Способ правки профилей

(594 В 21 ПИ Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕН елка профи- МеталлурЮ С ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) Раймон Ив Дерош, Ив Бурдони Андре Фаессель(54)(57) СПОСОБ ПРАВКИ ПРОФИЛЕЙ,прикотором профиль подвергают напряжению растяжения, превышающему пределупругости материала профиля, до ве 8012321 личины напряжения, соответствующейпластической деформации всего профиля, после чего напряжение растяжения снимают, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспеченияправки железнодорожного рельса, содержащего подошву, шейку и головкуи изготовленного из стали марок ссопротивлениями, превышающими.1000 Н/мм 2, и с сопротивлениями менее 1000 Н/мм 2, напряжение растяжения снимают до достижения остаточного удлинения по меньшей мере0,273 и продольных остаточных напряжений для указанных марок сталейсоответственно менее +100 Н/ммф именее +50 Н/мкф .12321Изобретение относится к оконча -тельной обработке профилей, например железнодорожных рельсов, а именно к релаксации напряжений и к прав.ке рельсов, изготовленных из сталейобычных марок, подвергнутых термообработке или из особо прочныхлегированных сталей.Целью изобретения является обеспечения правки железнодорожного рель Оса, изготовленного из стали с сопротивлениями, превышающими 1000 Н/мм,и с сопротивлениями менее 1000 Н/мм.Способ предусматривает воздействие на стальной рельс растягивающего 15напряжения,превышающего предел уп/ругости стали до величины напряжения,соответствующий общей пластическойдеформации всего рельса.Благодаря полной пластической деформации рельса вследствие растяжения не создается остаточных напряжений при выполнении правки и снижаютсяостаточные напряжения, имеющие местодо правки, 25Для сталей известных качеств и марок, подвергнутых или нет термическойобработке получают величины продольных остаточных напряжений.:менее+100 Н/мм для марок рельсовой сталипрочностью Кн )1000 Н/мм и менее+50 Н/мм для марок рельсовой сталипрочностью К ( 1000 Н/мм, начинаяс момента, когда пластическая деформация вследствие растяжения рельсасоответствует остаточному удлинениюпорядка 0,27%,Остаточное удлинение рельса 0,3%после ослабления усилия разряжениягарантирует получение приведенныхвьппе результатов. Снижение внутреннихостаточных напряжений рельса повышает вязкость и сопротивление усталостным напряжениям.Остаточные напряжения не могутбыть уменьшены значительным образом,начиная с момента, когда вся совокупность материала, образующегорельс, начинает претерпевать общуюпластификацию. Поэтому не следуетподвергать рельс действию усилийрастяжения, соответствующих величинам .остаточного удлинения, превьппающим 1,5%. кон СС , АА и РР ) неодинаковая.Сущность изобретения состоит в том,что рельс на каждом из его концовподвергают воздействию усилия растяжения, которое выравнивает длину волокон под действием напряжения (о )превьппающего предел упругости на 0,2%(Кр 0,2) . Степень удлинения, необходимая для этой операции, должна бытьдля наименее вытянутого волокнавыше степени удлинения, соответствующей изгибу начала пластификации ста"ли. Тогда к выправляемому рельсу прилагают усилие растяжения, превьппающее предел упругости, таким образом,чтобы получить после ослабления усилия остаточное удлинение по меньшеймере 0,27%. Это небольшое остаточноеудлинение позволяет получить прямыерельсы с меньшим повреждением матеоиала, чем при правке с помощью роликов. Поскольку кривизна рельсов невсегда одинакова по длине заготовок,в отдельных местах могут иметь месторадиусы кривизны, меньшие общего раНа фиг. 1 представлен рельс, попе 55речное сечение; на фиг. 2 - рельс,выходящий иэ охладителя; на фиг.3диаграмма, показывающая кривую напря 25 2жений, получаемых в зависимости от созданных удлинений; на фиг 4 - схема снижения остаточных напряжений в различных составляющих частях рельса в зависимости от степени остаточного удлинениядля рельса, выходящего из охладителя; на фиг, 5 диаграмма, показывающая результаты эмпирического сравнения состояния остаточных напряжений вследствие надпилов шейки и отклонения головки для концов невыправленных рельсов, рельсов, выплавленных на роликовых правильных машинах, и рельсов, выправленных по предлагаемому способу; на фиг. б - сравнение кривых растрескивания от распространения трещины во время испытаний на знакопеременный изгиб, проведенных на рельсах из особо прочной легированной стали (естественно высокоуглеродистой стали 01 С, К1100 Н/мм; на фиг, 7 поверхности разрыва четырех образцов рельса из особо прочной стали (К1080 Н/мм"), соответственно выправ ленных с помощью роликов, выправлен- ных растяжением, невыправленных (сырой материал из охладителя) и выправленных с помощью роликов с последующим растяжением.Рельс 1, выходящий из охладителя,имеет форму левой кривой. Следовательно длина образующих волокон головки 2, шейки 3 и подошвы 4 рельса 1 (воло3 1232 диуса. Остаточное удлинение порядка нескольких десятых процента позволяет устранить наиболее короткие и более длинные складки.Существование внутренних напряжений вследствие охлаждения обусловливает различную длину волокон в рельсе, Правка рельса пластическим удлинением всех волокон и предпочтительным пластическим удлинением наиболее, коротких волокон приводит к релаксации внутренних остаточных напряжений стали. На фиг. ч приведен пример развития остаточных продольных напряжений в зависимости от степени остаточного удлинения для 15 рельса из обычно применяемой марки стали, где на абсциссе - остаточное удлинение Я, а на одинате - продольное остаточное напряжение Ь ("-" для сжатия, "+" для растяжения). Кривая 20 5 характеризует остаточное напряжение подошвы, а кривая 6 - остаточное напряжение головки рельса. Остаточные напряжения остаются постоянными и высокими до тех пор, пока усилия растяжения, прилагаемые к рельсу, располагаются в области упругости стали (О, 1853): остаточные напряжения равномерно уменьшаются за пределами области упругости, достигая постоянных минимальных величин, начиная с остаточного удлинения порядка 0,277,Область остаточного удлинения, заключенная между пределом упругости ( с = 0 2 Е) и минимальными значениямио35 остаточных напряжений (в данном случае Б 10 Н/мм для Е0,277), является областью погрешности. Начиная с минимального значения остаточного напряжения (Е 0,277. или О,ЗЕ), уве личение остаточного удлинения не дает положительных результатов, Если это не повышение предела упругости вследствие холодной деформации, то повышение предела упругости может быть произведено по желанию; например, для естественно высокоуглеродистой стали марки А нормы 01 С или для марки АКЕА повышение предела упругости составляет порядка 100 Н/мм для дополнитель.50 ного остаточного удлинения 17, т.е. степени остаточного удлинения 0,37, в данном случае достаточно для снятия остаточных напряжений или для их уменьшения в отношении порядка 10:1.55Результаты измерений, полученные методом резки, подтверждаемые методами отверждения и сверла, остаточных25.напряжений рельсов, выправленных по известному (с помощью роликов) и предлагаемому способам соответственно 073 В 10 и 073 П 09 приведены в табл. 1; рельсов 236 Р 23 - в табл. 2, рельсов 150 С 13 - в табл.З.По сравнению с известным способом правки рельсов предлагаемый способ при степени остаточного удлинения О,ЗЕ - 1,07. обеспечивает снижение уровня остаточных напряжений по меньшей мере в 5-10 раз и разброса величин остаточных напряжений в 5 раз.Релаксация внутренних остаточных напряжений такова, что нет существенной разницы между уровнем напряжений рельсов, выправленных растяжением, и уровнем напряжений материалов с ослабленными напряжениями,служащих эталонами при эталонировании тензометрических датчиков. Например, при способе правки с помощью роликов напряжения сжатия достаточно большие как в продольном, так и в поперечном направлениях в шейке рельса и в местах соединений, причем эти напряжения уравновешиваются, особенно в продольном направлении, сильными напряжениями растяжения в головке и подошве рельса. При способе правки растяжением остаточные напряжения слабее и намного более равномерны.Эмпирическая проверка релаксации внутренних напряжений, возникших вследствие правки растяжением, заключается в отделении головки рельса от остального профиля и в измерении его отклонения Й на стыке по мере продвижения вперед линии пропила. Результаты испытаний, проведенных на рельсе Б 1 С 60 ИРВ, представлены на диаграмме фиг, 5, абсцисса которой указывает длину Ь пропила, а ордината - отклонение Г головки с пропилом относительно остальной части рельса на егостыке. Кривая 7 показывает, что рельс 01 С 60 ЮВ, выправленный с помощью роликов, имеет отклонение головки Й 2 мм при длине пропила 1. 500 мм, а кривая 8 - отклонение Е невыправленного рельса изменяющиеся от 0 до 0,8 мм. Кривые 9 и 10 показывают,что рельсы, выправленные растяжением при остаточном удлинении 0,3-13, имеют отклонение 2 соответственно 0,2 и -О, 1 мм (небольшое перекрытие) при длине пропила 1. 500 мм, Найдено отно 1232125шение величин Г порядка 1;10 в поль -эу предлагаемого способа. Минимальнаястепень остаточного удлинения порядка 0,3 Е необходима для получения максимальной релаксации внутренних напряжений: степень удлинениябольше 1,57. не дает дополнительныхпреимуществ,Испытания на усталость состоят в 1 Отом, что отрезок рельса с надпиломна головке подвергают знакопеременному изгибу на базе 1,400 м при частоте 10 Гц под нагрузкой порядка14 т в период инициирования растрескивания и 9 тн в период распростра -нения растрескивания, прилагаемойк головке в двух отстоящих одна отдругой на 150 мм точках, расположенных симметрично по обе стороны центрального поперечного пропила.Распространение усталостной трещины, начиная от пропила регистрируется с помощью тенэометрических датчиковс использованием метода, называемого 25электрическим и основывающегося наизменении сопротивления рельса в про -цессе развития трещины. Путем изменения амплитуды прилагаемых напряженийпроизводят ряд отметок по числу данных суммарных циклов и строят кривую,показывающую глубину трещины Р в зависимости от числа Н осуществленныхциклов,В первом примере испытания проведеЗ 5ны на двух отрезках рельса П 1 С 60марки Б из естественно высокоуглеродистой стали, полученных иэ одной итой же заготовки, один из которыхвыправлен с помощью роликов, а другой - растяжением.В табл. 4 показано, что число циклов, необходимых для инициирования растрескивания, и число циклов, необходимых для его распространения, при равных условиях испытаний, значительно вьппе при правке растяжением, что свидетельствует о лучшей вязкости и следовательно повьппенной наФ Э50 д ежи ос ти.Иэ фиг, 6: следует, что сопротивление усталостным напряжениям рельса, выправленного растяжением (кривая 12), вьппе такового рельса, выправленного с помопью роликов (кривая 11) отношение поверхностей усталости при правке растяжением и роликами составляет 1,55, Кривые 11 и 12 отображают данные табл. 4 (р=Г/И/).Во втором примере указанные испытания проведены на четырех отрезках рельса 136 ВЕ иэ легированной или хромкремневанадиевой стали с сопротивлением разрыву К1080 Н/мм, полученных из одной и той же заготовки: выправленном роликами, выправленном растяжением, выправленном (сырой материал из охладителя), выправленном роликами с последующим растяжением. В табл. 5 показано повышение числа циклов инициирования и числа циклов распространения при правке растяжением сравнительно с правкой роликами.Кривые 13-16 на фиг, 7 отображаютданные табл. 5 (р = Е/И/) для рельсовиэ стали 136 КЕ, выправленных роликами (кривая 13), невыправленных(кривая 15)и выправленных роликамис последующей правкой растжением(кривая 16). Из табл. 5 и кривых13-16 на фиг, 7 следует, что сопротивление рельса распространению растрескивания улучшается, когда рельс,выправленный роликами, подвергают правке расияжением с остаточным удлинением по предлагаемому способу длярелаксации остаточных напряжений,Улучшение стойкости рельсов к скорости растрескивания связано со снижением остаточных напряжений и, вчастности, с квази-исчезновениемостаточных напряжений растяжения,возникающих в головке рельса в случаеправки роликами. Снижение остаточных напряжений позволяет удовлетворить потребности железнодорожныхсетей, в частности испытывающих большие нагрузки (например, шахтных путей), Правка растяжением значительноповышает сопротивление рельсов усталостным напряжением по сравнению справкой на роликовых машинах,Правка растяжением обеспечивает,кроме того, повышение предела упругости металла в противоположностьспособу правки роликами, которыйимеет склонность снижать этот предел. Это преимущество имеет особуюценность для головки рельса, поскольку более высокий предел упругостипозволяет создавать колеса с высокойСпособ правки Основное напряженке Предлагаемый Извест ФЮ Кссжатии,женинН/мм-260 б 250 е -20 Б вертмк 2 б л Основное напряженке пособ правк едлагаемый прн кениявестный тепенн остаточного удлнХ Общи нмс.рн Общираз жа прн 6вакспрн тяа арнастяенин+3 О 0 вертикаль 150 +130 180 -40 +1 О 7 1232 нагрузкой на полотно качения рельса.Повышение предела упругости для марок стали типа 01 С 90 А или В, АКЕА и т.п. составляет порядка 100 Н/мм при удлинении 17. Это свойство наблюдается для всех марок стали,включая особо прочные легированные или обработанные стали. Расхождение предела упругости между способом правки роликами и способом правки растяже О нием составляет 207.Повышение предела упругости происходит без ухудшения критериевпластичности (распределяемое удлинение и сужение) и вязкости (К , пока1 сэатель критической интенсивности напряжения).Произведенные измерения остаточного удлинения на ряде без с отмеченными отрезками по длине рельса показа ли, что частичные остаточные напряжения, замеренные на каждой из баэ, являются постоянными и равными общему остаточному удлинению, сообщенному 125 8рельсу, Не отмечается эффектов локального сужения по длине рельсовПотеря высоты равномерна по все;" длине рельсов, так же, как и потеря ширины подошвы. Наблюдаемые незначительные изменения размеров предварительно компенсируются,как и в случае правки роликами, надлежащей калибровкой прокатным станом, что позволяет соблюдать допуски на размеры.Изобретение предлагает рельсы, которые после правки имеют низкое остаточное напряжение, а именно: меньше +50 Н/мм (+50 Н/мм при растяжении; - 50 Н/мм при сжатии) для марок рельсовой стали (подвергнутых термообработке или нет) с сопротивлением растяжению К с 1000 Н/ммф; меньше +100 Н/мм (+ 100 Н/мм при растяжении; -100 Н/мм при сжатии) для марок рельсовой стали (подвергнутых термообработке или нет) с сопротивлением растяжению К7 1000 Н/ммТ а бли да 1.10 1232125 Т а б л и ц а 3 Способ правки Основноенапряжение Известный Предлагаемый при степени остаточного удлинения, 1 Е Бпри сжатии,Н/мм макспри сжатии,Н/мм 6, продольное -145 +282 425б вертикальное -892-27 Таблица 4 Наименованиепоказателей Правка спомощьюроликов Правка Разница, 7растяже нием Число циклов инициирования 350.000 500.000 142 Число циклов распространения до явногоразрыва 750.000 1050.000 140 Критическая глубинатрещины, мм 28 112 Т а блица 5 Правка Правка роликамирастяже- с последующимнием растяжением Без правки Правка роликами Наименованиепоказателей Число циклов инициирования 400,000 420,000 850.000 1,150,000 950.000 1.500.000 1.250,000 1.400.000 Критическая глубина растрескивания, мм,28 26 (полу- ломкая) 27 Число циклов распространения до явного разрыва 6 макспри растяженииН/мм 2 Общие разме ры на пряже ний 6 макспри растяженинН/мм Общиеразмерынапряжений123225 Фик д 2 7000 Составитель Н. ЧернилевскаяТехред В.Кадар , Корректор М. Шароши едактор И. Рыбченк каз 2664/6 И по делам изобретении и открытий13035, Москва, Ж, Раусшкая наб.,д. 4 едприя г. Узгород, у роектн Тираз 783Государственноо комитета С роиэводстэенно-полиграфическ дписнР