Крепка как рельсовая сталь. Общая характеристика рельсовых сталей. Таким образом, проблема повышения усвоения легкоокисляющихся элементов, вводимых в жидкий металл в составе комплексных сплавов, существует. Поэтому разработка и применение новых методов вв

Введение

Рельсовая сталь - это углеродистая легированная сталь, которая легируется кремнием и марганцем. Углерод дает стали такие характеристики, как твердость и износостойкость. Марганец увеличивает эти качества и повышает вязкость. Кремний также делает рельсовую сталь более твердой и износостойкой. Рельсовую сталь может стать еще качественнее с помощью микролегирующих добавок: ванадия, титана и циркония.

Широкий спектр требований, предъявляемых в связи с этим к качеству железнодорожных рельсов, требует совершенствования технологических процессов, разработки, опробования и внедрения новых технологий и использования прогрессивных процессов в области производства рельсов.

Действующая на отечественных металлургических комбинатах технология производства железнодорожных рельсов обеспечивает необходимое качество и стойкость продукции. Однако в силу ряда причин рельсовая сталь в Российской Федерации выплавляется в мартеновских печах, что ограничивает технологические возможности металлургов для существенного и резкого повышения качества стали, используемой для производства рельсов.

Основной причиной малой распространенности производства рельсов из электростали является целевая направленность строительства современных электросталеплавильных цехов с печами большой емкости на утилизацию региональных ресурсов скрапа и обеспечение регионов металлопродукцией промышленного и строительного назначения. При этом достигаются достаточно высокая экономическая эффективность и конкурентоспособность.

Общая характеристика рельсовых сталей

Производство рельсов в нашей стране составляет около 3,5 % от общего производства готового проката, а грузонапряженность железных дорог в 5 раз выше, чем в США, и в 8...12 раз выше, чем на дорогах других развитых капиталистических стран. Это налагает особо высокие требования к качеству рельсов и стали для их изготовления.

Рельсы подразделяют:

По типам Р50, Р65, Р65К (для наружных нитей кривых участков пути), Р75;

Наличию болтовых отверстий: с отверстиями на обоих концах, без отверстий;

Способу выплавки стали: М - из мартеновской стали, К - из конвертерной стали, Э - из электростали;

Виду исходных заготовок: из слитков, из непрерывно-литых заготовок (НЛЗ);

Способу противофлокенной обработки: из вакуумированной стали, прошедшие контролируемое охлаждение, прошедшие изотермическую выдержку.

Химический состав рельсовых сталей представлен в таблице 1 в марках стали буквы М, К и Э обозначают способ выплавки стали, цифры - среднюю массовую долю углерода, буквы Ф, С, X, Т - легирование стали ванадием, кремнием, хромом и титаном соответственно.

Таблица 1 - Химический состав рельсовых сталей (ГОСТ 51685 - 2000)

Рельсы железнодорожные широкой колеи типов Р75 и Р65 изготовляют по ГОСТ 24182-80 из мартеновской стали М76 (0,71... 0,82 % С; 0,75...1,05 % Mn; 0,18...0,40 % Si; < 0,035 % Р и < 0,045 % S), и более легкие типа Р50 - из стали М74 (0,69...0,80 % С). После горячей прокатки все рельсы подвергают изотермической обработке для удаления водорода с целью устранения возможности образования флокенов. Рельсы поставляют для эксплуатации на железных дорогах незакаленными (сырыми) по всей длине и термоупрочненными по всей длине. Концы сырых рельсов подвергают поверхностной закалке с прокатного нагрева или с нагрева ТВЧ. Длина закаленного слоя от торца рельса 50...80 мм, а твердость закаленной части IIB 311...401. Сырые рельсы из стали М76 должны иметь ов > Ј 900 МПа и 5 > 4%. Технология изготовления рельсов должна гарантировать отсутствие в них вытянутых вдоль направления прокатки строчек неметаллических включений (глинозема) длиной более 2 мм (группа I) и более 8 мм (группа II), так как подобные строчки служат источником зарождения трещин контактной усталости в процессе эксплуатации.

Высокая грузонапряженность железных дорог привела к тому, что работоспособность сырых нетермоупрочненных рельсов перестала удовлетворять требованиям тяжелой работы сети железных дорог.

Дальнейшее повышение эксплуатационной стойкости термически упрочненных рельсов может быть достигнуто легированием рельсовой стали. Перспективным является легирование углеродистой рельсовой стали небольшими добавками ванадия (-0,05 %), применение легированных сталей типа 75ГСТ, 75ХГМФ и др., а так же применение термомеханической обработки.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству стали для железнодорожных рельсов низкотемпературной надежности. Предложена рельсовая сталь, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,69 - 0,82, марганец 0,60 - 1,05, кремний 0,18 - 0,45, ванадий 0,04 -0,10, азот 0,008 - 0,020, алюминий 0,005 - 0,020, титан 0,003 - 0,010, кальций 0,002 -0,010, магний 0,003 - 0,007, хром 0,05 - 0,30, никель 0,05 - 0,30, медь 0,05 - 0,30, сера 0,005 - 0,010, фосфор не более 0,025, железо - остальное, при этом суммарное содержание хрома, никеля и меди не превышает 0,65 мас.%, а соотношение содержаний кальция и серы находится в пределах 0,4 - 2,0. Техническим результатом изобретения является возможность создания рельсов с повышенной ударной вязкостью и эксплуатационной надежностью при низких температурах вплоть до -60 o C. 1 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к производству стали для железнодорожных рельсов низкотемпературной надежности. Известны стали, имеющие следующий химический состав, мас.%; 1. 0,65 - 0,85 C; 0,18 - 0,40 Si; 0,60 - 120 Mn; 0,001 - 0,01 Zr; 0,005 - 0,040 Al; 0,004 - 0,011 N; один элемент из группы, содержащей Ca и Mg 0,0005 - 0,015; 0,004 - 0,040 Nb; 0,05 - 0,30 Cu; Fе - ост. 2. 0,65 - 0,89 C; 0,18 - 0,65 Si; 0,60 - 1,20 Mn; 0,004 - 0,030 N; 0,005 - 0,02 Al; 0,0004 - 0,005 Ca; 0,01 - 0,10 V; 0,001 - 0,03 Ti; 0,05 - 0,40 Cr; 0,003 - 0,10 Mo; карбонитриды ванадия 0,005 - 0,08, при этом кальций и алюминий находятся в соотношении 1: (4 - 13), Fe - ост. Эти стали предназначены для изготовления рельсов, в частности, вторая сталь - для рельсов, предназначенных для эксплуатации на магистралях с повышенной грузонапряженностью. Однако они не обеспечивают требуемой работоспособности рельсов в условиях низких климатических температур, характерных для обширных районов Сибири. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является сталь, имеющая следующий химический состав, мас.%: 0,69 - 0,82 C; 0,45 - 0,65 Si; 0,60 - 0,90 Mn; 0,004 - 0,011 N; 0,005 - 0,009 Ti; 0,005 - 0,009 Al; 0,02 - 0,10 V; 0,0005 - 0,004 Ca; 0,0005 - 0,005 Mg; 0,15 - 0,40 Cr; Fe -ост. Однако для нее характерна недостаточно дисперсная микроструктура, которая не может обеспечить требуемый уровень ударной вязкости при низких температурах (-60 o C). Кроме того, содержание серы в этой стали может достигать 0,035%. Вследствие этого в рельсах присутствует значительное количество строчек сульфидов марганца, что понижает ударную вязкость рельсов как в продольном, так и в поперечном направлениях. В связи с тем, что ударная вязкость коррелирует с усталостной прочностью, можно считать, что значения ее при низких температурах однозначно коррелируют с низкотемпературной надежностью, а рельсы из указанной стали не обладают достаточным ресурсом усталостной прочности. Поставлена задача создать рельсовую сталь, из которой можно производить рельсы, обладающие повышенной эксплуатационной надежностью при низких температурах, вплоть до -60 o C. Поставленная задача достигается тем, что рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий, азот, алюминий, титан, кальций, магний и хром, дополнительно содержит никель и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод - 0,69 - 0,82 Марганец - 0,60 - 1,05 Кремний - 0,18 - 0,45 Ванадий - 0,04 - 0,10 Азот - 0,008 - 0,020 Алюминий - 0,005 - 0,020 Титан - 0,003 - 0,010 Кальций - 0,002 - 0,010
Магний - 0,003 - 0,007
Хром - 0,05 - 0,30
Никель - 0,05 - 0,30
Медь - 0,05 - 0,30
Сера - 0,005 - 0,010
Фосфор - Не более 0,025
Железо - Остальное
при этом суммарное содержание хрома, никеля и меди не превышает 0,65 мас. %, а соотношение содержаний кальция и серы находится в пределах 0,4 - 2,0
Введение в сталь никеля и меди заметно понижает температуру начала перлитного превращения при охлаждении рельсовой стали из аустенитного состояния. Вследствие этого происходит заметное измельчение структуры, а именно, уменьшается величина колоний перлита, межпластинчатое расстояние перлита и, следовательно, толщина пластин цементита. Поскольку в стали со структурой пластинчатого перлита ударная вязкость в значительной степени зависит от величины колоний перлита и толщины пластин цементита, то их измельчение приводит к повышению ударной вязкости как при положительной, так и отрицательной температурах вплоть до -60 o C, а, следовательно, к повышению низкотемпературной надежности рельсов. При введении в сталь никеля и меди в количествах, меньших, чем 0,05%, они не оказывают заметного влияния на структуру и ударную вязкость рельсов. Если количество никеля и меди превышает 0,3% каждого или суммарное содержание хрома, никеля и меди превосходит 0,65%, то в стали, наряду с перлитной структурой, образуются участки бейнитной структуры. Ударная вязкость такой стали со смешанной структурой заметно понижается. Соотношение кальция и серы, равное 0,4 - 2,0, обеспечивает формирование вместо строчек сульфида марганца большой протяженности коротких строчек (Mn, Ca)S, глобулярных сульфидов кальция и оболочек из сульфидов кальция на поверхности алюминатов кальция. Глобуляризация сульфидов повышает ударную вязкость в продольном и поперечном направлении, уменьшает анизотропию ударной вязкости. В связи с этим заметно уменьшается опасность развития трещин при эксплуатации рельсов и повышается их надежность, особенно при низких температурах. Если отношение содержаний кальция к сере меньше, чем 0,4, то не происходит глобуляризации сульфидов и повышения ударной вязкости стали. Отношение содержаний кальция к сере больше, чем 2,0, трудно обеспечить при существующих технологиях выплавки, десульфурации стали и введении в нее кальция
Необходимо отметить, что поскольку уровень ударной вязкости, особенно при низких температурах, рельсовой стали довольно низок, что связано с особенностями ее химического состава, то лишь совместное одновременное воздействие на дисперсность микроструктуры и на состав и форму сульфидов заметно повышает низкотемпературную надежность рельсов. Существенными отличиями предлагаемой стали при заявляемом соотношении компонентов являются: введение в сталь никеля и меди при суммарном содержании никеля, меди и хрома не выше 0,65% и соотношение содержаний кальция и серы в пределах 0,4 - 2,0. По имеющимся в научно-технической литературе сведениям никель и медь обычно вводят в сталь, в том числе в рельсовую, для повышения ее прокаливаемости и получения полностью мартенситной структуры, повышения прочности и твердости стали. В предлагаемом изобретении никель и медь вводятся в сталь для измельчения микроструктуры и повышения ударной вязкости. В литературе нами не обнаружено данных о совместном влиянии никеля и меди и глобуляризации сульфидов на ударную вязкость и низкотемпературную надежность. В силу вышеизложенного заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Примеры конкретной реализации предлагаемого изобретения приведены в таблице, где указаны химический состав сталей и свойства рельсов, полученных из этих сталей. Из предлагаемой стали и стали-прототипа в условиях Кузнецкого металлургического комбината были прокатаны железнодорожные рельсы типа Р65, которые термообработаны путем объемной закалки в масле от 840 - 850 o C и отпуска при 450 o C по действующим на комбинате технологическим инструкциям. Результаты, приведенные в таблице, показывают, что при введении в сталь никеля и меди в таком соотношении, что суммарное количество никеля, меди и хрома не превышает 0,65%, а отношение содержаний кальция и серы находится в пределах 0,4 - 2,0, ударная вязкость стали при температуре 20 o C в продольном направлении рельса составляет 4,0 - 6,0 кгсм/см 2 , в поперечном направлении - 3,6 - 5,7 кгсм/см 2 , показатель анизотропии n = 0,90 - 0,98. При этих условиях ударная вязкость стали на продольных образцах при -60 o C находится в пределах 2,0 - 2,7 кгсм/см 2 . При содержании никеля и меди, суммарном содержании никеля, меди и хрома, отношении содержания кальция к сере ниже и выше указанных пределов значения ударной вязкости и ее анизотропии не отличаются заметно от значений этих параметров для стали-прототипа. Согласно техническим условиям ТУ 14-1-5233-93 рельсы с KCU-60 не менее 2,0 кгсм/см 2 относятся к рельсам низкотемпературной надежности. Таким образом, выплавка предлагаемой стали позволит увеличить объем производства рельсов повышенной низкотемпертурной надежности для районов с низкими климатическими температурами. Источники информации
1. Авт. св. СССР N 1435650 М. кл. C 22 C 38/16, 1987. 2. Пат. РФ N 1633008 М. кл. C 22 C 38/16, 1989. 3. Авт. св. СССР N 1239164, М.кл. C 22 C 38/28, 1984.

Формула изобретения

Рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий, азот, алюминий, титан, кальций, магний и хром, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит никель и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,69 - 0,82
Марганец - 0,60 - 1,05
Кремний - 0,18 - 0,45
Ванадий - 0,04 - 0,10
Азот - 0,008 - 0,020
Алюминий - 0,005 - 0,020
Титан - 0,003 - 0,010
Кальций - 0,002 - 0,010
Магний - 0,003 - 0,007
Хром - 0,05 - 0,30
Никель - 0,05 - 0,30
Медь - 0,05 - 0,30
Сера - 0,005 - 0,010
Фосфор - Не более 0,025
Железо - Остальное
при этом суммарное содержание хрома, никеля и меди не превышает 0,65 мас. %, а соотношение содержаний кальция и серы находится в пределах 0,4 - 2,0.

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии сталей, в частности, используемых в судостроении и гидротурбостроении, например при производстве гребных винтов и лопаток гидротурбин, работающих в коррозионной среде (морской и пресной воде) под воздействием значительных статических и циклических нагрузок

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным сталям, и может быть использовано при производстве центробежных труб, предназначенных для изготовления змеевиков трубчатых печей, роликов и других деталей, работающих в агрессивных средах при высоких температурах и давлениях

Изобретение относится к аустенитной нержавеющей стали, содержащей включения выбранного состава, полученные произвольно, состав в зависимости от общего состава стали выбирают таким, чтобы физические свойства этих включений благоприятствовали их горячей трансформации стали

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение
1. Общая характеристика рельсовых сталей
2. Химический состав и требования к качеству рельсовой стали
3. Технология производства рельсовых сталей
4. Производство рельсовой стали с применением модификаторов
Заключение
Список использованных источников

Введение

1. Общая характеристика рельсовых сталей

Производство рельсов в нашей стране составляет около 3,5 % от общего производства готового проката, а грузонапряженность железных дорог в 5 раз выше, чем в США, и в 8...12 раз выше, чем на дорогах других развитых капиталистических стран. Это налагает особо высокие требования к качеству рельсов и стали для их изготовления.

Рельсы подразделяют:

- по типам Р50, Р65, Р65К (для наружных нитей кривых участков пути), Р75;

- категориям качества: В - рельсы термоупрочненные высшего качества, T1, T2 - рельсы термоупрочненные, Н - рельсы нетермоупрочненные;

- наличию болтовых отверстий: с отверстиями на обоих концах, без отверстий;

- способу выплавки стали: М - из мартеновской стали, К - из конвертерной стали, Э - из электростали;

- виду исходных заготовок: из слитков, из непрерывно-литых заготовок (НЛЗ);

- способу противофлокенной обработки: из вакуумированной стали, прошедшие контролируемое охлаждение, прошедшие изотермическую выдержку.

Химический состав рельсовых сталей представлен в таблице 1 в марках стали буквы М, К и Э обозначают способ выплавки стали, цифры - среднюю массовую долю углерода, буквы Ф, С, X, Т - легирование стали ванадием, кремнием, хромом и титаном соответственно.

Таблица 1 - Химический состав рельсовых сталей (ГОСТ 51685 - 2000)

Высокая грузонапряженность железных дорог привела к тому, что работоспособность сырых нетермоупрочненных рельсов перестала удовлетворять требованиям тяжелой работы сети железных дорог.

Дальнейшее повышение эксплуатационной стойкости термически упрочненных рельсов может быть достигнуто легированием рельсовой стали. Перспективным является легирование углеродистой рельсовой стали небольшими добавками ванадия (-0,05 %), применение легированных сталей типа 75ГСТ, 75ХГМФ и др., а так же применение термомеханической обработки.

2. Химический состав и требования к качеству рельсовой стали

рельсовый сталь химический углеродистый

Стали, не имеющие марки или шифра, обозначены номером (шифром) соответствующего стандарта и порядковым номером в этом стандарте. Например, стали в стандарте США ASTM А1 обозначены как ASTM/1, ASTM/2 и т.д., стали в стандарте Канады - как CN/1, CN/2 и т.д., стали в стандартах Австралии в соответствии с шифром стандарта обозначены как AS/1 (стандарт AS 1085 р.1) и AS/11 (стандарт AS 1085 р.11).

Содержание углерода в рельсовой стали устанавливается в зависимости от размеров поперечного сечения рельса. В общем виде размеры рельса принято характеризовать величиной массы его погонного метра (кг/пог.м). Чем больше масса погонного метра, тем выше должно быть содержание углерода в рельсовой стали.

Марганец действует, как углерод, повышая уровень прочности и износостойкости горячекатаных рельсов. В связи с этим в стандарте Австралии AS 1085 р.1, наряду с содержанием отдельно углерода и марганца, нормируется также суммарный показатель их содержания (С+Mn/5). В стандарте ASTM А1 при высоком содержании марганца ограничено содержание никеля, хрома и молибдена, что нужно для получения однотипной структуры рельсовой стали путем обеспечения заданного уровня прокаливаемости. В марках сталей В, 3В и 90В (стандарты BS 11, ISO 5003 и UIC 860) уменьшение содержания углерода скомпенсировано увеличением содержания марганца.

В стандартах России (ГОСТ 24182, 18267) кроме пределов содержания основных химических элементов - углерода, кремния, марганца, фосфора и серы, нормируемых в большинстве зарубежных стандартов, установлены пределы содержания микролегирующих добавок: ванадий (марки стали М76В и М74В), цирконий (марки стали М76Ц, К74Ц и М74Ц), титан (марки стали М76Т, К74Т и М74Т) и ванадий вместе с титаном (марка стали М76ВТ), ограничено содержание мышьяка < 0,15% для сталей из керченских руд.

Рельсовые стали отечественного производства близки по содержанию марганца, кремния, фосфора и серы. Марки рельсовых сталей для определенного размерного типа рельса различаются микролегирующими добавками. Такие стали являются практически аналогами, поэтому в Сводном перечне они помещены друг за другом с указанием в каждой строке соответствующих им зарубежных аналогов. Повторение одной марки стали в двух и более строках Сводного перечня связано с тем, что имеется более одного аналога в стандартах одной страны. Например, в первой строке Сводного перечня указана отечественная марка стали М76 и её аналоги: по стандарту США ASTM А1 - ASTM/1, по стандарту Японии JIS 1124-1124, по стандарту Австралии AS 1085 р.11 - AS/11, по стандарту Канады CNR1 - CN/1 и по международному стандарту ISO 5003 - 2А. Во второй строке Сводного перечня для той же марки стали М76 указаны другие зарубежные аналоги: по стандарту США AREA сталь обозначена AREA/1, по стандарту Австралии AS 1085 р.1 - AS/1 и по стандарту Канады CNR12 - CN/2. Стали CN/1 и CN/2 различаются содержанием кремния, которое зависит от способа выплавки стали.

Значительное улучшение чистоты рельсовой стали и повышение её металлургического качества в России достигнуто в результате перехода от ковшового раскисления стали алюминием к раскислению её комплексным ванадий-кремний-кальциевыми, кремний-магний-титановыми и кальций-циркониевыми лигатурами. Комплексное раскисление рельсовой стали перечисленными лигатурами без применения алюминия позволило исключить образование в головке рельсов строчек включений глинозема, являвшихся очагами зарождения контактно-усталостных повреждений рельсов. Отсутствие строчечных неметаллических включений в головке рельсов привело к повышению их эксплуатационной стойкости.

В большинстве действующих стандартов право выбора способа производства стали предоставляется изготовителю, а информация о способе производства стали сообщается потребителю с помощью специальной маркировки рельсов. Известны случаи, когда в зависимости от способа разливки стали устанавливают различные пределы содержания химических элементов. Так, в канадском стандарте содержание кремния в стали при разливке в слитки составляет 0,10-0,25 %, при непрерывной разливке стали - 0,16-0.35 %.

Важным элементом технологической цепочки производства железнодорожных рельсов является противофлокенная обработка, заключающаяся в специальном режиме охлаждения горячекатаных рельсов тяжелых типов (40 кг/пог.м), обеспечивающем удаление водорода. либо в вакуумной дегазации жидкого рельсового металла перед разливкой. В стандарте канадских государственных железных дорог установлена норма максимально допустимого содержания водорода в вакуумированной стали.

Контроль технологии производства рельсовой стали в горячекатаном состоянии осуществляется путем определения механических свойств при испытании на растяжение образцов, вырезанных из головки рельсов, и измерением твердости по Бринеллю. При испытаниях на растяжение в большинстве случаев определяют временное сопротивление разрыву (предел прочности) и относительное удлинение, иногда - относительное поперечное сужение.

Производится также контроль макроструктуры горячекатаных рельсов с оценкой качества по специально разработанным шкалам макроструктур.

Качество рельсов оценивается также по отсутствию или наличию признаков разрушения отрезков рельсов в результате удара падающим грузом. Вес падающего груза (как правило, 1000 кг), высота падения груза и расстояние между опорами, на которые в горизонтальном положении устанавливается испытываемый отрезок (проба) рельса, задаются в зависимости от типоразмера рельса по уравнению или специальной таблице, приведенным в соответствующем стандарте. Удар производится по середине между опорами рельсовой пробы.

Свойства термически упрочненных рельсов оцениваются в стандартах механическими характеристиками: при испытаниях вырезанных из головки рельса образцов на растяжение, ударной вязкостью при комнатной и пониженных (-40°С, -60°С) температурах испытания и твердостью, измеряемой по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу и Шору. Нормируются также микроструктура и глубина закаленного слоя, которые зависят как от химического состава рельсовой стали, определяющего уровень её прокаливаемости, так и от технологии термической обработки.

3. Технология производства рельсовых сталей

В кислородных конвертерах верхнего и комбинированного дутья дефос-форация начинается с первых минут продувки. Однако, при содержании углерода около 0,6 - 0,9% содержание фосфора в металле стабилизируется или даже несколько увеличивается. Дальнейшее понижение концентрации фосфора наблюдается при значительно более низком содержании углерода. Поэтому при высоком содержании фосфора в чугуне и прекращении продувки на марочном содержании углерода концентрация фосфора в металле обычно выше требуемого содержания его в стали.

Для получения требуемого содержания фосфора в высокоуглеродистой стали, которую выплавляют с прекращением продувки на марочном содержании углерода, используют обновление шлака. При этом понижается производительность сталеплавильных агрегатов, увеличиваются расходы шлакообразующих и чугуна.

На разных заводах повалку конвертера для слива шлака проводят при содержании углерода 1,2 - 2,5%. При содержании фосфора в чугуне 0,20 - 0,30% шлак обновляют дважды при содержании углерода 2,5 - 3,0% и 1,3 - 1,5%. После скачивания шлака в конвертер присаживают свежеобожженую известь. Содержание FeO в шлаке поддерживают в пределах 12 - 18%, изменяя уровень фурмы над ванной. Для разжижения шлака по ходу продувки присаживают плавиковый шпат в количестве 5 - 10% от массы извести. Эти мероприятия позволяют к моменту окончания продувки до марочного содержания углерода в стали получить концентрацию фосфора не более 0,010 - 0,020%.

Во время выпуска металл раскисляют в ковше ферросилицием и алюминием. При этом обязательной операцией является отсечка конвертерного шлака. Попадание его в ковш приводит к рефосфорации металла при раскислении и, особенно, при внепечной обработке под восстановительным шлаком для десульфурации.

Продувка металла в конвертере до низкого содержания углерода позволяет провести глубокую его дефосфорацию. В связи с этим некоторое распространение получила технология выплавки в кислородных конвертерах рельсовой и кордовой стали, которая предусматривает окисление углерода до 0,03 - 0,07% и последующее науглероживанием металла в ковше нефтяным коксом, антрацитом и др. Использование такой технологии требует наличия чистых по вредным примесям и газам карбюризаторов. Это вызывает необходимость в специальной их подготовке, организация которой может создавать значительные трудности.

На некоторых предприятиях используется технология производства рельсовой и кордовой стали в кислородных конвертерах путем выплавки низкоуглеродистого металла и последующего науглероживания его жидким чугуном, который заливают в сталеразливочный ковш перед выпуском плавки из конвертера. Ее использование предполагает наличие чугуна достаточно чистого по содержанию фосфора. Для получения содержания углерода в стали в требуемых пределах окончательное науглероживание раскисленного металла проводят твердыми карбюризаторами в процессе вакуумной обработки.

Вследствие низкого содержания кислорода в высокоуглеродистой рельсовой стали высокая степень чистоты ее по оксидным включениям может быть получена и без применения таких относительно сложных видов внепечной обработки, как вакуумирование или обработка на УКП. Обычно для этого достаточно продувки металла в ковше инертным газом. При этом, чтобы избежать вторичного окисления металла, ковшевой шлак должен содержать минимальное количество оксидов железа и марганца.

С этой целью при выплавке рельсовой стали в дуговых сталеплавильных печах, конструкция которых не предусматривает эркерного выпуска металла, рекомендуется проводить сокращенный восстановительный период плавки. Для этого после получения требуемого содержания фосфора в металле шлак окислительного периода плавки из печи сливают. Проводят предварительное раскисление стали кремнием и марганцем, которые вводят в печь в виде ферросилиция и ферромарганца или силикомарганца. Затем наводят в печи новый шлак, который перед выпуском плавки раскисляют молотым коксом или электродным боем и гранулированным алюминием. Возможно также использование с этой целью порошкового ферросилиция. Окончательное раскисление стали кремнием и алюминием производят в ковше во время выпуска. После выпуска в ковш металл продувают инертным газом для гомогенизации и, главным образом, для удаления скоплений А12О3. При эксплуатации рельсов скопления А12О3 вызывают возникновение расслоений в рабочей части головки рельса. Следствием расслоения может быть полное отделение отслоенных пластинок на головке рельса и преждевременный выход его из строя.

Более эффективным способом предупреждения образования расслоений в рельсовой стали, выплавленной как в конвертерах, так и в дуговых сталеплавильных печах, является модифицирование неметаллических включений обработкой стали кальцием. Обычно с этой целью используют силикокальций, который вводят в металл в составе порошковой проволоки или вдувают в потоке аргона через погружаемые в расплав фурмы.

4. Производство рельсовой стали с применением модификаторов

Рельсы выходят из строя по дефектам контактно-усталостного происхождения. В порядке одиночной смены из эксплуатации по этим дефектам до 50 % рельсов. Причиной образования дефектов является высокотвердые неметаллические включения типа глинозема (А12 O 3) и алюмосиликатов, вытягивающихся в строчки вдоль направления прокатки. В литом металле они образуют скопления, которые при прокатке дробятся и вытягиваются, образуя строчки, длина которых может достигать десятков миллиметров. Сама по себе величина отдельных включений глинозема (корунда) также влияет на величину напряжений и деформации в микрообъемах металла. Показано, что наибольшую опасность в рельсовой стали представляют включения корунда 30 мк [I]. По другим данным, строчечные включения корунда становятся опасными, снижающими усталостные свойства уже при величине 7-100 микромикрон .

Потому все работы при производстве рельсовой стали направлены на снижение как размера остроугольных включений, так и поиска решений по снижению длины их строчек в прокатанном металле.

В некоторой степени снизить загрязненность металла позволяет продувка металла в ковше инертным газом, вакуумирование, применение (одновременно с продувкой) наводки нового шлака твердыми шлаковыми смесями с отсечкой в ходе выпуска металла из сталеплавильного агрегата печного шлака [З]. Однако более координально проблема решается при условии применения для обработки рельсовой стали модификаторов.

На НТМК на первых стадиях экспериментов были применены модификаторы, содержащие кальций и цирконий. При этом на опытных плавках при наполнение ковша металлом (мартеновская плавка 440 т) на 1/5 его высоты порциями вводили FeSiCa (3,2 кг/тон) , а после него порциями - SiZr - 0,45 кг/тон. Дачу ферросплавов заканчивали при наполнении 2/3 ковша. Обнаруживали, что на опытном металле длина строчек 4 мм отсутствует, на обычном - более 20 % образцов со строчками 4-16 мм.

В дальнейшем , при использовании комплексных сплавов на базе силикокальция с цирконием и алюминием, расход 1,9 кг/тн. Оптимальный состав применяемого модификатора 6-7% Zr и 5-7% А1. При этом удалось обеспечить уровень ударной вязкости рельсов не менее 0,25 Mg 7/ M 2, а строчек длиной более 2 мм не обнаруживалось.

Украинские исследователи провели работу по опробованию лигатур с Mg и Ti при выплавке рельсовой стали в конвертерах и мартеновских печах [б]. Применение сплавов с Mg, Ti и А1 (55-58% Si, 4-5% Mg, 4-7% Ti) для модифицирования рельсовой стали в ковше позволило локализовать усадочные дефекты в прибыльной части слитка, уменьшить ликвацию элементов, на 27-32%о повысить износостойкость металла, но длина строчек глинозема была значительной, в среднем 5,3 мм. После использования лигатур без алюминия удалось снизить количество глиноземных включений и длину строчек. Присадка комплексной лигатуры СмтТи в ковш без присадки А1 обеспечила снижение пораженности рельсов поверхностными дефектами, в основном по пленам, на 5-8%о, добиться повышения выхода рельсов 1 сорта на 1,8-4,5%о. Длина строчек не достигала 2 мм, эксплуатационная стойкость и надежность опытных рельсов, соответственно, на 20-25%о выше, чем из стали, раскисленной алюминием.

Следующей попыткой снижения загрязненности рельсов строчечными оксидными включениями явилось применение для модифицирования стали сплава, содержащего барий алюмобария . При этом достигнуто более глубокое раскисление металла, общее содержание кислорода с 0,0036-0,006%о до 0,0026%о и уменьшение анизотропии пластических свойств. Модификатор присаживали в ковш.

Четвертая группа попыток по улучшению качества рельсовой стали связана с появлением в составе модификаторов, идущих для обработки жидкого металла в ковше, ванадия. Причем ванадием металл микролегируется (его содержание 0,005-0,01%) из имеющего в составе лигатур (содержание компонентов в таких лигатурах не установлено) и из природного легированного ванадием чугуна . В этой же работе приводятся данные по микролегированию цирконием ванадийсодержащего металла. При этом достигается повышение предельной контактной выносливости термоупрочненных рельсов на 7,2% и снижение их износа на 23%. Отмечается , что наиболее высокую надежность и долговечность имеют рельсы из стали, раскисленной кальцийсодержащей лигатурой с ванадием.

Опыт использования комплексных ферросплавов с ванадием и присадкой их в ковш при получении рельсовой стали описан в работах проведенных на Кузнецком металлургическом комбинате .

Микролегирование в ковше, из-за имеющихся и нерегулируемых процессов при вводе модификаторов в ковш (окисление металла, температура, момент присадки) носит не стабильный характер, усвоение легкоокисляющихся компонентов лигатур (магния, кальция, циркония, ванадия) низкое, а расход их составляет 3-4 кг на тонну, поэтому группа исследователей на комбинате ОАО "Азовсталь" при производстве рельсовой стали изменили модифицирование с помощью ввода проволоки со сплавом КМКТ (содержание элементов не сообщается) .

Таким образом, проблема повышения усвоения легкоокисляющихся элементов, вводимых в жидкий металл в составе комплексных сплавов, существует. Поэтому разработка и применение новых методов введения модификаторов, в частности, на разливке имеет актуальное значение.

Заключение

Рельсовую сталь, содержащую 0,60 - 0,80% С, и аналогичную ей по составу кордовую выплавляют в кислородных конвертерах и дуговых сталеплавильных печах. Наиболее сложной задачей при производстве этих марок стали является получение низкого содержания фосфора в металле при прекращении продувки на марочном содержании углерода.

В дуговых сталеплавильных печах рельсовую и кордовую сталь выплавляют по обычной технологии, применяя меры для интенсивного удаления фосфора из металла - присадки железной руды в завалку и в начале короткого окислительного периода с непрерывным сходом шлака и его обновлением присадками извести. При этом также обязательно используются мероприятия, направленные на предотвращение попадания печного шлака в сталеразливочный ковш.

Международным союзом железных дорог (МСЖД) разработан международный стандарт UIС 860, касающийся качества и способов изготовления рельсовых сталей и условий приемки рельсов разных весовых категорий, нетермообработанных, изготовленных из обычных и износоустойчивых сталей. Свойства рельсовых сталей определяются прежде всего содержанием углерода. Оно было принято за основу при определении аналогов сталей в различных стандартах.

Рельсовая сталь должна обладать высокой прочностью, износостойкостью и не иметь местных концентратов напряжения металлургического происхождения. В средней трети ширины подошвы и на верхней плоскости головки допускаются единичные пологие зачистки плен, забоин, рисок глубиной до 0 5 мм, a IB остальных местах - до 1 мм.

Список использованных источников

1) Кудрин, В.А. Технология получения качественной стали [Текст] // В.А. Кудрин, В.М. Парма. - М: Металлургия, 1984. 320 с.

2) Поволоцкий, Д. Я.Электрометаллургия стали и ферросплавов [Текст] / Д.Я. Поволоцкий, В. Е.Рощин, М. А. Рысс и др. - М.: Металлургия, 1984. - 568с.

3) Симонян, Л.М. Металлургия спецсталей. Теория и технология спецэлектрометаллургии: Курс лекций [Текст]. / Л.М. Симонян, А.Е. Семин, А.И. Кочетов. - М.: МИСиС, 2007. - 180 с.

4) Кудрин, В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов. - М.: «Мир», ООО «Издательство ACT», 2003.- 528 с.

5) Гольдштейн, М.И. Специальные стали: учебник для вузов [Текст] / М.И. Гольдштейн, Грачев С.В., Векслер Ю.Г. - М.: Металлургия, 1985. - 408 с.

6) Падерин, С.Н. Теория и расчеты металлургических систем и процессов [Текст]. / С.Н. Падерин, В.В. Филиппов. - М.: МИСиС, 2002. - 334 с.

7) Братковский, Е.В., Электрометаллургия стали и спецэлектро-металлургия [Текст] / Е.В. Братковский, А.В. Заводяный.- Новотроицк: НФ МИСиС, 2008.

8) Кудрин, В.А. Теория и технология производства стали: учебник для вузов [Текст] / Ю.В. Кряковский, А.Г. Шалимов. - М.: «Мир», ООО «Издательство АСТ», 2003. - 528 с.

9) Воскобойников, В.Г. Общая металлургия: учебник для вузов [Текст] / В.Г. Кудрин, А.М. Якушев. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. - 768 с.

10) Альперович, М.Е. Вакуумный дуговой переплав и его экономическая эффективность/ М.Е. Альперович. -- М.: Металлургия, 1979. -- 235 с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Производство стали в кислородных конвертерах. Легированные стали и сплавы. Структура легированной стали. Классификация и маркировака стали. Влияние легирующих элементов на свойства стали. Термическая и термомеханическая обработка легированной стали.

реферат , добавлен 24.12.2007

Металлургия стали как производство. Виды стали. Неметаллические включения в стали. Раскисление и легирование стали. Шихтовые материалы сталеплавильного производства. Конвертерное, мартеновское производство стали. Выплавка стали в электрических печах.

контрольная работа , добавлен 24.05.2008

Классификация и маркировка стали. Характеристика способов производства стали. Основы технологии выплавки стали в мартеновских, дуговых и индукционных печах. Универсальный агрегат "Conarc". Отечественные агрегаты ковш-печь для внепечной обработки стали.

курсовая работа , добавлен 11.08.2012

Основные способы производства стали. Конвертерный способ. Мартеновский способ. Электросталеплавильный способ. Разливка стали. Пути повышения качества стали. Обработка жидкого металла вне сталеплавильного агрегата. Производство стали в вакуумных печах.

курсовая работа , добавлен 02.01.2005

Строение и свойства стали, исходные материалы. Производство стали в конвертерах, в мартеновских печах, в дуговых электропечах. Выплавка стали в индукционных печах. Внепечное рафинирование стали. Разливка стали. Специальные виды электрометаллургии стали.

реферат , добавлен 22.05.2008

История развития выплавки стали в дуговых электропечах. Технология плавки стали на свежей углеродистой шихте с окислением. Выплавка стали в двухванном сталеплавильном агрегате. Внеагрегатная обработка металла в цехе. Разливка стали на сортовых МНЛЗ.

отчет по практике , добавлен 10.03.2011

Сферы применения инструментальной углеродистой стали и ее потребительские свойства. Разделение инструментальной углеродистой стали по химическому составу на качественную и высококачественную. Технологии производства и технико-экономическая оценка.

курсовая работа , добавлен 12.12.2011

Анализ мирового опыта производства трансформаторной стали. Технология выплавки трансформаторной стали в кислородных конвертерах. Ковшевая обработка трансформаторной стали. Конструкция и оборудование МНЛЗ. Непрерывная разливка трансформаторной стали.

дипломная работа , добавлен 31.05.2010

Механизмы упрочнения низколегированной стали марки HC420LA. Дисперсионное твердение. Технология производства. Механические свойства высокопрочной низколегированной стали исследуемой марки. Рекомендованный химический состав. Параметры и свойства стали.

контрольная работа , добавлен 16.08.2014

Применение и классификация стальных труб. Характеристика трубной продукции из различных марок стали, стандарты качества стали при ее изготовлении. Методы защиты металлических труб от коррозии. Состав и применение углеродистой и легированной стали.

До середины 1990-х годов железные дороги США покупали улучшенные рельсы с закаленной головкой у зарубежных поставщиков, которые тогда были единственными изготовителями этой продукции. Однако с 1994 г., когда выпуск рельсов из высококачественной стали освоила компания Pennsylvania Steel Technologies (PST) на перестроенном заводе в Стилтоне, модернизация которого обошлась в 40 млн. дол., ситуация начала меняться. Примеру PST в 1996 г. последовала компания CF&I Steel на реконструированном заводе в Пуэбло.

Сначала она стала изготавливать рельсы с объемнозакаленной головкой типа DHH 370 (цифра обозначает твердость стали в единицах по Бринеллю), а в 1997 г. перешла на рельсы типа DHH 390. Повышение качества рельсовой стали с доведением ее твердости до 390 ед. по Бринеллю достигнуто благодаря сотрудничеству с японской компанией Nippon Steel, позволившему использовать технологию этой компании, являющейся крупнейшим в мире изготовителем рельсов. Согласно техническим требованиям Американской инженерной железнодорожной ассоциации (AREA), твердость рельсов должна быть не ниже 341 ед. по Бринеллю, так что CF&I превысила этот показатель на 14 %. Еще одним изготовителем улучшенных рельсов в США в ближайшем будущем может стать компания Stafford Rail Steel. В настоящее время железные дороги Северной Америки считают выпускаемую в США рельсовую сталь самой лучшей.

Иностранные компании продолжают выпускать рельсы высокого качества, которые отличаются от изготовляемых в США в основном содержанием серы. В Северной Америке в рельсовой стали допускается существенно большее содержание серы, поскольку, как полагают, она снижает вероятность образования водородных флокенов. За рубежом, в частности в Японии, стремятся уменьшить содержание серы, так как считают, что она с течением времени способствует образованию вертикальных усталостных трещин в головке и ускоряет волнообразный износ вследствие возникновения разрывов между включениями серы. Содержание серы в рельсовой стали представляет предмет ведущейся до настоящего времени дискуссии. Сторонники большего содержания серы утверждают, что ее недостаток может повысить риск водородного охрупчивания, если не контролировать содержание водорода в стали. Сторонники меньшего считают, что внедрение новых технологий, таких, как индукционное перемешивание и вакуумная дегазация, устраняет необходимость в присутствии серы. В любом случае в Северной Америке, по мнению специалистов-металлургов, положение в области рельсовой стали можно считать беспрецедентно благоприятным.

Однако в то время как сталь твердостью 350- 400 ед. по Бринеллю удовлетворяет требованиям современных железных дорог с точки зрения использования для изготовления рельсов, укладываемых на перегонных и станционных путях, для особых мест пути, таких, как стрелочные переводы и глухие пересечения, требования иные. Так, для крестовин нужна рельсовая сталь твердостью 450- 500 ед. по Бринеллю.

В настоящее время преобладает мнение, что перлитная рельсовая сталь для работы при больших осевых нагрузках, по всей видимости, не подходит. Даже если ее твердость удастся повысить до требуемой величины, перлитная микроструктура может обеспечить доведение показателя по Роквеллу только до С-40, так как далее возрастает риск разрушения. Показатель от С-40 до С-45 по Роквеллу может дать проблематичная смесь перлитной и бейнитной структур. В зоне С-45- С-50 желательный результат возможен при преимущественно бейнитной структуре(таб.3.1). Бейнит гораздо тверже перлита и обеспечивает лучшую сопротивляемость износу.

Таблица 3.1 - Химический состав рельсов в Америке

Институт штата Орегон совместно с AAR провел исследования, показавшие наличие двух подходов к получению бейнитной микроструктуры. Один из них предполагает изотермическую обработку обычной углеродистой рельсовой стали до твердости порядка С-45- С-50 по Роквеллу. При другом подходе используется углеродистая сталь с пониженным количеством углерода, повышенным кремния, хрома, марганца, средним молибдена и небольшим содержанием бора. После закалки в воде низкоуглеродистая сталь становится весьма прочной и относительно вязкой. Исследования подтвердили многообещающие качества бейнитных сталей, причем последние достижения в технологии изготовления сделали их выпуск коммерчески целесообразным. При предварительных испытаниях рельсов из бейнитной и из улучшенной стали с закаленной головкой оказалось, что бейнитная сталь с низким содержанием углерода лучше поддается сварке. При испытаниях непосредственно в рельсовой колее бейнитная сталь также показала лучшие результаты, чем улучшенная.

Высокая прочность бейнитной стали обеспечивает ее хорошую сопротивляемость выкрашиванию и отслаиванию, а также гораздо лучшие усталостные характеристики. Поскольку такая сталь дороже, на будущее запланировано улучшить экономические показатели. Еще более благоприятными станут физические характеристики рельсовых сталей следующего поколения. Провели сравнительные испытания новой бейнитной стали марки J9 и аустенитной марганцовистой стали (AMS) в лабораторных условиях на свариваемость, износ и деформацию. Результаты этих испытаний оказались успешными. Проведенные примерно в то же время испытания на моделях в университете штата Иллинойс позволили сравнить указанные стали в условиях контакта при качении колеса по рельсу. Полученные результаты подтвердили явное преимущество стали J9 по сроку службы перед сталью AMS.

Лопата является неотъемлемой частью домашнего быта. Сфера использования данного инструмента широка. И поскольку инструмент используется часто, к нему выдвигаются определенные требования.

Она должна быть крепкой, прочной, удобной в использовании, обладать высоким сопротивлением коррозии и долговечностью. Неплохо зарекомендовали по этим пунктам на рынке лопаты из рельсовой стали.

1 Технология создания

Основным материалом для таких лопат выбрана рельсовая сталь, насыщенная углеродом. Материал отличается высокой прочностью при небольшом весе, что является оптимальным вариантом для рабочего инструмента. Часто в таких целях используются старые рельсы, или рельсы, не отвечающие необходимым кондициям. Полученный металл фасуют, после чего он проходит обработку.

1.1 Процесс производства (видео)

1.2 Преимущества лопаты из рельсовой стали

Из преимуществ лопат из рельсовой стали следует отметить такие:

Высокая прочность и сбалансированная упругость. Эти качества обеспечивает прочный материал и особый способ закалки. Причем упругость металлической основы позволяет лопате немного изгибаться под нагрузкой, а после возвращаться в первоначальное положение. Значит, деформация такому инструменту не грозит.

Небольшой вес. Не смотря на прочность и плотность материала, высокое содержание углерода делает лопату легче, чем инструмент из кованой стали. Это увеличивает комфорт при работе.

Стойкость к износу и коррозии. Стойкость к коррозийным процессам обеспечивается не только спецификой материала, но и антикороззийными покрытиями, которыми покрывается большая часть лопат из рельсовой стали.

Невысокие ценовые показатели. Лопаты из рельсовой стали на рынке по ценовым показателям немногим дороже лопат из кованой стали и нержавейки.

Самозаточка в процессе эксплуатации. Лопаты из рельсовой стали, благодаря структуре, не теряют остроту даже при работе с твердыми типами грунта, корнями, подмерзшей землей. А корректировка заточки проводится во время работы.

2 Выбор лопаты из рельсовой стали

Выбирая лопату, основными моментами, на которые следует обратить внимание, являются общая конструкция полотна и эргономичность инструмента. Что касается общей конструкции полотна, то лучше всего подбирать лопату с дополнительными ребрами жесткости. Такой инструмент намного тяжелее сломать или погнуть в процессе работы.

Что касается эргономичности лопаты, то основной нюанс это уступы для ноги. Они должны иметь правильный угол изгиба. Слишком приподнятый вверх край будет резать ногу при работе, слишком опущенный приведет к соскальзыванию ног. Удобным дополнением является также и ручка на конце черенка. Она облегчает работу с сыпучими материалами или рубку корней.

2.1 Уход за инструментом

Каким бы ни было качество инструмента, чтобы он исправно функционировал на протяжении многих лет, за ним нужно правильно следить и обслуживать:

После окончания работы, лопату нужно сразу же очистить от остатков грунта.
Хранить инструмент лучше в сухих, хорошо вентилируемых местах без доступа влаги.
Черенок лучше окрашивать, причем делать это нужно периодически. Это увеличит срок службы.
Постоянно следить за качеством соединения черенка и рабочего полотна. ни в коем случае не должен шататься. В этом случае его сразу же нужно подбить и закрепить по-новому.