RU2084545C1

RU2084545C1 - Method of treating rails

Info

Publication number: RU2084545C1
Application number: RU94010356A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Галицын; А.А. Дерябин; А.Р. Трынкин; Н.А. Фомин; В.И. Лебедев; Н.И. Бедарев; Т.В. Сергеев
Original assignee: Акционерное общество "Кузнецкий металлургический комбинат"
Priority date: 1994-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1997-07-20

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy. SUBSTANCE: rails subjected to volume heating, oil cooling, and drawback, are further subjected to at least one-step deformation, in the course of which water at 70-90 C is introduced at rate 0.5-1.5 l/min into deformation zone. EFFECT: decreased nonlinearity of rails with no change in the level of residual stresses. 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к обработке рельсов. The invention relates to the field of ferrous metallurgy, in particular to the processing of rails.

Известен способ изготовления с использованием роликового рихтовочного агрегата стальных рельсов с низким уровнем остаточных напряжений (ФРГ, патент N 3501522, C 21 D 9/04). A known method of manufacturing using a roller straightening unit of steel rails with a low level of residual stresses (Germany, patent N 3501522, C 21 D 9/04).

Согласно способу охлажденные после горячей прокатки до температуры ниже 100^oC рельс перед введением в агрегат для рихтования роликами нагревают в зоне перемычки до 100-500^oC, а после рихтовки охлаждают на воздухе до комнатной температуры.According to the method, the rail, cooled after hot rolling to a temperature below 100 ^° C, is heated in the bridge zone to 100-500 ^° C before being introduced into the unit for straightening by rollers, and after straightening it is cooled in air to room temperature.

Недостатком способа является необходимость использования сложного оборудования, который должен обеспечить заданный интервал температуры в шейке рельса, а также минимальную искривленность рельсов после охлаждения на воздухе. The disadvantage of this method is the need to use sophisticated equipment, which should provide a given temperature interval in the neck of the rail, as well as the minimum curvature of the rails after cooling in air.

Известен способ обработки стальных изделий, преимущественно, рельсов, для снижения уровня остаточных напряжений, включающий нагрев выше Ас₃ растяжение путем приложения нагрузки и закалку в растянутом состоянии до температуры 230-270^oC (А.С. СССР, N 1434775, C 21 D 8/00, 1992).A known method of processing steel products, mainly rails, to reduce the level of residual stresses, including heating above Ac ₃ tension by applying a load and hardening in the expanded state to a temperature of 230-270 ^o C (AS USSR, N 1434775, C 21 D 8/00, 1992).

Недостатком этого способа является необходимость проведения дополнительной операции для снижения уровня остаточных напряжений. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является известный способ обработки рельсов, включающий объемный нагрев, охлаждение рельса в масле, отпуск и правку путем холодной деформации (А.С. N 434112, C 21 D 9/04, 1974). The disadvantage of this method is the need for additional operations to reduce the level of residual stresses. The closest in technical essence and the achieved result to the invention is a known method of processing rails, including volumetric heating, cooling the rail in oil, tempering and dressing by cold deformation (A.S. N 434112, C 21 D 9/04, 1974).

Способ позволяет повысить предел выносливости рельсов за счет снижения уровня остаточных напряжений. The method allows to increase the endurance of rails by reducing the level of residual stresses.

Недостатком данного способа является невозможность его использования для многократной холодной деформации (правки) рельса с целью снижения его непрямолинейности, так как в головке формируется высокий уровень растягивающих напряжений, что снижает предел выносливости при циклическом нагружении. Это связано с тем, что при правке используется сравнительно холодная вода (4 -20^oC). которая плохо смачивает поверхность головки, в результате чего в очаге деформации образуется неоднородная пленка. Поэтому усилие, передаваемое от бандажа правильной машины, распределяется по поверхности головки рельса неравномерно и при повторной правке одного и того же рельса в головке формируется высокий уровень остаточных напряжений.The disadvantage of this method is the inability to use it for repeated cold deformation (straightening) of the rail in order to reduce its directness, since a high level of tensile stresses is formed in the head, which reduces the endurance limit under cyclic loading. This is due to the fact that when editing uses relatively cold water (4 -20 ^o C). which wets the head surface poorly, as a result of which an inhomogeneous film forms in the deformation zone. Therefore, the force transmitted from the bandage of the straightening machine is distributed unevenly on the surface of the rail head and when re-dressing the same rail in the head, a high level of residual stresses is formed.

Поставлена задача снизить непрямолинейность рельсов без изменения уровня остаточных напряжений. The task is to reduce the straightness of the rails without changing the level of residual stresses.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, включающем объемный нагрев, охлаждение в масле, отпуск и холодную деформацию с подачей жидкости в очаг деформации, холодную деформацию (правку) осуществляют по крайней мере однократно, подавая в очаг деформации воду при температуре 70-90^oC и расходе 0,5-1,5 л/мин.The problem is achieved in that in the known method, including volumetric heating, cooling in oil, tempering and cold deformation with the supply of fluid to the deformation zone, cold deformation (editing) is carried out at least once, feeding water to the deformation zone at a temperature of 70-90 ^o C and a flow rate of 0.5-1.5 l / min.

Указанные отличительные признаки способа позволяют осуществлять многократную правку рельсов. Низкий уровень напряжений характеризует возможность осуществления повторной правки. Применение многократной правки обеспечивает снижение непрямолинейности рельсов. These distinctive features of the method allow multiple editing of the rails. Low stress characterizes the possibility of re-dressing. The use of multiple edits reduces the straightness of the rails.

Известно, что поверхностное натяжение воды с повышением температуры уменьшается. Использование воды с температурой 70-90^oC улучшает смачивание поверхности катания головки рельса, что обеспечивает создание однородной тонкой пленки воды и более равномерное распределение усилия по поверхности головки, передаваемое от бандажа правильной машины.It is known that the surface tension of water decreases with increasing temperature. The use of water with a temperature of 70-90 ^o C improves the wetting of the rolling surface of the rail head, which ensures the creation of a uniform thin film of water and a more uniform distribution of force on the surface of the head transmitted from the bandage of the straightening machine.

Экспериментально установлено, что оптимальный расход воды при температуре 70-90^oC составляет 0,5 -1,5 л/мин. При этой температуре и расходе не требуется устройства для отвода воды, так как смачиваемая поверхность рельса и температура воды достаточно велики и вся вода испаряется. При расходе воды менее 0,5 л/мин количество воды для образования однородной пленки недостаточно, вследствие этого уровень напряжений возрастает, а следовательно, невозможно проводить повторную правку.It was experimentally established that the optimal flow rate of water at a temperature of 70-90 ^o C is 0.5 to 1.5 l / min. At this temperature and flow rate, a device for draining water is not required, since the wetted surface of the rail and the temperature of the water are high enough and all the water evaporates. When the water flow rate is less than 0.5 l / min, the amount of water for the formation of a uniform film is not enough, as a result of this the level of stress increases, and therefore, it is impossible to carry out re-dressing.

При увеличении расхода воды более 1,5 л/мин выигрыша в уровне напряжений не происходит, однако возникают дополнительные сложности, связанные с организацией отвода воды. With an increase in water consumption of more than 1.5 l / min, a gain in the level of stress does not occur, however, additional difficulties arise associated with the organization of water drainage.

При температуре воды менее 70^oC расход воды должен быть более 1,5 л/мин, правка одного и того же рельса может осуществляться не более двух раз.When the water temperature is less than 70 ^o C, the water flow should be more than 1.5 l / min, dressing of the same rail can be carried out no more than two times.

При температуре воды более 90^o расход воды может быть снижен до 0,4 л/мин за счет лучшего смачивания головки рельса водой, а правка осуществляется трехкратно. Однако использование воды при этой температуре затруднительно как с точки зрения ее нагрева в условиях цеха, так и образование большого количества пара.At a water temperature of more than 90 ^{o the} water flow can be reduced to 0.4 l / min due to better wetting of the rail head with water, and editing is carried out three times. However, the use of water at this temperature is difficult both from the point of view of its heating in the workshop and the formation of a large amount of steam.

Многократную правку можно осуществлять только при температуре воды 70-90^oC. При этом расход воды составляет 0,5-1,5 л/мин.Multiple dressing can only be carried out at a water temperature of 70-90 ^o C. In this case, the water flow rate is 0.5-1.5 l / min.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ обработки рельсов отличается от прототипа тем, что воду подают в очаг деформации при температуре 70-90^oC это позволяет получить в очаге деформации однородную тонкую пленку при расходе воды 0,5-1,5 л/мин, и что особенно важно, осуществлять многократную правку сильно искривленных рельсов. Это позволяет повысить прямолинейность рельсов без изменения уровня остаточных напряжений.A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype shows that the claimed method of processing rails differs from the prototype in that the water is fed into the deformation zone at a temperature of 70-90 ^o C this allows you to get a uniform thin film in the deformation zone at a water flow rate of 0.5-1, 5 l / min, and most importantly, carry out multiple dressing of highly curved rails. This allows you to increase the straightness of the rails without changing the level of residual stresses.

Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию "новизна". Thus, this technical solution meets the criterion of "novelty."

Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом изобретении по их функциональному назначению. The analysis of patents and scientific and technical information did not reveal the use of new significant features used in the proposed invention for their functional purpose.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень". Thus, the present invention meets the criterion of "inventive step".

Примеры конкретного выполнения. Examples of specific performance.

Обработке по предлагаемому способу подвергали рельсы Р65 из стали М76 следующего состава: 0,74% углерода, 0,92% марганца; 0,28% кремния; 0,33% фосфора и 0,027% серы. Температура нагрева рельсов под закалку составляла 840^oC, время выдержки в закаленной печи 55 мин. Закалку осуществляли в масле, а отпуск при температуре 460^oC в течение 2 ч. После охлаждения рельсов на холодильнике до температуры 60^oC осуществляли холодную деформацию рельсов (правку) на горизонтальной и вертикальной роликоправильных машинах. Правка с использованием воды осуществлялась на горизонтальной роликоправильной машине. Результаты испытания представлены в таблице.The processing according to the proposed method was subjected to rails P65 made of steel M76 of the following composition: 0.74% carbon, 0.92% manganese; 0.28% silicon; 0.33% phosphorus and 0.027% sulfur. The temperature of the heating rails for quenching was 840 ^o C, the exposure time in the hardened furnace 55 minutes Quenching was carried out in oil and tempering at a temperature of 460 ^o C for 2 hours. After cooling the rails in the refrigerator to a temperature of 60 ^o C, cold deformation of the rails (straightening) was carried out on horizontal and vertical roller straightening machines. Editing using water was carried out on a horizontal roller straightening machine. The test results are presented in the table.

Оценка остаточных напряжений производилась по расхождению паза (ГОСТ 18267-82), а измерение непрямолинейности по стрелке прогиба рельса на базе 1 м с помощью набора щупов (±0,05 мм). The residual stresses were estimated by the divergence of the groove (GOST 18267-82), and the straightness measurement in the arrow of the rail deflection at the base of 1 m using a set of probes (± 0.05 mm).

В качестве прототипа была взята двухкратная правка на горизонтальной роликоправильной машине с подачей воды и очаг деформации при температуре 10^oC и расходе 5 л/мин. Максимальная стрела прогиба составила 0,6 мм. Расхождение паза после первого прохода 2,4 мм. Повторная правка невозможна, так как расхождение паза возросло до 3,4 мм.As a prototype was taken two-time dressing on a horizontal roller straightening machine with a water supply and a deformation zone at a temperature of 10 ^o C and a flow rate of 5 l / min. The maximum deflection boom was 0.6 mm. The divergence of the groove after the first pass 2.4 mm. Repeated editing is not possible, as the divergence of the groove has increased to 3.4 mm.

Для повышения прямолинейности была осуществлена четырехкратная правка. Максимальная стрела прогиба составила 0,3-0,35 мм. Правку проводили с подачей воды в очаг деформации при температуре 70-90^oC и расходе 0,5-1,5 л/мин. После первого прохода расхождение паза находилось в пределах от 1,2 мм до 1,5 мм, после второго прохода 1,2 1,8 мм, после третьего 1,2 2,1 мм и после четвертого 1,5 2,4 мм.To increase straightness, four-fold editing was carried out. The maximum deflection boom was 0.3-0.35 mm. Editing was carried out with the supply of water to the deformation zone at a temperature of 70-90 ^o C and a flow rate of 0.5-1.5 l / min. After the first pass, the divergence of the groove was in the range from 1.2 mm to 1.5 mm, after the second pass 1.2 to 1.8 mm, after the third 1.2 to 2.1 mm and after the fourth 1.5 to 2.4 mm.

При правке с подачей воды в очаг деформация с температурой 40^oC и расходом 2 л/мин возможна двухкратная правка. Стрела прогиба составила 0,5 мм. Расхождение паза после первого прохода составляло 1,8 мм, а после второго - 2,9 мм.When dressing with water supply to the deformation zone with a temperature of 40 ^o C and a flow rate of 2 l / min, two-fold dressing is possible. The deflection boom was 0.5 mm. The divergence of the groove after the first pass was 1.8 mm, and after the second - 2.9 mm.

При правке с температурой воды 100^oC и расходе 0,4 л/мин возможна трехкратная правка. Стрела прогиба равна 0,4 мм. После первого прохода расхождение паза 1,8 мм, после второго 2,3 мм. после третьего 2,8 мм и после четвертого 3,3 мм.When dressing with a water temperature of 100 ^o C and a flow rate of 0.4 l / min, threefold editing is possible. The deflection boom is 0.4 mm. After the first pass, the divergence of the groove is 1.8 mm, after the second 2.3 mm. after the third 2.8 mm and after the fourth 3.3 mm.

При температуре воды 100^oC и расходе менее 0,4 л/мин количество воды для образования однородной тонкой пленки в очаге деформации уже недостаточно. С ростом расхода воды расхождение паза уменьшилось и составило 1,2 мм при расходе 0,5-1,0 л/мин.At a water temperature of 100 ^o C and a flow rate of less than 0.4 l / min, the amount of water for the formation of a homogeneous thin film in the deformation zone is no longer enough. With increasing water consumption, the divergence of the groove decreased and amounted to 1.2 mm at a flow rate of 0.5-1.0 l / min.

Дальнейшее увеличение расхода воды не влияет на напряжения однако организация ее отвода затруднена. A further increase in water flow does not affect the voltage, however, the organization of its discharge is difficult.

Таким образом, заявляемые параметры позволяют применять многократную правку рельсов, что дает возможность получить максимальную стрелу прогиба не более 0,3-0,35 мм без изменения уровня остаточных напряжений. Рельсы, обработанные этим способом, могут быть использованы для высокоскоростных магистралей, где предъявляются повышенные требования к качеству рельсов, особенно к их прямолинейности. Thus, the claimed parameters allow the use of multiple straightening of the rails, which makes it possible to obtain a maximum deflection arrow of not more than 0.3-0.35 mm without changing the level of residual stresses. The rails processed in this way can be used for high-speed highways, where high demands are placed on the quality of the rails, especially on their straightness.

Claims

1. A method of processing rails, including volumetric heating, cooling the rail in oil, tempering and dressing by cold deformation, characterized in that the dressing is carried out with simultaneous supply to the deformation zone of water with a temperature of 70 90 ^o C, the flow rate of which is 0.5 1, 5 l / m.

2. The method according to p. 1, characterized in that they carry out multiple edits.