Назначение:

- направлять колеса ПС в движении;

Воспринимать упруго перерабатывать и передавать нагрузки от колес на подрельсовое основание;

На участках с а/б служить проводником сигнального тока, а при электротяге – обратного силового.

Классификация:

Рельсы подразделяются:

А) по типам Р50, Р65, Р65к, Р75 (тип рельса определяется массой одного метра рельса, округленное значение кt подставляется после буквы Р).

Р65к – прокатываются для укладки в наружные нити кривых с R≤550 м.

Б) по категории качества: В-высшего; Т1 и Т2 – термоупрочненные; Н- нетермоупрочненные; (Категория зависит от частоты рельсовой стали, ее твердости, структуры, прямолинейности рельсов при изготовлении и т.д.) ,СС – для совмещенного скоростного движения; НЭ – низкотемпературной надежности; ИЭ – рельсы повышенной износостойкости.

В) по наличию болтовых отверстий: с отверстиями на обоих концах (2-3) или без отверстий.

Г) по способу выплавки стали: М - из мартеновской стали, К - из конвертерной стали; Э - из электростали.

Д) по виду исходных заготовок: из слитков; из непрерывно-литых заготовок (НЛЗ).

Требования:

- Прочность: иметь достаточный момент инерции (I см 4) и момент сопротивления (W см 3), чтобы возникающие в рельсах напряжения изгиба и кручения не превышали допустимых величин.

-Долговечность: Рельсовая сталь должна обладать высокой твердостью, износостойкостью, и вязкостью.

- Высокая контакто-усталостная выносливость.

Масса рельса, его очертание (профиль) качество рельсовой стали и особенности изготовления находятся между собой в тесной связи и зависимости от нагрузок колесных пар на рельс, скоростей движения и грузонапряженности.

Рельсовая сталь: Химический состав приведен в таблице. В марках стали буквы М,К,Э – способы выплавки стали, цыфры- среднюю массовую долю углерода в сотых долях%. Буквы Ф,С,Х,Т – лигированые стали ванадий, кремний, хром, титан соответственно.

Химический состав рельсовой стали:

Марка стали	Массовая доля элементов%
C	Mn	Si	V	Ti	Cr	P	S	АL
K78XCФ Э78XCФ	0,70 0,82	0,75 1,05	0,40 0,80	0,05 0,15	-	0,40 0,60	0,025	0,025	0,005
М76Ф К76Ф Э76Ф	0,25 0,45	0,03 0,15		0,035 0,030 0,025	0,040 0,035 0,030	0,020
М76Т К76Т Э76Т	-	0,007 0,025
М76 К76 Э76	-		0,025

98% железа; Углерод – увеличивает прочность рельса при изгибе; марганец – твердость, вязкость, износостойкость; Кремний – твердость, износостойкость; Фосфор – хладноломкость; сера – красноломкость.

Лопата является неотъемлемой частью домашнего быта. Сфера использования данного инструмента широка. И поскольку инструмент используется часто, к нему выдвигаются определенные требования.

Она должна быть крепкой, прочной, удобной в использовании, обладать высоким сопротивлением коррозии и долговечностью. Неплохо зарекомендовали по этим пунктам на рынке лопаты из рельсовой стали.

1 Технология создания

Основным материалом для таких лопат выбрана рельсовая сталь, насыщенная углеродом. Материал отличается высокой прочностью при небольшом весе, что является оптимальным вариантом для рабочего инструмента. Часто в таких целях используются старые рельсы, или рельсы, не отвечающие необходимым кондициям. Полученный металл фасуют, после чего он проходит обработку.

1.1 Процесс производства (видео)

1.2 Преимущества лопаты из рельсовой стали

Из преимуществ лопат из рельсовой стали следует отметить такие:

Высокая прочность и сбалансированная упругость. Эти качества обеспечивает прочный материал и особый способ закалки. Причем упругость металлической основы позволяет лопате немного изгибаться под нагрузкой, а после возвращаться в первоначальное положение. Значит, деформация такому инструменту не грозит.

Небольшой вес. Не смотря на прочность и плотность материала, высокое содержание углерода делает лопату легче, чем инструмент из кованой стали. Это увеличивает комфорт при работе.

Стойкость к износу и коррозии. Стойкость к коррозийным процессам обеспечивается не только спецификой материала, но и антикороззийными покрытиями, которыми покрывается большая часть лопат из рельсовой стали.

Невысокие ценовые показатели. Лопаты из рельсовой стали на рынке по ценовым показателям немногим дороже лопат из кованой стали и нержавейки.

Самозаточка в процессе эксплуатации. Лопаты из рельсовой стали, благодаря структуре, не теряют остроту даже при работе с твердыми типами грунта, корнями, подмерзшей землей. А корректировка заточки проводится во время работы.

2 Выбор лопаты из рельсовой стали

Выбирая лопату, основными моментами, на которые следует обратить внимание, являются общая конструкция полотна и эргономичность инструмента. Что касается общей конструкции полотна, то лучше всего подбирать лопату с дополнительными ребрами жесткости. Такой инструмент намного тяжелее сломать или погнуть в процессе работы.

Что касается эргономичности лопаты, то основной нюанс это уступы для ноги. Они должны иметь правильный угол изгиба. Слишком приподнятый вверх край будет резать ногу при работе, слишком опущенный приведет к соскальзыванию ног. Удобным дополнением является также и ручка на конце черенка. Она облегчает работу с сыпучими материалами или рубку корней.

2.1 Уход за инструментом

Каким бы ни было качество инструмента, чтобы он исправно функционировал на протяжении многих лет, за ним нужно правильно следить и обслуживать:

1. После окончания работы, лопату нужно сразу же очистить от остатков грунта.
2. Хранить инструмент лучше в сухих, хорошо вентилируемых местах без доступа влаги.
3. Черенок лучше окрашивать, причем делать это нужно периодически. Это увеличит срок службы.
4. Постоянно следить за качеством соединения черенка и рабочего полотна. ни в коем случае не должен шататься. В этом случае его сразу же нужно подбить и закрепить по-новому.

Интервью: Евгений Шур, главный научный сотрудник отделения транспортного металловедения ВНИИЖТа, доктор технических наук

Во ВНИИЖТе приступают к испытаниям новых типов рельсов

– Почему именно сейчас возникла необходимость повысить качество рельсов?

– В последние годы на железных дорогах страны наметился устойчивый рост объёма перевозок, увеличилась грузонапряжённость, введены в обращение длинносоставные и тяжеловесные поезда, принята программа повышения скоростей движения.

В этих условиях железнодорожникам требуются новые, более надёжные рельсы, способные обеспечивать пропуск 700 – 1500 млн тонн грузов в самых тяжёлых условиях эксплуатации без чрезмерного износа и разрушений. Пока они рассчитаны на большинстве участков дорог на пропуск 300 – 700 млн тонн. То есть их ресурс нужно увеличить вдвое, причём в сжатые сроки.

В 2007 году на железных дорогах России было изъято из эксплуатации более 125 тыс. дефектных рельсов. На приобретение и замену вышедших из строя рельсов ОАО «РЖД» затратило в прошлом году более 11 млрд руб. А если учесть, что общая развёрнутая длина наших рельсовых нитей составляет 124 тыс. км, то требования к качеству продукции отечественных металлургических заводов должны быть особенно высоки. Не случайно с 2000 года действует новый стандарт на эти изделия металлургов, ещё более жёсткие требования будут приняты в ближайшее время.

– Что вы предлагаете сделать?

– Прежде всего нужно повысить требования к качеству рельсов, которые металлурги должны изготавливать по самым современным технологиям. Срок их службы требуется повысить как минимум в два раза. Не менее важная задача – увеличение длины цельнокатаных рельсов с 25 до 100 м (за рубежом уже выпускают 150-метровые экземпляры). Ведь чем меньше сварных стыков, тем меньше неприятностей на дорогах. Для этого необходимо быстрее внедрять инновационные технологии, которые позволили бы отечественным металлургам выпускать высококачественную продукцию, ни в чём не уступающую лучшим зарубежным образцам.

Считаю, что пора расширить номенклатуру типов выпускаемых в нашей стране рельсов. Для организации в России высокоскоростного пассажирского движения со скоростями до 350 км/ч необходимы рельсы категории ВС. Для повышения скорости движения пассажирских поездов до 200 км/ч на ряде направлений сети дорог нужны рельсы для скоростного совмещённого движения категории СС. А для магистралей Сибири и Крайнего Севера подходят рельсы повышенной хладостойкости и низкотемпературной надёжности категорий НК и НЭ.

Кроме того, для участков пути с кривыми малых и средних радиусов, где рельсы особенно часто выходят из строя, требуются рельсы повышенной износостойкости и контактной выносливости категории И. Причём все эти изделия должны быть вдвое лучше по качеству и надёжности, чем выпускаемые сегодня. Пока отечественные рельсы уступают продукции мировых лидеров.

В 2007 году на железных дорогах России было изъято из эксплуатации более 125 тыс. дефектных рельсов, вышедших из строя из-за низкого качества стали

– В чём причина такого отставания?

– В начале 70-х годов прошлого века на наших предприятиях внедрили передовую по тем временам технологию термической обработки рельсов. Благодаря этому методу на протяжении двух десятилетий мы выпускали лучшую в мире продукцию. Но затем в связи с начавшимся экономическим кризисом средств на модернизацию производства в нашей стране не выделяли, и зарубежные конкуренты из Японии, Франции и Австрии, освоив прогрессивные технологии, вышли на передовые позиции.
Правда, за последние 10 лет нашим металлургам удалось многое поправить. Отказавшись от выпуска рельсов из мартеновской стали, они начали производить их из непрерывно-литой кислородно-конвертерной стали и электростали. Стали использовать метод непрерывной разливки, применять печи для нагрева заготовок перед прокаткой, вальцетокарные станки с ЧПУ и другие новинки. Причём на улучшение качества рельсов повлияли не только достижения мировых лидеров, но и жёсткие требования ОАО «РЖД», а также большая работа, проделанная учёными ВНИИЖТа и других институтов на металлургических заводах страны по совершенствованию технологий производства транспортного металла.

Хотя импортная продукция пока всё-таки лучше по многим характеристикам – по геометрии, прямолинейности, качеству поверхности и отделки, по твёрдости, прочности и износостойкости.

– Что мешает отечественным заводам выпускать рельсы, не уступающие лучшим мировым аналогам?
– Прежде всего нехватка высококлассного оборудования, а без коренной реконструкции и модернизации заводов успеха наверняка не добьёшься. Другая не менее важная причина – отсутствие конкуренции. Сегодня в России рельсы выпускают только два предприятия – Нижнетагильский и Новокузнецкий металлургический комбинаты, принадлежащие одному владельцу – ООО «ЕвразХолдинг». Но есть надежда, что скоро монополизму на этом рынке придёт конец. В ближайшие годы высококачественные рельсы начнут производить на Челябинском металлургическом комбинате, где для этого построят специальный цех и установят самое современное оборудование. Кроме того, по соседству с заводом решено разместить крупное рельсосварочное предприятие, где из выпускаемых 100-метровых рельсов будут сваривать 800-метровые плети для бесстыкового пути. Важно также стимулировать заводы, закупая более долговечные рельсы по более высокой цене.

Важно организовать серийный выпуск рельсов нового типа. Для этого нужно осуществить переход металлургических комбинатов на прокатку рельсов в универсальных плетях, внедрить технологию гидросбива окалины, установить оборудование автоматического контроля отсутствия дефектов и прямолинейности рельсов, повысить степень компьютеризации всего производственного процесса.

– Какие разработки учёных сейчас осваивают металлурги?

– Для длительной эксплуатации в условиях больших осевых нагрузок, высокой грузонапряжённости и кривых участков пути наиболее подходят рельсы с повышенным до 0,83 – 1,0% содержанием углерода в стали. Испытания на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа и опытная эксплуатация на Южно-Уральской, Октябрьской и Горьковской железных дорогах показали, что их ресурс существенно выше, чем у обычных образцов. Основываясь на полученных результатах, отечественные металлургические комбинаты уже начинают выпускать такие рельсы, правда, пока небольшими партиями. Кстати, данная марка стали, названная «заэвтектоидной», создана учёными и металлургами нашей страны, а вот широкое применение она почему-то пока нашла только за рубежом.

По нашему мнению, дальнейшее повышение работоспособности рельсов возможно также при переходе на новую структурную основу стали. Из двух возможных вариантов (мартенсит и бейнит) специалисты отдают предпочтение бейниту. В настоящее время наши металлурги уже разработали низколегированную рельсовую сталь с бейнитной структурой, позволяющей увеличить прочность металла с одновременным понижением содержания углерода, что, в свою очередь, положительно отразится на его стойкости к термомеханическим повреждениям. Проведённые лабораторные и стендовые испытания дали обнадёживающие результаты. Теперь новый тип рельсов предстоит обкатать на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа в Щербинке.

Беседовал Александр Давидьянц

В статье мы расскажем Вам о 8 главных технических моментах, связанных с применением рельсов на железной дороге:

2. Рельсы в разных странах

4. Рельсовые плети

5. Износ рельсов и методы его предотвращения.

6. Химический состав

7. Заключение

Итак, начинаем!

1. Понятие о рельсах и их свойства

Рельсы - основной элемент верхнего строения пути, представляющий собой стальные балки, которые укладываются на шпальную или другие опоры. Назначение рельсов: принятие и передача нагрузки от колес подвижного состава на подрельсовые опоры и направляют колеса подвижного состава; также выступают электрическими проводниками на участках с автоблокировкой и электротягой.

Образуют рельсы обычно двух-ниточный путь, но иногда допускается использование одного рельса.

Соединение происходит двумя способами: специальными скреплениями, либо сваркой (бесстыковой путь).

Свойства, которыми должны обладать рельсы:

1. Достаточная прочность (за счет стали)

2. Большая инертность и сопротивляемость

3. Долговечность

v Высокая твердость

v Износостойкость

v Вязкость

4. Высокая контактно-усталостная выносливость.

Известны рельсы, такие как уголковые, грибовидные, двухголовые, широкоподошвенные. Последние из них используются в настоящее время повсеместно во всем мире.

Чугунные и железные рельсы устарели, их сменили до нашего времени стальные.

2. Рельсы в разных странах

Различия укладки в путь рельсов России и некоторых других стран (указаны в таблице 1) достаточно существенны и подразумевают использование в определении мощности таких характеристик, как:

Масса 1 погонного метра, выраженного в кг,

Качество рельсовой стали.

Таблица 1.

Страна	Вагонные осевые нагрузки, тс/ось	Тип рельса	Масса рельса, кг/м
Россия	23,5 - 24	Р65	64.72
США, Канада	30-35		65,53 - 69,4
Европа	22,5 - 25	UJC 60	60,34

3. Эволюция длин и переход к рельсовым плетям

С течением времени в мировом масштабе проводилось увеличение длины рельсов. Небольшой экскурс в историю по так называемой «эволюции» рельсовых длин:

Россия: в XIX веке укладывали рельсы длиной 5,49 м, затем 10,67 м. Более поздние периоды были отмечены удлинением до 12,5 м, позже - 25 м.

США: вначале применялась длина 11,89 м, позже она удвоилась и стала равняться 23,78 м.

Западная Европа. Австрия, Германия: длина в 15 м также удвоилась до 30 м;

Англия, Франция, Италия, Швейцария: увеличение с 18до 36 м.

Такая тенденция связана со стремлением уменьшить количество стыков, т.к. они сокращают эффективность движения. Поясним: в стыковой зоне образуется добавочное динамическое воздействие на путь, по которому движется состав, несмотря на наличие элементов соединения стыков, таких как накладки, болты, костыли и другие крепежные изделия. Поэтому постепенно стали переходить на рельсовые плети. О них мы и поговорим в пункте 4.

4. Рельсовые плети.

В настоящее время повсеместно внедряется бесстыковой путь, представляющий собой сварные плети длиной от 250 до 800 м, между ними уложены 3- 4 уравнительных рельса длиной каждый по 12,5 м.

Со временем уравнительные рельсы стали не нужны, сварные плети прошли этап удлинения до 3 км (ранее этот отрезок пути - так называемый блок-участок - включал 4 уравнительных рельса).

В настоящее время распространен бесстыковой путь без использования уравнительных рельсов. здесь имеет место два варианта конструкции:

Блок-участки рельсовых плетей в стыковой зоне соединяются электроизолирующими накладками,

Сварка плетей от станции до станции. В этом случае образуются непрерывные сварные плати, путем электроконтактной или газопрессовой сварки на РСП (рельсосварочных предприятиях).

5. Износ рельсов и методы его предотвращения.

Как любой элемент рельсового пути, рельсы подвержены износу, то есть снижению его рабочих свойств, как то:

Коррозия подошвы,

Износ головки,

Поверхностные и внутренние дефекты в самом металле.

Всё это ведет к уменьшению максимально допустимой нормативной наработке тоннажа, пропускаемого по рельсовой нити. В России данные параметры тоннажа вариьируются в диапазоне 600-700 млн тонн брутто на пямых участках железной дороги, а также кривых с R >1000 м; на кривых - 300м < R < 1000м - тоннаж составляет 150-350 млн тонн брутто.

Выделяют технические мероприятия, проводимые для поддержания служебных свойств рельсов и продления их срока службы:

v Периодическое выравнивание головки посредством шлифовки, фрезерования либо срожки поверхности головки с ликвидацией волнообразного износа. Он характерен, когда рельсы испытывают воздействие колёс подвижного состава периодично с чередованием максимальной и минимальной нагрузок.

v Профильная шлифовка рельсов, с помощью поездов со специальным оборудованием. Они формируют ремонтные профили головки.

v Лубрикация, т.е. дозированная смазка боковой рабочей грани наружных рельсов в кривых R <500-600 м с применением лубрикаторов. Они могут быть стационарными, либо установленными на вагонах, дрезинах, локомотивах.

v Замечен факт, что рельсы можно практически полностью восстановить, уменьшим боковой износ (чуть ли не до нуля), благодаря крайне обильной смазке.

6.Химический состав рельсов.

Определяет качество рельсовой стали. В таблице 2 приведены химические элементы и свойства, влияющие на этот показатель.

Таблица 2.

Химический элемент	Влияние на качество рельсовой стали
Углерод, С	Увеличение прочности при изгибе Увеличение твердости Увеличение износостойкости
Марганец , Mn	Увеличение твердости Увеличение износостойкости Увеличение вязкости
Кремний , Si	Увеличение твердости Увеличение износостойкости
Фосфор , P	Большое содержание фосфора вредит рельсам при низких температурах. Они становятся хрупкими
Сера , S	Большое содержание фосфора вредит рельсам при низких температурах. Они становятся красноломкики (при прокате рельсов образуются трещины)
Мышьяк, As	Повышение усталосной прочности Повышение ударной вязкости Незначительное уменьшение твердости Незначительное уменьшение износостойкости
Ванадий, титан, цирконий V, Ti, Zr	Микрорегулирующие и модифицирующие добавки, улучшающие структуру и качество стали

Заключение

Тенденции в жд отрасли таковы, что как в России, так и за рубежом идет разработка рельсов без металлических включений, с низким уровнем остаточных напряжений (после проката и правки на заводе), также обладающих прочностными характеристиками, которые исключают появление дефектов контактно-усталостного происхождения.

Если у Вас возникла необходимость в покупке рельсов, как новых, так и с износом, обращайтесь к нам! Мы всегда рады помочь с выбором и поставкой товара.

ООО «УралВнешТоргЭкспорт» - надежный поставщик в сфере поставок жд материалов. Мы ценим Ваше время и готовы поставлять лишь качественную продукцию.

Звоните, пишите нам! Проконсультируем и ответим на возникшие вопросы. Наши контакты указаны

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

• Введение
• 1. Общая характеристика рельсовых сталей
• 2. Химический состав и требования к качеству рельсовой стали
• 3. Технология производства рельсовых сталей
• 4. Производство рельсовой стали с применением модификаторов
• Заключение
• Список использованных источников

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.

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.

1. 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;

- категориям качества: В - рельсы термоупрочненные высшего качества, T1, T2 - рельсы термоупрочненные, Н - рельсы нетермоупрочненные;

- 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.

2. Химический состав и требования к качеству рельсовой стали

рельсовый сталь химический углеродистый

Стали, не имеющие марки или шифра, обозначены номером (шифром) соответствующего стандарта и порядковым номером в этом стандарте. Например, стали в стандарте США ASTM А1 обозначены как ASTM/1, ASTM/2 и т.д., стали в стандарте Канады - как CN/1, CN/2 и т.д., стали в стандартах Австралии в соответствии с шифром стандарта обозначены как AS/1 (стандарт AS 1085 р.1) и AS/11 (стандарт AS 1085 р.11).

Содержание углерода в рельсовой стали устанавливается в зависимости от размеров поперечного сечения рельса. В общем виде размеры рельса принято характеризовать величиной массы его погонного метра (кг/пог.м). Чем больше масса погонного метра, тем выше должно быть содержание углерода в рельсовой стали.

Марганец действует, как углерод, повышая уровень прочности и износостойкости горячекатаных рельсов. В связи с этим в стандарте Австралии AS 1085 р.1, наряду с содержанием отдельно углерода и марганца, нормируется также суммарный показатель их содержания (С+Mn/5). В стандарте ASTM А1 при высоком содержании марганца ограничено содержание никеля, хрома и молибдена, что нужно для получения однотипной структуры рельсовой стали путем обеспечения заданного уровня прокаливаемости. В марках сталей В, 3В и 90В (стандарты BS 11, ISO 5003 и UIC 860) уменьшение содержания углерода скомпенсировано увеличением содержания марганца.

В стандартах России (ГОСТ 24182, 18267) кроме пределов содержания основных химических элементов - углерода, кремния, марганца, фосфора и серы, нормируемых в большинстве зарубежных стандартов, установлены пределы содержания микролегирующих добавок: ванадий (марки стали М76В и М74В), цирконий (марки стали М76Ц, К74Ц и М74Ц), титан (марки стали М76Т, К74Т и М74Т) и ванадий вместе с титаном (марка стали М76ВТ), ограничено содержание мышьяка < 0,15% для сталей из керченских руд.

Рельсовые стали отечественного производства близки по содержанию марганца, кремния, фосфора и серы. Марки рельсовых сталей для определенного размерного типа рельса различаются микролегирующими добавками. Такие стали являются практически аналогами, поэтому в Сводном перечне они помещены друг за другом с указанием в каждой строке соответствующих им зарубежных аналогов. Повторение одной марки стали в двух и более строках Сводного перечня связано с тем, что имеется более одного аналога в стандартах одной страны. Например, в первой строке Сводного перечня указана отечественная марка стали М76 и её аналоги: по стандарту США ASTM А1 - ASTM/1, по стандарту Японии JIS 1124-1124, по стандарту Австралии AS 1085 р.11 - AS/11, по стандарту Канады CNR1 - CN/1 и по международному стандарту ISO 5003 - 2А. Во второй строке Сводного перечня для той же марки стали М76 указаны другие зарубежные аналоги: по стандарту США AREA сталь обозначена AREA/1, по стандарту Австралии AS 1085 р.1 - AS/1 и по стандарту Канады CNR12 - CN/2. Стали CN/1 и CN/2 различаются содержанием кремния, которое зависит от способа выплавки стали.

Значительное улучшение чистоты рельсовой стали и повышение её металлургического качества в России достигнуто в результате перехода от ковшового раскисления стали алюминием к раскислению её комплексным ванадий-кремний-кальциевыми, кремний-магний-титановыми и кальций-циркониевыми лигатурами. Комплексное раскисление рельсовой стали перечисленными лигатурами без применения алюминия позволило исключить образование в головке рельсов строчек включений глинозема, являвшихся очагами зарождения контактно-усталостных повреждений рельсов. Отсутствие строчечных неметаллических включений в головке рельсов привело к повышению их эксплуатационной стойкости.

В большинстве действующих стандартов право выбора способа производства стали предоставляется изготовителю, а информация о способе производства стали сообщается потребителю с помощью специальной маркировки рельсов. Известны случаи, когда в зависимости от способа разливки стали устанавливают различные пределы содержания химических элементов. Так, в канадском стандарте содержание кремния в стали при разливке в слитки составляет 0,10-0,25 %, при непрерывной разливке стали - 0,16-0.35 %.

Важным элементом технологической цепочки производства железнодорожных рельсов является противофлокенная обработка, заключающаяся в специальном режиме охлаждения горячекатаных рельсов тяжелых типов (40 кг/пог.м), обеспечивающем удаление водорода. либо в вакуумной дегазации жидкого рельсового металла перед разливкой. В стандарте канадских государственных железных дорог установлена норма максимально допустимого содержания водорода в вакуумированной стали.

Контроль технологии производства рельсовой стали в горячекатаном состоянии осуществляется путем определения механических свойств при испытании на растяжение образцов, вырезанных из головки рельсов, и измерением твердости по Бринеллю. При испытаниях на растяжение в большинстве случаев определяют временное сопротивление разрыву (предел прочности) и относительное удлинение, иногда - относительное поперечное сужение.

Производится также контроль макроструктуры горячекатаных рельсов с оценкой качества по специально разработанным шкалам макроструктур.

Качество рельсов оценивается также по отсутствию или наличию признаков разрушения отрезков рельсов в результате удара падающим грузом. Вес падающего груза (как правило, 1000 кг), высота падения груза и расстояние между опорами, на которые в горизонтальном положении устанавливается испытываемый отрезок (проба) рельса, задаются в зависимости от типоразмера рельса по уравнению или специальной таблице, приведенным в соответствующем стандарте. Удар производится по середине между опорами рельсовой пробы.

Свойства термически упрочненных рельсов оцениваются в стандартах механическими характеристиками: при испытаниях вырезанных из головки рельса образцов на растяжение, ударной вязкостью при комнатной и пониженных (-40°С, -60°С) температурах испытания и твердостью, измеряемой по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу и Шору. Нормируются также микроструктура и глубина закаленного слоя, которые зависят как от химического состава рельсовой стали, определяющего уровень её прокаливаемости, так и от технологии термической обработки.

3. Технология производства рельсовых сталей

В кислородных конвертерах верхнего и комбинированного дутья дефос-форация начинается с первых минут продувки. Однако, при содержании углерода около 0,6 - 0,9% содержание фосфора в металле стабилизируется или даже несколько увеличивается. Дальнейшее понижение концентрации фосфора наблюдается при значительно более низком содержании углерода. Поэтому при высоком содержании фосфора в чугуне и прекращении продувки на марочном содержании углерода концентрация фосфора в металле обычно выше требуемого содержания его в стали.

Для получения требуемого содержания фосфора в высокоуглеродистой стали, которую выплавляют с прекращением продувки на марочном содержании углерода, используют обновление шлака. При этом понижается производительность сталеплавильных агрегатов, увеличиваются расходы шлакообразующих и чугуна.

На разных заводах повалку конвертера для слива шлака проводят при содержании углерода 1,2 - 2,5%. При содержании фосфора в чугуне 0,20 - 0,30% шлак обновляют дважды при содержании углерода 2,5 - 3,0% и 1,3 - 1,5%. После скачивания шлака в конвертер присаживают свежеобожженую известь. Содержание FeO в шлаке поддерживают в пределах 12 - 18%, изменяя уровень фурмы над ванной. Для разжижения шлака по ходу продувки присаживают плавиковый шпат в количестве 5 - 10% от массы извести. Эти мероприятия позволяют к моменту окончания продувки до марочного содержания углерода в стали получить концентрацию фосфора не более 0,010 - 0,020%.

Во время выпуска металл раскисляют в ковше ферросилицием и алюминием. При этом обязательной операцией является отсечка конвертерного шлака. Попадание его в ковш приводит к рефосфорации металла при раскислении и, особенно, при внепечной обработке под восстановительным шлаком для десульфурации.

Продувка металла в конвертере до низкого содержания углерода позволяет провести глубокую его дефосфорацию. В связи с этим некоторое распространение получила технология выплавки в кислородных конвертерах рельсовой и кордовой стали, которая предусматривает окисление углерода до 0,03 - 0,07% и последующее науглероживанием металла в ковше нефтяным коксом, антрацитом и др. Использование такой технологии требует наличия чистых по вредным примесям и газам карбюризаторов. Это вызывает необходимость в специальной их подготовке, организация которой может создавать значительные трудности.

На некоторых предприятиях используется технология производства рельсовой и кордовой стали в кислородных конвертерах путем выплавки низкоуглеродистого металла и последующего науглероживания его жидким чугуном, который заливают в сталеразливочный ковш перед выпуском плавки из конвертера. Ее использование предполагает наличие чугуна достаточно чистого по содержанию фосфора. Для получения содержания углерода в стали в требуемых пределах окончательное науглероживание раскисленного металла проводят твердыми карбюризаторами в процессе вакуумной обработки.

Вследствие низкого содержания кислорода в высокоуглеродистой рельсовой стали высокая степень чистоты ее по оксидным включениям может быть получена и без применения таких относительно сложных видов внепечной обработки, как вакуумирование или обработка на УКП. Обычно для этого достаточно продувки металла в ковше инертным газом. При этом, чтобы избежать вторичного окисления металла, ковшевой шлак должен содержать минимальное количество оксидов железа и марганца.

С этой целью при выплавке рельсовой стали в дуговых сталеплавильных печах, конструкция которых не предусматривает эркерного выпуска металла, рекомендуется проводить сокращенный восстановительный период плавки. Для этого после получения требуемого содержания фосфора в металле шлак окислительного периода плавки из печи сливают. Проводят предварительное раскисление стали кремнием и марганцем, которые вводят в печь в виде ферросилиция и ферромарганца или силикомарганца. Затем наводят в печи новый шлак, который перед выпуском плавки раскисляют молотым коксом или электродным боем и гранулированным алюминием. Возможно также использование с этой целью порошкового ферросилиция. Окончательное раскисление стали кремнием и алюминием производят в ковше во время выпуска. После выпуска в ковш металл продувают инертным газом для гомогенизации и, главным образом, для удаления скоплений А12О3. При эксплуатации рельсов скопления А12О3 вызывают возникновение расслоений в рабочей части головки рельса. Следствием расслоения может быть полное отделение отслоенных 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 сталеплавильных печах, является модифицирование неметаллических включений обработкой стали кальцием. Обычно с этой целью используют силикокальций, который вводят в металл в составе порошковой проволоки или вдувают в потоке аргона через погружаемые в расплав фурмы.

4. Производство рельсовой стали с применением модификаторов

Рельсы выходят из строя по дефектам контактно-усталостного происхождения. В порядке одиночной смены из эксплуатации по этим дефектам до 50 % рельсов. Причиной образования дефектов является высокотвердые неметаллические включения типа глинозема (А12 O 3) и алюмосиликатов, вытягивающихся в строчки вдоль направления прокатки. В литом металле они образуют скопления, которые при прокатке дробятся и вытягиваются, образуя строчки, длина которых может достигать десятков миллиметров. Сама по себе величина отдельных включений глинозема (корунда) также влияет на величину напряжений и деформации в микрообъемах металла. Показано, что наибольшую опасность в рельсовой стали представляют включения корунда 30 мк [I]. По другим данным, строчечные включения корунда становятся опасными, снижающими усталостные свойства уже при величине 7-100 микромикрон .

Потому все работы при производстве рельсовой стали направлены на снижение как размера остроугольных включений, так и поиска решений по снижению длины их строчек в прокатанном металле.

В некоторой степени снизить загрязненность металла позволяет продувка металла в ковше инертным газом, вакуумирование, применение (одновременно с продувкой) наводки нового шлака твердыми шлаковыми смесями с отсечкой в ходе выпуска металла из сталеплавильного агрегата печного шлака [З]. Однако более координально проблема решается при условии применения для обработки рельсовой стали модификаторов.

На НТМК на первых стадиях экспериментов были применены модификаторы, содержащие кальций и цирконий. При этом на опытных плавках при наполнение ковша металлом (мартеновская плавка 440 т) на 1/5 его высоты порциями вводили FeSiCa (3,2 кг/тон) , а после него порциями - SiZr - 0,45 кг/тон. Дачу ферросплавов заканчивали при наполнении 2/3 ковша. Обнаруживали, что на опытном металле длина строчек 4 мм отсутствует, на обычном - более 20 % образцов со строчками 4-16 мм.

В дальнейшем , при использовании комплексных сплавов на базе силикокальция с цирконием и алюминием, расход 1,9 кг/тн. Оптимальный состав применяемого модификатора 6-7% Zr и 5-7% А1. При этом удалось обеспечить уровень ударной вязкости рельсов не менее 0,25 Mg 7/ M 2, а строчек длиной более 2 мм не обнаруживалось.

Украинские исследователи провели работу по опробованию лигатур с Mg и Ti при выплавке рельсовой стали в конвертерах и мартеновских печах [б]. Применение сплавов с Mg, Ti и А1 (55-58% Si, 4-5% Mg, 4-7% Ti) для модифицирования рельсовой стали в ковше позволило локализовать усадочные дефекты в прибыльной части слитка, уменьшить ликвацию элементов, на 27-32%о повысить износостойкость металла, но длина строчек глинозема была значительной, в среднем 5,3 мм. После использования лигатур без алюминия удалось снизить количество глиноземных включений и длину строчек. Присадка комплексной лигатуры СмтТи в ковш без присадки А1 обеспечила снижение пораженности рельсов поверхностными дефектами, в основном по пленам, на 5-8%о, добиться повышения выхода рельсов 1 сорта на 1,8-4,5%о. Длина строчек не достигала 2 мм, эксплуатационная стойкость и надежность опытных рельсов, соответственно, на 20-25%о выше, чем из стали, раскисленной алюминием.

Следующей попыткой снижения загрязненности рельсов строчечными оксидными включениями явилось применение для модифицирования стали сплава, содержащего барий алюмобария . При этом достигнуто более глубокое раскисление металла, общее содержание кислорода с 0,0036-0,006%о до 0,0026%о и уменьшение анизотропии пластических свойств. Модификатор присаживали в ковш.

Четвертая группа попыток по улучшению качества рельсовой стали связана с появлением в составе модификаторов, идущих для обработки жидкого металла в ковше, ванадия. Причем ванадием металл микролегируется (его содержание 0,005-0,01%) из имеющего в составе лигатур (содержание компонентов в таких лигатурах не установлено) и из природного легированного ванадием чугуна . В этой же работе приводятся данные по микролегированию цирконием ванадийсодержащего металла. При этом достигается повышение предельной контактной выносливости термоупрочненных рельсов на 7,2% и снижение их износа на 23%. Отмечается , что наиболее высокую надежность и долговечность имеют рельсы из стали, раскисленной кальцийсодержащей лигатурой с ванадием.

Опыт использования комплексных ферросплавов с ванадием и присадкой их в ковш при получении рельсовой стали описан в работах проведенных на Кузнецком металлургическом комбинате .

Микролегирование в ковше, из-за имеющихся и нерегулируемых процессов при вводе модификаторов в ковш (окисление металла, температура, момент присадки) носит не стабильный характер, усвоение легкоокисляющихся компонентов лигатур (магния, кальция, циркония, ванадия) низкое, а расход их составляет 3-4 кг на тонну, поэтому группа исследователей на комбинате ОАО "Азовсталь" при производстве рельсовой стали изменили модифицирование с помощью ввода проволоки со сплавом КМКТ (содержание элементов не сообщается) .

Таким образом, проблема повышения усвоения легкоокисляющихся элементов, вводимых в жидкий металл в составе комплексных сплавов, существует. Поэтому разработка и применение новых методов введения модификаторов, в частности, на разливке имеет актуальное значение.

Заключение

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.

Рельсовую сталь, содержащую 0,60 - 0,80% С, и аналогичную ей по составу кордовую выплавляют в кислородных конвертерах и дуговых сталеплавильных печах. Наиболее сложной задачей при производстве этих марок стали является получение низкого содержания фосфора в металле при прекращении продувки на марочном содержании углерода.

В дуговых сталеплавильных печах рельсовую и кордовую сталь выплавляют по обычной 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. При этом также обязательно используются мероприятия, направленные на предотвращение попадания печного шлака в сталеразливочный ковш.

Международным союзом железных дорог (МСЖД) разработан международный стандарт UIС 860, касающийся качества и способов изготовления рельсовых сталей и условий приемки рельсов разных весовых категорий, нетермообработанных, изготовленных из обычных и износоустойчивых сталей. Свойства рельсовых сталей определяются прежде всего содержанием углерода. Оно было принято за основу при определении аналогов сталей в различных стандартах.

Рельсовая сталь должна обладать высокой прочностью, износостойкостью и не иметь местных концентратов напряжения металлургического происхождения. В средней трети ширины подошвы и на верхней плоскости головки допускаются единичные пологие зачистки плен, забоин, рисок глубиной до 0 5 мм, a IB остальных местах - до 1 мм.

Список использованных источников

1) Кудрин, В.А. Технология получения качественной стали [Текст] // В.А. Кудрин, В.М. Парма. - М: Металлургия, 1984. 320 с.

2) Поволоцкий, Д. Я.Электрометаллургия стали и ферросплавов [Текст] / Д.Я. Поволоцкий, В. Е.Рощин, М. А. Рысс и др. - М.: Металлургия, 1984. - 568с.

3) Симонян, Л.М. Металлургия спецсталей. Теория и технология спецэлектрометаллургии: Курс лекций [Текст]. / Л.М. Симонян, А.Е. Семин, А.И. Кочетов. - М.: МИСиС, 2007. - 180 с.

4) Кудрин, В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов. - М.: «Мир», ООО «Издательство ACT», 2003.- 528 с.

5) Гольдштейн, М.И. Специальные стали: учебник для вузов [Текст] / М.И. Гольдштейн, Грачев С.В., Векслер Ю.Г. - М.: Металлургия, 1985. - 408 с.

6) Падерин, С.Н. Теория и расчеты металлургических систем и процессов [Текст]. / С.Н. Падерин, В.В. Филиппов. - М.: МИСиС, 2002. - 334 с.

7) Братковский, Е.В., Электрометаллургия стали и спецэлектро-металлургия [Текст] / Е.В. Братковский, А.В. Заводяный.- Новотроицк: НФ МИСиС, 2008.

8) Кудрин, В.А. Теория и технология производства стали: учебник для вузов [Текст] / Ю.В. Кряковский, А.Г. Шалимов. - М.: «Мир», ООО «Издательство АСТ», 2003. - 528 с.

9) Воскобойников, В.Г. Общая металлургия: учебник для вузов [Текст] / В.Г. Кудрин, А.М. Якушев. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. - 768 с.

10) Альперович, М.Е. Вакуумный дуговой переплав и его экономическая эффективность/ М.Е. Альперович. -- М.: Металлургия, 1979. -- 235 с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Производство стали в кислородных конвертерах. Легированные стали и сплавы. Структура легированной стали. Классификация и маркировака стали. Влияние легирующих элементов на свойства стали. Термическая и термомеханическая обработка легированной стали.

реферат , добавлен 24.12.2007


Металлургия стали как производство. Виды стали. Неметаллические включения в стали. Раскисление и легирование стали. Шихтовые материалы сталеплавильного производства. Конвертерное, мартеновское производство стали. Выплавка стали в электрических печах.

контрольная работа , добавлен 24.05.2008


Классификация и маркировка стали. Характеристика способов производства стали. Основы технологии выплавки стали в мартеновских, дуговых и индукционных печах. Универсальный агрегат "Conarc". Отечественные агрегаты ковш-печь для внепечной обработки стали.

курсовая работа , добавлен 11.08.2012


Основные способы производства стали. Конвертерный способ. Мартеновский способ. Электросталеплавильный способ. Разливка стали. Пути повышения качества стали. Обработка жидкого металла вне сталеплавильного агрегата. Производство стали в вакуумных печах.

курсовая работа , добавлен 02.01.2005


Строение и свойства стали, исходные материалы. Производство стали в конвертерах, в мартеновских печах, в дуговых электропечах. Выплавка стали в индукционных печах. Внепечное рафинирование стали. Разливка стали. Специальные виды электрометаллургии стали.

реферат , добавлен 22.05.2008


История развития выплавки стали в дуговых электропечах. Технология плавки стали на свежей углеродистой шихте с окислением. Выплавка стали в двухванном сталеплавильном агрегате. Внеагрегатная обработка металла в цехе. Разливка стали на сортовых МНЛЗ.

отчет по практике , добавлен 10.03.2011


Сферы применения инструментальной углеродистой стали и ее потребительские свойства. Разделение инструментальной углеродистой стали по химическому составу на качественную и высококачественную. Технологии производства и технико-экономическая оценка.

курсовая работа , добавлен 12.12.2011


Анализ мирового опыта производства трансформаторной стали. Технология выплавки трансформаторной стали в кислородных конвертерах. Ковшевая обработка трансформаторной стали. Конструкция и оборудование МНЛЗ. Непрерывная разливка трансформаторной стали.

дипломная работа , добавлен 31.05.2010


Механизмы упрочнения низколегированной стали марки HC420LA. Дисперсионное твердение. Технология производства. Механические свойства высокопрочной низколегированной стали исследуемой марки. Рекомендованный химический состав. Параметры и свойства стали.

контрольная работа , добавлен 16.08.2014


Применение и классификация стальных труб. Характеристика трубной продукции из различных марок стали, стандарты качества стали при ее изготовлении. Методы защиты металлических труб от коррозии. Состав и применение углеродистой и легированной стали.