RU2487178C1 - Method for thermal treatment of rails - Google Patents
Method for thermal treatment of rails Download PDFInfo
- Publication number
- RU2487178C1 RU2487178C1 RU2012122690/02A RU2012122690A RU2487178C1 RU 2487178 C1 RU2487178 C1 RU 2487178C1 RU 2012122690/02 A RU2012122690/02 A RU 2012122690/02A RU 2012122690 A RU2012122690 A RU 2012122690A RU 2487178 C1 RU2487178 C1 RU 2487178C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cooling
- head
- along
- rail
- rails
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам термической обработки железнодорожных рельсов.The invention relates to the field of ferrous metallurgy, in particular to methods for heat treatment of railway rails.
Известен способ термической обработки рельсов из высокоуглеродистой стали, содержащей 0,90-1,20% углерода, предусматривающий ускоренное охлаждение со скоростью 5-20°С/с кромочных участков подошвы от температур ≥650°С, затем головку, шейку и центральную часть подошвы подвергают охлаждению со скоростью 1-10°С/с (JP №4267334, C21D 9/04).A known method of heat treatment of rails of high carbon steel containing 0.90-1.20% carbon, providing accelerated cooling at a speed of 5-20 ° C / s of the edge sections of the sole from temperatures ≥650 ° C, then the head, neck and central part of the sole subjected to cooling at a speed of 1-10 ° C / s (JP No. 4267334, C21D 9/04).
Существенным недостатком указанного способа термической обработки является то, что головка и подошва рельса охлаждаются с одинаковой скоростью, вследствие этого рельсы искривляются и возникает необходимость в холодной правке рельсов, что неблагоприятно сказывается на величине остаточных напряжений.A significant drawback of this heat treatment method is that the rail head and sole are cooled at the same speed, as a result of which the rails are bent and there is a need for cold straightening of the rails, which adversely affects the value of residual stresses.
Известны также способы термической обработки рельсов из углеродистой или низколегированной стали, предусматривающие ускоренное охлаждение рельса с температуры аустенитной области в диапазоне 750-650°С (JP №4267267, C21D 9/04), ускоренное охлаждение со скоростью 5-15°С/с до температуры 650-500°С (RU №2113511, C21D 9/04), ускоренное охлаждение со скоростью 10-30°С/с до температуры 750-600°С (RU №97121881, C21D 9/04, С22С 38/04), ускоренное охлаждение со скоростью 5-15°С/с до температуры 650-500°С (RU №96123715, C21D 9/04), ускоренное охлаждение поверхностного слоя головки рельса от Ar1 со скоростью 1-10°С/с и 2-20°С/с на глубине ≥20 мм (JP №3731934, C21D 9/04).There are also known methods of heat treatment of rails made of carbon or low alloy steel, providing for accelerated cooling of the rail from the temperature of the austenitic region in the range of 750-650 ° C (JP No. 4267267, C21D 9/04), accelerated cooling at a speed of 5-15 ° C / s to temperature 650-500 ° С (RU No. 2113511, C21D 9/04), accelerated cooling at a speed of 10-30 ° С / s to a temperature of 750-600 ° С (RU No. 97121881, C21D 9/04, С22С 38/04) , accelerated cooling at a speed of 5-15 ° C / s to a temperature of 650-500 ° C (RU No. 96123715, C21D 9/04), accelerated cooling of the surface layer of the rail head from Ar1 at a speed of 1-10 ° C / s and 2-20 ° C / s at a depth of ≥20 mm (JP No. 3731934, C21D 9/04).
Существенным недостатком указанных способов термической обработки рельсов является отсутствие регламентированного охлаждения подошвы рельсов, что неблагоприятно сказывается на их кривизне.A significant drawback of these methods of heat treatment of rails is the lack of regulated cooling of the bottom of the rails, which adversely affects their curvature.
Наиболее близким техническим решением является способ термической обработки рельсов, при котором рельс длиной 100-200 м из стали, содержащей 0,90-1,20% углерода, через ≤200 с после окончания горячей прокатки ускоренно охлаждают до ≤600°С со скоростью 1-10°С/с из области температур аустенитной структуры головки, шейки и подошвы рельса (JP №4272410, C21D 9/04).The closest technical solution is the method of heat treatment of rails, in which a rail 100-200 m long made of steel containing 0.90-1.20% carbon, is cooled to ≤600 ° C at a speed of 1 after 200 seconds after the end of hot rolling -10 ° C / s from the temperature range of the austenitic structure of the head, neck and sole of the rail (JP No. 4272410, C21D 9/04).
Существенными недостатками данного способа охлаждения являются следующие.Significant disadvantages of this cooling method are as follows.
1. Невозможность использования для термической обработки рельсов из низколегированной стали, а также углеродистой стали с более низким содержанием углерода.1. The inability to use for heat treatment of rails made of low alloy steel, as well as carbon steel with a lower carbon content.
2. Недостаточная прямолинейность рельсов в вертикальной плоскости за счет отсутствия дифференцированного (разной скорости) охлаждения головки и подошвы рельса.2. The lack of straightness of the rails in the vertical plane due to the lack of differentiated (different speed) cooling of the head and sole of the rail.
Задачей изобретения является обеспечение сбалансированного комплекса механических свойств на рельсах из углеродистой и низколегированной стали, уменьшение кривизны рельсов в вертикальной плоскости, сведение к минимуму усилий при холодной правке и обеспечение минимальных остаточных напряжений.The objective of the invention is to provide a balanced set of mechanical properties on rails made of carbon and low alloy steel, reducing the curvature of the rails in the vertical plane, minimizing forces during cold dressing and ensuring minimal residual stresses.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе термической обработки стальных рельсов длиной 100-200 м, включающем ускоренное охлаждение после окончания горячей прокатки, согласно изобретению, осуществляют ускоренное охлаждение воздухом или воздухом с примесью воды по головке и по подошве рельса в два этапа, сначала в интервале температур от ≥900°С до ≤870°С по головке со скоростью охлаждения 2-15°С/с, а по подошве со скоростью 1-10°С/с, а затем в интервале температур от 870°С до 650°С и менее по головке со скоростью охлаждения 2-20°С/с, а по подошве со скоростью охлаждения 1-15°С/с, при этом в каждом конкретном случае скорость охлаждения по головке отличается от скорости охлаждения по подошве, а общее время ускоренного охлаждения составляет 90-145 с. При этом сталь, при необходимости, дополнительно содержит один или несколько элементов, выбранных из группы, включающей от 0,04 до 1,10% мас. хрома, от 0,03 до 0,09% мас. ванадия, от 0,007 до 0,020% мас. азота и от 0,001 до 0,06% мас. ниобия.The problem is achieved in that in the known method of heat treatment of steel rails with a length of 100-200 m, including accelerated cooling after hot rolling, according to the invention, accelerated cooling with air or air with admixture of water along the head and bottom of the rail in two stages, first in the temperature range from ≥900 ° С to ≤870 ° С along the head with a cooling rate of 2-15 ° С / s, and on the sole with a speed of 1-10 ° С / s, and then in the temperature range from 870 ° С to 650 ° C or less along the head with a cooling rate of 2-20 ° C / s, and on the sole with a cooling rate of 1-15 ° C / s, and in each case, the head cooling rate differs from the sole cooling rate, and the total accelerated cooling time is 90-145 s. Moreover, the steel, if necessary, additionally contains one or more elements selected from the group comprising from 0.04 to 1.10% wt. chromium, from 0.03 to 0.09% wt. vanadium, from 0.007 to 0.020% wt. nitrogen and from 0.001 to 0.06% wt. niobium.
Заявляемые пределы выбраны экспериментальным путем, исходя из требований к прямолинейности, микроструктуре и остаточным напряжениям рельсов из углеродистой и низколегированной сталей.The claimed limits are selected experimentally, based on the requirements for straightness, microstructure and residual stresses of rails made of carbon and low alloy steels.
Выбор заявленных скоростей охлаждения в интервалах температур от не менее чем 900°С до не более 870°С и от не более 870°С до 650°С и менее обусловлен необходимостью получения перлитной структуры, а также достижения минимального градиента температур по сечению рельса для достижения требуемой его прямолинейности и остаточных напряжений.The choice of the declared cooling rates in the temperature ranges from no less than 900 ° C to no more than 870 ° C and from no more than 870 ° C to 650 ° C and less is due to the need to obtain a pearlite structure, as well as to achieve a minimum temperature gradient over the rail section to achieve its required straightness and residual stresses.
При охлаждении головки и подошвы рельса в интервале температур от не менее чем 900°С до не более 870°С со скоростью охлаждения соответственно менее 2°С/с и 1°С/с не обеспечивается требуемая производительность охлаждающего устройства. При скорости охлаждения головки и подошвы соответственно более 15°С/с и 10°С/с возрастает вероятность образования с поверхности головки и подошвы бейнитной и мартенситной структуры.When cooling the rail head and sole in the temperature range from not less than 900 ° C to not more than 870 ° C with a cooling rate of less than 2 ° C / s and 1 ° C / s, respectively, the required performance of the cooling device is not provided. At a cooling rate of the head and sole more than 15 ° C / s and 10 ° C / s, respectively, the likelihood of formation of a bainitic and martensitic structure from the surface of the head and sole increases.
Охлаждение головки и подошвы рельса в интервале температур от не более 870°С до 650°С и менее со скоростью охлаждения соответственно менее 2°С/с и 1°С/с не обеспечивает требуемый уровень механических свойств дифференцированно упрочненных рельсов. При скорости охлаждения головки и подошвы соответственно более 20°С/с и 15°С/с возрастает вероятность образования с поверхности головки и подошвы бейнитной и мартенситной структуры.The cooling of the rail head and sole in the temperature range from no more than 870 ° C to 650 ° C or less with a cooling rate of respectively less than 2 ° C / s and 1 ° C / s does not provide the required level of mechanical properties of differentially hardened rails. At a cooling rate of the head and sole more than 20 ° C / s and 15 ° C / s, respectively, the likelihood of formation of a bainitic and martensitic structure from the surface of the head and sole increases.
Заявленные скорости охлаждения обеспечиваются конструкцией охлаждающего устройства, которое включает секции длиной 2400 мм. Каждая секция состоит из 4-х перфорированных коробов, три из которых размещены над головкой и один вдоль средней части подошвы рельса. Каждый короб соединен с трубопроводом. Регулируя давление воздуха при помощи автоматизированных дроссельных регулирующих пневмоклапанов, поддерживаются необходимые скорости охлаждения, обеспечивающие необходимый комплекс механических свойств и минимальный температурный градиент между головкой и подошвой рельса.The claimed cooling rates are provided by the design of the cooling device, which includes sections 2400 mm long. Each section consists of 4 perforated boxes, three of which are placed above the head and one along the middle of the rail sole. Each box is connected to the pipeline. By adjusting the air pressure with the help of automated throttle control pneumatic valves, the necessary cooling rates are maintained, providing the necessary set of mechanical properties and the minimum temperature gradient between the head and the sole of the rail.
Заявляемый химический состав стали подобран исходя из следующих предпосылок.The inventive chemical composition of the steel is selected based on the following premises.
Хром увеличивает прокаливаемость рельсовой стали и увеличивает прочность перлита за счет образования легированного цементита. При содержании хрома менее 0,04% воздействие его незначительно, увеличение его содержания более 1,10% приводит к образованию мартенсита.Chrome increases the hardenability of rail steel and increases the strength of perlite due to the formation of alloyed cementite. With a chromium content of less than 0.04%, its effect is negligible, an increase in its content of more than 1.10% leads to the formation of martensite.
Для улучшения пластичности и ударной вязкости рельсовой стали могут быть добавлены один или несколько из числа перечисленных элементов: ванадий, ниобий и азот. Введение азота в сочетании с ванадием и ниобием позволяет получить измельченное зерно аустенита, что обеспечивает увеличение сопротивляемости хрупкому разрушению. Наличие ванадия и ниобия при этом позволяет добиваться необходимой растворимости азота в соединениях. При содержании азота менее 0,007% действие его незначительно и невозможно обеспечить измельчение зерна, а более 0,020% возможны случаи пятнистой ликвации и «азотного» кипения (пузыри в стали). Выбранное содержание ванадия и ниобия обеспечивает получение требуемой ударной вязкости за счет карбонитридного упрочнения. При концентрации ванадия менее 0,03% и ниобия менее 0,001% действие их незначительно. При введении в сталь ванадия более 0,09% и ниобия более 0,06% возрастает количество карбонитридов, которые приводят к снижению ударной вязкости стали.To improve ductility and toughness of rail steel, one or more of the following elements may be added: vanadium, niobium and nitrogen. The introduction of nitrogen in combination with vanadium and niobium allows to obtain crushed austenite grain, which provides an increase in resistance to brittle fracture. The presence of vanadium and niobium in this case allows us to achieve the necessary solubility of nitrogen in the compounds. When the nitrogen content is less than 0.007%, its effect is insignificant and it is impossible to provide grain grinding, and more than 0.020% there may be cases of spotted segregation and "nitrogen" boiling (bubbles in steel). The selected content of vanadium and niobium provides the desired toughness due to carbonitride hardening. When the concentration of vanadium is less than 0.03% and niobium is less than 0.001%, their effect is negligible. When vanadium is introduced in steel more than 0.09% and niobium more than 0.06%, the amount of carbonitrides increases, which lead to a decrease in the toughness of steel.
Рельсовую сталь (таблица 1) выплавляли в 100-тонной дуговой электросталеплавильной печи ДСП-100 И7 и разливали на МНЛЗ. Полученные заготовки нагревали и прокатывали на рельсы типа Р65 длиной 25-100 м, которые подвергали дифференцированной закалке (то есть производили ускоренное охлаждение элементов профиля с разными скоростями) в охлаждающем устройстве. После окончания горячей прокатки рельсы при температуре 950-1080°С позиционировали в положение «на подошву» и по одному задавали в охлаждающее устройство. Рельс фиксировали в охлаждающем устройстве при помощи зажимного устройства. Охлаждение рельса проводили в два этапа. На первом этапе охлаждение головки и подошвы рельса в интервале температур от 900-1030°С до 730-870°С производили соответственно со скоростью 2-15°С/с и 1-10°С/с. На втором этапе охлаждение головки и подошвы рельса в интервале температур от 730-870°С до 540-640°С проводили соответственно со скоростью 2-20°С/с и 1,5-15°С/с. После охлаждения рельс с температурой 540-640°С выдавали из охлаждающего устройства и передавали на холодильник для охлаждения до температуры 60°С и ниже.Rail steel (table 1) was smelted in a 100-ton electric arc furnace DSP-100 I7 and cast in a continuous casting machine. The resulting billets were heated and rolled onto P65 rails 25-100 m long, which were subjected to differentiated hardening (i.e., accelerated cooling of the profile elements at different speeds) in a cooling device. After the hot rolling, the rails at a temperature of 950-1080 ° C were positioned in the "on the sole" position and one at a time set into the cooling device. The rail was fixed in the cooling device using a clamping device. Rail cooling was carried out in two stages. At the first stage, cooling of the rail head and sole in the temperature range from 900-1030 ° C to 730-870 ° C was carried out respectively at a speed of 2-15 ° C / s and 1-10 ° C / s. At the second stage, cooling of the rail head and sole in the temperature range from 730-870 ° C to 540-640 ° C was carried out respectively at a speed of 2-20 ° C / s and 1.5-15 ° C / s. After cooling, the rail with a temperature of 540-640 ° C was dispensed from the cooling device and transferred to the refrigerator for cooling to a temperature of 60 ° C and below.
После охлаждения исследовали микроструктуру металла, а также определяли стрелу прогиба и остаточные напряжения.After cooling, the microstructure of the metal was investigated, and the deflection arrow and residual stresses were determined.
Технологические параметры охлаждения рельсов приведены в таблице 2.The technological parameters of the cooling of the rails are shown in table 2.
Результаты замеров стрелы прогиба и остаточных напряжений, а также исследований микроструктуры представлены в таблице 3, результаты механических испытаний представлены в таблице 4.The results of measurements of the arrow of the deflection and residual stresses, as well as studies of the microstructure are presented in table 3, the results of mechanical tests are presented in table 4.
Предлагаемый способ термической обработки рельсов позволил получить сбалансированный комплекс механических свойств при удовлетворительной перлитной структуре, а также улучшить прямолинейность рельсов и обеспечить низкие остаточные напряжения.The proposed method of heat treatment of rails made it possible to obtain a balanced set of mechanical properties with a satisfactory pearlite structure, as well as to improve the straightness of the rails and provide low residual stresses.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012122690/02A RU2487178C1 (en) | 2012-06-01 | 2012-06-01 | Method for thermal treatment of rails |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012122690/02A RU2487178C1 (en) | 2012-06-01 | 2012-06-01 | Method for thermal treatment of rails |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2487178C1 true RU2487178C1 (en) | 2013-07-10 |
Family
ID=48788244
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012122690/02A RU2487178C1 (en) | 2012-06-01 | 2012-06-01 | Method for thermal treatment of rails |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2487178C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2601847C1 (en) * | 2015-07-02 | 2016-11-10 | Открытое акционерное общество "ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат", ОАО "ЕВРАЗ ЗСМК" | Method of manufacturing rails of low-temperature reliability |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08295938A (en) * | 1995-04-27 | 1996-11-12 | Nkk Corp | Method for cooling high temperature rail and device therefor |
RU2136767C1 (en) * | 1996-12-19 | 1999-09-10 | Фоест-Альпине Шинен ГмбХ | Shaped rolled product and method of its production |
US20020134472A1 (en) * | 1994-07-19 | 2002-09-26 | Georg Prskawetz | Method for heat-treating profiled rolling stock |
US6689230B1 (en) * | 1995-02-04 | 2004-02-10 | Sms Schloemann-Siemag Aktiengesellschaft | Method and apparatus for cooling hot-rolled sections |
RU2266966C2 (en) * | 2001-08-01 | 2005-12-27 | Смс Меер Гмбх | Rail cooling method |
-
2012
- 2012-06-01 RU RU2012122690/02A patent/RU2487178C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020134472A1 (en) * | 1994-07-19 | 2002-09-26 | Georg Prskawetz | Method for heat-treating profiled rolling stock |
US6689230B1 (en) * | 1995-02-04 | 2004-02-10 | Sms Schloemann-Siemag Aktiengesellschaft | Method and apparatus for cooling hot-rolled sections |
JPH08295938A (en) * | 1995-04-27 | 1996-11-12 | Nkk Corp | Method for cooling high temperature rail and device therefor |
RU2136767C1 (en) * | 1996-12-19 | 1999-09-10 | Фоест-Альпине Шинен ГмбХ | Shaped rolled product and method of its production |
RU2266966C2 (en) * | 2001-08-01 | 2005-12-27 | Смс Меер Гмбх | Rail cooling method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2601847C1 (en) * | 2015-07-02 | 2016-11-10 | Открытое акционерное общество "ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат", ОАО "ЕВРАЗ ЗСМК" | Method of manufacturing rails of low-temperature reliability |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20190338402A1 (en) | Method for manufacturing railway vehicle wheel | |
KR101411783B1 (en) | High-strength steel sheet, and process for production thereof | |
RU2661972C1 (en) | High-strength seamless steel pipe for oil-field pipe articles and method for manufacture thereof | |
US10000833B2 (en) | Thick, tough, high tensile strength steel plate and production method therefor | |
KR102459257B1 (en) | Method for manufacturing a high strength steel sheet and sheet obtained | |
US9932651B2 (en) | Thick-walled high-strength seamless steel pipe with excellent sour resistance for pipe for pipeline, and process for producing same | |
KR101288701B1 (en) | Ultra high strength cold rolled steel sheet and method for producing same | |
CN106544590B (en) | 1000MPa grade high ductility high-performance uniformity easily welds super-thick steel plate and its manufacturing method | |
KR102335655B1 (en) | Steel parts and methods of manufacturing the steel parts | |
US10934600B2 (en) | High-strength steel sheet and production method therefor | |
KR102513656B1 (en) | Steel section having a thickness of at least 100 millimeters and method of manufacturing the same | |
KR20180112882A (en) | Rolled material for high strength spring, and wire for high strength spring | |
JP2020500262A (en) | Medium manganese steel for low temperature and its manufacturing method | |
CN109112262A (en) | High-strength spring rolled stock and the high-strength spring silk material for having used it | |
JP7417165B2 (en) | Steel plate and its manufacturing method | |
US20190040506A1 (en) | Martensitic stainless steel member and method for manufacturing same, and martensitic stainless steel component and method for manufacturing same | |
CN114318159A (en) | 345 MPa-grade container steel plate with hydrogen induced cracking resistance and preparation method thereof | |
KR20200073273A (en) | Method of manufacturing a rail and the rail | |
RU2601847C1 (en) | Method of manufacturing rails of low-temperature reliability | |
RU2703008C1 (en) | Method for production of cryogenic structural steel sheets | |
RU2487178C1 (en) | Method for thermal treatment of rails | |
RU2615667C1 (en) | Method of producing hot-rolled sheets of low-alloyed steel of k65 strength grade for longitudinal electric-welded pipes | |
RU2465346C1 (en) | Manufacturing method of high-strength strip for pipes of main pipelines | |
JP7230561B2 (en) | Steel continuous casting method | |
RU2803300C1 (en) | Wear-resistant steel sheet and method for manufacturing wear-resistant steel sheet |