Разработка химического состава и технологии термической обработки железнодорожных рельсов из стали бейнитного класса

• Автор: Корнева, Лариса Викторовна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 151 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАУЧНОЙ ПРОБЛЕМЫ И ПО 9 СТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Современные требования к свойствам рельсов и рельсовой 9 стали

1.2 Проблема повышения прочности рельсовой стали

Выводы и постановка задач исследования

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ РАЗРАБОТКИ ХИМИЧЕ СКОГО СОСТАВА СТАЛЕЙ БЕЙНИТНОГО КЛАССА

2.1 Концепция разработки химического состава сталей бейнит ного класса для производства железнодорожных рельсов

2.2 Влияние легирующих элементов на форхмирование бейнит ной структуры стали

2.3 Анализ условий стабильного получения бейнитной структу ры стали в условиях спокойного охлаждения на воздухе

3 ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Материал, методика и оборудование для экспериментальных исследований
3.2 Методы исследований
3.3 Методы испытаний
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ТЕРМИ ЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СТАЛЕЙ БЕЙНИТНОГО КЛАССА
4.1 Особенности влияния химических элементов на механиче ские свойства сталей бейнитного класса
4.2 Исследование влияния отпуска на структуру и свойства ста лей бейнитного класса
4.3 Исследование влияния закалки с отпуском на свойства и структурообразование сталей бейнитного класса
Выводы
5 РАЗРАБОТКА, ВНЕДРЕНИЕ И ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТЕР МИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ ИЗ СТАЛИ БЕЙНИТНОГО КЛАССА В УСЛОВИЯХ ОАО НКМК
5.1 Разработка технологии термической обработки железнодо рожных рельсов из сталей бейнитного класса
5.2 Качество и свойства железнодорожных рельсов из сталей бейнитного класса
5.3 Оценка техникоэкономического и энергоэкологического
эффекта при производстве рельсов из сталей бейнитного класса Выводы
6 СЛУЖБА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ ИЗ СТАЛЕЙ БЕЙ 6 НИТНОГО КЛАССА
6.1 Служба железнодорожных рельсов из стали марки 6 ЭХГ2САФМ
6.2 Особенности эволюции структуры и механических свойств 7 стали марки ЭХГ2САФМ при эксплуатации
Выводы
Общие выводы
Список использованных источников


Другим достижением является создание рельсов низкотемпературной надежности [], обеспечившее безопасность движения при температурах минус ° С и ниже. Этот параметр достигают посредством целенаправленного формирования в металле карбонитридов ванадия, для образования которых в стали должно содержаться достаточное количество ванадия и азота []. В работе [] установлено, что гарантированное получение необходимой ударной вязкости рельсов низкотемпературной надежности обеспечивается следующим химическим составом стали (массовая доля, %): 0, С; 0, + 1, Мп; 0, + 0, Si; 0,0 - 0,0N; 0,5 - 0,0 AI; 0,+0, V. Увеличение скоростей движения потребовало проведения ряда разработок, направленных на повышение геометрического качества рельсов. Технические мероприятия по улучшению режима правки, применение гибочных машин и подстуживания подошвы по всей длине рельсов перед закалкой, а также оптимизация режимов закалки и отпуска, позволили наладить производство рельсов для скоростного совмещенного движения []. Однако, несмотря на достигнутые результаты в повышении качества рельсов, в рамках существующей технологии отечественного производства затруднено изготовление рельсов, отличающихся повышенной надежностью и увеличенным ресурсом. Ыа основе многочисленных теоретических и экспериментальных исследований установлено, что сопротивление рельсов образованию дефектов термомеханического происхождения повышается с уменьшением содержания углерода в стали, а износостойкость и контактно-усталостная прочность рельсов значительно возрастают с увеличением дисперсности перлитной структуры. В настоящее время в структуре сорбита закалки стандартных рельсов межпластиночное расстояние приближается к своему предельному значению (0,1 мкм) []. В связи с этим пути дальнейшего повышения эксплуатационной стойкости рельсов предполагают переход к структуре бейнита, отличающегося более дисперсным строением и высоким комплексом механических свойств. Как показывает практика, современным железным дорогам требуются рельсы повышенной точности геометрии при достаточной прочности и твердости стали, способной выдерживать высокие контактные нагрузки [ - ]. Согласно ГОСТ Р 5 - для рельсов высшей категории В отклонение от прямолинейности в вертикальной плоскости не должно превышать ± 0,3 мм на длине 1,5 м, а концевая искривленность - 0,5 мм в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Проскальзывание колеса при движении повышает износ поверхности рельсов. Поэтому при создании рельсовой стали нового поколения требования к износостойкости и контактноусталостной прочности являются основными. Как показано в работе [], основным видом, служащим причиной изъятия рельсов с пути, являются контактно-усталостные дефекты. Наибольшее число единичных отказов приходится на дефект по коду (поперечная трещина в головке) []. Увеличение скоростей поездов неизбежно ведет к возникновению больших напряжений в месте контакта колеса и рельса, в связи с этим возрастает вероятность образования поперечных трещин в головке рельса []. Такие трещины, достигнув критического размера, могут привести к хрупкому разрушению рельса под поездом. В этом случае рассматривают две стадии работы рельса: первая - бездефектная, которая заканчивается зарождением контактно-усталостной трещины, вторая - развитие последней до критического размера, определяющая живучесть или трещиностойкость рельса. Соответственно надежность рельсов в конкретных условиях эксплуатации определяется продолжительностью второй стадии, которая, в свою очередь, зависит от критического размера трещины и скорости ее развития. В работе [] показано, что обязательным условием образования контактно-усталостных дефектов является наличие касательных напряжений. Их возникновение связано с проскальзыванием колеса относительно рельса из-за конического профиля колеса, а также при изменении режима движения подвижного состава (ускорение и торможение). При этом возникающие нормальные напряжения имеют максимальные значения на поверхности головки рельса, в то время как касательные напряжения максимальны, по данным работ [, ], на определенной глубине (4 -*• 8 мм) от ее поверхности.