Способ термической обработки рельсов

СОКИ СОВЕТСНИХООИЛЮПНЕЦЮ%РЕСПУБЛИК ае ю зЮ С 21 Э 9/04 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Всесоюзный ордена Трудового(56) 1. Авторское свидетельство СС,й 461141, кл. С 21 Р 9/04, 1972.2, Авторское свидетельство СССРУ 114390, кл. С 21 Р 9/04, 1948,ю(54)(57) СПОСОБ ТЕРИИЧЕСКОИ ОБРАБОТКИ РЕЛЬСОВ, включаеций их нагрев до температуры аустенизации, закалку поверхности катания и окончательное охлая 1 цение о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эксплуа" тационной стойкости и надежности ;рельсов за счет оптимизации структу" ры и свойств по сечению рельса, охлаждение рельса после поверхностной закалки производят со скоростью .ие более 0,05 град/с.30 Использование низколегированной рельсовой стали связано с тем, что вследствие интенсификации работы же-. лезнодорожного транспорта существует задача создания высокопрочных рельсов, обладающих в 1,5-2,0 раза большей эксплуатационной стойкостью по сравнению с термически упрочненными рельсами современного промышленного производства. Такое повьппение эксплуатационной стойкости может быть достигнуто за счет увеличе- ния общей и контактно"усталостной прочности головки рельса (НВ Ъ 430) при условии сохранения на прежнем уровне показателей надежности (удар 1 1118 бИзобретение относится к способамтермической обработки рельсов иможет быть использовано также длятермической обработки других прокатных профилей.5Известен способ термической обработки рельсов, включающий закалку,объемный отпуск и дополнительныйотпуск подошвы и шейки при температуре более 500 С в принудительно 1 Оизогнутом состоянии подошвой наружу. Способ направлен на созданиедифференцированных свойств по сечению рельса: высокой прочности головки и высоких значений вязкостй шейки и подошвы 1 ,Однако известный способ не обеспечивает оптимального сечения механических свойств,Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемомурезультату является способ термической обработки рельсов, включающийизотермическую выдержку при 550 С,объемный нагрев рельса до температуры аустенизации, кратковременнуюзакалку поверхности катания, например, водоструйным охлаждением и окончательную нормализацию, при которойподошва и шейка рельса остывают сопределенной скоростью 2 1,Существенным недостатком этогоспособа является то, что в случаеиспользования низколегированной рельсовой стали скорость охлажденияпри нормализации не является оптимальной с точки зрения полученияв подошве и шейке рельса необходимыхсвойств и структуры, в том числе высоких значений вязкости и пластичности,4 Ообеспечивающих надежную и безопаснуюработу рельсов в эксплуатации. 98 1ной вязкости, стойкости при копровых испытаниях, низких остаточныхнапряжений и др.) .Перечисленные известные способы применяются для термической обра/ботки рельсов из углеродистой стали. Поверхностная закалка создает в головке этих рельсов структуру тонкопластинчатого сорбита закалки с твердостью, не превышающей НВ 380- 390. Твердость достигает максимально возможного значения НВ 400 в случае применения заэвтектоидной углеродистой стали с содержанием углерода до 0,87 Ж, раскисленной кремниймагнийтитановой лигатурой, Требуемая прочность высокопрочных рельсов может быть получена применением высокоуглеродистой низколегированной стали и поверхностной закалкой головки на мартенсит с последующим отпуском (самоотпуском) на структурутроостит отпуска.В результате дополнительного легирования, например, марганцем, хромом, кремнием или другими легирующими добавками меняется кинетика распада аустенита при охлаждениии соответственно термокинетическаядиаграмма, повьппается,прокаливаемость высокопрочной рельсовой стали. В этом случае нормализация подошвы и шейки рельса может привести к образованию неоднородной структуры, не обладающей необходимыми вязкостью и пластичностью.Цель изобретения - повышение эксплуатационной стойкости и надежности за счет оптимизации структуры и свойств по сечению рельса.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу термической обработки рельсов, включающему нагрев до температуры аустенизации, закалку поверхности катания и окончательное охлаждение, охлаждение рельса после поверхностной закалки производят со скоростью не более 0,05 град/с.Выбор величины предлагаемого параметра (скорости охлаждения объемнонагретого рельса после поверхностной закалки), а также протяженностьтемпературного интервала охлажденияс заданной скоростью обусловлены тер - мокинетическими диаграммами распада аустенита рельсовых сталей различного химического состава. ПринятаяЖскорость охлаждения должна обеспечить получение однородной структуры сор3 11186 бита закалки без участков мартенсита и высокий уровень вязкости и пластичности в подошве и шейке рельса.Температура, до которой надо охлаждать рельс с заданной скоростью, определяется концом фазовых превращений; Температурный интервал контролируемого охлаждения рельсовых сталей равен 100-150 С следовательно, продолжительность контролируе О мого охлаждения может варьироваться от получаса до нескольких часов.Предлагаемый способ осуществляют, например, помещением рельса сразу после выхода его из закалочной маши ны в специальные утепленные или подо греваемые муфели, короба или другие устройства, где его охлаждают с заданной скоростью,П р и м е р. Проводили обработку 20 полнопрофильных рельсовых проб по способу-прототипу и по предлагаемому способу. Рельсы изготавливали из стандартной углеродистой стали типа 75 Г и иэ низколегированной 25 высокоуглеродистой стали типа 75 ХГС. Нагрев рельсовых проб вели до температуры аустенизации 840 С. Закалку поверхности катания осуществляли непрерывным охлаждением водо- воздушной смесью до 200 С. Последующее окончательное охлаждениеповерхностно закаленных рельсовых проб проводили при определенной для каждого опыта скорости охлаждения (0,08, 0,05 и 0,02 град/с)Сравнение результатов обработки по предлагаемому способу и способу- прототипу приведено, в таблице.Из данных таблицы видно, что зака-;4 О ленные по известному способу рельсы, изготовленные из низколегированной стали, значительно превосходят термообработанные по этому же способу . рельсы из углеродистой стали по45 прочностным свойствам головки при одинаковой ударной вязкости ее и дотаточном уровне показателей пластичности. Таким образом, по свойст- ам головки закаленные рельсы из50 низколегированной стали удовлетворяют требованиям, предъявляемым к рельсам высокой прочности. Однако комплекс свойств, получаемый в по- . 98 4дошве этих рельсов, является явно неудовлетворительным. Низкий уровень ударной вязкости и пластичности подошвы и шейки не гарантирует надежной безаварийной работы рельсов в пути. Рельсы имеют высокие остаточные напряжения . Уменьшение скорости охлаждения поверхностно закаленных рельсов из низколегированной стали в соответствии с предлагаемым способом от 0,08 град/с до 0,05 град/с и ниже, не изменяя комплекса свойств головки, за счет получения в шейке и подошве однородной структуры при медленном охлаждении приводит к значительному повышению ударной вязкости этих элементов профиля рельса (до 4,5 кгсм/см вместо 1,2 кгсм/см ) и пластичности.гПри этом намного возрастает работа разрушения рельсов при копровых испытаниях и уменьшается уровень остаточных напряжений. Следовательно, при предлагаемом способе термической обработки достигается необхо,димый комплекс свойств высокопрочных рельсов, предназначенных для перспективных условий эксплуатации,г Использование предлагаемого способа термической обработки рельсов по сравнению с известным обеспечивает необходимый уровень показателей эксплуатационной надежности рельсов за счет оптимизации структуры, увеличения вязкости и пластичности по сечению рельса, снижения уровня остаточных напряжений, Кроме того, достигается значительное повышение . эксплуатационной стойкости высоко- прочных рельсов из низколегированной стали по сравнению с термически упрочненными рельсами из стандартной углеродистой стали. Ожидаемый экономический эффектот внедрения высокопрочных рельсов,получаемых по предлагаемому способутермической обработки и имеющих эксплуатационную стойкость в 1,5 раза вьппе, чем стандартных термоупрочненных рельсов, при объеме годового производства в 100 тыс,т рельсовсоставит 0,35 мпн.руб.1118698 Способ-прототип Предлагаемый способ Показатели 75 Г 75 ХГС 75 ХГС Марка стали 0,08 0,08 0,02 0,05 145/87 127/97 145/117 145/79 100/45 98/46 90/56 100/68 Относительное удлинение д", % 12/13 8,7/15,5 8,5/15 8,5/5,0 35/50 Относительное сужение Ю, 7 39/36 35/12,0 35/50 Твердость, НВ 13,0 5,0 7,0 14,0 2 0 4.,0 2,2 3П р и м е ч а н и е: В числителе приведены свойства головки,в знаменателе - подошвы и шейки рельсов. Составитель И,ЛипгартРедактор Т.Колб ,: Техред Л,Коцюбняк Корректор ., Е.Сирохман.Тираж 539 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж,.Раушская наб., д. 4/5 Заказ 7378/20 Филиал Ппп "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Скорость охлаждения подошвы,град/с Временное сопротивление 4,кгс/мм Предел текучести,йбр кгс/мм Ударная вязкость при20 С й кгсм/смн Работа разрушения при копровых испытанияхпри -60 С, А, тм Остаточные напряжения, величинарасхожденияпаза, мм 2,8/3,0 360/220 2,4/1,2 415/325 2,4/4,5 415/200 2,5/4,0410/250.,