SU914645A1 - Method for heat treating rails - Google Patents

Description

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к способам термической обработки и может быть использовано при термической обработке рельсов.The invention relates to the metallurgical industry, in particular to methods of heat treatment and can be used for the heat treatment of rails.

На рельсопрокатных металлургических заводах в настоящее время находит широкое применение термическая обработка рельсов. .At rail rolling metallurgical plants, heat treatment of rails is currently widely used. .

Известны способы термической обработки рельсов не обеспечивают рее возрастающие требования по обеспечению достаточной эксплуатационной стойкости рельсов в связи с резкой интенсификацией работы железнодорожного транспорта.Known methods of thermal treatment of rails do not provide re-increasing requirements to ensure sufficient operational durability of the rails due to the sharp intensification of the work of railway transport.

Комплекс свойств, которыми должна обладать рельсовая сталь, определяется условиями службы рельсов в пути, характером и распределением напряжений, возникающих в них от внешней нагрузки. Этот комплекс должен базироваться на главных Факторах, характеризующих служебныеThe complex of properties that rail steel must possess is determined by the conditions of service of the rails in transit, the nature and distribution of the stresses arising in them from external loads. This complex should be based on the main factors that characterize the service

22

свойства рельсов. Исходя из условий службы рельсов в пути, характера и распределения напряжений, возникающих от внешней нагрузки, такими факторами, кроме длительной цик⁵ лической прочности при контактом" нагружении, .определяющей долговечности рельсов, является сопротивле-. ние их хрупкому разрушению, гарантирующее надежность рельсов в эксплуатации, а также живучесть, которая характеризуется скоростью роста поперечных усталостных трещин. Длительная живучесть рельсов должна обеспечить отсутствие быстоонарастающих поперечных усталостных изломов. Этот поперечные изломы развиваются под влиянием циклических изгибающих усилий, поэтому, естественно, что сопро_м тивляемость рельсов этим условиям является важной характеристикой служебной пригодности рельсовой стали.rail properties. Based on the service conditions of the rails in the path, the nature and distribution of the stresses arising from external loading, by factors other than the long CEC ⁵ netocrystalline contact strength "loading, .opredelyayuschey rails durability is the resistance. Of their brittle fracture guaranteeing reliability rails exploitation, as well as survivability, which is characterized by the rate of growth of transverse fatigue cracks. Long-term survivability of the rails should ensure the absence of fast-growing transverse fatigue fractures. operechnye fractures develop under the influence of cyclic bending forces, however, natural that accom _m tivlyaemost rails these conditions is an important performance characteristic of the suitability of a rail steel.

Известен способ термической обработки рельсов с печного нагрева, зак3 914645 4The known method of heat treatment of rails with furnace heating, Zak3 914645 4

ломающийся в том, что после противофлокенной обработки рельсы задаются в проходную ооликовую печь и нагреваются до аустенитного состояния.breaking in that after the anti-flocation treatment, the rails are set in the pass-through kiln furnace and are heated to the austenitic state.

Затем из камеры боковой выдачи они 5 по одному выгружаются и подаются в закалочный агрегат, где рельсы погружаются в масло и охлаждаются в нем. Закаленные рельсы затем поступают в отпускную печь, где под- 10 вергаются отпуску. После отпуска рельсы остывают на стеллаже, а затем проходят правку на ролико-правильной машине [ί^}.Then, from the side discharge chamber, they are unloaded one by one and fed into the quenching unit, where the rails are immersed in oil and cooled in it. The hardened rails then enter a tempering furnace, where they are discharged. After the holidays, the rails cool on the rack, and then pass the edit on the roller-correct machine [ί ^}.

К недостаткам данного способа 55The disadvantages of this method are 55

относятся искривление рельсов в процессе термообработки.,.их серповидность, высокий уровень остаточных напряжений, низкий'уровень твердости на поверхности катания рельсов и повышенная твердость в шейке и подошве. Твердость находится на нижнем пределе требований технических условий примерно 340 НВ, по техническим уловиям 330-388 НВ. /include the curvature of the rails during heat treatment., their crescent, high level of residual stresses, low 'hardness level on the rolling surface of rails and increased hardness in the neck and sole. Hardness is at the lower limit of the technical requirements of approximately 340 HB, according to technical specifications 330-388 HB. /

Это обусловлено тем, что технология закалки рельсов в масле предусматривает безмартенситное превращение аустенита и структура закаленного металла должна представлять собой продукт непосредственного превращения аустенита-сорбит или троостит с пластической формой карбидной Лазы. Кроме того, как известно, химический состав металла и скорость· охлаждения ³⁵ определяют конечную структуру после закалки. Стандартные рельсы имеют определенный химический состав в соответствии с ГОСТом. Поэтому приThis is due to the fact that the technology of hardening rails in oil involves non-martensitic transformation of austenite and the structure of hardened metal must be a product of direct transformation of austenite-sorbitol or troostite with a plastic form of a carbide Laz. In addition, as is known, the chemical composition of the metal and the rate of cooling ³⁵ determine the final structure after quenching. Standard rails have a certain chemical composition in accordance with GOST. Therefore, when

4040

закалке в масле рельсов по существующему способу не представляется возможным повысить их твердость.quenching in oil rails on the existing method is not possible to increase their hardness.

Разное сечение рельса обуславливает дифференцированную твердость. Головка рельса, т.е. рабочая часть из-за ⁴⁵ ее большой массы имеет пониженную твердость, а шейка и подошва повышенную. Это обуславливает также коробление рельсов при закалке и высокий уровень остаточных напряжений. После- ⁵⁰ дующая холодная правка рельсов на ролико-правильных машинах приводит к резкому увеличению остаточных напряжений. Остаточные напряжения опасны прежде всего тем, что они снижают 55 энергоемкость рельсов, их сопротивляемость охрупчиванию. Практика показала, что наиболее опасным для эксплуатации являются создающиеся в процессе термической и последующей холодной обработки правки в шейке рельса высокие остаточные напряжения. Эти напряжения стремятся разорвать рельс вдоль шейки. При больших величинах напряжений это приводит к образованию продольной трещины под головкой и рельс разрывается, т.е. головка отделяется от шейки, что очень опасно при работе такого рельса на дорогах страны. Концентратором, инициирующим продольный разрыв, могут быть поперечные трещины в местах буксования в головке, распростравшиеся до шейки.A different rail section causes differentiated hardness. Rail head, i.e. working part because of its large mass ⁴⁵ has a reduced hardness and increased neck and outsole. This also causes warping of the rails during quenching and a high level of residual stresses. Post- ⁵⁰ blowing cold straightening of rails for roller-leveler leads to a sharp increase in the residual stress. Residual stresses are dangerous primarily because they reduce the power consumption of rails and their resistance to embrittlement. Practice has shown that high residual stresses created in the process of thermal and subsequent cold processing in the rail neck are most dangerous for operation. These stresses tend to break the rail along the neck. For large stresses, this leads to the formation of a longitudinal crack under the head and the rail is broken, i.e. the head is separated from the neck, which is very dangerous when working such a rail on the roads of the country. The concentrator initiating the longitudinal rupture may be transverse cracks in the places of slipping in the head, extending to the neck.

Известен способ термической обработки рельсов, который заключается в объемной закалке всего рельса, изготовленного из легированной стали, на высокую прочность и отпуске с целью получения НВ 430-480, последующей правке, затем отпуске ТВЧ шейки и последующей допоавке рельсов после отпуска [2] .A known method of heat treatment of rails, which consists in the volume quenching of the entire rail, made of alloyed steel, for high strength and tempering in order to obtain HB 430-480, subsequent editing, then tempering of the HDTV neck and the subsequent addition of the rails after tempering [2].

Такая технологическая схема является довольно сложной для осуществления в промышленных масштабах. Кроме того, наличие двух правок на роликоправильных машинах рельсов, имеющих высокую прочность и, следовательно, низкую пластичность, может привести к нежелательным высоким напряжениям, которые существенно могут снизить надежность рельсов при работе их в пути.Such a technological scheme is quite difficult to implement on an industrial scale. In addition, the presence of two revisions on roller-straightening machines of rails that have high strength and, consequently, low ductility, can lead to undesirable high stresses, which can significantly reduce the reliability of the rails when they are in transit.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ термической обработки рель- . сов, включающий предварительный объемный нагрев в печи ниже А^, индукционный нагрев головки до температуры аустенитизации , закалку и отпуск (самоотпуск'1 р]The closest in technical essence to the present invention is a method of thermal processing of the relay. owls, including preliminary volume heating in the furnace below А ^, induction heating of the head to the austenitizing temperature, quenching and tempering (self-tempering'1 p]

Недостаток известного способа заключается в том, что он не_позеоляет упрочнить шейку и подошву и 'вызывает искривление после закалки вследствие значительного градиента температур между головкой и остальными элементами. Устранение коробления холодной правкой призодит к появлению растягивающих напряжений, снижающих контактную усталостную прочность.The disadvantage of this method is that it does not reinforce the neck and sole and causes a curvature after quenching due to a significant temperature gradient between the head and the other elements. Eliminating warping with cold straightening will lead to the appearance of tensile stresses that reduce contact fatigue strength.

Целью изобретения является устранение указанного недостатка.The aim of the invention is to eliminate this drawback.

5five

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки рельсов, включающему предварительный объемный нагрев в печи, индукционный нагрев головки до температуры аустенитизации и отпуск, предварительный объемный нагрев в печи производят до межкритического интервала температур.This goal is achieved by the fact that according to the method of heat treatment of rails, including preliminary volume heating in a furnace, induction heating of the head to austenitization temperature and tempering, preliminary volume heating in a furnace is carried out to the intercritical temperature range.

• Предварительный объемный нагрев в печи до температуры в интервале А^-А^и последующий скоростной индукционный нагрев головки рельса до температуры аустенитизации позволяет получить высокую прочность головки при незначительном повышении механических свойств шейки и подошвы и благоприятным распределении остаточных напряжений.• Preliminary volume heating in a furnace to a temperature in the range of A ^ -A ^ and subsequent high-speed induction heating of the rail head to austenitization temperature allows to obtain high head strength with a slight increase in the mechanical properties of the neck and sole and favorable distribution of residual stresses.

. Кроме того, нагрев всего рельса до межкритического интервала температур позволяет осуществить быстрый нагрев в области фазовых превоащений до температуры выше А^, что позволяет измельчить зерно и тем самым повысить физико-механические свойства в рабочей части голОвки рельсов.. In addition, heating the entire rail to the intercritical temperature range allows for rapid heating in the area of phase transformations to temperatures above А ^, which makes it possible to grind the grain and thereby improve the physicomechanical properties in the working part of the rail head.

Скоростной нагрев в области превращения позволяет значительно уменьшить коробление рельса в связи !с тем, что </-> превращение сопровождается уменьшением объема, т.е.High-speed heating in the field of transformation allows one to significantly reduce the rail buckling due to the fact that </ -> transformation is accompanied by a decrease in volume, i.e.

914645914645

66

термическое расширение металла компенсируется за счет превращения. Следует также отметить, что нагрев головки рельса в области фазовых пре5 вращений позволяет легче осуществить изгиб всего рельсачто благоприятно отражается на короблении рельса при закалке. Нагрев головки рельса от межкритического интервала позво•0 ляет также значительно повысить производительность установки.thermal expansion of the metal is compensated by the transformation. It should also be noted that the heating of the rail head in the area of phase transformations makes it easier to bend the entire rail, which favorably affects the distortion of the rail during quenching. Heating the rail head from the intercritical interval also allows a significant increase in plant performance.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.The proposed method is as follows.

Рельсы задаются в проходную печь,Rails are set in a continuous furnace,

15 нагреваются до температуры ниже А^, и из камеры боковой выдачи они по одному выдаются и по рольгангу направ ляются к индуктору, где головка рельса нагревается Т8Ч до аустенитного15 are heated to a temperature below А ^, and from the side discharge chamber they are discharged one by one and directed along the roller table to the inductor, where the rail head heats T8H to austenitic

2о состояния, затем производят закалку, отпуск (самоотпуск). При закалке производят охлаждение головки, а за счет тепла в шейке и подошве осуществляют самоотпуск, причем2 state, then produce quenching, tempering (self-tempering). During quenching, the head is cooled, and due to the heat in the neck and sole, self-tempering is performed, and

25 с целью уменьшения коробления рельсы после самоотпуска охлаждают водой.25 in order to reduce warpage, the rails after self-tempering are cooled with water.

Способ проверен в лабораторных условиях, проведены опыты по термообработке. В табл.1 приведены основныеThe method is tested in laboratory conditions, conducted experiments on heat treatment. Table 1 shows the main

30 параметры закалки рельсов.30 parameters hardening rails.

В табл.2 приведены свойства закаленного металла.Table 2 shows the properties of the hardened metal.

Таблица!Table!

Индекс исследуемого рельса Index investigated rail Марка стали Mark become Тип рельса Type of rail Состояние рельсового металла Condition of rail metal Температура нагрева всего рельса в печи, С Heating temperature of the entire rail in the furnace, C Температура нагрева головки рельса, ТВЧ ,°С The heating temperature of the rail head, HDTV, ° C Охлаждающая среда Cooling medium Темпера тура самоотпуска Tempera tour leave 1Б 1B М76 M76 Р65 P65 Закалка Quenching 530 530 900 900 Головка Head по из- by iz- охлакда- ochlakda- ГОСТ GOST вестной the famous лась во- went on 8160- 8160- техно^- techno ^ - до-воз- up-to- 63 63 ГИИ GII душной stuffy

смесьюa mixture

2Б То же Рб5 Закалка2B Same Rb5 Hardening

по предлагаемой технологииon the proposed technology

-2.0-2.0

780 880 Масло 500-600780 880 Oil 500-600

(в течение 2 мин окончательное охлаждение во- ’ дой)(within 2 min. final water cooling)

77

914645914645

1515

2Б2b

Таблица 2table 2

ИндексIndex

ИсследуемогоInvestigated

рельсаrail

кгс/мм kgf / mm кгс/мм kgf / mm Головка Head Шейка Neck Головка Head Шейка Neck Головка Head Шейка Neck 125 125 80 80 90 90 55 ..· 55 .. · 8 eight 15 15 139 139 Ю5 S5 99 99 60 60 12 12 10 ten

Продолжение табл. 2.Continued table. 2

Индекс исследуемого реДьса Index investigated reds %, · %, · кгс м/см kgf m / cm НВ HB Балл зерна Score grains Г оловка Tin Шейка ; The neck; Головка Head Шейка Neck Г оловка Tin Шейка Neck ,1Б , 1B 20 20 ^30thirty 2,5 2.5 3,8 3.8 335 335 229 229 6-7 6-7 2Б 2b 31 31 20 20 3,0 3.0 3,0 3.0 375 375 285 285 9-10 9-10

Claims (1)

Формула изобретенияClaim Способ термической обработки рельсов, включающий предварительный объемный нагрев в печи, индукционный нагрев головки до температуры 35 аустенитизации, закалку и отпуск, отличающийся/ тем, что, с целью повышения контактной усталостной прочности, предварительный объемный нагрев в печи производят 40 до межкритического интервала температур.The method of heat treatment of rails, including pre-volumetric heating in a furnace, induction heating of the head to austenitization temperature 35, quenching and tempering, characterized in that, in order to increase the contact fatigue strength, pre-heating in a furnace produces 40 to the intercritical temperature range.