мухатдинов Н.Х., Атконова О.П., Козырев H.A., Корнева Л. В.
90. Патент РФ 2009136799, Сталь, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Корнева Л. В., Атконова О. П.
91. Патент РФ 2009129781, Рельсовая сталь, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Корнева Л. В., Никулина А.Л.
92. Пат. 2259418 РФ, МПК С 22 С 38/48. Рельсовая сталь / Ворожищев В.И., Павлов
93. B.В., Девяткин Ю.Д. и др. 2003124408/02; заявл. 04.08.2003; опубл. 27.08.2005, Бюл. №24.
94. Пат. 2241779 РФ, МПК С 22 С 38/54, 38/58. Рельсовая сталь/ Ворожищев В. И., Павлов В. В., Шур Е. А. и др. № 2003124404 02 ; заявл. 04.08.03 ; опубл. 10.12.2004, Бюл. № 34 (IV ч).
95. Патент РФ 2009142169, Способ маркировки, Мохов Г.В., Мухатдинов Н.Х., Закаулов Е.Г., Мезенцев A.B., Корнева JI. В.
96. Мухатдинов Н.Х, Основные направления развития производства рельсов в ОАО "НКМК" / А.Б. Юрьев, Н.Х. Мухатдинов, H.A. Козырев, Л.В.Корнева // Сталь. 2010. -№ 1.-С. 99-100
97. Пат. 2259416 РФ, МПК С 22 С 38/24, 38/28, 38/46, 38/50. Рельсовая сталь / Ворожищев В. И., Павлов В. В., Девяткин Ю. Д. и др. № 2003124407/02 ; заявл. 04.08.2003 ; опубл. 27.08.2005, Бюл. № 24.
98. Пат. 2254380 РФ, МПК С 21 С 7/00, 5/52. Способ получения рельсовой стали / Павлов В. В., Козырев Н. А., Годик Л. А. и др. № 2003136328/02 ; заявл. 15.12.03 ; опубл. 20.06.05, Бюл. № 17 (И ч.).
99. Пат. 2291221 РФ, МПК С 22 С 38/46. Рельсовая сталь / Павлов В. В., Девяткин Ю. Д., Козырев Н. А. и др. № 20051136 заявл. 04.05.2005 ; опубл. 10.01.2007, Бюл. № 1.
100. Пат. 2259418 РФ, МПК С 22 С 38/48. Рельсовая сталь / Ворожищев В. И., Павлов В. В., Девяткин Ю. Д. и др. 2003124408/02 ; заявл. 04.08.2003 ; опубл. 27.08.2005, Бюл. №24
101. Пат. 2241779 РФ, МПК С 22 С 38/54, 38/58. Рельсовая сталь/ Ворожищев В. И., Павлов В. В., Шур Е. А. и др. № 2003124404 02 ; заявл. 04.08.03 ; опубл. 10.12.2004, Бюл. № 34 (IV ч).
102. Мухатдинов Н.Х Результаты производства и качество рельсов ОАО "НКМК" / В.В. Могильный, Н.Х. Мухатдинов, H.A. Козырев // Промышленный транспорт XXI BeKa.2009.-N4.-C. 40-43.
103. Ю.П. Снитко, К.В. Григорович, Е.А. Шур. Влияние неметаллических включений на усталостные свойства рельсов. Материалы юбилейной рельсовой комиссии. 2002. Новокузнецк. С. 257-263.
104. К.В.Григорович, А.М.Арсенкин, А.С.Трушникова и др. Неметаллические включения: оценка и прогноз эксплуатационной стойкости рельсов. Сб. науч. тр.
105. Неметаллические включения в рельсовой стали». Екатеринбург. ГНЦ РФ ОАО «УИМ». 2005. С. 102-115.
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.
Введение
Рельсовая сталь - это углеродистая легированная сталь, которая легируется кремнием и марганцем. Углерод дает стали такие характеристики, как твердость и износостойкость. Марганец увеличивает эти качества и повышает вязкость. Кремний также делает рельсовую сталь более твердой и износостойкой. Рельсовую сталь может стать еще качественнее с помощью микролегирующих добавок: ванадия, титана и циркония.
Широкий спектр требований, предъявляемых в связи с этим к качеству железнодорожных рельсов, требует совершенствования технологических процессов, разработки, опробования и внедрения новых технологий и использования прогрессивных процессов в области производства рельсов.
Действующая на отечественных металлургических комбинатах технология производства железнодорожных рельсов обеспечивает необходимое качество и стойкость продукции. Однако в силу ряда причин рельсовая сталь в Российской Федерации выплавляется в мартеновских печах, что ограничивает технологические возможности металлургов для существенного и резкого повышения качества стали, используемой для производства рельсов.
Основной причиной малой распространенности производства рельсов из электростали является целевая направленность строительства современных электросталеплавильных цехов с печами большой емкости на утилизацию региональных ресурсов скрапа и обеспечение регионов металлопродукцией промышленного и строительного назначения. При этом достигаются достаточно высокая экономическая эффективность и конкурентоспособность.
Общая характеристика рельсовых сталей
Производство рельсов в нашей стране составляет около 3,5 % от общего производства готового проката, а грузонапряженность железных дорог в 5 раз выше, чем в США, и в 8...12 раз выше, чем на дорогах других развитых капиталистических стран. Это налагает особо высокие требования к качеству рельсов и стали для их изготовления.
Рельсы подразделяют:
По типам Р50, Р65, Р65К (для наружных нитей кривых участков пути), Р75;
Наличию болтовых отверстий: с отверстиями на обоих концах, без отверстий;
Способу выплавки стали: М - из мартеновской стали, К - из конвертерной стали, Э - из электростали;
Виду исходных заготовок: из слитков, из непрерывно-литых заготовок (НЛЗ);
Способу противофлокенной обработки: из вакуумированной стали, прошедшие контролируемое охлаждение, прошедшие изотермическую выдержку.
Химический состав рельсовых сталей представлен в таблице 1 в марках стали буквы М, К и Э обозначают способ выплавки стали, цифры - среднюю массовую долю углерода, буквы Ф, С, X, Т - легирование стали ванадием, кремнием, хромом и титаном соответственно.
Таблица 1 - Химический состав рельсовых сталей (ГОСТ 51685 - 2000)
Рельсы железнодорожные широкой колеи типов Р75 и Р65 изготовляют по ГОСТ 24182-80 из мартеновской стали М76 (0,71... 0,82 % С; 0,75...1,05 % Mn; 0,18...0,40 % Si; < 0,035 % Р и < 0,045 % S), и более легкие типа Р50 - из стали М74 (0,69...0,80 % С). После горячей прокатки все рельсы подвергают изотермической обработке для удаления водорода с целью устранения возможности образования флокенов. Рельсы поставляют для эксплуатации на железных дорогах незакаленными (сырыми) по всей длине и термоупрочненными по всей длине. Концы сырых рельсов подвергают поверхностной закалке с прокатного нагрева или с нагрева ТВЧ. Длина закаленного слоя от торца рельса 50...80 мм, а твердость закаленной части IIB 311...401. Сырые рельсы из стали М76 должны иметь ов > Ј 900 МПа и 5 > 4%. Технология изготовления рельсов должна гарантировать отсутствие в них вытянутых вдоль направления прокатки строчек неметаллических включений (глинозема) длиной более 2 мм (группа I) и более 8 мм (группа II), так как подобные строчки служат источником зарождения трещин контактной усталости в процессе эксплуатации.
Высокая грузонапряженность железных дорог привела к тому, что работоспособность сырых нетермоупрочненных рельсов перестала удовлетворять требованиям тяжелой работы сети железных дорог.
Дальнейшее повышение эксплуатационной стойкости термически упрочненных рельсов может быть достигнуто легированием рельсовой стали. Перспективным является легирование углеродистой рельсовой стали небольшими добавками ванадия (-0,05 %), применение легированных сталей типа 75ГСТ, 75ХГМФ и др., а так же применение термомеханической обработки.