SU1422674A1 - Способ термической обработки рельсов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способу обработки железнодорожных рельсов с нагрева токами высокой частоты и может быть использовано на металлургических комбинатах, производ щих железнодорожные рельсы. Цель - уменьшение искривлени  концов рельсов в вертикальной плоскости и повышение производительности процесса. - Рельсы соедин ют в непрерывную нить, подвергают упругому изгибу, затем нагревают головку токами высокой частоты, закаливают водо-воздушной смесью, осуществл ют самоотпуск головки и одновременно провод т нагрев подошвы на длине 1,1... 1,5 м от торца рельса до температуры Ас,... Ас,+ « (10...20) С на участке с концевым искривлением длиной О,4...О,5 м с посто нным понижением температуры в остальной части подошвы до feMnepaTy- ры самоотпуска головки.рельса. Затем со стороны головки, температура . которой составл ет 550., .ДЗО С,прикладывают усилие, подгибающее конщ.г рельсов до пр молинейного положени , и одновременно осуществл ют охлаждение подошвы с последующим совместным охлаждением подошвы и головки до температуры окружающего воздуха. 1 . ф-лы, 4 ил,, 4 табл. е Ф

Description

1

ю to о 4:

Изобретение относитс  к спосоРу обработки желеанодорожных рельсов с иагрера токами высокой частоты и мо жет быть использовано на метаппурги- ческих комбинатах, производ щих железнодорожные рельсы.

Целью изобретени   вл етс  уменьшение искривлени  концов рельсов в вертикальной плоскости и повышение производительности процесса.

На фиг. 1-4 показаны схема поэтапного применени  технологии правки искривленных концов закаленных р ель сов,

Рельсы, соединенные в непрерывную нить при помощи стыковок I, скрепл ющих концы уход щего 2 и набегающего 3 рельсов, движутс  через рельсозака- почный агрегат со скоростью 36.,, &5 мм/с, проход т зону первичного охлаждени , где головка охлаждаетс  во- довоздущной смесью до температуры 550,,,А50 С, затем подход т к зоне правки концов рельсов. Зона прав- ки расположена за зоной нагрева подошвы конца рельса между опорными роликами 4 и 41 По ходу движени  рельсов возле опорного ролика 4 установлено устройство дл  нагрева подошвы, которым может быть индуктор 5 или же устройство газопламенного нагрева (возможен и комбинированный способ ,нагрева - газопламенный с последующей доводкой температуры до заданной при.помощи индуктора). Концы рельсов , войд  в зону расположени  нагревающего устройства, подвергаютс  нагреву со стороны подошвы до температуры 730°С (АС,), но не вьше {АС I + 20°С). на длину, равную О54. ,,,0,5 м (максимальна  дпина концевого искривлени ), с последующим плавным понижением ее например до 450 С в конце участка на длине 1,1,, м от торца каждого рельса (фиг,

Перемеща сь, рельсы с искривленными концами поступают в зону правки На рассто нии О,4,,.0,5 м от торца уход щего рельса до осевой линии опорного ролика 4 к головке прик ладывают усилие, например, прижимньт роликом 6, который заранее выставлен по поверхности головки в средней части по длине рельса (то есть в той части, где искривление отсутствует),

Данное положение нажимного ролика 9 рабочем состо нии условно считаетс  нулевой отметкой. По мере движени  искривленный конец уход щего рельса поступает под прижимной ролик И подвергаетс  усили м, направленным в противоположную сторону искривлени  - К1тзу, Одновременно подощва рельса, нагрета  до температуры С, при помощи устройств 7 и 7 подвергаетс  охлаждению, например, водой со скоростью, обеспечивающей получение пр молинейного положени  конца рельса за счет образовани  остаточных тепловых напр жений, уравновешенных в объеме остальных элементов рельса (щейка и головка),При этом, образовавщиес  напр жени  не только фиксируют пр молинейное положение конца рельса, но и способствуют его выравниванию.

Фиг, 3, По мере выхода уже выправленного конца уход щего рельса 2 из-под прижимного ролика 6 в зону . правки поступает конец набегающего рельса 3, который по мере выравнивани  конца уход щего рельса 2 опускаетс  книзу на определенную величину вместе со стыковкой 1 и оказывает силовое воздействие на искривленный конец набегающего рельса 3, Затем койец набегающего рельса попадает под прижимной ролик 6 и подвергаетс  воздействию усилий и охлаждению, После этого концевые участки рельсов проход т через -охлаждающие устройства 7 и 7.

Фиг,4, Когда выправленный конец набегающего рельса 3 пройдет через прижимной ролик 6 усилие, прикладываемое к головке снимаетс  за счет подн ти  ролика 6 кверху.

Выправленные концы рельсов 2 и 3, перемеща сь проход т оставшуюс  зону самоотпуска и зону вторичного охлаждени  8, где головка и подошва подвергаетс  окончательному охлаждению йодой до температуры окружающего воздуха .

Оборудование, обеспечивающее осуществление за вл емого способа тепло-механической правки концов закаленных рельсов в вертикальной плоскости , располагаетс  непосредственно в репьсозакалочном агрегате в начале зоны самоотпуска рельсов, котора  находитс  между зоной окончани  первичного охлаждени  (закалка) и зоной начала вторичного охлаждени  (окончательное) рельсов,

Изобретение иллюстрировано примером его осуществлени .

Рельсы из углеродистой стали стандартного состава с массовой долей элементов,%: 0,78 С, 0,95 Мп, 0,32 Si, 0,023 S, 0,030 Р и 0,110 As перед закалкой состыковывались в непрерывную нить, котора  перемещалась в рельсозакалочном агрегате со скоростью 35 мм/с. При перемещении рельсы поступали в зону индукторов, где головка нагревалась до температуры аустенитизации и охлаждалась водо- воздущиой смесью до температуры « ЗОО С на структуру сорбит. Затем при перемещении рельса в агрег.ате осуществл ли нагрев индyкfopoм подошвы конца рельса длиной 0,45 м до температуры 7АО С на глубину 13 мм. Дли- 20 на зоны подощвы с такой температурой составила 0,45 м от торца в сторону середины рельса, а затем температуру плавно снижали и на рассто нии 1,3 м от торца она составипа . Пройд  зону нагрева конец уход щего рельса совместно с концом набегающего рельса поступали в активную зону правки, расположенную между опорными роликами с осевым рассто нием 0,8... 1,0 м„ Когда конец уход щего рельса приближалс  ко второму опорному ролику (по ходу движени  слева) на рассто ние ,5 м, к головке рельса прикладывалось усилие, прижимающее конец рельса книзу на величину, равную величине его изгиба. Усилие не снималось до тех пор, пока второй конец набегающего рельса также выравнии дальнейщее перемещение рельсовой нити производили обычным путем, т.е. согласно существующей технологии. Дальнейщее охлаждение (вторичное) осуществл ли одновременно двутс элементов рельса головки и шейки до теьт- пературы окружающего воздуха. Систему вторичного охлаждени  располага- tO -ПИ в зоне удержани  кривизны рельсов.

Как показали данные опытной проверки в результате использовани  за вл емого способа термической обработки рельсов уменьщаетс  искривле- 15 кие концов рельсов в вертикальной плоскости в основном до 0,15 мм по сравнению с прототипом О,61..,,О мм, а также увеличиваетс  производительность с 5 рельсов/ j го 24 рельсов/ч.

Концевые искривлени  рельсов после закалки с нагрева ТВЧ и различных видов правки (теплова  - прототип и тепло-механическа  - за вл емь1й способ ) приведены в таблице 1.

Изменение искривлени  концов рельсов в вертикальной гглоскости в зависимости от длины зоны нагрева подошвы рельса приведено в таблице 2,

Из таблицы 2 видно, что при нагреве подошвы рельса до за вл емой температуры Ас , - Ас, -ь 10...20 с (730...750 с) на длину от 0,8 до 1,7 м от торца, вертикальное искрив-, ление кверху при тепловой правке измен етс  от 1,4...1,3 мм до 0,15..,

25

30

35

О,10 мм.

Из приведенных данных таблицы 2 видно, что нагревать подощву рельса велс  о В это врем  подошва конца ухо- 40 длину свыше 1,5 м от торца нецед щего рельса охлаждалась водой со , лесообразно, т.к. уже на этой длине

обеспечиваетс  минимум концевого искривлени  (0,1 мм), которое с

увеличением зоны нагрева не измен скоростью 35 град/с при помощи водо- охлаждаемых устройств. Охлаждении подвергалс  и BTOpoil конец набегающего рельса до температуры , Ох- 45 Кроме того, нагревать подошву лаждение подошвы концов рельсов осу- рельса на большую длину нецелесообразно еще и с точки зрени  лищней затраты энергоносителей. Наиболее

ществл ли таким образом, чтобы центральна  часть ее, счита  от осевой линии профил , охлаждалась интенсивнее периферийных участков на 7 град/с,50 Рельса, в которой обеспечиваетс  ми- т„ео со скоростью 42 град/с. Такое нимальное искривление концов рельсов дифференцированное охлаждение подощвы осуществл лось при помощи специального устройства, в котором интенсивность охлаждени  измен ли величиной диаметра и количества отверстий„

После завершени  процессов нагре- ной 1,1,.,1,5 м, на котором искрив- ва и охлаждени  подошвы данные уст- ление концов рельсов происходит квер- ройства отключали, а усилие снимали ху, в пределах 0,30.0.0,10 мм.

оптимальной зоной нагрева подощвы

в вертикальной плоскости (ниже уровн  требований технических условий на искривление термообработанных ее рельсов, которое не должно превышать 0,5 мм),  вл етс  участок дли0

и дальнейщее перемещение рельсовой нити производили обычным путем, т.е. согласно существующей технологии. Дальнейщее охлаждение (вторичное) осуществл ли одновременно двутс элементов рельса головки и шейки до теьт- пературы окружающего воздуха. Систему вторичного охлаждени  располага- O -ПИ в зоне удержани  кривизны рельсов.

Как показали данные опытной проверки в результате использовани  за вл емого способа термической обработки рельсов уменьщаетс  искривле- 5 кие концов рельсов в вертикальной плоскости в основном до 0,15 мм по сравнению с прототипом О,61..,,О мм, а также увеличиваетс  производительность с 5 рельсов/ j го 24 рельсов/ч.

Концевые искривлени  рельсов после закалки с нагрева ТВЧ и различных видов правки (теплова  - прототип и тепло-механическа  - за вл емь1й способ ) приведены в таблице 1.

Изменение искривлени  концов рельсов в вертикальной гглоскости в зависимости от длины зоны нагрева подошвы рельса приведено в таблице 2,

Из таблицы 2 видно, что при нагреве подошвы рельса до за вл емой температуры Ас , - Ас, -ь 10...20 с (730...750 с) на длину от 0,8 до 1,7 м от торца, вертикальное искрив-, ление кверху при тепловой правке измен етс  от 1,4...1,3 мм до 0,15..,

5

0

5

О,10 мм.

увеличением зоны нагрева не измен  Кроме того, нагревать подошву рельса на большую длину нецелесообразно еще и с точки зрени  лищней затраты энергоносителей. Наиболее

Рельса, в которой обеспечиваетс  м нимальное искривление концов рельс

оптимальной зоной нагрева подощвы

50 Рельса, в которой обеспечиваетс  ми- нимальное искривление концов рельсов

в вертикальной плоскости (ниже уровн  требований технических условий на искривление термообработанных ее рельсов, которое не должно превышать 0,5 мм),  вл етс  участок дли5U

Нагрев участка подошвы рельса до температуры Ас,,.Ac+(lO,..20) С (730.0.750 с) производитс  на длину О,4.в,О,5 м от торца рельса. Данна  длина прин та на основании статистической обработки концевой искривленности рельсов в вертикальной плоскости, закаленных с нагрева токами высокой частоты, при этом в 100% случаев вертикальное искривление кверху распростран етс  на длину 0,4.,.О,5 м от торца рельса.

Изменение искривлени  концов рельсов в вертикальной плоскости в зави- симости от температуры нагрева токами высокой частоты в исследуемом интервале температур на длине 0,4... 0,5 м приведено в таблице 3,

Из таблицы видноо что при нагреве подошвы рельса токами высокой частоты на длине О,4.,0,5 м от торца

- Снижение интесивности охлаждени  головки рельса к концу закалки путе прекращени  охлаждени  за 0,о,12 с

рельса до температуры ниже критической точки, т„ео 680,,,710 С, искрив-25  о окончани  закапки св зано с тем.

ца установки установлен на уровне 450 С и отвечает температуре оконча

ни  охлаждени  головки рельса, при которой формируютс  свойства и напр женное состо ние головки, Позтому понижение температуры нагрева подошвы рельса ниже 450°С нежелательно, т,к. будет уменьшатьс  пластичность металла и увеличиватьс  градиент температур головки и подошвы, а следовательно будет измен тьс  в напр женное состо ние концевой части рельса и ухудшатьс  процесс тепло - механической правки. Повышение же температуры подошвы рельса до 500,,, 550 С на (лине 1,1 ,,, 1,5 м от торца возможно. То к, она соответствурт температуре самоотпуска головки рельса при которой происходит процесс тепломеханической правки,

- Снижение интесивности охлаждени  головки рельса к концу закалки путем прекращени  охлаждени  за 0,о,12 с

 о окончани  закапки св зано с тем.

ление концов рельсов кверху составл ет 1,0,,,0,8 мм, т,е, -поставленна  цель не достигаетс , потому что искривление превышает требовани  технических условий. При нагреве до температуры искривление концов рельсов резко уменьшаетс  и достигает величины 0,4,,,0,3 мм, что ниже требований texничecкиx условий, Даль- йейшее повьппение температуры на 10,,, вьш1е критической, например дл  углеродистой стали до 750 С, искривление концов в вертикальной плоскости кверху уменьшаетс  до мм, т„е, практически отсутствует. При нагреве подошвы рельса на длине 0,4.000,5 м от торца до температуры Ас, -1-30,.,, т,е, до 760,о, вертикальное искривление концов рельсов кверху переходит в .искривление книзу до величины О,55,,„0,65 мм за счет образовани  в подощве рельсов смешанной структуры, состо щей из грубопластинчатого перлита и продуктов закалки - троостит и бейнит. Кро- ра которой составл ет 550,,,450 С, ме TorOj по вл ютс , повьш1енные напр - Как уже отмечалось, данный интержени , имен ющие положение концов рельсов в вертикальной плоскости,Поэтому оптимальной температурой иАгре- аа подошвы рельса на длине 0,4... 0,5 м от торца  вл етс  Ас,;,Ас ., (10...20) С, т.е, 730,,,750°С.

Нижний предел температуры пбдошвы рельса на длине 1,1,,. 1,5 м от тор0

5

что при поверхностной закалке головки рельсов с нагрева токами высокой частоты не устраним физический процесс перегрева концевой части за счет замыкани  магнитных силовых линий на конце рельса. При зтом температура повьппаетс  на 80оо.120 С по сравнению с остальной частью головки, В процессе последующего охлаждени  головки рельса концева  часть быстрее охлаждаетс , при этом происходит понижение температуры данной части головки на 50,i,80 С по сравнению с

более удаленной от торцевой части, Это приводит к повьш1ению твердости металла на НВ 50,..80 i наличию в структуре закаленного сло  нар ду с трооститом бейнитиых участков, что отрицательно сказываетс  на тепло- механической правке концов закаленных рельсов.

Усилие , подгибающее концы рельсов до пр молинейного положени , прикладывают к головке, те терату

вал температур головки рельса, к которым прикладывают усилие, подгибающее концы рельсов до пр молинейного положени , равен предельной температуре окончани  охлаждени  головки рельса т.е, 450 С, и максимальной температуре головки рельса,образующейс  в процессе самортпуска.

т.,е, При этом, если прин ть температуру головки концевого участка рельса ниже 450°С, то в закаленном слое нар ду с трооститом будут присутствовать участки бейнита,что не допускаетс .

Если прин ть конечную температуру выше 550 С, то в головке рельса образуютс  участки продуктов отпуска структурной составл ющей закалки , что приводит к резкому снижению твердости и несоответствию требовани м технических условий на закаленные рельсы. В основу выбранной температуры нижнего интервала окончани  охлаждени  головки рельса (закалки ) и верхнего интервала температуры головки рельса, образующейс  в процессе самоотпуска, положены результаты исследований термокинетических диаграмм превращени  аустени- та рельсовой высокоуглеродистой стали стандартного состава.

При приложении усилий к концевой части головки рельса, температура которой находитс  в пределах 550.,,450 С и нагретой подошвы рельса до температуры Ас.. .Ас-ь( 10,, ,20) с понижением ее до 450 С на длине 1,1,е.1,5 м от торца рельса, происходит плавное выравнивание концевого искривлени  в вертикальной плоскости и фиксирование пр молинейного положени  за счет охлаждени  подошвы рельса.

При внедрении в производство предлагаемого способа все закаленные рельсы в отношении распределени  твердости по длине рельса отвечают требовани м ТУ 14-2-651-85 п,2,3, где отмечаетс  ...Твердость на поверхности катани  должна быть в пределах НВ 341 о о.388, Колебани  твердости по длине одного рельса не должны превьппать.НВ 30.единиц, т.е. если твердость средней части головки составл ет , например, НВ 360, то ыа конце допускаетс  НВ 390, В сущности твердость на поверхности головки рел0

0

5

0

5

0

5

са, закаленного с нагрева ТВЧ при охлаждении водовоздушной смесью ув зана с содержанием углерода в каждой плавке. Так, рельсы с содержанием углерода в диапазоне О,71,.,О,82% /Согласно ГОСТ 24182-80/ условно разделены на три группы с содержанием углерода в пределах: 0,71.,,0,74%; О,75,,.0,78%; 0,79..,0,82%, При этом с повьшением углерода в рельсовой стали, твердость увеличиваетс , (см. таблицу 4).

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   1 о Способ термической обработки рельсов, включающий их стыковку и соединение их в непрерывную нить, упругий изгиб, нагрев гоповки токами высокой частоты, закалку охлаждением водовоздушной смесью и ее самоотпуск, поверхностный нагрев и охлаждение подошвы рельса, отличамщий- с   тем, что, с целью уменьшени  искривлени  концов рельсов в вертикальной плоскости и повышени  производительности процесса, одновременно с самоотпуском головки нагрев подошвы осуществл ют на концевых участках на длине 1,1 -.1,5 м от горца, при этом торцовые участки длиной 0,4 - 0,5 м нагревают до температуры + (tO-20) c| с постепенным понижением температуры в остальной части участка нагрева подошвы до температуры самоотпуска голозки рельса, затем со стороны головки прикладьгаа- ют усилие, выпр мл ющее концы рельсов , и одновременно осуществл ют ох-, лаждение подошвы с последующим совместным охлаждением подошвы и головки до температуры окружающего-воздуха ,

   2, Способ.по п,1,отличаю- щ и и с   тем, что выпр мл ющее уси- . лие прикладьгеают к головке в момент

   достижени  ею температургм 550 - ,

   « а к t; ю

   W

   н

   п

   0)

   о.

   и

   1Л

   - rj

   S S  cs

   с кн vo

   0) по ОЧ

   ( п)Н М

   о,о о

   « сg.

   о «о

   о оо

   а юс: со

   I ж

   о о

   « о

   «и с

   оГ

   01

   S и 10 «40

   5R)qmи

   Xсоко

   о 01о.сес

   о спи

   Длина максимальной зоны нагрева подошвы рельса, мм

   0,8 Jo,9 Tl,0 t,1 J 1.2 I 1,3 Jl,4 1,5 I « J «

   Концевое искривление, мм

   1,4... 1,0,,, 0,85. 0,30 0,30 0,30 0,25 0,15 0,20 0,15 1,3 0,9 0,70 0,25 0,250,20 0,10

   ТаблнцаЭ

   о Температура нагрева подошвы рельса, С

   Величина искривлени  концов, мм

   1,0...О,8 0,40-0,30 0,25-0,20 О,20...О,10 0,55 0,65 кверхукверхукверхукверхукверху кверху

   Таблица А

   370...380 381...390 391...401 340..,350 351...370 371...388

   J 2

   ПШ

   8

   фиг. 2.

   Фиг.з

   f ( г (II11 и ) и (I

   llliltlt tllllllllltlH I