RU2775526C1 - Method for manufacturing a t-shaped rail having a high-strength base - Google Patents
Method for manufacturing a t-shaped rail having a high-strength base Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775526C1 RU2775526C1 RU2021121312A RU2021121312A RU2775526C1 RU 2775526 C1 RU2775526 C1 RU 2775526C1 RU 2021121312 A RU2021121312 A RU 2021121312A RU 2021121312 A RU2021121312 A RU 2021121312A RU 2775526 C1 RU2775526 C1 RU 2775526C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rail
- cooling
- steel
- water
- temperature
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 114
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 55
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 claims abstract description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 22
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 22
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 19
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 18
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 18
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 17
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium(0) Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 16
- 230000001131 transforming Effects 0.000 claims description 15
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 12
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 8
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 3
- 238000009849 vacuum degassing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000161 steel melt Substances 0.000 claims description 2
- 238000003303 reheating Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 2
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 5
- 210000003128 Head Anatomy 0.000 description 4
- GORXZVFEOLUTMI-UHFFFAOYSA-N methane;vanadium Chemical compound C.[V] GORXZVFEOLUTMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 230000001627 detrimental Effects 0.000 description 3
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 3
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 3
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N tin hydride Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 210000001331 Nose Anatomy 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910000529 magnetic ferrite Inorganic materials 0.000 description 2
- VCTOKJRTAUILIH-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);sulfide Chemical class [S-2].[Mn+2] VCTOKJRTAUILIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000616 Ferromanganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004940 Nucleus Anatomy 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 229910001035 Soft ferrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive Effects 0.000 description 1
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable Effects 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- GNVXPFBEZCSHQZ-UHFFFAOYSA-N iron(2+);sulfide Chemical compound [S-2].[Fe+2] GNVXPFBEZCSHQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N iron-sulfur Chemical class [Fe]=S MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000670 limiting Effects 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reduced Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретение The field of technology to which the invention belongs
Настоящее изобретение относится к стальным рельсам, а более конкретно, к T-образным рельсам. Конкретно, настоящее изобретение относится к T-образному рельсу, имеющему высокопрочную подошву, и способу его получения.The present invention relates to steel rails, and more specifically to T-rails. Specifically, the present invention relates to a T-rail having a high strength sole and a method for producing the same.
Предшествующий уровень техники Prior Art
T-образные рельсы с закалёнными головками разработаны и используются применительно как к грузовой, так и пассажирской службе в Соединённых Штатах Америки и во всём мире. Указанные рельсы обеспечили улучшенные механические свойства, такие как более высокий предел текучести и прочность при растяжении. Это придало указанным головкам T-образных рельсов повышенную стойкость к усталости, износостойкость и в конечном счёте обеспечило более длительный срок их эксплуатации.T-rails with hardened heads are designed and used in both freight and passenger service in the United States of America and around the world. These rails provided improved mechanical properties such as higher yield strength and tensile strength. This gave these T-rail heads increased fatigue resistance, wear resistance and ultimately longer service life.
Поскольку нагрузки увеличились, а рельсовые крепления стали более жёсткими, подошва рельса превратилась в проблему. Теперь подошва должна противостоять более сильной пластической деформации и сопровождающему её усталостному разрушению. В настоящее время не существует общеотраслевого технического норматива для стальных рельсов c повышенной прочностью/твёрдостью подошвы. Во всех областях применения используют рельсы с «катаными» подошвами. Таким образом, в данной области техники имеется реальная потребность в T-образных рельсах с подошвами, обладающими более высокой прочностью/твёрдостью, чем обычно достигаемая в настоящее время.As loads have increased and rail fastenings have become stiffer, rail footing has become a problem. The outsole must now withstand more severe plastic deformation and the accompanying fatigue failure. Currently, there is no industry-wide technical standard for steel rails with increased strength/hardness of the sole. In all areas of application, rails with "rolled" soles are used. Thus, there is a real need in the art for T-rails with soles having a higher strength/hardness than currently generally achievable.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Настоящее изобретение относится к способу изготовления T-образных рельсов, имеющих подошвы высокой прочности/твёрдости, и T-образным рельсам, полученным данным способом. Способ может включать в себя следующие стадии: получают T-образный рельс из углеродистой стали при температуре примерно от 700 до 800 ºC; и охлаждают стальной T-образный рельс со скоростью охлаждения, которая, если отобразить её на графике в координатах XY с осью X, представляющей время охлаждения в секундах, и осью Y, представляющей температуру поверхности подошвы стального T-образного рельса в ºC, поддерживается в области между:The present invention relates to a method for manufacturing T-rails having high strength/hardness soles and T-rails obtained by this method. The method may include the following steps: a carbon steel T-rail is produced at a temperature of about 700 to 800 ºC; and cooling the steel T-rail at a cooling rate which, when plotted in XY coordinates with the X-axis representing the cooling time in seconds and the Y-axis representing the surface temperature of the sole of the steel T-rail in ºC, is maintained at between:
графиком верхней границы скорости охлаждения, определяемым верхней линией, соединяющей координаты XY (0 с, 800ºC), (80 с, 675ºC), (110 с, 650ºC) и (140 с, 663ºC); иa graph of the upper limit of the cooling rate, defined by the upper line connecting the XY coordinates (0 s, 800ºC), (80 s, 675ºC), (110 s, 650ºC) and (140 s, 663ºC); and
графиком нижней границы скорости охлаждения, определяемым нижней линией, соединяющей координаты XY (0 с, 700ºC), (80 с, 575ºC), (110 с, 550ºC) и (140 с, 535ºC).the graph of the lower limit of the cooling rate, defined by the lower line connecting the XY coordinates (0 s, 700ºC), (80 s, 575ºC), (110 s, 550ºC) and (140 s, 535ºC).
T-образный рельс из углеродистой стали может иметь химический состав в соответствии со стандартом AREMA, который включает в себя, в массовых процентах: углерод: 0,74 – 0,86; марганец: 0,75 – 1,25; кремний: 0,10 – 0,60; хром: 0,30 макс.; ванадий: 0,01 макс.; никель: 0,25 макс.; молибден: 0,60 макс.; алюминий: 0,010 макс.; сера: 0,020 макс.; фосфор: 0,020 макс.; а остальная часть представляет собой, главным образом, железо.The carbon steel T-rail can have a chemical composition in accordance with the AREMA standard, which includes, in mass percent: carbon: 0.74 - 0.86; manganese: 0.75 - 1.25; silicon: 0.10 - 0.60; chromium: 0.30 max; vanadium: 0.01 max; nickel: 0.25 max; molybdenum: 0.60 max; aluminum: 0.010 max; sulfur: 0.020 max; phosphorus: 0.020 max; and the remainder is mainly iron.
T-образный рельс из углеродистой стали в качестве альтернативы может иметь состав, который включает в себя, в массовых процентах: углерод: 0,84 – 1,00; марганец: 0,40 – 1,25; кремний: 0,30 – 1,00; хром: 0,20 – 1,00; ванадий: 0,04 – 0,35; титан: 0,01 – 0,035; азот: 0,002 – 0,0150; а остальная часть представляет собой железо и остаточные примеси.The carbon steel T-rail may alternatively have a composition that includes, in weight percent: carbon: 0.84 - 1.00; manganese: 0.40 - 1.25; silicon: 0.30 - 1.00; chromium: 0.20 - 1.00; vanadium: 0.04 - 0.35; titanium: 0.01 - 0.035; nitrogen: 0.002 - 0.0150; and the rest is iron and residual impurities.
Далее, T-образный рельс из углеродистой стали может иметь состав, который включает в себя, в массовых процентах: углерод: 0,86 – 0,9; марганец: 0,65 – 1,0; кремний: 0,5 – 0,6; хром: 0,2 – 0,3; ванадий: 0,04 – 0,15; титан: 0,015 – 0,03; азот: 0,005 – 0,015; а остальная часть представляет собой железо и остаточные примеси.Further, the carbon steel T-rail may have a composition that includes, in weight percent: carbon: 0.86 - 0.9; manganese: 0.65 - 1.0; silicon: 0.5 - 0.6; chromium: 0.2 - 0.3; vanadium: 0.04 - 0.15; titanium: 0.015 - 0.03; nitrogen: 0.005 - 0.015; and the rest is iron and residual impurities.
T-образный рельс может заключать в себе часть подошвы, которая имеет целиком перлитную микроструктуру. И может иметь среднюю твёрдость по Бринеллю, по меньшей мере, 350 HB на глубине 9,5 мм от нижней поверхности подошвы T-образного рельса.The T-rail may include a portion of the sole that has a wholly perlite microstructure. And may have an average Brinell hardness of at least 350 HB at a depth of 9.5mm from the bottom surface of the T-rail foot.
Cкорость охлаждения в течение периода времени от 0 секунд до 80 секунд может иметь среднее значение в пределах диапазона примерно от 1,25ºC/с до 2,5ºC/с. Кроме того, скорость охлаждения в течение периода времени от 80 секунд до 110 секунд может иметь среднее значение в пределах диапазона примерно от 1ºC/с до 1,5ºC/с. Наконец, скорость охлаждения в течение периода времени от 110 секунд до 140 секунд может иметь среднее значение в пределах диапазона примерно от 0,1ºC/с до 0,5ºC/с.The cooling rate over a period of time from 0 seconds to 80 seconds may have an average value within the range of about 1.25ºC/s to 2.5ºC/s. In addition, the cooling rate over a period of time from 80 seconds to 110 seconds may have an average value within the range of about 1ºC/s to 1.5ºC/s. Finally, the cooling rate over a period of time from 110 seconds to 140 seconds may have an average value within the range of about 0.1ºC/s to 0.5ºC/s.
Стадия получения T-образного рельса из углеродистой стали может дополнительно включать в себя следующие стадии: получают расплав стали при температуре от значения около 1600ºC примерно до 1650ºC путём последовательного добавления марганца, кремния, углерода, хрома с последующим введением титана и ванадия в любом порядке или сочетании с целью образования расплава; осуществляют вакуумную дегазацию расплава для дополнительного удаления кислорода, водорода и других потенциально вредных газов; разливают расплав в блюмы; нагревают разлитые блюмы примерно до 1220ºC; прокатывают блюм в «катаный» блюм с использованием множества проходов на блюминге; помещают катаные блюмы в нагревательную печь; повторно нагревают катаные блюмы примерно до 1220ºC для обеспечения равномерно распределённой температуры прокатки рельса; очищают катаный блюм от окалины; пропускают катаный блюм последовательно через черновую клеть, промежуточную черновую клеть и чистовую клеть для формирования готового стального рельса, при этом чистовая клеть имеет конечную температуру на выходе, равную 1040ºC; очищают готовый стальной рельс от окалины при температуре примерно выше 900ºC для получения на нём равномерно распределённого вторичного оксида; и охлаждают воздухом готовый рельс примерно до 700ºC - 800ºC.The step of producing a carbon steel T-rail may further include the following steps: preparing a steel melt at a temperature of about 1600ºC to about 1650ºC by successively adding manganese, silicon, carbon, chromium, followed by titanium and vanadium in any order or combination in order to form a melt; perform vacuum degassing of the melt to further remove oxygen, hydrogen and other potentially harmful gases; pour the melt into blooms; heated spilled blooms to about 1220ºC; rolling the bloom into a "rolled" bloom using a plurality of blooming passes; place the rolled blooms in a heating furnace; reheat the rolled blooms to approximately 1220ºC to ensure a uniformly distributed rail rolling temperature; clean the rolled bloom from scale; passing the rolled bloom successively through a roughing stand, an intermediate roughing stand and a finishing stand to form a finished steel rail, the finishing stand having a final outlet temperature of 1040ºC; descale the finished steel rail at a temperature above about 900ºC to obtain a uniformly distributed secondary oxide on it; and air cool the finished rail to about 700ºC - 800ºC.
Стадия охлаждения стального рельса может включать в себя охлаждение рельса водой в течение 140 секунд. Стадия охлаждения стального рельса водой может заключать в себе охлаждение стального рельса разбрызгиваемыми струями воды. Воду, составляющую разбрызгиваемые струи воды, поддерживают при температуре 8 - 17ºC. Стадия охлаждения стального рельса разбрызгиваемыми струями воды может включать в себя направление струй воды на верхнюю часть головки рельса, боковые стороны головки рельса и подошву рельса. Стадия охлаждения стального рельса разбрызгиваемыми струями воды может включать в себя прохождение стального рельса через камеру охлаждения, которая заключает в себе разбрызгиваемые струи воды.The steel rail cooling step may include cooling the rail with water for 140 seconds. The step of cooling the steel rail with water may comprise cooling the steel rail with water spray jets. The water constituting the sprayed water jets is maintained at a temperature of 8-17ºC. The step of cooling the steel rail with water spray jets may include directing the water jets to the top of the rail head, the sides of the rail head, and the bottom of the rail. The step of cooling the steel rail with water spray jets may include passing the steel rail through a cooling chamber that contains the water spray jets.
Камера охлаждения может заключать в себе две секции, и скорость потока воды в каждой секции можно изменять в зависимости от требований охлаждения в каждой из них. Наибольшее количество воды можно применять в первой/входной секции камеры охлаждения, делая скорость охлаждения достаточно быстрой для подавления образования доэвтектоидного цементита и инициирования начала перлитного превращения ниже 700ºC. Скорость потока воды в первой/входной секции камеры охлаждения может находиться в диапазоне 15-40 м3/ч, а скорость потока воды во второй/последней секции камеры охлаждения может находиться в диапазоне 5-30 м3/ч. Стадия охлаждения стального рельса может дополнительно включать в себя стадию охлаждения рельса в воздухе до температуры окружающей среды после стадии охлаждения рельса водой в течение 140 секунд.The cooling chamber may include two sections, and the flow rate of water in each section can be changed depending on the cooling requirements in each of them. The largest amount of water can be applied in the first/inlet section of the cooling chamber, making the cooling rate fast enough to suppress the formation of hypoeutectoid cementite and initiate the onset of pearlite transformation below 700ºC. The water flow rate in the first/inlet section of the cooling chamber may be in the range of 15-40 m 3 /h, and the water flow rate in the second/last section of the cooling chamber may be in the range of 5-30 m 3 /h. The step of cooling the steel rail may further include a step of cooling the rail in air to ambient temperature after the step of cooling the rail with water for 140 seconds.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
На фигуре 1 представлено схематичное изображение разреза подошвы T-образного рельса и конкретно показаны позиции на подошве T-образного рельса, где измеряется его твёрдость;Figure 1 is a schematic sectional view of the foot of a T-rail and specifically shows positions on the foot of the T-rail where its hardness is measured;
на фигуре 2 изображено сечение T-образного рельса и разбрызгиваемые струи воды, которые используются для охлаждения T-образного рельса;figure 2 shows a cross-section of a T-shaped rail and spray jets of water that are used to cool the T-shaped rail;
на фигуре 3 построены кривые охлаждения 8 рельсов настоящего изобретения;figure 3 plots the cooling curves of 8 rails of the present invention;
на фигуре 4 представлены графические зависимости температуры головки рельса в ºC с момента поступления в камеру охлаждения для одного рельса и отображены точечные линии, показывающие верхнюю и нижнюю границы петли охлаждения, предлагаемой в изобретении.4 is a graph of the rail head temperature in ºC since entering the cooling chamber for one rail and shows dotted lines showing the upper and lower limits of the cooling loop of the invention.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Настоящее изобретение включает в себя сочетание состава стали и ускоренного охлаждения подошвы для получения T-образных рельсов с подошвами высокой прочности/твёрдости.The present invention includes a combination of steel composition and accelerated cooling of the sole to obtain T-rails with high strength/hardness soles.
Составы рельсов, применимые со способом изобретенияRail compositions applicable with the method of the invention
Стальные рельсы по стандарту AREMASteel rails according to AREMA standard
Состав стали для T-образных рельсов, которые применимы в способе изобретения, представляет собой химический состав стального рельса по стандарту AREMA. Указанный состав по стандарту AREMA включает в себя (в масс. %):The steel composition for the T-rails that are applicable in the method of the invention is the chemical composition of the steel rail according to the AREMA standard. The specified composition according to the AREMA standard includes (in wt.%):
а остальное представляет собой железо и остаточные примеси.and the rest is iron and residual impurities.
Альтернативный составAlternative composition
Второй состав, из которого можно изготовлять T-образные рельсы настоящего изобретения, представляет собой следующий состав в массовых %, при этом железо является существенной остальной частью:The second composition from which the T-rails of the present invention can be made is the following composition in % by weight, with iron being the essential remainder:
а остальное представляет собой железо и остаточные примеси.and the rest is iron and residual impurities.
Углерод является существенно важным для достижения рельсом характеристик высокой прочности. Углерод соединяется с железом с образованием карбида железа (цементит). Карбид железа способствует выcoкой твёрдости и придаёт высокую прочность рельсовой стали. При высоком содержании углерода (примерно выше 0,8 масс. % C, необязательно, выше 0,9 масс. %) продолжает образовываться более высокая объёмная доля карбида железа (цементита), превышающая его долю в традиционной эвтектоидной (перлитной) стали. Один из способов использования повышенного содержания углерода в новой стали заключается в ускоренном охлаждении (закалка подошвы) и подавлении образования сеток вредного доэвтектоидного цементита на границах аустенитных зёрен. Как обсуждается ниже, более высокая концентрация углерода также исключает образование мягкого феррита на поверхности рельса при обычном обезуглероживании. Иными словами, сталь содержит достаточное количество углерода для предотвращения того, чтобы поверхность стали становилась доэвтектоидной. Концентрации углерода выше 1 масс. % могут приводить к образованию нежелательных цементитных сеток. Carbon is essential for the rail to achieve high strength characteristics. Carbon combines with iron to form iron carbide (cementite). Iron carbide contributes to high hardness and gives high strength to rail steel. At a high carbon content (above about 0.8 wt.% C, optionally above 0.9 wt.%), a higher volume fraction of iron carbide (cementite) continues to form, exceeding its proportion in traditional eutectoid (pearlitic) steel. One way to exploit the increased carbon content of new steel is to accelerate cooling (solid hardening) and suppress the formation of networks of detrimental hypoeutectoid cementite at the austenite grain boundaries. As discussed below, the higher carbon concentration also precludes the formation of soft ferrite on the rail surface during conventional decarburization. In other words, the steel contains enough carbon to prevent the surface of the steel from becoming hypoeutectoid. Carbon concentrations above 1 wt. % can lead to the formation of undesirable cementite networks.
Марганец является раскислителем жидкой стали и его добавляют для связывания серы в форме сульфидов марганца, предотвращая таким образом образование сульфидов железа, которые являются хрупкими и вредными для горячей пластичности. Марганец также способствует твёрдости и прочности перлита путём торможения образования зародышей перлитного превращения, за счёт чего понижается температура превращения и уменьшается межслойное расстояние перлита. Высокие концентрации марганца могут вызывать нежелательную внутреннюю сегрегацию в ходе затвердевания и образование микроструктур, которые ухудшают свойства. В приведённых в качестве примеров вариантах осуществления содержание марганца понижено по отношению к его традиционному уровню в составе стали закалённых головок с целью сдвига «носика» диаграммы превращения при непрерывном охлаждении (ПНО) в более короткие периоды времени, т. е. кривая сдвигается влево. В общем случае, около «носика» образуется больше перлита и меньше продуктов превращения (например, бейнита). В соответствии с приведёнными вариантами осуществления начальную скорость охлаждения увеличивают для использования преимущества указанного сдвига, скорости охлаждения повышают для образования перлита вблизи носика. Осуществление процесса закалки головок при более высоких скоростях охлаждения стимулирует образование более тонкой (и более твёрдой) перлитной микроструктуры. В случае состава стали, предлагаемого в изобретении, закалку подошвы можно проводить при более высоких скоростях охлаждения без наличия нестабильности. С учётом вышесказанного, содержание марганца поддерживается на уровне ниже 1% для уменьшения сегрегации и предотвращения образования нежелательных микроструктур. Концентрацию марганца предпочтительно поддерживают примерно выше 0,40 масс. % для связывания серы путём образования сульфида марганца. Высокие концентрации серы могут создавать высокие концентрации сульфида железа и приводить к повышенной хрупкости.Manganese is a molten steel deoxidizer and is added to sequester sulfur in the form of manganese sulfides, thus preventing the formation of iron sulfides, which are brittle and detrimental to hot ductility. Manganese also contributes to the hardness and strength of pearlite by inhibiting the formation of nuclei of pearlite transformation, due to which the transformation temperature decreases and the interlayer distance of pearlite decreases. High concentrations of manganese can cause unwanted internal segregation during solidification and the formation of microstructures that degrade properties. In the exemplary embodiments, the manganese content is lowered from its traditional level in the hardened head steel composition in order to shift the "nose" of the continuous cooling transformation curve (CCT) in shorter periods of time, i.e., the curve shifts to the left. In general, more pearlite and less transformation products (eg, bainite) form near the nose. According to the above embodiments, the initial cooling rate is increased to take advantage of said shear, the cooling rates are increased to form perlite near the spout. Performing the die hardening process at higher cooling rates stimulates the formation of a finer (and harder) pearlite microstructure. With the steel composition according to the invention, hardening of the sole can be carried out at higher cooling rates without instability. With this in mind, the manganese content is kept below 1% to reduce segregation and prevent the formation of unwanted microstructures. The manganese concentration is preferably maintained above about 0.40 wt. % for the binding of sulfur by the formation of manganese sulfide. High concentrations of sulfur can create high concentrations of iron sulfide and lead to increased brittleness.
Кремний является ещё одним раскислителем жидкой стали и сильным упрочнителем твёрдым раствором ферритной фазы в перлите (кремний не соединяется с цементитом). Кремний также подавляет образование непрерывных доэвтектоидных цементитных сеток на предшествующих границах зёрен аустенита путём изменения активности углерода в аустените. Предпочтительно, кремний присутствует на уровне, по меньшей мере, около 0,3 масс. % для предотвращения образования цементитной сетки, и на уровне не выше 1,0 масс. % во избежание охрупчивания в ходе горячей прокатки. Silicon is another deoxidizer of liquid steel and a strong solid solution hardener of the ferrite phase in pearlite (silicon does not combine with cementite). Silicon also inhibits the formation of continuous hypoeutectoid cementite networks at the preceding austenite grain boundaries by changing the carbon activity of the austenite. Preferably, silicon is present at a level of at least about 0.3 wt. % to prevent the formation of a cementite network, and at a level not higher than 1.0 wt. % to avoid embrittlement during hot rolling.
Хром обеспечивает упрочнение твёрдым раствором и в ферритной, и в цементитной фазах перлита. Chromium provides solid solution strengthening in both the ferritic and cementite phases of perlite.
Ванадий в ходе превращения соединяется с избыточным углеродом и азотом с образованием карбида ванадия (карбонитрида) для повышения твёрдости и упрочнения ферритной фазой в перлите. Ванадий эффективно конкурирует с железом за углерод, предотвращая таким образом образование непрерывных цементитных сеток. Карбид ванадия уменьшает размер аустенитных зёрен и действует в направлении ослабления формирования непрерывных доэвтектоидных цементитных сеток на границах зёрен аустенита, конкретно, в присутствии концентраций кремния, реализуемых на практике в рамках настоящего изобретения. Концентрации ванадия ниже 0,04 масс. % приводят к образованию недостаточного количества выделений карбида ванадия для подавления формирования цементитных сеток. Концентрации выше 0,35 масс. % могут являться вредными в отношении характеристик удлинения стали.Vanadium during the transformation combines with excess carbon and nitrogen to form vanadium carbide (carbonitride) to increase hardness and strengthen the ferrite phase in pearlite. Vanadium effectively competes with iron for carbon, thus preventing the formation of continuous cementite networks. Vanadium carbide reduces the size of the austenite grains and acts to reduce the formation of continuous hypoeutectoid cementite networks at the austenite grain boundaries, specifically in the presence of silicon concentrations practiced within the scope of the present invention. Vanadium concentrations below 0.04 wt. % lead to the formation of an insufficient amount of precipitates of vanadium carbide to suppress the formation of cementite networks. Concentrations above 0.35 wt. % can be detrimental to the elongation characteristics of the steel.
Титан соединяется с азотом с образованием выделений нитрида титана, которые закрепляют границы зёрен аустенита при нагревании и прокатке стали, предотвращая таким путём избыточный рост аустенитных зёрен. Указанное утончение зёрен является важным для ограничения роста аустенитных зёрен в ходе нагревания и прокатки рельсов при конечных температурах выше 900 ºC. Утончение зёрен обеспечивает достижение хорошего сочетания пластичности и прочности. Концентрации титана выше 0,01 масс. % являются благоприятными для удлинения при растяжении, приводя к достижению значений удлинения свыше 8%, как например, 8-12%. Концентрации титана ниже 0,01 масс. % могут снижать среднюю величину удлинения до значения ниже 8%. Концентрации титана выше 0,035 масс. % могут приводить к формированию крупных частиц TiN, которые являются неэффективными для ограничения роста аустенитных зёрен. Titanium combines with nitrogen to form titanium nitride precipitates, which fix the austenite grain boundaries when the steel is heated and rolled, thus preventing overgrowth of austenite grains. This grain thinning is important to limit the growth of austenite grains during heating and rolling of rails at end temperatures above 900 ºC. The thinning of the grains provides a good combination of ductility and strength. Titanium concentrations above 0.01 wt. % are favorable for tensile elongation, leading to elongation values in excess of 8%, such as 8-12%. Titanium concentrations below 0.01 wt. % can reduce the average elongation to below 8%. Titanium concentrations above 0.035 wt. % can lead to the formation of large TiN particles, which are ineffective in limiting the growth of austenite grains.
Азот является важным для соединения с титаном для образования выделений TiN. При осуществлении процесса плавки в электрической печи, как правило, присутствует определённое количество примеси азота природного происхождения. Может быть желательным добавление дополнительного азота к составу для доведения концентрации азота до величины выше 0,002 масс. %, которая обычно является достаточной концентрацией азота для того, чтобы позволять ему соединяться с титаном с образованием выделений нитрида титана. Как правило, концентрации азота выше 0,0150 масс. % не являются необходимыми. Nitrogen is essential for bonding with titanium to form TiN precipitates. During the smelting process in an electric furnace, as a rule, there is a certain amount of nitrogen impurities of natural origin. It may be desirable to add additional nitrogen to the composition to bring the nitrogen concentration to a value above 0.002 wt. %, which is usually a sufficient concentration of nitrogen to allow it to combine with titanium to form precipitates of titanium nitride. Typically, nitrogen concentrations above 0.0150 wt. % are not necessary.
Вторая композиция является заэвтектоидной, с повышенной объёмной долей цементита для добавочной твёрдости. Содержание марганца целенаправленно уменьшают для предотвращения образования нижних продуктов превращения (бейнит и мартенсит) при сварке T-образных рельсов. Концентрацию кремния увеличивают для обеспечения более высокой твёрдости и содействия подавлению образования доэвтектоидных цементитных сеток на предшествующих границах зёрен аустенита. Слегка повышенное содержание хрома предназначено для дополнительного повышения твёрдости. Добавка титана соединяется с азотом с образованием субмикроскопических частиц нитрида титана, которые осаждаются в фазе аустенита. Упомянутые частицы TiN закрепляют границы зёрен аустенита в продолжение цикла нагревания для предотвращения роста зёрен, что в результате приводит к меньшему размеру аустенитного зерна. Добавка ванадия соединяется с углеродом с образованием субмикроскопических частиц карбида ванадия, которые осаждаются в ходе перлитного превращения, и в результате приводит к достижению сильного эффекта упрочнения. Добавка ванадия, наряду с добавкой кремния и ускоренным охлаждением, подавляет образование доэвтектоидных сеток цементита.The second composition is hypereutectoid, with an increased volume fraction of cementite for additional hardness. The manganese content is purposefully reduced to prevent the formation of lower transformation products (bainite and martensite) during welding of T-shaped rails. The silicon concentration is increased to provide higher hardness and to help suppress the formation of hypoeutectoid cementite networks at the preceding austenite grain boundaries. The slightly higher chromium content is intended to further increase the hardness. The titanium additive combines with nitrogen to form submicroscopic titanium nitride particles which precipitate in the austenite phase. Said TiN particles anchor the austenite grain boundaries during the heating cycle to prevent grain growth, resulting in a smaller austenite grain size. The addition of vanadium combines with carbon to form submicroscopic vanadium carbide particles, which are deposited during pearlite transformation, and as a result, a strong hardening effect is achieved. The addition of vanadium, along with the addition of silicon and accelerated cooling, suppresses the formation of hypoeutectoid cementite networks.
Фигура 1 представляет собой схематичное изображение разреза подошвы Т-образного рельса. На фигуре показаны позиции на подошве T-образного рельса, где измеряется его твёрдость (употребляемый в настоящем документе термин твёрдость обозначает твёрдость по Бринеллю) и приводится в настоящем документе. Позиции F и H находятся вблизи краёв подошвы, тогда как позиция G находится в центральной точке подошвы. Испытания осуществляют в отношении материала, который находится на глубине 9,5 мм от нижней поверхности подошвы.Figure 1 is a schematic sectional view of the foot of a T-rail. The figure shows the positions on the sole of the T-rail where its hardness is measured (the term hardness used in this document means Brinell hardness) and is given in this document. The F and H positions are near the edges of the sole, while the G position is at the center point of the sole. The tests are carried out on a material that is at a depth of 9.5 mm from the bottom surface of the sole.
Средняя твёрдость в центральной точке (G) подошвы необработанных, катаных T-образных рельсов, изготовленных в соответствии со стандартом AREMA для химического состава стали, составляет около 320.The average hardness at the center point (G) of the sole of unfinished, rolled T-rails manufactured to the AREMA steel chemistry standard is about 320.
Твёрдость в точках F, G и H, а также средние величины для нескольких образцов стальных рельсов, подвергнутых обработке способом настоящего изобретения, приведены в таблице 1.The hardness at points F, G and H, as well as the average values for several samples of steel rails processed by the method of the present invention, are shown in table 1.
Таблица 1Table 1
Средняя твёрдость подошвы рельсов, соответствующих изобретению, превышает 350 (предпочтительно, 360) во всех точках на подошве. Средняя твёрдость в центральной точке (G) рельсов, соответствующих изобретению, превышает 370, при этом для некоторых рельсов даже превышает 380. Таким образом, средняя твёрдость подошвы рельсов настоящего изобретения превышает твёрдость сплавов предшествующего уровня техники в центральной точке на 40 единиц. Ещё лучше сопоставлять средние значения твёрдости в центральной точке рельсов предшествующего уровня техники с рельсами, соответствующими изобретению, при этом рельсы, соответствующие изобретению, твёрже на целых 50 единиц.The average hardness of the sole of the rails according to the invention exceeds 350 (preferably 360) at all points on the sole. The average hardness at the central point (G) of the rails according to the invention exceeds 370, and for some rails even exceeds 380. Thus, the average hardness of the sole of the rails of the present invention exceeds the hardness of the prior art alloys at the central point by 40 units. It is even better to compare the average hardness values at the center point of the rails of the prior art with the rails according to the invention, while the rails according to the invention are as much as 50 units harder.
При производстве сырых стальных рельсов сталеварение можно осуществлять в диапазоне температур, достаточно высоких для поддержания стали в расплавленном состоянии. Например, температура может находиться в диапазоне от значения около 1600 ºC примерно до 1650 ºC. Легирующие элементы можно добавлять к расплавленной стали в любом конкретном порядке, хотя желательно выстраивать последовательность добавления, нацеленную на защиту от окисления определённых элементов, таких как титан и ванадий. Согласно одному из представленных в качестве примера вариантов осуществления вначале добавляют марганец в виде ферромарганца для раскисления жидкой стали. Далее добавляют кремний в форме феррокремния для дополнительного раскисления жидкой стали. Затем добавляют углерод с последующим добавлением хрома. Ванадий и титан добавляют на предпоследней и последней стадиях, соответственно. После добавления легирующих элементов сталь можно подвергать вакуумной дегазации для дополнительного удаления кислорода и других потенциально вредных газов, таких как водород. In the production of green steel rails, steelmaking can be carried out at a temperature range high enough to keep the steel in a molten state. For example, the temperature may range from about 1600 ºC to about 1650 ºC. The alloying elements can be added to the molten steel in any particular order, although it is desirable to have a sequence of additions aimed at protecting certain elements such as titanium and vanadium from oxidation. In one exemplary embodiment, manganese is first added in the form of ferromanganese to deoxidize the liquid steel. Next, silicon is added in the form of ferrosilicon to further deoxidize the liquid steel. Carbon is then added followed by chromium. Vanadium and titanium are added in the penultimate and last stages, respectively. After the addition of alloying elements, the steel can be subjected to vacuum degassing to further remove oxygen and other potentially harmful gases such as hydrogen.
Сразу после дегазации жидкую сталь можно разливать в блюмы (размером, например, 370 мм x 600 мм) в трёхструйной машине непрерывного литья. Скорость разливки можно устанавливать, например, на уровне ниже 0,46 м/с. В продолжение разливки жидкая сталь защищена от воздействия кислорода (воздуха) посредством системы защитных труб, которая включает в себя керамические трубы, простирающиеся со дна ковша в промежуточный ковш (удерживающий сосуд, который распределяет расплавленную сталь в три формы, расположенные ниже) и с днища промежуточного ковша в каждую форму. Жидкую сталь можно перемешивать электромагнитной мешалкой во время нахождения в литейной форме с целью повышения однородности и сведения к минимуму таким образом сегрегации сплава. Immediately after degassing, liquid steel can be cast into blooms (e.g. 370 mm x 600 mm) in a three-jet continuous casting machine. The casting speed can be set, for example, below 0.46 m/s. During pouring, the liquid steel is protected from oxygen (air) attack by a protective tube system that includes ceramic tubes extending from the bottom of the ladle into the tundish (the holding vessel that distributes the molten steel into the three molds below) and from the bottom of the tundish. ladle into each mold. Liquid steel can be agitated with an electromagnetic stirrer while in the mold to improve uniformity and thus minimize segregation of the alloy.
После разливки разлитые блюмы нагревают примерно до 1220ºC и прокатывают в «катаный» блюм за множество (например, 15) проходов на блюминге. Катаные блюмы помещают «горячими» в нагревательную печь и повторно нагревают до 1220ºC для обеспечения равномерно распределённой температуры прокатки рельса. После очистки от окалины катаный блюм можно прокатывать в рельс за многочисленные (например, 10) проходы на черновой клети, промежуточной черновой клети и чистовой клети. Конечная температура желательно составляет около 1040ºC. Катаный рельс можно снова очищать от окалины при температуре примерно выше 900ºC для получения на нём равномерно распределённого вторичного оксида до закалки подошвы. Рельс можно охлаждать воздухом примерно до 700ºC - 800ºC.After casting, the spilled blooms are heated to about 1220ºC and rolled into a "rolled" bloom in multiple (eg 15) blooming passes. Rolled blooms are placed "hot" in a heating furnace and reheated to 1220ºC to ensure evenly distributed rail rolling temperature. Once descaled, the rolled bloom can be rolled into a rail in multiple (eg 10) passes on the roughing stand, intermediate roughing stand and finishing stand. The end temperature is desirably around 1040ºC. The rolled rail can be descaled again at a temperature above about 900ºC to obtain an evenly distributed secondary oxide on it before the sole is hardened. The rail can be air-cooled to about 700ºC - 800ºC.
Несмотря на то, что для вновь изготовленного стального рельса предпочтительно применять процесс охлаждения в соответствии с изобретением непосредственно в данной точке, и хотя рельсы по-прежнему находятся при температуре около 700ºC - 800ºC, рельсы можно охлаждать до температуры окружающей среды и повторно нагревать после этого до начальной температуры примерно 700ºC - 800ºC для воплощения способа согласно изобретению.Although it is preferable for a newly manufactured steel rail to apply the cooling process according to the invention directly at this point, and although the rails are still at a temperature of about 700ºC - 800ºC, the rails can be cooled to ambient temperature and reheated thereafter to initial temperature of about 700ºC - 800ºC to implement the method according to the invention.
Способ в соответствии с изобретениемMethod according to the invention
После выхода из последней клети рельсопрокатного стана рельсы (хотя всё ещё аустенитные) отправляют в машину для закалки подошвы. Начиная с температуры поверхности в диапазоне от 700ºC до 800ºC, рельс пропускают через ряд сопел распыления воды, исполненных, как показано на фигуре 2, которая отображает сечение T-образного рельса и разбрызгиваемые струи воды, используемые для охлаждения Т-образного рельса.After exiting the last stand of the rail rolling mill, the rails (though still austenitic) are sent to a sole hardening machine. Starting at a surface temperature in the range of 700ºC to 800ºC, the rail is passed through a series of water spray nozzles configured as shown in Figure 2, which shows a section of a T-rail and the water spray jets used to cool the T-rail.
Исходя из фигуры 2, можно видеть, что конфигурация сопел распыления воды включает в себя верхнее сопло 1 распыления воды на головку, два боковых сопла 2 распыления воды на головку и сопло 3 распыления воды на основание. Распылительные сопла распределены продольно в камере охлаждения 100 метров длиной, и камера заключает в себе сотни сопел для охлаждения. Рельс перемещается через распылительную камеру со скоростью 0,5-1,0 метр в секунду. Для надлежащей плотности температуру воды регулируют в пределах 8-17 ºC. From Figure 2, it can be seen that the configuration of the water spray nozzles includes an upper head
Скорость потока воды регулируют в двух независимых секциях камеры охлаждения, по 50 метров длиной каждая. Например, при обработке профиля 115E (115 фунт/ярд) скорости потоков распылительной воды, направляемых на подошву, регулируют применительно к каждой 50-метровой секции с целью достижения надлежащей скорости охлаждения для формирования тонкой перлитной микроструктуры в подошве T-образного рельса. На фигуре 3 графически отображены кривые охлаждения 8 рельсов настоящего изобретения по мере их последовательного прохождения через секции камеры. Конкретно, на фигуре 3 графически отображена зависимость температуры подошвы рельсов в ºC от времени с момента поступления в первую секцию камеры.The water flow rate is regulated in two independent sections of the cooling chamber, each 50 meters long. For example, when processing profile 115E (115 lb/yd), the spray water flow rates directed to the sole are adjusted for each 50-meter section in order to achieve the proper cooling rate to form a fine pearlite microstructure in the sole of the T-shaped rail. Figure 3 is a graphical representation of the cooling curves of 8 rails of the present invention as they pass sequentially through the chamber sections. Specifically, Figure 3 is a graphical representation of the rail foot temperature in ºC versus time since entering the first chamber section.
Важной частью данного изобретения является контролирование скорости охлаждения в двух независимых секциях камеры охлаждения. Это выполняют путём точного регулирования потока воды в каждой из двух секций; в частности, общего потока, подаваемого в сопло, направленное на подошву, в каждой секции. В случае 8 рельсов настоящего изобретения, обсуждаемых выше в связи с фигурой 3, скорость потока воды, подаваемого в сопла, направленные на подошвы, в первой 50-метровой секции составляла 15-40 м3/ч, а во 2-й секции 5-30 м3/ч. После того, как рельс выходит из последней секции, он охлаждается воздухом до температуры окружающей среды. Указанное разделение потока воды влияет на уровень твёрдости и глубину твёрдости в подошве рельса. Для демонстрирования результата разделения воды на фигуре 4 представлена в виде графика кривая охлаждения первого из 8 рельсов, приведённых на фигуре 3. Конкретно, на фигуре 4 для одного рельса графически представлена зависимость температуры головки рельса в ºC от времени с момента входа в первую секцию камеры. Точечные линии показывают верхнюю и нижнюю границы огибающей линии охлаждения в соответствии с изобретением. An important part of this invention is the control of the cooling rate in two independent sections of the cooling chamber. This is done by finely regulating the flow of water in each of the two sections; in particular, the total flow supplied to the sole nozzle in each section. In the case of the 8 rails of the present invention, discussed above in connection with figure 3, the flow rate of water supplied to the nozzles directed to the soles in the first 50-meter section was 15-40 m 3 /h, and in the 2nd section 5- 30 m 3 / h. After the rail leaves the last section, it is air-cooled to ambient temperature. This separation of the water flow affects the level of hardness and the depth of hardness in the base of the rail. To show the result of water separation, Figure 4 plots the cooling curve of the first of the 8 rails shown in Figure 3. Specifically, Figure 4 for one rail plots the temperature of the railhead in ºC versus time since entering the first chamber section. The dotted lines show the upper and lower limits of the envelope of the cooling line in accordance with the invention.
Наибольшее количество воды применяют в 1-й секции, что приводит к достижению скорости охлаждения, достаточно высокой, чтобы подавлять образование доэвтектоидного цементита и инициировать начало перлитного превращения ниже 700ºC (в диапазоне 600-700ºC). Чем ниже начальная температура перлитного превращения, тем меньше межслойное расстояние перлита и выше твёрдость рельса. Как только подошва T-образного рельса начинает претерпевать перлитное превращение, в результате указанного превращения выделяется тепло, называемое теплотой превращения, и процесс охлаждения резко замедляется, если не применяется надлежащее количество воды. Действительно, температура поверхности может становиться выше, чем прежде: это известно как рекалесценция. Для отвода указанного избытка тепла и обеспечения возможности продолжения протекания перлитного превращения ниже 700ºC требуется регулируемый высокий уровень потока воды. Поток воды во 2-й секции продолжает снимать тепло с поверхности рельса. Указанное дополнительное охлаждение требуется для достижения хорошей глубины твёрдости.The largest amount of water is applied in the 1st section, which leads to a cooling rate high enough to suppress the formation of hypoeutectoid cementite and initiate the onset of pearlite transformation below 700ºC (in the range of 600-700ºC). The lower the initial pearlite transformation temperature, the smaller the pearlite interlaminar distance and the higher the rail hardness. As soon as the base of the T-rail begins to undergo pearlite transformation, this transformation produces heat, called the heat of transformation, and the cooling process is drastically slowed down if the proper amount of water is not applied. Indeed, surface temperatures can become hotter than before: this is known as recalescence. A controlled high level of water flow is required to remove this excess heat and allow the pearlite transformation to continue below 700°C. The water flow in the 2nd section continues to remove heat from the rail surface. This additional cooling is required to achieve a good depth of hardness.
Как указано выше, точечные линии на фигуре 4 показывают огибающую линию охлаждения в соответствии с изобретением и три режима охлаждения настоящего изобретения. Первый режим охлаждения огибающей линии охлаждения охватывает диапазон 0-80 секунд пребывания в камере охлаждения. В данном режиме огибающей линии охлаждения кривая охлаждения ограничивается верхней линией предела охлаждения и нижней линией предела охлаждения (точечные линии на фигуре 4). Верхняя линия охлаждения охватывает диапазон от момента времени t=0 с при температуре около 800 ºC до момента времени t=80 с и температуры около 675ºC. Нижняя линия охлаждения охватывает диапазон от момента времени t=0 с при температуре около 700ºC до момента времени t=80 с и температуры около 575ºC.As indicated above, the dotted lines in figure 4 show the envelope of the cooling line in accordance with the invention and the three modes of cooling of the present invention. The first mode of cooling of the envelope cooling line covers the range of 0-80 seconds of residence in the cooling chamber. In this envelope cooling line mode, the cooling curve is limited by the upper cooling limit line and the lower cooling limit line (dotted lines in Figure 4). The upper cooling line covers the range from time t=0 s at a temperature of about 800 ºC to time t=80 s and a temperature of about 675ºC. The lower cooling line covers the range from time t=0 s at a temperature of about 700ºC to time t=80 s and a temperature of about 575ºC.
Второй режим охлаждения, покрываемый огибающей линией охлаждения, охватывает диапазон от 80 до 110 секунд пребывания в камере охлаждения. В данном режиме, покрываемом огибающей линией охлаждения, кривая охлаждения снова ограничена верхней линией предела охлаждения и нижней линией предела охлаждения (точечные линии на фигуре 4). Верхняя линия охлаждения охватывает диапазон от момента времени t=80 с при температуре около 675ºC до момента времени t=110 с и температуры около 650ºC. Нижняя линия охлаждения охватывает диапазон от момента времени t=80 с при температуре около 575ºC до момента времени t=110 с и температуры около 550ºC.The second cooling mode, covered by the envelope cooling line, covers the range from 80 to 110 seconds of residence in the cooling chamber. In this mode covered by the cooling envelope, the cooling curve is again limited by the upper cooling limit line and the lower cooling limit line (dotted lines in figure 4). The upper cooling line covers the range from time t=80 s at a temperature of about 675ºC to time t=110 s and a temperature of about 650ºC. The lower cooling line covers the range from time t=80 s at a temperature of about 575ºC to time t=110 s and a temperature of about 550ºC.
Третий режим охлаждения, покрываемый огибающей линией охлаждения, охватывает диапазон от 110 до 140 секунд пребывания в камере охлаждения. В данном режиме, покрываемом огибающей линией охлаждения, кривая охлаждения снова ограничена верхней линией предела охлаждения и нижней линией предела охлаждения (точечные линии на фигуре 4). Верхняя линия охлаждения охватывает диапазон от момента времени t=110 с при температуре около 650ºC до момента времени t=140 с и температуры около 635ºC. Нижняя линия охлаждения охватывает диапазон от момента времени t=110 с при температуре около 550ºC до момента времени t=140 с и температуры около 535ºC.The third mode of cooling, covered by the envelope cooling line, covers the range from 110 to 140 seconds of residence in the cooling chamber. In this mode covered by the cooling envelope, the cooling curve is again limited by the upper cooling limit line and the lower cooling limit line (dotted lines in figure 4). The upper cooling line covers the range from time t=110 s at a temperature of about 650ºC to time t=140 s and a temperature of about 635ºC. The lower cooling line covers the range from time t=110 s at a temperature of about 550ºC to time t=140 s and a temperature of about 535ºC.
В пределах трёх режимов охлаждения, покрываемых огибающей линией охлаждения, скорость охлаждения находится на трёх ступенях. На ступени 1, которая охватывает первые 80 секунд пребывания в камере охлаждения, скорость охлаждения составляет примерно от 1,25ºC/с до 2,5ºC/с вниз по шкале температуры в диапазоне примерно от 525ºC до 675ºC. Ступень 2 охватывает диапазон от 80 секунд до 110 секунд, в котором скорость охлаждения составляет от 1ºC/с до 1,5ºC/с вниз по шкале температуры примерно от 550ºC до 650ºC. Ступень 3 охватывает диапазон от 110 секунд до 140 секунд, в котором скорость охлаждения составляет от 0,1ºC/с до 0,5ºC/с вниз по шкале температуры примерно от 535ºC до 635ºC. После этого рельсы охлаждают воздухом до температуры окружающей среды. Within the three cooling modes covered by the envelope cooling line, the cooling rate is in three steps. In
Если не указано иного, все проценты, упомянутые в настоящем документе, являются массовыми процентами. Unless otherwise indicated, all percentages mentioned herein are by weight.
Claims (37)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2775526C1 true RU2775526C1 (en) | 2022-07-04 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2226557C2 (en) * | 2000-05-29 | 2004-04-10 | Фоест-Альпине Шинен Гмбх Унд Ко Кг | Method of rails hardening and a device for the method realization |
| RU2254382C1 (en) * | 2004-02-24 | 2005-06-20 | Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" | Method of heat treatment of rails |
| EP1493831A4 (en) * | 2002-04-05 | 2006-12-06 | Nippon Steel Corp | Pealite based rail excellent in wear resistance and ductility and method for production thereof |
| RU2371535C1 (en) * | 2008-04-29 | 2009-10-27 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Method of thermal treatment of welded joints of rails |
| US20140182751A1 (en) * | 2012-12-31 | 2014-07-03 | Pangang Group Panzhihua Steel & Vanadium Co., Ltd. | Heat treatment method of turnout track and the turnout track |
| RU2579319C2 (en) * | 2009-12-14 | 2016-04-10 | Арселормитталь Инвестигасион И Десаррольо, С.Л. | Production of hypereutectic steel rail with quenched head |
| US20180112284A1 (en) * | 2012-11-15 | 2018-04-26 | Bruce L. Bramfitt | Method of Making High Strength Steel Crane Rail |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2226557C2 (en) * | 2000-05-29 | 2004-04-10 | Фоест-Альпине Шинен Гмбх Унд Ко Кг | Method of rails hardening and a device for the method realization |
| EP1493831A4 (en) * | 2002-04-05 | 2006-12-06 | Nippon Steel Corp | Pealite based rail excellent in wear resistance and ductility and method for production thereof |
| RU2254382C1 (en) * | 2004-02-24 | 2005-06-20 | Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" | Method of heat treatment of rails |
| RU2371535C1 (en) * | 2008-04-29 | 2009-10-27 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Method of thermal treatment of welded joints of rails |
| RU2579319C2 (en) * | 2009-12-14 | 2016-04-10 | Арселормитталь Инвестигасион И Десаррольо, С.Л. | Production of hypereutectic steel rail with quenched head |
| US20180112284A1 (en) * | 2012-11-15 | 2018-04-26 | Bruce L. Bramfitt | Method of Making High Strength Steel Crane Rail |
| US20140182751A1 (en) * | 2012-12-31 | 2014-07-03 | Pangang Group Panzhihua Steel & Vanadium Co., Ltd. | Heat treatment method of turnout track and the turnout track |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7396423B2 (en) | Method for manufacturing steel plate having superior toughness in weld heat-affected zone | |
| RU2579319C2 (en) | Production of hypereutectic steel rail with quenched head | |
| US6966955B2 (en) | Steel plate having TiN+ZrN precipitates for welded structures, method for manufacturing same and welded structure made therefrom | |
| CN103987866B (en) | High intensity pole thick h shape steel | |
| US9476107B2 (en) | Method of making high strength steel crane rail | |
| US6686061B2 (en) | Steel plate having TiN+CuS precipitates for welded structures, method for manufacturing same and welded structure made therefrom | |
| US6946038B2 (en) | Steel plate having Tin+MnS precipitates for welded structures, method for manufacturing same and welded structure | |
| CN107130172B (en) | 400HBW grades of Brinell hardness whole constrictive type high tenacity easily weld special thick wear-resisting steel plate and its manufacturing method | |
| RU2775526C1 (en) | Method for manufacturing a t-shaped rail having a high-strength base | |
| JP4220830B2 (en) | Perlite rail excellent in toughness and ductility and manufacturing method thereof | |
| JP2004076112A (en) | Method for manufacturing pearlite system rail having excellent toughness and ductility | |
| CA3123335C (en) | Method of making a tee rail having a high strength base | |
| US10604819B2 (en) | Method of making high strength steel crane rail | |
| KR100360106B1 (en) | Method for manufacturing high strength steel plate having superior toughness in weld heat-affected zone and them made from the method, welding fabric using the same | |
| JP4331874B2 (en) | Perlite rail and manufacturing method thereof | |
| JP5533307B2 (en) | How to roll pearlite rails | |
| JPH08246047A (en) | Production of high tensile strength steel plate excellent in uniform elongation | |
| KR20020093146A (en) | Method for steel plate having superior toughness in weld heat-affected zone | |
| KR20140017111A (en) | Precipitation hardening steel sheet and method of manufacturing the same |