Способ термической обработки рельсов

Изобретение относится к способу обработки железнодорожных рельсов с нагрева токами высокой частоты и может быть использовано на металлурги 5 ческих комбинатах, производящих же" лезнодорожные рельсы.Пелью изобретения является уменьшение искривления концов рельсов в вертикальной плоскости и повышение 10 производительности процесса.На фиг. 1-4 показаны схема поэтапного применения технологии правки искривленных концов закаленных рельсов, 15Рельсы, соединенные в непрерывную нить при помощи стыковок 1, скрепляющих концы уходящего 2 и набегающего 3 рельсов, движутся через рельсозакалочный агрегат со скоростью 3645 мм/с, проходят зону первичного охлаждения, где головка охлаждается во" довоздушной смесью до температуры 550450 С, затем подходят к зонеправки" концов рельсов. Зона "прав ки" расположена за зоной нагрева подошвы конца рельса межцу опорными роликами 4 и 4. По ходу движения рельсов возле опорного ролика 4 установлено устройство для нагрева подошвы, которым может быть индуктор 5 или же устройство гаэопламенного нагрева возможен и комбинированный способ нагрева - газопламенный с последующей доводкой температуры до заданной при .помощи индуктора). Концы рель 35 сов, войдя в зону расположения нагревающего устройства, подвергаются нагреву со стороны подошвы до температуры 730 С Ас ), но не выше 750 С Ас, + 20 С) на длину, равную 0,40,5 м максимальная длина кон- цевого искривления), с последующим плавным понижением ее например дой450 С в конце участка на длине 1,1 5 15 м от торца каждого рельса (фиг,1),Перемещаясь, рельсы с искривленными концамй поступают в зону "прав.ки". Иа расстоянии 0,40,5 м от торца уходящего рельса до осевой линии опорного ролика 4 к головке прик 50 ладывают усилие, например, прижимным роликом 6, который заранее выставленпо поверхности головки в средней час" ти по длине рельса то есть в той части, где искривление отсутствует),Данное положение нажимного ролика в рабочем состоянии условно считается нулевой отметкой, По мере движения искривленный конец уходящегорельса поступает поп прижимной роликИ подвергается усилиям, направленнымв противоположную сторону искривления " книзу, Одновременно подошварельса, нагретая до температурыо (" 700 С, при помощи устройств 7 и 7подвергается охлаждению, например,водой со скоростью, обеспечивающейполучение прямолинейного положенияконца рельса за счет образования остаточных тепловых напряжений, уравновешенных в объеме остальных элементов рельса (шейка и головка),Приэтом, образовавшиеся напряжения нетолько фиксируют прямолинейное положение конца рельса, но и способствуют его выравниванию,Фиг. 3. По мере выхода уже выпрямленного конца уходящего рельса 2из-под прижимного ролика 6 в зонуправки поступает конец набегающегорельса 3, который по мере выравнивания конца уходящего рельса 2 опускается книзу на определенную величинувместе со стыковкой 1 и оказываетсиловое воздействие на искривленньйконец набегающего рельса 3. Затемконец набегающего рельса попадаетпод прижимной ролик 6 и подвергает"ся воздействию усилий и охлаждению.После этого концевые участки рельсов проходят через охлаждающие устройства 7 и 7Фиг,4, Когда выправленный конецнабегающего рельса 3 пройдет черезприжимной ролик 6 усилие, прикладываемое к головке снимается эа счетподнятия ролика б кверху.Выправленные концы рельсов 2 и 3,перемещаясь проходят оставшуюся зонусамоотпуска и зону вторичного охлаждения 8, где головка и подошва подвергается окончательному охлаждениюводой до температуры окружающего воздуха. Оборудование, обеспечивающее осуществление заявляемого способа тепло-механической правки концов закаленных рельсов в вертикальной плоскости, располагается непосредственно в рельсозакалочном агрегате в начале зоны самоотпуска рельсов, которая находится между зоной окончания первичного охлаждения (закалка) и зоной начала вторичного охлаждения окончательное) рельсов.142Изобретение иллюстрировано примером его осуществления,Рельсы из углеродистой стали стандартного состава с массовой долейэлементов,Ж: 0,78 С, 0,95 Мп, 0,3281, 0,023 Б, 0,030 Р и 0,110 Аэ перед закалкой состыковывались в непрерывную нить, которая перемещаласьв рельсозакалочном агрегате со скоростью 35 мм/с. При перемещении рельсы поступали в зону индукторов, гдеголонка нагревалась до температурыаустенитизации и охлаждалась водовоздушной смесью до температурыо500 С на структуру сорбит, Затемпри перемещении рельса в агрегатеосуществляли нагрев индукФором подошвы конца рельса длиной 0,45 м до темепературы 740 С на глубину 13 мм. Длина зоны подошвы с такой температуройсоставила 0,45 м от торца в сторонусередины рельса, а затем температуру плавно снижали и на расстоянии1.,3 м от торца она составила 460 С.Пройдя зону нагрева конец уходящегорельса совместно с концом набегающего рельса поступали в активную зонуправки, расположенную между опорнымироликами с осевым расстоянием 0,81,0 м. Когда конец уходящего рельсаприближался ко второму опорному ролику (по ходу движения слева) нарасстояние 0,5 м, к головке рельсаприкладывалось усилие, прижимающееконец рельса книзу на величину, рав"ную величине его изгиба. Усилие неснималось до тех пор, пока второй конец набегающего рельса также выравни-.вался. В это время подошва конца уходящего рельса охлаждалась водой соскоростью 35 град/с при помощи водоохлаждаемых устройств, Охлаждениюподвергался и второй конец набегающего рельса до температуры 460 С. Охлаждение подошвы концов рельсов осуществляли таким образом, чтобы центральная часть ее, считая от осевойлинии профиля, охлаждалась интенсивнее периферийных участков на 7 град/с,т.е. со скоростью 42 град/с, Такоедифференцированное охлаждение подошвы осуществлялось при помощи специального устройства, в котором интенсивность охлаждения изменяли величинойдиаметра и количества отверстий,После завершения процессов нагрева и охлаждения подошвы данные устройства отключали, а усилие снимали 26744и дальнейшее перемещение рельсовойнити производили обычным путем, т.е.согласно существующей технологии.Дальнейшее охлаждение (вторичное)осуществляли одновременно двух элементов рельса головки и шейки до температуры окружающего воздуха. Систему вторичного охлаждения располага 1 О ли в зоне удерания кривизны рельсов.Как показали данные опытной проверки в результате использования заявляемого способа термической обработки рельсов уменьшается искривле 15 ние концов рельсов .в вертикальнойплоскости в основном до 0,15 мм посравнению с прототипом 0,61,,1,0 мм,а также увеличивается производительность с 5 рельсов/ч го 24 рельсов/ч.20 Концевые искривления рельсов после закалки с нагрева ТВЧ и различныхвидов правки (тепловая - прототип итепло-механическая - заявляемьй способ) приведены в таблице25 Изменение искривления концов рельсов в вертикальной плоскости взависимости от длины зоны нагрева подошвы рельса приведено в таблице 2Из таблицы 2 видно, что при нагре 30 ве подошвы рельса до заявляемой температуры Ас, - Ас, + 1020 С(730750 С) на длину от 0,8 до1,7 м от торца, вертикальное искривление кверху при тепловой правке иэЗ 5 меняется от 1,41,3 мм до 0,15.,0,10 мм.Из приведенных данных таблицы 2 .видно, что нагревать подошву рельса40 на длину свыше 1,5 м от торца нецелесообразно, т,к, уже на этой длинеобеспечивается минимум концевогоискривления (0,1 мм), которое сувеличением зоны нагрева не иэменя 45 ется. Кроме того, нагревать подошвурельса на большую длину нецелесообразно еще и с точки зрения лишнейзатраты энергоносителей. НаиболееоптиМальной зоной нагрева подошвы50 рельса, в которой обеспечивается минимальное искривление концов рельсовв вертикальной плоскости (ниже уровня требований технических условийна искривление термообработанных55 рельсов, которое не долюо превышать 0,5 мм), является участок длиной 1,1..1,5 м, на котором искривление концов рельсов происходит квер. ху, в пределах 0,300,10 мм, 1422674Нагрев участка подошвы рельса до температуры АсАс+(1020) С1730750 С) производится на длину 0,40,5 м от торца рельса, Данная длина принята на основании статистической обработки концевой искривленности рельсов в вертикальной плоскости, закаленных с нагрева токами высокой частоты, при этом в 1007 10 случаев вертикальное искривление кверху распространяется на длину 0,40,5 м от торца рельса,Изменение искривления концов рельсов в вертикальной плоскости в зависимости от температуры нагрева токами высокой частоты в исследуемом интервале температур на длине 0,40,5 и приведено в таблице 3. Из таблицы видно, что при нагревеподошвы рельса токами высокой частоты иа длине 0,40,5 м от торцарельса до температуры ниже критической точки, т,е. 680710 С, искривление концов рельсов кверху составляет 1,00,8 мм, т.е, поставленнаяцель не достигается, потому что искривление превышает требования технических условий. При нагреве до температуры 730 С искривление концоврельсов резко уменьшается и достигаетвеличины 0,40,3 мм, что ниже требований технических условий. Дальнейшее повышение температуры на1020 С выше критической, напримеро 35одля углеродистой стали до 750 С, искривление концов в вертикальной плоскости кверху уменьшается до 0;1 мм,т.е. практически отсутствует. Принагреве подошвы рельса на длине0,40,5 м от торца до температурыАс 1 +3040 С, т,е. до 760770 Свертикальное искривление концов рель"сов кверху переходит в , искривлениекнизу до величины 0,550,65 мм засчет образования в подошве рельсовсмешанной структуры, состоящей изгрубопластинчатого перлита и продуктов закалки - троостит и бейнит. Кроме того, появляются, повышенные напря"50жения, именяющие положение концоврельсов в вертикальной плоскости,Поэтому оптимальной температурой нагрева подошвы рельса на длине 0,4.0,5 м от торца является АсАсф 55+(1020) С, т.е. 730750 С,Нижний предел температуры подошвырельса на длине 1,1.,1,5 м от торца установки установлен на уровне 450 С и отвечает температуре окончаония охлаждения головки рельса, при которой формируются свойства и напряженное состояние головки. Поэтому понижение температуры нагрева подошвы рельса ниже 450 С нежелательно, т.к. будет уменьшаться пластичность металла и увеличиваться градиент температур головки и подошвы, а следовательно будет изменяться в напряженное состояние концевой части рельса и ухудШаться процесс тепло - механической правки. Повышение же температуры подошвы рельса до 500550 С на Длине 1,11,5 м от торца возможно, т.к. она соответствурт температуре самоотпуска головки рельса при которой происходит процесс тепло- механической правки.- Снижение интесивности охлаждения головки рельса к концу закалки путем прекращения охлаждения эа 1012 с до окончания закалки связано с тем, что при поверхностной закалке головки рельсов с нагрева токами высокой частоты не устраним физический процесс перегрева концевой части за счет замыкания магнитных силовых линий на конце рельса. При этом температуо ра повышается на 80120 С по сравнению с остальной частью головки. В процессе последующего охлаждения головки рельса концевая часть быстрее охлаждается, при этом происходит понижение температуры данной части головки на 50.;,80 С по сравнению с более удаленной от торцевой части. Это приводит к повышению твердости металла на НВ 5080 и наличию в структуре закаленного слоя наряду с трооститом бейнитных участков, что отрицательно сказывается на тепло- механической правке концов закаленных рельсов.усилие, подгибающее концы рельсов до прямолинейного положения, прикладывают к головке, температура которой составляет 550450 С.Как уже отмечалось, данный интервал температур головки рельса, к которым прикладывают усилие, подгибающее концы рельсов до прямолинейно" го положения, равен предельной температуре окончания охлаждения головОки рельса т.е, 450 С, и максимальной температуре головки рельса,образующейся в процессе самоотпуска,Фса, закаленного с нагрева ТВЧ прн охлаждении водоноэдушной смесью увязана с содержанием углерода в каждойплавке. Так, рельсы с содержаниемуглерода н диапазоне 0,710,823/Согласно ГОСТ 24182-80/ условно разделены на три группы с.содержаниемуглерода. в пределахф 0,710,743;0,750,783 О, 190,827 При этомс повышением углерода в рельсовойстали, твердость увеличивается. 1 см.таблицу 4),1. Способ термической обработкирельсов, включающий их стыковку исоединение нх в непрерывную нить, упругий изгиб, нагрев головки токамивысокой частоты, закалку охлаждениемводовоэдушной смесью и ее самоотпуск,поверхностный нагрев и охлаждениеподошвы рельса, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшенияискривления концов рельсов в вертикальной плоскости и повышения производительности процесса, одновремен"но с самоотпуском головки нагрев подошвы осущестнляют на конценых участках на длине 1,1 - 1,5 м от торца,при этом торцовые участки длиной0,4 - 0,5 м нагревают до температурыАс 1-. Ас 1 + (10-20) С с постепеннымпонижением температуры в остальнойчасти участка нагрева подошвы до температуры самоотпуска голонки рельса,затем со стороны головки прикладыва-ют усилие, выпрямляющее концы рель".сов, и одновременно осуществляют ох-.лаждение подошвы с последующим совместным охлаждением подошвы и головки до температуры окружающего.воздуха,2. Способ.по п.1, о т л и ч а ю " щ и й с я тем, что выпрямляющее усилие прикладывают к головке в момент гдостижения ею температуры 550 450 С,4 1 1422614 8т.е. 550 С. При этом, если принятьтемпературу головки концевого участка рельса ниже 450 С, то в закаленоном слое наряду с трооститом будутприсутствовать участки бейнита,чтоне допускается.Если принять конечную температуору выше 550 С, то н головке рельсаобразуются участки продуктов отпуска структурной составляющей закалки, что приводит к резкому снижениютвердости и несоответствию требованиям технических услоний на закаленные рельсы. В основу выбранной тем Ф о р м у л а и э о б р е т .е н и япературы нижнего интервала окончания охлаждения головки рельса (закалки) и верхнего интервала температуры головки рельса, образующейсяв процессе самоотпуска, положены 20результаты исследований термокинетических диаграмм превращения аустенита рельсовой высокоуглеродистой стали стандартного состава,При приложении усилий к концевой части головки рельса, температура которой находится в пределах550450 С и нагретой подошвы рельоса до температуры АсАс+(1020) Сос понижением ее до 450 С на длине1,11.,5 м от торца рельса, происходит плавное выравнивание концевого искривления в вертикальной плос"кости и фиксирование прямолинейногоположения эа счет охлаждения подошвырельса.35При внедрении в производство предлагаемого способа все закаленныерельсы в отношении распределениятвердости по длине рельса отнечаюттребованиям ТУ 14-2-651-85 п.2,3,где отмечается "Твердость на поверхности катания должна быть в пределах БВ 341388", Колебания твердости по длине одного рельса не должны превышать.НВ 30 единиц, т.е. еслитвердость средней части головки составляет, например, НВ 360, то на конце допускается НВ 390. В сущноститвердость на поверхности головки рель1422674 Таблица 2 Длина максимальной зоны нагрева подошвы рельса, мм 0,8 0,9 1,О 1,1 1,2 1,Э 1,4 1,5 1,6 1,7 1,4 1,0 0,85. 0,30 0,30 0,30 . 0,25 0,15 0,20 0,151,3 0,9 0,70 0,25 0,25 0,20 0,10 Таблица 3 оТемпература нагрева подошвы рельса, САс Ас +10 С Ас, +20 С 730 С 740 С 750 СФ Величина искривления концов, мм 1,00,8 0,40-0,30 0,25-0,20кверху кверху кверху 0,200,10 . 0,55 0,65 кверху кверху кверху Таблица 4щ е ю теее е %ее ю еваиюетТвердость /НВ/ при содерхании углеродав пределах На расстоянии О, 71 О, 743 О, 75 О, 787 0,790,823 0,40,5 мот торцарельса 370380 381..390 391,,401 Серединарельса 340350 351370 37388 Ас 6807 О1422674 тавитель А.Орешкинаред М.Дидык ректор О,Кравцов Редактор трельникова акаэ 312 е Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 402 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 13 О 35, Иосква, Ж, Рауш