Анализ термодинамики процессов раскисления и оптимизация технологии внепечной обработки рельсовой стали

• Автор: Гарбер, Арсений Константинович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Введение

1.2. Влияние технологии выплавки на чистоту рельсовой стали по неметаллическим включениям

1.3. Повышение чистоты рельсовой стали вследствие изменения технологии производства

1.4. Неметаллические включения фактор металлургического качества. Свойства неметаллических включений.
1.5. Влияние состава и размера оксидных неметаллических включений на свойства рельсовой стали.

1.6. Методы анализа неметаллических включений в стали.

1.7. Фракционный газовый анализ.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Термодинамический анализ процессов раскисления расплавов рельсовой стали

2.1. Процесс раскисления и его влияние на металлургическое качество стали.
2.2. Производство рельсовой стали в ОАО НТМК .
2.3. Физикохимический анализ процессов раскисления рельсовой стали.
2.3.1. Термодинамический расчет комплексного раскисления рельсовой стали
2.3.2. Совместное раскисление алюминием и кремнием
2.3.3. Комплексное раскисление силикокальцием.
2.3.4. Комплексное раскисление алюмокальцием
2.3.5. Термодинамические условия образования продуктов раскисления
2.3.6. Анализ процессов взаимодействия расплава рельсовой стали с футеровкой
2.3. Экспериментальные исследования процессов взаимодействия расплава с высокоглиноземистой футеровкой
2.3.1 Плавление и пробоотбор
2.3.2. Пробоподготовка и химический анализ
2.3.3. Результаты экспериментов и их обсуждение.
Выводы по главе 2.
Глава 3. Исследование и оптимизация технологии внепечной обработки рельсовой стали в условиях действующего производства конвертерного цеха ОАО НТМК.
3.1. Оптимизация шлакового режима внепечной обработки.
3.2. Рекомендации по оптимизации технологии внепечной обработки рельсового металла в условиях ККЦ1 ОАО НТМК.
3.3. Экспериментальная технология выплавки рельсового металла. Вариант Т
Выводы по главе 3
Общие выводы по диссертационной работе.
Список литературы


Известно, что основные контактно-усталостные дефекты ( и по ГОСТ Р 5-) зарождаются в рабочей зоне закругления головки рельса на глубине 5- мм от поверхности катания, испытывающей сжимающие напряжения при контакте с нагруженным колесом. В области перехода остаточных напряжений сжатия к напряжениям расширения находится зона наиболее вероятного образования контактно-усталостных дефектов. По данным различных исследователей [3, 4] эта зона находится на глубине 4-8 мм при среднестатистических осевых нагрузках. С повышением осевых нагрузок глубина зарождения контактноусталостных повреждений увеличивается. Механизм зарождения контактно усталостных трещин в рельсовом металле и скорость их развития, до разрушения, определяется как свойствами матрицы - се составом, макро и микро структурой (размерами зерен, характером границ, размерами перлитных колоний, наличием свободного феррита и т. Известно, что очагом зарождения усталостных трещин, как правило, являются неметаллические включения (ИВ), в значительных количествах присутствующие в металлической матрице. Следовательно, одной из важнейших составляющих задачи повышения качества рельсов является разработка методов контроля количественного и качественного состава неметаллических включений. В ряде работ [5] высказано предположение, что существует корреляция между размером включений и их склонностью к образованию дефектов. Причем при увеличении расстояния от включения до поверхности металла вероятность зарождения усталостной трещины на включении данного размера уменьшается. Процесс зарождения микроразрушений в стали определяется соотношением прочности и пластичности стали, прочности и деформируемости неметаллических включений, прочности их сцепления с матрицей, разницей коэффициентов термического расширения включение - матрица Включения, вдоль границ которых образуются полости при горячей пластической деформации, наиболее опасны. НВ. Неметаллическое включение расположенное вблизи гладкой поверхности качения рельсов, как концентратор напряжений, является потенциальным очагом' усталостной трещины. При увеличении размера неметаллического включения вероятность зарождения усталостной трещины на нем возрастает. Результаты исследований, проведенных во ВНИИЖТ, показали [, что наиболее часто встречающимися видами включений в основании контактно- усталостных дефектов были включения оксидов алюминия. Анализ эксплуатации железных дорог и натурные испытания эксплуатационной стойкости рельсов, проводимые на экспериментальном кольце ВНИИЖТ, показывают, что в рельсах импортного производства количество образующихся в процессе эксплуатации дефектов значительно меньше, чем в отечественных образцах (табл. Известно, что зарождение дефектов контактной усталости (трещин) происходит на границе раздела матрица - неметаллическое включение, а скорость их развития зависит от характеристик макро- и микроструктуры стали [5]. Проведенные исследования показали, что рельсы производства фирм Австрии, Франции и Японии отличаются от отечественных образцов, как меньшей загрязненностью неметаллическими включениями [8, 9], так и параметрами микроструктуры [,). Таблица 1. Химический состав образцов рельсовой стали. Шифр партии Массовая доля элемента, % Экспл. СТОЙ к. НТМК Т 0, 0, 1, 0,0 0. НТМК Т 0, 0. НКМК К 0, 0, 0, 0,0 0. Япония (NS) 0, 0, 0, 0,0 0, 0, - 0. Япония (NKK) 0. Франция 0. Австрия 0, 0. Польша 0, 0, 0, 0,9 0. Кроме отличий по составу включений образцы рельсов производства Японии, и Франции имеют более высокие показатели по размерному распределению включений. В образцах производства ОАО «НТМК», в отличие от импортных, присутствует значительное количество включений размером более мкм. На рисунке 1. ОАО «НТМК», прошедших полигонные испытания на экспериментальном кольце ВНИИЖТ [1,9,,). Как видно из приведенных на рисунке данных, партии рельсов производства ОАО «НТМК» ( Т- - Т-) отличаются от импортных, тем что объемная »доля включений в них значительно больше и встречаются включения размер которых превышает мкм. В то время как основное количество включений в рельсах производства Японии, Австрии и Франции не превышает мкм.