автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка химического состава и технологии термической обработки железнодорожных рельсов из стали бейнитного класса

На правах рукописи

КОРНЕВА ЛАРИСА ВИКТОРОВНА

РАЗРАБОТКА ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ ИЗ СТАЛИ БЕЙНИТНОГО КЛАССА

Специальность 05 16 01 - Металловедение и термическая обработка металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк — 2007

003059652

Работа выполнена в лаборатории металловедения и термической обработки центральной комплексной лаборатории ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат»

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Осколкова Т Н

Официальные оппоненты доетор технических наук, старший научный сотрудник Полторацкий Л М кандидат технических наук, доцент Рябцев О В

Ведущее предприятие ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения»

Защита состоится « 24 » мая 2007 г в « 10 00 » часов в аудитории 3 П на заседании диссертационного совета Д 212 252 01 при ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» по адресу 654007, Новокузнецк, Кемеровской области, ул Кирова, 42, ГОУ ВПО «СибГИУ»

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Автореферат разослан « 23 » апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета Д212 252 01 дт н , профессор

А Г Никитин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее время проблема повышения работоспособности рельсов, несмотря на достигнутые положительные результаты в обеспечении качества рельсовой стали, стоит как никогда остро не только в России, но и за рубежом В современных условиях эксплуатации железных дорог при движении тяжелого транспорта нагрузки от оси могут достигать 35 т, а скорости передвижения скоростных поездов до 250 км/ч Анализ выхода из строя рельсов при службе в пути показывает его высокий уровень по дефектам контактно-усталостного происхождения, смятию, износу, термомеханическим повреждениям

Эксплуатационная стойкость железнодорожных рельсов во многом определяется состоянием структуры и механических свойств рельсовой стали В процессе эксплуатации в поверхностных слоях головки рельса возникают значительные деформации и температуры, влекущие за собой изменения структуры и свойств металла, снижающие контактную прочность и износостойкость рельсов

В связи с этим ведущая роль отводится исследованиям в создании новых, более совершенных и прогрессивных сталей, способных обеспечить длительную прочность рельсов в столь сложных условиях эксплуатации

Актуальность проблемы. Возможности повышения качества рельсов на основе перлитной структуры практически исчерпаны, поскольку межпластиночное расстояние перлита достигло своего предельного значения В связи с этим появилась необходимость в переходе на бейнитную структуру, характеризующуюся меньшим межпластиночным расстоянием и соответственно более высокими показателями прочности, твердости, пластичности и ударной вязкости

В настоящее время проблема создания сталей бейнитного класса для производства рельсов малоизученна и является развивающейся областью научных исследований как в России, так и за рубежом Переход от традиционных технологий производства рельсов из высокоуглеродистых сталей перлитного класса к применению низколегированных сталей бейнитного класса является весьма заманчивым и перспективным как для производителей, так и для потребителей рельсового металла. Рельсы из сталей бейнитного класса обладают повышенным комплексом механических свойств, более технологичны, при экономном легировании характеризуются пониженной себестоимостью, позволяют отказаться от экологически вредной технологии объемной закалки в масле В то же время, как показывает анализ специальной технической литературы, технологии термической обработки рельсов из сталей бейнитного класса, исключающие закалку, находятся в стадии разработки До настоящего времени не установлены точные связи между составом, микроструктурой и свойствами стали, научно не обоснована их природа Кроме этого, имеются противоречия в выборе структурного состояния для рельсов, а также в определении возможностей их использования По данным одних исследователей оптимальной структурой является смешанная структура, состоящая из отпущенного мартенсита и бейни-та, другие исследователи утверждают, что структура должна состоять только из нижнего бейнита По результатам одних исследований установлено, что рельсы на основе бейнитной структуры хорошо зарекомендовали себя по износостой-

кости, другие исследования показывают, что они отличаются повышенной контактно-усталостной прочностью

В связи с этим, вопрос выбора химического состава и технологии термической обработки в целях достижения требуемых механических и технологических свойств рельсов из сталей бейнитного класса является актуальным и приобретает особо важное народно-хозяйственное значение

Цель работы. Разработка химического состава и технологии термической обработки стали бейнитного класса, обеспечивающих получение без закалочного охлаждения высокого комплекса механических и технологических свойств железнодорожных рельсов

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи

1) Исследовать особенности влияния легирующих элементов углерода, марганца, кремния и хрома на механические свойства и структурообразование сталей бейнитного класса

2) Исследовать влияние различных видов термической обработки на свойства и структуру сталей бейнитного класса

3) Разработать химический состав и технологию термической обработки железнодорожных рельсов из стали бейнитного класса.

4) Внедрить и освоить технологию производства железнодорожных рельсов из сталей бейнитного класса в условиях ОАО «НКМК»

5) Провести полигонные испытания, установить особенности эволюции структуры и механических свойств стали марки Э30ХГ2САФМ при эксплуатации рельсов в пути

Научная новизна.

1) Изучено влияние углерода, марганца, кремния, хрома, комплексного легирования и различных видов термической обработки на механические свойства и структурообразование сталей бейнитного класса для производства железнодорожных рельсов

2) Разработан химический состав и установлена структура стали бейнитного класса, обеспечивающие высокий комплекс механических и технологических свойств железнодорожных рельсов

3) Определены рациональные режимы термической обработки, обеспечивающие достижение высоких свойств пластичности и вязкости без снижения показателей прочности стали бейнитного класса для производства железнодорожных рельсов

4) Установлены особенности эволюции структуры и механических свойств стали марки Э30ХГ2САФМ при эксплуатации рельсов в пути

Практическая значимость.

1) Показана высокая эффективность способа легирования стали для повышения качества железнодорожных рельсов, равноценно заменяющего упрочняющую термическую обработку

2) Разработаны химический состав стали бейнитного класса и технология термической обработки, обеспечивающие получение сбалансированного комплекса механических и технологических свойств железнодорожных рельсов

3) Разработана, внедрена в производство и освоена технология термической обработки железнодорожных рельсов из стали бейнитного класса марки Э30ХГ2САФМ

Реализация результатов.

1) На основе полученных результатов изготовлена опытная партия железнодорожных рельсов из стали бейнитного класса марки Э30ХГ2САФМ, которая прошла полигонные и аттестационные испытания на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ

2) Разработаны технические условия на производство железнодорожных рельсов типа Р65 высокой прочности из бейнитной стали (ТУ 0921-167оп-01124323-2003)

3) Прогнозируемый экономический эффект от производства железнодорожных рельсов из стали бейнитного класса марки Э30ХГ2САФМ при минимальном объеме производства 50 тыс тонн составил 3 600 тыс руб в год

Достоверность полученных результатов подтверждается хорошей сходимостью результатов теоретических исследований, лабораторных и промышленных экспериментов, полигонными испытаниями рельсов на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ

Личный вклад автора состоит в проведении экспериментов по изучению влияния химического состава сталей бейнитного класса на структурообразова-ние и механические свойства, выборе химического состава бейнитной стали, обеспечивающего сбалансированный комплекс механических свойств, определении параметров технологии термической обработки рельсов из стали бейнитного класса, промышленном внедрении и освоении технологии производства железнодорожных рельсов из стали бейнитного класса, обработке, анализе, обобщении и научном обосновании полученных результатов, формулировке выводов

Основные положения, выносимые на защиту:

1) Результаты экспериментальных исследований влияния состава сталей бейнитного класса на структурообразование и механические свойства

2) Результаты экспериментальных исследований влияния видов термической обработки на структурообразование и механические свойства стали бейнитного класса

3) Результаты разработки химического состава стали бейнитного класса для производства железнодорожных рельсов

4) Технология термической обработки железнодорожных рельсов из стали бейнитного класса марки Э30ХГ2САФМ

Апробация работы Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях Всероссийской научно-практической конференции (Новокузнецк 2002 г), V Международном симпозиуме по трибофатике (Иркутск 2005 г), II Международной научно-технической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санк-Петербург 2006 г), II Всероссийском научно-техническом семинаре «Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов» (Екатеринбург, 2006 г), 121 Рельсовой

комиссии (Новосибирск, 2006 г), VI Международная рельсовая комиссия по качеству рельсовой продукции метрополитенов (Киев, 2007г)

Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 1 справочнике, 17 статьях, из них 8 статей в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования результатов кандидатских и докторских диссертаций, защищены 8 патентами

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, основных выводов, двух приложений Содержит 151 страницу, 14 таблиц, 80 рисунков, список литературы из 146 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАУЧНОЙ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

На основании 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 стандартных рельсов межпластиночное расстояние составляет 0,12 - 0,3 мкм и приближается к своему предельному значению (0,1 мкм) Пути дальнейшего повышения эксплуатационной стойкости рельсов предполагают переход к структуре бейнита, отличающегося более дисперсным строением и высоким комплексом механических свойств

В связи с этим рассмотрено два способа получения бейнитной структуры за счет упрочняющей термической обработки, либо путем применения способа легирования стали При этом последний способ является наиболее предпочтительным как с экономической, так и технологической точки зрения Использование самозакаливающихся на бейнит сталей позволит исключить из технологического процесса производства рельсов дорогостоящую операцию объемной закалки в масле и связанные с ней недостатки, такие как пожароопасность, повышенную загрязненность окружающей среды Исключение объемной закалки рельсов позволит также значительно улучшить прямолинейность рельсов

Работами зарубежных исследователей показано, что варьирование содержания легирующих элементов позволяет влиять в широких пределах на уровень механических свойств рельсов Вместе с тем, имеется много неясного по вопросу создания рельсов из сталей бейнитного класса, не требующих закалочного охлаждения Конкретно не установлены точные взаимосвязи между составом, микроструктурой и свойствами стали Кроме этого, имеются противоречия в выборе структурного состояния для рельсов, а также в определении возможностей их использования Несмотря на противоречивость взглядов, обобщение литературных данных по этому вопросу показало, что стали бейнитного класса, благодаря хорошему сочетанию прочности и вязкости, могут конкурировать со сталями перлитного класса. Бейнитные рельсовые стали перекрывают весь диапазон

прочности современных углеродистых перлитных рельсовых сталей Вязкость у бейнитных сталей выше, чем у перлитных Это свидетельствует о том, что, например, при прочности 950 МПа в бейнитных сталях допустимая глубина трещины перед возникновением опасности хрупкого излома на 40 % больше, чем в перлитных

Таким образом, для создания статей бейнитного класса, не требующих закалочного охлаждения, необходимо проведение исследования по разработке химического состава и технологий термической обработки в достижении высокого комплекса механических и технологических свойств

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ РАЗРАБОТКИ

ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА СТАЛЕЙ БЕЙНИТНОГО КЛАССА

В основу разработки химического состава сталей бейнитного класса для производства железнодорожных рельсов легли следующие основные положения необходимость обеспечения однородной бейнитной структуры по всему сечению рельса без использования закалочного охлаждения, использование экономнолегирующих химических элементов, обеспечение высокого уровня механических и технологических свойств железнодорожных рельсов, повышение эффективности производства, улучшение экологических условий труда.

Для получения бейнитной структуры в широком диапазоне скоростей охлаждения необходимо расширить область бейнитного превращения, что достигается степенью легирования стали

В качестве научной основы для выбора состава стали использовали атлас диаграмм Аткинса С учетом некоторых допущений и упрощений по диаграммам Аткинса установили, что прогнозируемая бейнитная структура в сложном профиле рельса может обеспечиваться при охлаждении на воздухе при следующем химическом составе, масс % 0,20 —0,48 С, 0,18 - 0,34 81, 0,50 - 1,55 Мп, 0,45 - 3,10 Сг, 0,28 - 0,55 Мо, 0,19 - 0,85 N1

При выборе системы легирования стали исходили из необходимости получения стабильной бейнитной структуры с учетом достижения экономической эффективности производства стали В связи с этим никель в качестве легирующего элемента не рассматривали, содержание хрома и молибдена, ограничили, соответственно, в пределах 0,40 - 1,20 % и 0,20 - 0,30 % Для эффективности бейнитного превращения содержание марганца и кремния установили, соответственно, в пределах 0,90 - 1,80 и 0,70 - 1,60 %

3 ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследование сталей с целью последовательного исключения бесперспективных составов проводили поэтапно

На первом этапе исследовали влияние легирующих элементов на механические свойства металла лабораторных плавок, в которых варьировали содер-

жание одного легирующего элемента при неизменной концентрации других элементов согласно схеме, приведенной в таблице 1

Таблица 1 - Схема варьирования содержания химических элементов в стали

Массовая доля химических элементов, %

С Мп Si Cr

0,26 - 0,52 0,90-1,00 0,90-1,00 0,90- 1,00

0,28 - 0,34 1,00- 1,80

0,90-1,00 0,70-1,60

0,90-1,00

0,40- 1,20

На основании полученных результатов осуществляли выборку составов по следующим механическим характеристикам, соответствующим требованиям для рельсов высшей категории В по ГОСТ Р 51685-2000 временное сопротивление разрыву стали должно быть более 1290 Н/мм2, предел текучести - более 850 Н/мм , относительное удлинение - более 12 %, относительное сужение -более 35 %, ударная вязкость при плюс 20 °С - более 15 Дж/см2 Из рассмотренных составов требуемый комплекс механических свойства обеспечивался при следующем содержании химических элементов, масс % 0,28-0,34 С, 1,00-1,4 Si, 1-1,8 Мп, 0,9-1,10 Cr

Корректировку и уточнение выбранных составов проводили на металле 10 лабораторных плавок При этом, помимо заданных пределов, ряд плавок провели с высоким содержанием углерода при разной концентрации легирующих элементов для изучения их совместного влияния на структурообразование стали Химический состав полученных сталей приведен в таблице 2

Таблица 2 - Химический состав стали лабораторных плавок

№ Химический состав, %

n/n С Мп Si Р S Cr Mo V N AI Ni Си

1 0,34 0,90 1,07 0,021 0,020 0,64 0,06 0,38 0,017 0,020 0,07 0,13

2 0,50 1,15 1,60 0,020 0,024 1,17 0,31 0,41 0,020 0,040 0,07 0,15

3 0,36 1,29 0,83 0,022 0,018 0,62 0,19 0,10 0,010 0,010 0,04 0,10

4 0,51 1,59 1,22 0,023 0,019 1,25 0,28 0,16 0,016 0,013 0,05 0,12

5 0,26 1,80 0,98 0,030 0,029 1,20 0,29 0,14 0,022 0,015 0,06 0,11

6 0,28 1,31 0,96 0,020 0,022 1,00 0,32 0,12 0,024 0,010 0,05 0,13

7 0,34 1,56 1,24 0,025 0,024 1,10 0,33 0,14 0,026 0,018 0,05 0,12

8 0,47 1,23 0,81 0,020 0,018 0,41 0,21 0,08 0,022 0,009 0,05 0,08

9 0,52 1,40 0,76 0,021 0,020 0,79 0,18 0,10 0,021 0,011 0,05 0,11

10 0,37 0,97 1,33 0,025 0,024 1,05 0,67 0,13 0,028 0,017 0,05 0,09

Для получения более достоверных результатов исследование механических свойств и микроструктуры проводили на образцах, поперечное сечение которых было максимально приближено к сечению головки рельса На образцах исследовали влияние нормализации*, нормализации с отпуском и закалки с отпуском на механические свойства и структурное состояние стали

На заключительном этапе работы проверку выбранного состава осуществляли на промышленных плавках (таблица 3) с исследованием механических свойств и структурного состояния на полнопрофильных рельсах после прокатки, прокатки и отпуска, нормализации и нормализации с отпуском В качестве сравнения использовали объемно-закаленные рельсы из стали марки Э76Ф

Таблица 3 - Химический состав опытно-промышленных плавок

№ плавки Массовые доли химических элементов, %

С Мп Р 8 Сг Мо V N А1

1 0,40 1,6 1,3 0,016 0,008 1,2 0,2 0,11 0,018 0,010

2 0,32 1,48 1,21 0,017 0,005 1,00 0,2 0,13 0,012 0,010

Испытания на растяжение осуществляли на разрывной машине 2-250 при комнатной температуре по ГОСТ 1497- 84 на цилиндрических образцах диаметром (1 = 6 мм с расчетной длиной 1 = 30 мм Испытания образцов на ударный изгиб при комнатной температуре (20 ° С) и минус 60 °С проводили на копровой машине МК-15 в соответствии с требованиями ГОСТ 9454 - 78

Измерение твердости образцов осуществляли по ГОСТ 9012 — 59 на твердомере Бринелля (ТБ) путем вдавливания стального шарика диаметром 10 мм при нагрузке 29430 Н Замеры твердости на поверхности головки поперечного темплета осуществляли после предварительной зачистки обезуглероженного слоя на глубину 0,6 - 0,8 мм Твердость в поперечном сечении рельсовых тем-плетов определяли в пяти точках в головке на расстоянии 10 и 22 мм от поверхности катания по вертикальной оси рельсового профиля, в середине шейки и на двух перьях подошвы на расстоянии 9 мм от их боковых граней Твердость по Роквеллу (ГОСТ 9013-59) определяли вдавливанием индентора- алмазного конуса с углом при вершине 120° и радиусом закругления 1,2 мм на образцах с плоской поверхностью при стандартной нагрузке для шкалы «С» (Ро=100Н, Р1=1400 Н, Р= 1500 Н) Измерение твердости осуществляли от поверхности катания на глубину до 40 мм через каждые 2 мм

Испытания на копровую прочность осуществляли на полнопрофильных пробах длиной 1300 ± 50 мм при температуре минус 60 °С и падении груза (1000 ± 3 кг) с высоты 9 м Копровые испытания осуществляли на рельсах на испытательном копре

"Согласно работам Л И Гладштейна и В Д Садовского для бейнитных сталей предусматривается проведение нормализации, заключающейся в нагреве до температуры Асз + 30 °С и охлаждении на воздухе В дальнейшем под нормализацией бейнитных сталей следует понимать охлаждение стали на спокойном воздухе от температуры аустенитизации

Измерение остаточных напряжений осуществляли на рельсовых пробах методом вырезки паза, по этому методу пробу длиной 600 ± 3 мм, отрезанную на расстоянии не менее 1500 мм от торца рельса, надрезали вдоль шейки по нейтральной оси рельса на длину 400 ± 3 мм Уровень остаточных напряжений определяли по расхождению паза

Неметаллические включения и микроструктуру бейнитных сталей определяли с помощью оптического микроскопа КЕОРНОТ-21 при увеличении х100-1000 Параметры микроструктуры изучали с помощью электронного микроскопа ^С-200СХ и микроскопа-микроанализатора ЬЕО ЕУО-40

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СТАЛЕЙ БЕЙНИТНОГО КЛАССА

В данном разделе представлены результаты исследования влияния углерода, марганца, кремния и хрома на механические свойства образцов серии лабораторных плавок (таблица 1)

Статистическая обработка с помощью пакета программ Б1а11511са 6 0 массива экспериментальных данных механических свойств сталей бейнитного класса с содержанием легирующих элементов (массовые доли, %) 0,26-0,52 С, 0,9-1,8 Мп, 0,76-1,40 51, 0,41-1,20 Сг позволила установить надежные зависимости, которые аппроксимированы следующими уравнениями

ав=594,1-5409,8 С+9650,3 С2+308,1 Мп-33,7 Мп2+774,6 81-217,9 812+ +545,1 Сг-18,9 Сг2(Я2=0,97, погрешность аппроксимации ±2,7 %), (1)

ат=338,8-1290,4 С+4820,5 С-358,7 Мп+170,6 Мп-319,2 81+331,1 812+ +875,5 Сг-189,9 Сг2(1^=0,93, погрешность аппроксимации ±5,8 %), (2)

КСи+20= -34,9+193,9 С-331,9 С2+66,5 Мп-36,3 Мп2+24,6 81-11,2 812+ +33,3 Сг-12,3 Сг2 (Я2=0,98, погрешность аппроксимации ±2,9 %), (3)

КСи_б0—16,1+151,5 С-249,3 С2-12,8 Мп-5,2 Мп2+40,9 81-20,1 812+ +44,2 Сг-20,3 Сг (Я2=0,96, пофешность аппроксимации +4,2 %) (4)

Установлено, что из рассмотренных составов сталей требуемый комплекс механических свойств, соответствующий рельсам категории Т1, обеспечивается у стали бейнитного класса при следующем содержании химических элементов масс % 0,28-0,34 С, 1,00-1,4 81, 1-1,8 Мп, 0,9 - 1,1 Сг

Проверку и корректировку установленных концентрационных пределов углерода и легирующих элементов проводили на образцах, приближенных по размеру к головке рельса. Наряду этим исследовали влияние повышенного содержания углерода в сочетании с различной концентрацией легирующих элементов (таблица 2) на механические свойства и структуру

Исследования показали, что после нормализации у старей (плавки № 2 и 4) с содержанием углерода {0,47 0,51 %), марганца (1 -!5 4 1,59 %), кремния (1.22 1,60 %) и хрома (1,17 1,25 %) достигаются высокие твердость (541 НВ) и характеристики прочности (о,=1615+1630 Н/мм3, <ту=124СН-1390 Н/мм ) при низках показателях пластичности (8= 4-6 % ; <р = 4- 9 %), что обусловлено наличием смешанной структуры, состоящей из мартенсита и бейнита (рисунок I а)-

Низкий уровень твердости (НВ = 222). прочности (ов=850 Н/мм2, ог= 650 Н/мм ), но высокой пластичности (5= 23 % ; <р = 66 %) и ударной вязкости (KCU+20 °с = 92Дж/смг, KCU.60 °с = 35Дж/см;) показала сталь плавки №1 с содержанием, масс.%: 0.34С; 0,90Мп; 1,07 Si; 0,64 Сг, что обусловлено образованием феррите-перлитной структуры (рисунок 1 б).

Сравнительно невысокие свойства (326 НВ, <f,-660 Н/мм2; ов=1045 Н/мм2) стали плавки №8 (масс.%: 0.47С; 1,23 Мп; 0,81 Si; 0,41Сг) обусловлены структурой, состоящей из троостита, феррита и участков верхнего бейнита (рисунок 1в).

Наилучшее сочетание твердости (401 НВ), показателей прочности (о„=1400 Шмм2, о,= 990 Н/мм }, пластичности (8= 12 % ; ч> = 21 %} и ударной вязкости (KCU+20 °с = 58Дж/см", KCU^o °с = 34Дж/см;) достигаются у стали с содержанием углерода 0,34 %, марганца от 1,56 %, кремния от 1,24 %, хрома от 1,1 %, молибдена от 0.20 % за счет образовании структуры, состоящей преимущественно из бейнита (рисунок 1г).

в) г)

а) плавки № 2, 4 : б) плавка №3; в) плавка №8; г) плавка № 7 ,(х500)

Рисунок 1 - Микроструктуры сталей лабораторных плавок

VI

На основании проведенных исследований установлено, что после нормализации наилучшее сочетание механических свойств и однородная бейнитная структура достигается у стали следующего состава, масс % 0,34 С, 1,56 Мп, 1,24 Si, 1,10Cr, 0,33 Mo, 0,14 V, 0,026N

Исследование влияния отпуска в диапазоне температур 300 - 550 °С на механические свойства металла лабораторных плавок показало, что при достижении температуры отпуска выше 450 °С происходит разупрочнение исследуемых сталей

При этом отмечено, что в большей степени разупрочняются стали с мар-тенситно-бейнитной структурой (плавки № 2 и 4), в меньшей степени стали с наличием в структуре продуктов перлитного и бейнитного превращений (плавки № 5 - 10) На фоне снижения прочностных характеристик практически у всех исследуемых сталей с повышением температуры отпуска отмечается плавное повышение пластических характеристик

Особое влияние отпуска проявляется на изменении характера ударной вязкости Установлено, что отпуск при температуре 350 °С приводит к повышению ударной вязкости, как при комнатной, так и отрицательной температурах В значительной степени повышается ударная вязкость при комнатной температуре у сталей с бейнитной и бейнитно-перлитной структурой При достижении температуры 450 °С и выше наблюдается резкое снижение ударной вязкости при комнатной и отрицательной температурах Некоторая стабилизация ударной вязкости наступает при температуре отпуска 550 °С

э

Я

100 90 80

70 -■

60

; so -■ i

40

30 -20 -10 0

^л

-+-

-+-

300 350 450

Температура отпуска С

-50 - -«- -6 -♦- 7 —♦

Рисунок 2 - Изменение ударной вязкости (при I = +20 °С) от температур отпуска сталей лабораторных плавок

Сложный характер изменения ударной вязкости сталей с бейнитной структурой при отпуске объясняется особенностями поведения остаточного ау-стенита при отпуске Поскольку остаточный аустенит является метастабильной фазой, его количеством и стабильностью определяются в конечном итоге свойства стали Наблюдаемое у сталей сильное снижение ударной вязкости при отпуске в интервале 400 - 500 °С обусловлено, согласно установленной В М Счастливцевым терминологии, бейнитной хрупкостью В отличие от обратимой отпускной хрупкости сталей, закаленных на мартенсит, бейнитное ох-рупчивание связывают с изменением внутризеренной структуры, а именно с превращением остаточного аустенита в мартенсит или продукты бейнитного и перлитного превращений и не связаны с процессами, происходящими на границе зерна Повышение ударной вязкости и пластичности бейнитных сталей при низком отпуске обеспечивается, по-видимому, за счет обогащения остаточного аустенита углеродом и повышения его стабильности

На основании полученных результатов можно утверждать, что проведение отпуска бейнитных сталей выше 400 °С является нецелесообразным Для низколегированных сталей с бейнитной структурой наиболее рационален отпуск при 350 °С, который способствует существенному повышению пластических свойств и ударной вязкости без снижения прочностных свойств

5 РАЗРАБОТКА, ВНЕДРЕНИЕ И ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ ИЗ СТАЛИ БЕЙНИТНОГО КЛАССА В УСЛОВИЯХ ОАО «НКМК»

Химический состав стали (масс % 0,34 С, 1,56 Мп, 1,24 вь 1,10 Сг, 0,33 Мо) бейнитного класса, полученный на лабораторных плавках, опробовали в промышленных условиях на полнопрофильных рельсах С этой целью провели две опытно-промышленные плавки, различающиеся в основном содержанием углерода (таблица 3)

Упрочнение рельсов из сталей бейнитного класса достигается в равной степени с температур прокатного нагрева и аустенитизации под нормализацию Исходя из этого, в промышленных условиях могут быть реализованы две технологии термической обработки, а именно одинарной термической обработки — отпуск при 350 °С после охлаждения на воздухе с температуры прокатного нагрева (рисунок За) и двойной термической обработки, включающей нормализацию и отпуск при 350 °С (рисунок 36)

Установлено, что при охлаждении рельсов на спокойном воздухе от температур прокатного нагрева и после нормализации в интервале бейнитного превращения на рельсах реализуются практически одинаковые скорости охлаждения на уровне 0,2 °С/с При этом существенной разницы межу скоростями охлаждения головки и подошвы не выявлено (рисунок 4)

Исследования показали, что при охлаждении со скоростью 0,2 °С/с, реализуемой как с прокатного нагрева, так и после нормализации, на рельсах двух опытно-промышленных плавок достигается разный комплекс механических свойств

Рисунок 3 - Режимы термической обработки рельсов из стали бейнитного класса

100 300 500 700

Рисунок 4 - Скорость охлаждения головки (1) и подошвы (2) при охлаждении на воздухе с температур конца прокатки и при нормализации

По результатам механических испытаний установлено, что при непрерывном охлаждении на воздухе как с прокатного нагрева, так и после нормализации, на рельсах из сталей опытных плавок обеспечиваются высокие прочностные свойства (таблица 4 и 5) При этом на рельсах из стали с содержанием углерода 0,40 % достигаются более высокие прочностные свойства, намного превосходящие свойства объемно-закаленных рельсов из стали марки Э76Ф Более низкие прочностные характеристики, сопоставимые с характеристиками объемно-закаленных рельсов, обеспечиваются на рельсах из стали с содержанием углерода 0,32 % Высокие прочностные свойства бейнитных рельсов в горячекатаном и нормализованном состояниях сопровождаются пониженной пластичностью и ударной вязкостью

Таблица 4 - Механические свойства и твердость рельсов из стали опытно-промышленной плавки №1

№ плавки Значение Обработка от о. 8 V, КСи, при температуре "С Твердость

+20 -60 ПКГ 10 ш п

Н/мм % Дж/см' НВ

1 минимальное прокатка ИЗО 1420 4 10 50 16 429 429 415 401 495

максимальное 1170 1490 5 13 64 17 429 429 429 415 514

среднее 1150 1455 45 11,5 57 16,5 429 429 422 403 504,5

минимальное прокатка + правка 1150 1430 4 10 49 15 429 429 419 415 495

максимальное 1190 1480 5 13 64 15 429 429 419 415 495

среднее 1170 1455 4,5 11,5 56,5 15 429 429 419 415 495

минимальное прокатка + отпуск при 350 °С 1150 1430 9 20 60 19 429 429 419 401 495

максимальное 1180 1480 10 26 68 20 429 429 419 401 495

среднее 1165 1455 9,5 23 64 19,5 429 429 419 401 495

минимальное нормализация 1270 1660 7 24 35 26 477 477 461 444 514

максимальное 1280 1670 7 24 40 30 477 477 459 444 534

среднее 1275 1665 7 24 37,5 28 477 477 460 444 524

минимальное нормализация + отпуск при 350 "С + правка 1310 1630 11 40 65 28 477 477 477 477 555

максимальное 1340 1660 12 41 69 33 477 477 461 477 534

среднее 1325 1645 11,5 40,5 67 30,5 477 477 469 477 544,5

Э76Ф минимальное закалка в масле +отпуск при 450 "С 820 1200 10 30 35 25 363 352 341 341 352

максимальное 940 1290 15 40 50 45 388 388 363 388 388

среднее 890 1260 13 35 42 34 373 365 348 348 361

Примечание ПКГ- поверхность катания головки, 10 - на глубине 10 мм от поверхности ката ния головки, 22 - на глубине 22 мм от поверхности катания головки, Ш - шейка, П - подошва

Таблица 5 - Механические свойства и твердость рельсов из стали опытно-промышленной плавки №2

№ плавки /марка стали Значение Обработка От ов 6, V КСи, при температуре, "С Твердость

+20 -60 ПКГ 10 22 ш п

Н/мм" % Дж/см2 НВ

2 минимальное прокатка 880 1270 15 25 32 11 375 375 363 363 375

максимальное 890 1290 17 33 37 17 375 375 363 363 375

среднее 885 1280 16 29 34,5 14 375 375 363 363 375

минимальное прокатка + правка 1020 1280 15 25 32 10 375 375 363 363 375

максимальное 1060 1290 16 30 37 12 388 375 363 363 388

среднее 1040 1285 15,5 27,5 34,5 11 381,5 375 363 363 388

минимальное прокатка + отпуск при 350 "С 1020 1240 14 48 73 23 375 375 363 375 375

максимальное 1060 1290 15 49 74 33 375 375 375 388 388

среднее 1040 1265 14,5 48,5 73,5 28 375 375 369 381,5 381,5

минимальное нормализация 1020 1290 12 36 35 14 388 388 388 375 388

максимальное 1050 1300 14 37 37 18 388 388 375 375 388

среднее 1035 1295 13 36,5 37 16 388 388 381,5 375 388

минимальное нормализация + отпуск при 350 °С + правка 1050 1290 14 38 73 25 388 388 388 375 388

максимальное 1110 1300 15 45 74 28 388 388 388 375 388

среднее 1080 1295 14,5 41,5 73,5 26,5 388 388 388 375 388

Э76Ф минимальное закалка в масле +отпуск при 450 "С 820 1200 10 30 35 25 363 352 341 341 352

максимальное 940 1290 15 40 50 45 388 388 363 388 388

среднее 890 1260 13 35 42 34 373 365 348 348 361

Примечание ПКГ- поверхность катания головки, 10 - на глубине 10 мм от поверхности катания головки, 22 - на глубине 22 мм от поверхности катания головки, Ш -шейка, П - подошва

Более низкая пластичность отмечена на рельсах с содержанием углерода 0,40 %, низкая ударная вязкость - рельсах с содержанием углерода 0,32 %.

Отмечено, что после холодной правки у рельсов из стали ией нити ого класса достигается повышение предела текучести и снижение ударной вязкости при минус 60 °С. Пластическую деформацию, обусловленную правкой, можно рассматривать в данном случае как дополнительное упрочнение стали и как явление, которое может возникнуть в результате контактного взаимодействия рельса с колесом при эксплуатации.

Установлено, что улучшений комплекса механических свойств достигается на нормализованных и горячекатаных рельсах после отпуска при 350 "С. При этом наилучшее сочетание механических характеристик достигнуто на рельсах с содержанием углерода 0,32 %.

Металлографическое исследование показало, что при содержании в стали углерода 0,32 % при непрерывном охлаждении на воздухе образуется однородная бейнитная структура по всему сечению рельса (рисунок 5а). Дополнительное исследование микроструктуры, проведенное с помощью растрового микроскопа-микроанализатора LEO EVQ-40, показало наличие ферритных пластин ipe6-необразной и игольчатой формы. При этом в ферритных пластинах карбидов не выявлено. Пластины феррита имеют однородное строение (рисунок 6). Данный факт не позволяет однозначно классифицировать структуру бейнита на нижний или верхний. При этом установлено, что структура стали с содержанием углерода 0,32 % состоит из реечного феррита, полигонального феррита и остаточного аустенита ( 10%).

ti стали с содержанием углерода 0,40 % формируется в основном структура, состоящая из бейнита и мартенсита (рисунок 5 б).

а) плавка №2 и б) плавка № I (х 500) Рисунок 5 — Микроструктура по всему сечению головки, шейки и подошвы рельса

Наличием в структуре рельсов мартенсита обусловлена их повышенная хрупкость, выявленная в процессе производства. Рельсы из этой стали иракти-

чески не поддаются правке при приложении небольшой нагрузки и хрупко разрушаются при увеличении давления.

Удовлетворительные технологические свойства показали рельсы из бсйиит-ноЙ стали с содержанием углерода 0,32 %. В результате правки па этих рельсах получена прямолинейность, соответствующая требованиям скоростного движения.

Из расмотренных двух вариантов плавок преимущество по всем показателям механических и технологических свойств показали рельсы из слали с меньшим содержанием углерода (0,32 %).

На основании полученных положительных результатов по исследованию опытных рельсов из стали бейнитного класса были разработаны технические условия ТУ 0921-167 оп- 01124323 -2003 «Рельсы железнодорожные типа Р 65 высокой прочности из бейнитной стали» для производства рельсов из стали бейнитного класса.

Рисунок 6 - Микроструктура ферритной пластины бейнита, выявленная но всему сечению головки рельса после нормализации и отпуска

Разработка рельсовой стали бейнитного класса и внедрение новой техно-логин термической обработки позволила не только улучшить экологические условия работы за счет исключения из технологического цикла пожароопасного индустриального масла, но и существенно снизить производственные затраты, Совокупный прогнозируемый экономический эффект от производства железнодорожных рельсов из стати бейнитного класса марки Э30ХГ2САФМ при минимальном объеме производства 50 тыс. тонн составил 3 600 тыс. руб. в год.

6 СЛУЖБА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ ИЗ СТАЛЕЙ БЕЙНИТНОГО КЛАССА

Полигонные испытания опытной партии К26 (30 шт) железнодорожных рельсов Р65 длиной 25 м из стали бейнитного класса марки Э30ХГ2САФМ, изготовленных на ОАО «НКМК», проводили на II пути Экспериментального кольца ВНИИЖТ под нагрузкой 27 тс/ось

Опытную партию рельсов изготовили из стали бейнитного класса плавки Н1542 следующего состава, % 0,32 С, 1,48 Мп, 1,21 Б1, 0,017 Р, 0,005 Б, 0,13 V, 0,008 А1, 1,00 Сг, 0,07 N1, 0,09 Си, 0,012 N2, 0,20 Мо, 0,0016 О2 Рельсы подвергли нормализации от 870 °С и отпуску при 350 °С После нормализации с отпуском получены следующие механические свойства Ов= 1310 Н/мм2, 002= 1150 Н/мм2, ф = 39 %, 8 = 13 %, КСи+го °с = 78 -83 Дж/ см2, КСи.60 °с= 25 - 28 Дж/ см2, твердость 388 НВ

Испытания показали достаточный уровень выносливости натурных рельсов, равный 66,1 МПа при требовании не менее 64 МПа Значения коэффициентов интенсивности напряжений К(с составляют от 50, 7 до 54, 8 МПад/м, что находится на уровне объемно-закаленных углеродистых рельсов перлитного класса Интенсивность бокового износа рельсов из стали марки Э30ХГ2САФМ составила 0,18 мм/100 млн тонн брутто, вертикального - 0,13 мм/100 млн тонн брутто, что на 10 и 23 % меньше по сравнению с интенсивностью износа объемно-закаленных рельсов из стали марки Э76Ф, которая составляет 0,20 и 0,16 мм /100 млн тонн брутто соответственно

Полигонные испытания позволили выявить ряд особенностей рельсов из сталей бейнитного класса марки Э30ХГ2САФМ В частности, после эксплуатации отмечено повышение значений предела текучести от 1150 до 1210 Н/мм 2 и относительного сужения от 39 до 56 % без изменения остальных характеристик Исследование микроструктуры рельсов после эксплуатации показало наличие участков ячеистой дислокационной субструктуры Развитая ячеистая дислокационная структура свидетельствует о достаточной подвижности дислокаций Как показывает практика, при наличии такой структуры стали не склонны к хрупким разрушениям

В целом, проведенные полигонные испытания и исследования показали перспективность применения стали бейнитного класса для производства рельсов Предполагается, что дальнейшее повышение эксплуатационных характеристик рельсов с бейнитной структурой может быть достигнуто не путем увеличения прочностных характеристик, а за счет обеспечения высокой чистоты стали по неметаллическим включениям, снижения уровня микро -и макронапряжений

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1) Экспериментально показано и количественно определено влияние углерода, хрома, кремния и марганца (в убывающем порядке) на повышение прочностных характеристик стали бейнитного класса. Установлено положительное

влияние хрома, кремния и марганца на показатели пластичности и ударной вязкости

2) Разработана марка стали Э30ХГ2САФМ и технология термической обработки, обеспечивающие получение высокого комплекса механических и технологических свойств железнодорожных рельсов Проведено сравнительное исследование механических свойств и микроструктуры железнодорожных рельсов после прокатки, прокатки и отпуска, нормализации и отпуска. Установлено, что наилучшее сочетание прочности, пластичности и ударной вязкости достигается после нормализации и отпуска при 350 °С

3) Разработаны технические условия (ТУ 0921-167оп-01124323-2003) и внедрены в производство в условиях ОАО «НКМК» технологии термической обработки железнодорожных рельсов типа Р65 из стали марки Э30ХГ2САФМ

4) Совокупный прогнозируемый экономический эффект от производства железнодорожных рельсов из стали бейнитного класса марки Э30ХГ2САФМ при минимальном объеме производства 50 тыс тонн составил 3 600 тыс руб в год

5) Проведены полигонные испытания железнодорожных рельсов Р65 стали бейнитного класса марки Э30ХГ2САФМ Интенсивность бокового износа рельсов из стали марки Э30ХГ2САФМ составила 0,18 мм/100 млн тонн брутто, вертикального - 0,13 мм/100 млн тонн брутто, что на 10 и 23 % меньше по сравнению с интенсивностью износа объемно-закаленных рельсов из стали марки Э76Ф, которая составляет 0,20 и 0,16 мм /100 млн тонн брутто соответственно В процессе эксплуатации рельсов из стали марки Э30ХГ2САФМ зафиксировано увеличение прочности и пластичности, что обусловлено развитой ячеистой дислокационной структурой

РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Корнева Л В Рельсы из стали бейнитного класса / Л В Корнева Т Н , Осколкова //Изв вузов Черная металлургия - 2006 -№12 - С 26-27

2 Павлов В В Дефекты и качество рельсовой стали Справочник / В В Павлов, М В Темлянцев, Л В Корнева, Т Н Осколкова, В В Гаврилов / -М Теплотехник, 2006 -218 с

3 Корнева Л В , Осколкова Т Н Высокопрочные рельсы на основе бейнит-ной структуры /Л В Корнева, Т Н Осколкова // Вестник горнометаллургической секции РАЕН Отделение металлургии сб науч тр / СибГИУ - Новокузнецк, 2006 -Вып 16 - С 97-101

4 Корнева Л В Качество рельсов для высокоскоростного движения / Л В Корнева, Т Н Осколкова // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности Материалы II Международной научно- технической конференции / СПб, 2006 - С 23-26

5 Павлов В В Производство первой опытной партии рельсов из бейнитной стали / В В Павлов, Л В Корнева, В П Дементьев [и др ] // Трибофатика Материалы V Международного симпозиума / ИрГУПС - Иркутск, 2005 - С 13-18

6 Павлов В В Свойства и микроструктура бейнитных рельсов / В В Павлов, Л В Корнева, В В Могильный, Л А Годик // Влияние свойств металличе-

ской матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов Материалы Международной научно-технической конференции / ГНЦ РФ ОАО «УИМ» - Екатеринбург, 2006 -С 198-205

7 Павлов В В Освоение производства рельсов Р65К из заэвтектоидной стали Э83Ф / В В Павлов, Н А Козырев, Л В Корнева, В И Ворожищев // Электрометаллургия - 2005 - №2 - С 2 - 6

8 Павлов В В Рельсы Р65К повышенной износостойкости / В В Павлов, В П Дементьев, Н А Козырев, В В Гаврилов, Л В Корнева // Трибофатика Материалы V Международного симпозиума / ИрГУПС - Иркутск, 2005 - С 30 -34

9 Темлянцев М В Нагрев под прокатку непрерывно- литых заготовок рельсовой электростали / М В Темлянцев, В В Гаврилов, Л В Корнева, А Ю Сюсюкин, Н В Темлянцев // Изв вузов Черная металлургия - 2005 - № 6 - С 51-53

10 Ворожищев В И Изучение свойств рельсовой стали Э 76Ф, микролегированной молибденом / В И Ворожищев, Н А Козырев, П Е Сычев, Л В Корнева // Материалы юбилейной рельсовой комиссии Тр II Междун науч - техн конф / ОАО «КМК» - Новокузнецк, 2002 - С 294 - 300

11 Корнева Л В Перспективы производства рельсов из дисперсионно-упрочненной стали / Л В Корнева [и др ] // Материалы юбилейной рельсовой комиссии Тр II Междун науч - техн конф / ОАО «КМК» - Новокузнецк, 2002 - С 300-316

12 Корнева Л В Производство рельсов из дисперсионно - упрочненной стали / Л В Корнева [и др ] // Изв вузов Черная металлургия - 2004 - № 2 - С 47-52

13 Корнева Л В Разработка технологии производства рельсов из бейнит-нойстапи/ЛВ Корнева [и др ]//Сталь -2005 -№ 2-С 71-74

14 Корнева Л В Качество рельсов из заэвтектоидной стали, микролегированной ванадием и азотом / Л В Корнева [и др ] // Изв вузов Черная металлургия -2005 - №8-С 41-46

15 Павлов В В Исследование возможности закалки рельсов в водополи-мерных средах / В В Павлов, Е М Пятайкин, Л В Корнева, Е А Шур // Сталь -2005 -№ 11 - С 126-131

16 Корнева Л В Структурно-фазовый анализ рельсов из бейнитной стали / Л В Корнева [и др ]//Изв вузов Черная металлургия - 2006 - № 10 - С 3843

17 Ворожищев В И Структурно-фазовый анализ рельсов из бейнитной стали /В И Ворожищев, Ю Ф Иванов, Л В Корнева, Е А Шур // Изв вузов Черная металлургия -2006 -№10 - С 38-43

18 Патент РФ 2241779, МПК С 22С 38/54 Рельсовая сталь / Корнева Л В [и др] ООО «Рельсы КМК» // № 2003124404, Заявл 04 08 2003, Опубл 10 12 2004 -Бюл №34 - С 943

19 Патент РФ 2259417, МПК С 22С 38/38 Сталь / Корнева Л В [и др] ООО «Рельсы КМК» //№>200312116/02, Заявл 04 04 2003, Опубл 27 08 2005 -Бюл № 24 - С 485

20 Патент РФ 2259418, МПК С 22 С 38/48 Рельсовая сталь / Корнева Л В [и др] ООО «Рельсы КМК» // № 2003124408/02, Заявл 04 08 2003, Опубл 27 08 2005 - Бюл № 24 - С 485

21 Патент РФ 2259416, МПК С 22 С 38/24, 38/28, 38/46, 38/50 Рельсовая сталь / Корнева Л В [и др ] ООО «Рельсы КМК» // № 2003124407/02, Заявл 04 08 2003, Опубл 27 08 2005 - Бюл №24 - С 485

22 Патент РФ 2254382, МПК С 22 С 38/54 Способ термической обработки рельсов / Павлов В В , Ворожищев В И, Пятайкин Е М , Корнева Л В [и др ] ОАО «НКМК»//№ 2004105303/02, Заявл 24 02 2004, Опубл 20 06 2005 - Бюл №17 - С 350

23 Патент РФ 2283353, МПК С 21 Д 9/04 Способ термической обработки рельсов / Павлов В В , Пятайкин Е М, Корнева Л В [и др ] ОАО «НКМК» // № 2005103778/02, Заявл 14 02 2005 Опубл 10 09 2006 - Бюл №25 - С 556

24 Патент РФ 2291221, МПК С 22 С 38/46 Рельсовая сталь / Корнева Л В [и др] ОАО «НКМК»//№2005113675/02, Заявл 0405 2005 Опубл 1001 2007 -Бюл № 1 -С 310-311

25 Патент РФ 2291220, МПК С 22 С 38/46 Рельсовая сталь / Корнева Л В [и др ] ОАО «НКМК» // № 2005113660 //02, Заявл 04 05 2005 Опубл 10 01 2007 -Бюл №1 -С 310

Изя лиц ИД №01439 от 05 04 2000 г

Подписано в печать 20 04 2007 т Формат бумаги 60x84 1/16 Уел печ л 1,0 Уч - изд л 1,1 Тираж 100 экз Заказ 70

ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» 654007, г Новокузнецк, ул Кирова, 42, Типография ГОУ ВПО «СибГИУ»

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 19 Выводы и постановка задач исследования

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ РАЗРАБОТКИ ХИМИЧЕ- 3 6 СКОГО СОСТАВА СТАЛЕЙ БЕЙНИТНОГО КЛАССА

2.1 Концепция разработки химического состава сталей бейнит- 36 ного класса для производства железнодорожных рельсов

2.2 Влияние легирующих элементов на формирование бейнит- 37 ной структуры стали

2.3 Анализ условий стабильного получения бейнитной структу- 39 ры стали в условиях спокойного охлаждения на воздухе

3 ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ 42 ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Материал, методика и оборудование для экспериментальных 42 исследований

3.2 Методы исследований

3.3 Методы испытаний

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ТЕРМИ- 51 ЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СТАЛЕЙ БЕЙНИТНОГО КЛАССА

4.1 Особенности влияния химических элементов на механиче- 51 ские свойства сталей бейнитного класса

4.2 Исследование влияния отпуска на структуру и свойства ста- 60 лей бейнитного класса

4.3 Исследование влияния закалки с отпуском на свойства и 80 структурообразование сталей бейнитного класса

Выводы

5 РАЗРАБОТКА, ВНЕДРЕНИЕ И ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТЕР- 91 МИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ ИЗ СТАЛИ БЕЙНИТНОГО КЛАССА В УСЛОВИЯХ ОАО «НКМК»

5.1 Разработка технологии термической обработки железнодо- 91 рожных рельсов из сталей бейнитного класса

5.2 Качество и свойства железнодорожных рельсов из сталей 94 бейнитного класса

5.3 Оценка технико-экономического и энерго-экологического 119 эффекта при производстве рельсов из сталей бейнитного класса Выводы

6 СЛУЖБА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ ИЗ СТАЛЕЙ БЕЙ- 126 НИТНОГО КЛАССА

6.1 Служба железнодорожных рельсов из стали марки 126 Э30ХГ2САФМ

6.2 Особенности эволюции структуры и механических свойств 127 стали марки Э30ХГ2САФМ при эксплуатации

Выводы

Безопасность движения поездов, сохранность людей и грузов в значительной степени зависят от исправного содержания, качества, стойкости железнодорожного полотна, главным элементом которого являются рельсы. В настоящее время проблема повышения работоспособности рельсов, несмотря на достигнутые положительные результаты в обеспечении качества рельсовой стали, стоит как никогда остро не только в России, но и за рубежом. В современных условиях эксплуатации железных дорог при движении тяжелого транспорта нагрузки от оси могут достигать 35 т, а скорости передвижения скоростных поездов до 250 км/ч. Анализ выхода из строя рельсов при службе в пути показывает их высокий уровень по дефектам контактно-усталостного происхождения, смятию, износу, термомеханическим повреждениям.

Эксплуатационная стойкость железнодорожных рельсов, как известно, во многом определяется структурой и механическими свойствами рельсовой стали. В связи с этим возрастает роль исследований в области физики металлов и металловедения в создании новых, более совершенных и прогрессивных сталей, способных обеспечить длительную прочность рельсов в столь сложных условиях эксплуатации.

На основе многочисленных теоретических и экспериментальных исследований установлено, что сопротивление рельсов износу и повреждаемости контактно-усталостными дефектами значительно возрастает с увеличением дисперсности структуры. В настоящее время в структуре стандартных рельсов из сталей перлитного класса межпластиночное расстояние составляет 0,14 0,3 мкм и приближается к своему предельному значению (0,1 мкм). В связи с этим пути дальнейшего повышения эксплуатационной стойкости рельсов из сталей перлитного класса исчерпаны и предполагают переход на производство рельсов из сталей бейнитного класса, отличающихся более дисперсным строением и, следовательно, более высокими механическими свойствами.

В настоящее время проблема создания сталей бейнитного класса для производства рельсов является малоизученной и бурно развивающейся областью научных исследований как в России, так и за рубежом. Переход от традиционных технологий производства рельсов из высокоуглеродистых сталей перлитного класса на низколегированные из сталей бейнитного класса является весьма заманчивым и перспективным как для производителей, так и для потребителей рельсового металла. Рельсы из сталей бейнитного класса обладают повышенным комплексом механических и эксплуатационных свойств, более технологичны, при экономном легировании характеризуются пониженной себестоимостью. Применение сталей на основе бейнитной структуры позволяют также отказаться от экологически вредной технологии объемной закалки в масле. В то же время, как показывает анализ специальной технической литературы, технологии термической обработки рельсов из сталей бейнитного класса, исключающие закалку, находятся в стадии разработки. До настоящего времени не установлены точные связи между составом, микроструктурой и свойствами стали, научно не обоснована их природа. Кроме этого, имеются противоречия в выборе структурного состояния для рельсов, а также в определении возможностей их использования. По данным одних исследователей оптимальной структурой является смешанная структура, состоящая из отпущенного мартенсита и бейнита, другие исследователи утверждают, что структура должна состоять только из нижнего бейнита. По результатам одних исследований установлено, что бейнитные рельсы хорошо зарекомендовали себя по износостойкости, другие исследования показывают, что бейнитные рельсы отличаются повышенной контактно-усталостной прочностью.

В связи с этим, вопрос выбора химического состава и технологии термической обработки в целях достижения требуемых механических и технологических свойств рельсов из сталей бейнитного класса является актуальным и приобретает особо важное народно-хозяйственное значение.

Цель работы: Разработка химического состава и технологии термической обработки стали бейнитного класса, обеспечивающих получение без закалочного охлаждения высокого комплекса механических и технологических свойств железнодорожных рельсов.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать особенности влияния легирующих элементов: углерода, марганца, кремния и хрома на механические свойства и структурооб-разование сталей бейнитного класса.

2. Исследовать влияние различных видов термической обработки на свойства и структуру сталей бейнитного класса.

3. Разработать химический состав и технологию термической обработки железнодорожных рельсов из стали бейнитного класса.

4. Внедрить и освоить технологию производства железнодорожных рельсов из сталей бейнитного класса в условиях ОАО «НКМК».

5. Провести полигонные испытания, установить особенности эволюции структуры и механических свойств стали марки Э30ХГ2САФМ при эксплуатации рельсов в пути.

Научная новизна. Впервые:

1. Изучено влияние углерода, марганца, кремния, хрома, комплексного легирования и различных видов термической обработки на механические свойства и структурообразование сталей бейнитного класса для производства железнодорожных рельсов.

2. Разработан химический состав и установлена структура стали бейнитного класса, обеспечивающие высокий комплекс механических и технологических свойств железнодорожных рельсов.

3. Созданы рациональные режимы термической обработки, обеспечивающие достижение высоких свойств пластичности и вязкости без снижения показателей прочности стали бейнитного класса для производства железнодорожных рельсов.

4. Установлены особенности эволюции структуры и механических свойств стали марки Э30ХГ2САФМ при эксплуатации рельсов в пути.

Практическая значимость.

1. Показана высокая эффективность способа легирования стали для повышения качества железнодорожных рельсов, равноценно заменяющего упрочняющую термическую обработку.

2. Разработаны химический состав стали бейнитного класса и технология термической обработки, обеспечивающие получение сбалансированного комплекса механических и технологических свойств железнодорожных рельсов.

3. Разработана, внедрена в производство и освоена технология термической обработки железнодорожных рельсов из стали бейнитного класса марки Э30ХГ2САФМ.

Реализация результатов.

1. На основе полученных результатов изготовлена опытная партия железнодорожных рельсов из стали бейнитного класса марки Э30ХГ2САФМ, которая прошла полигонные и аттестационные испытания на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ.

2. Разработаны технические условия на производство железнодорожных рельсов типа Р65 высокой прочности из бейнитной стали (ТУ 0921-167оп-01124323-2003).

3. Прогнозируемый экономический эффект от производства железнодорожных рельсов из стали бейнитного класса марки Э30ХГ2САФМ при минимальном объеме производства 50 тыс. тонн составил 3 600 тыс. руб. в год.

Личный вклад автора состоит в проведении экспериментов по изучению влияния химического состава сталей бейнитного класса на структу-рообразование и механические свойства; выборе химического состава бейнитной стали, обеспечивающего сбалансированный комплекс механических свойств; определении параметров технологии термической обработки рельсов из стали бейнитного класса; промышленном внедрении и освоении технологии производства железнодорожных рельсов из стали бейнитного класса; обработке, анализе, обобщении и научном обосновании полученных результатов, формулировке выводов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты экспериментальных исследований влияния состава сталей бейнитного класса на структурообразование и механические свойства.

2. Результаты экспериментальных исследований влияния видов термической обработки на структурообразование и механические свойства стали бейнитного класса.

3. Результаты разработки химического состава стали бейнитного класса для производства железнодорожных рельсов.

4. Технология термической обработки железнодорожных рельсов из стали бейнитного класса марки Э30ХГ2САФМ.

Достоверность полученных результатов подтверждается хорошей сходимостью результатов теоретических исследований, лабораторных и промышленных экспериментов, полигонными испытаниями рельсов на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Всероссийской научно-практической конференции (Новокузнецк, сентябрь 2002 г.); V Международном симпозиуме по трибофатике (Иркутск, октябрь 2005 г.); II Международной научно-технической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санк-Петербург, март 2006 г.); II Всероссийском научно-техническом семинаре «Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов» (Екатеринбург, июль 2006 г.); 121 Рельсовой комиссии

Новосибирск, декабрь 2006 г.); VI Международной рельсовой комиссии по качеству рельсовой продукции метрополитенов (Киев, март 2007г.).

Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 1 справочнике, 17 статьях, из них 8 статей в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования результатов кандидатских и докторских диссертаций, защищены 8 патентами.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 разделов, основных выводов, списка литературы из 146 наименований, содержит 151 страницу, включая 14 таблиц и 80 рисунков.

Общие выводы

1. Экспериментально показано и количественно определено влияние углерода, хрома, кремния и марганца (в убывающем порядке) на повышение прочностных характеристик стали бейнитного класса. Установлено положительное влияние хрома, кремния и марганца на показатели пластичности и ударной вязкости.

2. Разработана марка стали Э30ХГ2САФМ и технология термической обработки, обеспечивающие получение высокого комплекса механических и технологических свойств железнодорожных рельсов. Проведено сравнительное исследование механических свойств и микроструктуры железнодорожных рельсов после прокатки, прокатки и отпуска, нормализации и отпуска. Установлено, что наилучшее сочетание прочности, пластичности и ударной вязкости достигается после нормализации и отпуска при 350 °С.

3. Разработаны технические условия (ТУ 0921-167оп-01124323-2003) и внедрены в производство в условиях ОАО «НКМК» технологии термической обработки железнодорожных рельсов типа Р65 из стали марки Э30ХГ2САФМ.

4. Совокупный прогнозируемый экономический эффект от производства железнодорожных рельсов из стали бейнитного класса марки Э30ХГ2САФМ при минимальном объеме производства 50 тыс. тонн составил 3 600 тыс. руб. в год.

5. Проведены полигонные испытания железнодорожных рельсов Р65 стали бейнитного класса марки Э30ХГ2САФМ. Интенсивность бокового износа рельсов из стали марки Э30ХГ2САФМ составила 0,18 мм/100 млн.тонн брутто, вертикального - 0,13 мм/100 млн.тонн брутто, что на 10 и 23 % меньше по сравнению с интенсивностью износа объемно-закаленных рельсов из стали марки Э76Ф которая составляет 0,20 и 0,16 мм /100 млн.тонн брутто соответственно. В процессе эксплуатации рельсов из стали марки Э30ХГ2САФМ зафиксировано увеличение прочности и пластичности, что обусловлено развитой ячеистой дислокационной структурой.

1. Раскисление и модифицирование рельсовой стали /В.А. Поляничка и др. //Металлург. 1990. - № 1. - С.28.

2. Рельсы из микролегированной азотом стали /Г.Я. Левченко и др. //Сталь.- 1994.- № 1.- С. 26 28.

3. Поляничка В.А. Ресурсосберегающая технология легирования рельсовой стали ванадием /В.А. Поляничка, А.В. Пан, Д.К. Нестеров //Сталь. -1993.-№5.- С. 26-28.

4. Дерябин А.А. Совершенствование технологии раскисления рельсовой стали цирконийсодержащими сплавами /А.А. Дерябин, В.Е. Семенков, Б.И. Топычканов //Сталь.-1990.- №5.- С. 18 22.

5. Шур Е.А. Влияние неметалличеких включений на разрушение рельсов и рельсовой стали /Е.А. Шур, С.М. Трушевский //Неметаллические включения в рельсовой стали : сб. науч. тр.- Екатеринбург: ГНЦ РФ ОАО «УИМ», 2005.- С. 87-94.

6. Улучшение качества рельсов из стали, раскисленной алюминием / А.А. Дерябин и др. // Сталь.-1997.- № 7.- С. 50 55.

7. Влияние технологии выплавки и температуры на микростроение и структурно чувствительные свойства жидкой рельсовой стали /А.А. Дерябин и др. // Сталь.-2004.- № 3.- С. 20 - 22.

8. Разработка технологии производства рельсовой стали на установке печь ковш / В.В. Павлов и др. // Сталь.-2004.- № 5.- С. 50 - 52.

9. Могильный В.В. Качество рельсовой электростали повышенной чистоты / В.В. Могильный, Н.А. Козырев, A.JI. Никулина // Сталь,-1999. -№ 3.- С. 53-56.

10. Дерябин А.А. Влияние модифицирования рельсовой стали барием и кальцием на свойства рельсов /А.А. Дерябин и др. // Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов: сб. науч. тр. Екатеринбург: ГНЦ РФ ОАО «УИМ», 2006.- 235с.

11. Дерябин А.А. Исследование эффективности процессов раскисления, модифицирования и микролегирования рельсовой стали / А.А. Дерябин, А.Б. // Сталь.- 2000.- №11.- С. 38-43.

12. Повышение качества рельсов раскислением комплексными сплавами, содержащими кальций и титан /А.А. Дерябин и др. // Сталь. -1983.- № 12.- С.59-63.

13. Снижение загрязненности рельсов оксидными включениями при раскислении стали FeSiCa+FeSiZr /А.А. Дерябин и др. // Металлург.-1981.-№ 2,- С.30-32.

14. Davies K.V. Analytical and experimental study of resid stress in rail / K.V. Davies, T.G. Johns // Transp.Rec.-1987.- № 794.- P. 19-24.

15. Steel R.K. Fatigue crack growth and fracture mechanic considerations for flaw inspection of railroad rail // Material Evaluations. -1980.- № 10.- P.33-38.

16. Вериго М.Ф., Коган А.Я. Взаимодействие пути и подвижного состава. /М.Ф. Вериго, А.Я. Коган. М.: Транспорт, 1986. - 559 с.

17. Шур Е.А. Повреждения рельсов. / Е.А. Шур М.: Транспорт, 1971-112с.

18. Фришман М.А. Как работает путь под поездами. / М.А. Фришман. М.: Транспорт, 1983. - 168 с.

19. Kashiwaya Kenji Развитие текстуры в поверхностном слое рельса при контактной усталости при качении / Kashiwaya Kenji, Inoue Yasuo, Satoh Yukio // Дзайре, J.Soc.Mater.Sci.Jap.- 1988.- 37, № 417.- C. 592-598.

20. Рейхарт B.A. Надежность рельсов с трещинами / В.А. Рейхарт // Путь и путевое хозяйство,- 2006,- № 1. С. 12 - 14.

21. Абдурашитов А.Ю. Трещиностойкость рельсов с учетом условий эксплуатации /А.Ю. Абдурашитов, Л.Г. Крысанов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов.- 2000.- № 1.- С.43 45.

22. Ахметзянов М.Х. Образование и развитие контактно усталостных повреждений в рельсах / М.Х. Ахметзянов, П.Г. Суровин // Железнодорожный транспорт.- 2003.- №5.- С.60 - 65.

23. Рейхарт В.А. О критериях качества железнодорожных рельсов // Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов: сб.науч.тр. Екатеринбург: ГНЦ РФ ОАО «УИМ»,- 2006.- С. 104 -115.

24. Оптимизация химического состава и технологии для производства рельсов низкотемпературной надежности. /А.А. Дерябин и др. //Сталь.-2005.- №6.- С. 134-136.

25. Перспективы производства рельсов из дисперсионно упрочненной стали /В.И. Ворожищев и др. // Материалы юбилейной рельсовой комиссии: сборник докладов. - Новокузнецк. - 2002. - С. 300 - 314.

26. Оптимизация химического состава стали и технологии для производства рельсов низкотемпераутрной надежности /А.А. Дерябин и др. // Сталь.-2005.-№6.- С. 134-136.

27. Козырев Н.А. Производство железнодорожных рельсов из электростали. /Н.А. Козырев, В.П. Дементьев. Новокузнецк: изд-во ИПК, 2000. - 267 с.

28. Этапы улучшения качества железнодорожных рельсов на НТМК /А.А.Дерябин и др. // Сталь.- 2000. № 5. - С. 69-71.

29. Повышение металлургического качества рельсов при их производстве из конвертерной вакуумированной стали / А.А. Дерябин и др. // Конвертерное производство стали: сб.науч. тр.- Екатеринбург, 2003.- С. 189 -203.

30. Совершенствование технологии выплавки и разливки рельсовой стали на НТМК /В.А. Поляничка и др. // Разливка стали в изложницы и качество слитка. Свердловск.- 1989. - С.11-14.

31. Исследование качества рельсов из непрерывнолитой заготовки / Д.К. Нестеров и др. // Сталь.- 1989.- № 5.- С. 64 68.

32. Новый уровень качества рельсов из непрерывнолитых блюмов / А.А. Клачков и др. // Сталь.- 2000,- № 7. С.55 - 58.

33. Влияние способа выплавки и прокатки на качество рельсового металла / С.Г. Литвин и др. // Изв. вузов. Чер.металлургия. 2002.- №10.- С.28 - 30.

34. Влияние сечения непрерывнолитой заготовки на качество железнодорожных рельсов Р 65 /В.Н. Перетятько и др. // Изв. вузов. Черн. металлургия.- 2002.- № 12.- С.28 30.

35. Федоров JI.K. Технология получения непрерывнолитых заготовок для производства рельсов в условиях НТМК /Л.К. Федоров, А.Я. Кузовков, В.В. Матвеев //Тр. 5 Конг. сталеплавильщиков. Москва. - 1999.- С. 468 -470.

36. Производство железнодорожных рельсов из непрерывнолитых заготвок / В.Ф. Царёв и др. //Изв. вузов. Черн. металлургия. -1999.-№ 10.- с .51 53.

37. Роликовая правка объемнозакаленных рельсов /И.В. Недорезов и др. // Сталь.- 1989.-№7.- С. 59-61.

38. Муравьев Е.А. Динамика образования внутренних напряжений и искривленности рельсов при объемной закалке их в масле / Е.А. Муравьев, М.С. Михалёв // ЦНИИ МПС.- М., 1973. Вып.491 .-С.42 49.

39. Галицын Г.А. Разработка технологии правки объемнозакаленных рельсов для скоростного совмещенного движения / Г.А. Галицын, Н.И. Бе-дарев, В.В. Могильный // Сталь. 2000.- №11.- С.63 - 66.

40. Абдурашитов А.Ю. Дополнительные требования к прямолинейности рельсов в зоне стыков / А.Ю. Абдурашитов, И.В. // Железные дороги мира.- 2003.-№3.- С.66-71.

41. Чабан С.В. Опыт производства рельсов для высокоскоростных магистралей на ОАО «КМК» // Материалы юбилейной рельсовой комиссии: сборник докладов. Новокузнецк, 2002. - С. 174 - 180.

42. Разработка технологии производства заэвтектоидной рельсовой электростали повышенной износостойкости / В.В. Павлов и др. // Сталь. -2004.-№ 1.- С. 31-32.

43. Качество рельсов Р65К из заэвтектоидной стали Э83Ф повышенной износостойкости / В.В. Павлов и др. // Сталь.- 2004,- №11.- С. 91 94.

44. Новые технологические процессы производства для Сибири и Севера /

45. B.П. Дементьев и др. // Современные проблемы совершенствования работы железнодорожного транспорта: межвузовский сб. нучн. тр.- М.: РГОТУПС, 1999.-С 156-157.

46. Снитко Ю.П. Расчет растворимости карбонитридов в рельсовой стали. / Ю.П. Снитко, А.В. Введенский, Н.В. Королев //Материалы юбилейной рельсовой комиссии: сборник докладов. Новокузнецк, 2002.- С. 97 - 105.

47. Медовар Л.Б. Бейнитные стали для рельсов // Проблемы СЭМ.- 1998.-№3.- С. 16-20.

48. Пути повышения надежности рельсов // Железные дороги мира. 1999.-№8.- С.64-68.

49. Стали для рельсов высокоскоростных линий // Железные дороги мира. -2000. № 8. - С.67-70.

50. Рельсы основа железных дорог // Вестник деловой и коммерческой информации. - 2000.- № 2.- С. 2-3.

51. Концепция нового национального стандарта на железнодорожные рельсы / А.А. Дерябин и др. // Сталь.- 2005.- №6.- С. 139 141.

52. Козырев А.И. Истинные причины волнообразных неровностей (Дефект поверхности катания головки) // Путь и путевое хозяйство. 2003.- №9.1. C.26-27.

53. Рейхард В.А. Прямые рельсы / В.А. Рейхард, Е.А. Шур // Путь и путевое хозяйство. 2002.- №12.- С.7-8.

54. Абдурашитов А.Ю. Закономерности образования контактно усталостных дефектов // Путь и путевое хозяйство. - 2002.- №11.- С. 16-20.

55. Решение и рекомендации Российской межведомственной Рельсовой комиссии по улучшению качества и эксплуатации железнодорожных рельсов и рельсовых скреплений // Материалы Рельсовой комиссии: сб. док. ОАО «НТМК», 2000.- С.181-188.

56. Изломы рельсов на дорогах Великобритании // Путь и путевое хозяйство. 2000.-№ 3.- С.39-40.

57. Георгиев М.Н. Трещиностойкость железнодорожных рельсов./М.Н. Георгиев.- Кемерово, 2006.- 212с.

58. Davies K.V. Analytical and experimental study of resid stress in rail / K.V. Davies, T.G. Johns // Transp.Rec.-1987.- № 794. P.19 -24.

59. Steel R.K. Fatigue crack growth and fracture mechanic considerations for flaw inspection of railroad rail // Material Evaluations. 1980.- № 10.-P.33-38.

60. Поляков В.В. Основы технологии производства железнодорожных рельсов./ В.В. Поляков, А.В. Великанов. М.: Металлургия, 1990.- 416с.

61. Повышение качества рельсов раскислением комплексными сплавами, содержащими кальций и титан / А.А. Дерябин и др. // Сталь.- 1983.- № 12.- С.59-63.

62. Снижение загрязненности рельсов строчечными оксидными включениями при раскислении стали FeSiCaVAl сплавами / А.А. Дерябин и др. // Металлург.-1980.- № 12.- С.20 -23.

63. Снижение загрязненности рельсов оксидными включениями при раскислении стали FeSiCa+FeSiZr / А.А. Дерябин и др. // Металлург.-1981.-№2,- С.30-32.

64. Синельников В.А. Технологические аспекты повышения качества и уровня потребительских свойств железнодорожных рельсов / В.А. Синельников, Г.А. Филиппов // Металлург.- 2001.- № 10.- С.50 -52.

65. Панасюк В.В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами./В.В. Панасюк.- Киев: Наукова думка, 1968.- 246 с.

66. Палатник JI.C. Структура и динамическая долговечность сталей в условиях тяжелого нагружения./ JI.C. Палатник, Т.М. Равицкая, Е.П. Островская.- Челябинск: Металлургия, 1988.-160с.

67. Воротилкин А.В. Основные причины износа в системе колесо-рельс // ТРИБОФАТИКА: сб.док.- Иркутск: ИрГУПС, 2005.- Том.1. С. 415-417.

68. Сравнение затрат жизненного цикла обычных и термоупрочненных рельсов // Железные дороги мира.- 2006.- № 3.- с.71-74.

69. Хрупкий излом рельса //Путь и путевое хозяйство.- 1993.- № 8.- с. 9 -10.

70. Сосновский J1.A. Теория накопления износоусталостных повреждений. / J1.A. Сосновский, А.В. Богданович.- Гомель,- 2000.- 60 с.

71. Сосновский JI.A. Трибофатика: износоусталостные повреждения в проблемах ресурса и безопасности машин ./J1.А. Сосновский, Н.А. Махутов. М. - Гомель: ФЦНТП «Безопасность», НПО «ТРИБОФАТИКА».-2000.- 304 с.

72. Богданович П.Н. Трение и износ в машинах./ П.Н. Богданович, В.Я. Прушак. Минск: Вышэйшая школа, 1999.- 376с.

73. Сосновский JI.A. Проблема колесо/рельс с позиции трибофатики / J1.A. Сосновский, В.П. Сенько // Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов: сб. науч. тр.- Екатеринбург: ГНЦ РФ ОАО «УИМ», 2006.- С. 215 228.

74. Муравьев Е.А. Динамика образования внутренних напряжений и искривленности рельсов при объемной закалке их в масле /Е.А. Муравьев, М.С. Михалев // ЦНИИ МПС.- М., 1973.- Вып.491.- С.42-49.

75. Технология термообработки рельсов для работы в особо тяжелых условиях эксплуатации /Д.К. Нестеров и др. // Сталь.- 1989,- С.79-82.

76. Золотарский А.Ф. Термически упрочненные рельсы / А.Ф.Золотарский, Я.Р. Раузин, Е.А. Шур. М.: Транспорт. 1976,264с.

77. Лемпицкий В.В. Производство и термическая обработка железнодорожных рельсов / В.В. Лемпицкий, Д.С. Казарновский, С.В. Губерт. М.: Металлургия, 1972. - 272 с.

78. Недорезов И.В. Обзор промышленных процессов закалки рельсов и остаточных напряжений в них // Производство проката.- 2001.- №6.- С. 13-18.

79. Изготовление рельсов с закаленной головкой с использованием прокатного нагрева. Herstellung fon kopfgeharteten Schienen aus der Walzhitze /Moser A.,Pointner P., Prskawetz G.// Berg und Huttenmann. Monatsh.-1988.- 133, №7.-C. 321-326.

80. Свойства рельсов закаленных с индукционного нагрева /С.И. Рудюк и др. // Повышение качества ж.д. рельсов и колес: отрасл. сб. науч. тр. -Харьков: УкрНИИМет, 1987. С.22-24.

81. Полухин П.И. Прокатка и термическая обработка рельсов / П.И. Полу-хин, Ю.В.Грдина, Е.Я. Зарвин. М.: ГНТИЛ по черной и цветной металлургии. 1962.-508с.

82. Шур Е.А. Новый метод термической обработки рельсов с использованием двухстороннего охлаждения / Е.А. Шур, В.М. Федин, И.Г. Жигалкин // Материалы юбилейной рельсовой комиссии: сборник докладов. Новокузнецк, 2002. С. 149 - 155.

83. Федин В.М. Объемно-поверхностная закалка деталей подвижного состава и верхнего строения пути./В.М. Федин М.: Интекст, 2002.-208с.

84. Меньшиков А.Г.Термическая обработка рельсов с использованием скоростного струйного охлаждения // Сталь.- 1995. №6.- С. 59 - 61.

85. Галицын Г.А. Технология термообработки железнодорожных рельсов и накладок при охлаждении в воде / Г.А. Галицын, А.Б. Добужская, Е.А. Муравьев // Материалы юбилейной рельсовой комиссии: сборник докладов. Новокузнецк, 2002.- С. 156 - 167.

86. Исследование возможности закалки рельсов в водополимерных средах /В.И. Ворожищев и др. // Сталь. 2005. - № 11. -С. 126 - 131.

87. Свойства рельсов из низколегированной стали после термомеханической обработки / В.И. Ворожищев и др. // Сталь.-1981. -№9. С. 74 -76

88. Упрочнение рельсов водовоздушной смесью в модуле с инжекционны-ми форсунками / В.Н. Цвигун и др. // Изв. вузов.Чер. металлургия.-1988.-№10.- С.74-76.

89. Дифференцированная закалка и свойства рельсов из стали Э76 / А.В. Иванов и др. // Изв .вузов.Чер. металлургия,- 1998.- №2.- С.39 -42.

90. Методы повышения эксплуатационных свойств рельсовой стали /В.А. Бердышев и др. // Изв. вузов. Черная металлургия.- 1997.- № 7. С. 3438.

91. Heller W. Рельсы для современных условий эксплуатации / W. Heller, R. Schweitzer // ETR Eisenbahntechnische Rundschau, - 34.1985.- № 10.- P. 733-736.

92. Yokoma H. Development of high strength pealitic steel rail(SP Rail) with excellent wear and damage resistance / H. Yokoma, S. Mitao, M. Takemasa // NKK Technical Review.- 2002.- N 86.- P.l- 17.

93. Roney M.D. Опыт работы железных дорог США и Канады с осевыми нагрузками до 30 т // Railway Gazette International.- 1988.- № 6.- P. 385-378.

94. Шур Е.А. Влияние структуры и структурных неоднородностей на свойства термически обработанной рельсовой стали. / Е.А. Шур, Я.Р. Раузин // Рельсы повышенной эксплуатационной стойкости: сб. нуч. тр. М.: Трансжелдориздат, 1966.- С. 115 137.

95. Шур Е.А. Выбор оптимальной структуры закаленных рельсов./ Е.А. Шур, Я.Р. Раузин // Производство, качество и стойкость железнодорожных рельсов: сб. науч. тр. М.: Металлургия, 1966.- С. 201- 207.

96. Шур Е.А. Причины образования структурных неоднородностей при поверхностной закалке высокоуглеродистой конструкционной стали. / Е.А.

97. Шур, Я.Р. Раузин // Металловедение и термическая обработка металлов.- 1967. №1.- С. 53 - 56.

98. Шур Е.А. Структурные основы термической обработки рельсов // Термическая обработка металлов: Сб. докладов. М., Металлургия, 1974. № 3. С. 36-38.

99. Шур Е.А. Влияние структуры на эксплуатационную стойкость рельсов// Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов: сб. науч. тр.- Екатеринбург: ГНЦ РФ ОАО «УИМ», 2006.- С. 37-61.

100. Казарновский Д.С. Связь между тонкой структурой и усталостной прочностью высокоуглеродистой стали / Д.С. Казарновский, Е.И. Чернов, В.И. Газов // Металлы. 1984.- №3.- С. 153 - 158.

101. Счастливцев В.М. Износостойкоть рельсовой стали / В.М. Счастливцев, А.В. Макаров, Т.И. Табатчикова // Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов: сб.науч.тр.- Екатеринбург: ГНЦ РФ ОАО «УИМ», 2006.- С. 142- 156.

102. Казарновский Д.С. Разработка, освоение и внедрение низколегированной стали для железнодорожных рельсов тяжелых типов / Д.С. Казарновский, М.А. Гершгорн, Ф.Ф. Свириденко // Сталь.- 1964.- № 4.- С.45 -55.

103. Изготовление и термическая обработка легированных мартеновских рельсов / Ю.В. Грдина и др. // Вопросы производства и исследования железнодорожных рельсов. М.: Академия наук, I960.- С.79 - 93.

104. Казарновский Д.С. Разработка оптимального состава и режим термической обработки легированной стали для железнодорожных рельсов : Вопросы производства и исследования железнодорожных рельсов. М.: Академия наук, 1960. - С.93 - 104.

105. Дерябин А.А. Повышение качества рельсовой титаносодержащей стали / А.А. Дерябин, В.Е. Семенков, Б.И. Топычканов // Сталь.- 1987. -№ 12.-С. 17-19.

106. Дерябин А.А. Улучшение качества рельсов из стали, раскисленной алюминием / А.А. Дерябин, В.В. Могильный, А.Б. Добужская // Сталь.-1997.-№7,- С.50-55.

107. Производство рельсов из дисперсионно упрочненной стали / В.И. Ворожищев и др. // Изв. вузов. Черная металлургия.- 2004. - № 2.- С. 47 -52.

108. Изучение свойств рельсовой стали Э 76Ф, микролегированной молибденом / В.И. Ворожищев и др. // Материалы юбилейной рельсовой комиссии: сборник докладов.- Новокузнецк,- 2002.- С. 294 300.

109. EN 13674 1: 2003 «Железные дороги - Путь- Рельсы. Часть 1: Железнодорожные рельсы Виньоля 46кг/м и более».

110. Освоение производства магистральных рельсов типа Р65 из низколегированных марок стали /О.В. Носоченко и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность.- 2003.- № 4.- С.66-69.

111. Состояние и перспективы производства нетермоупрочненных рельсов из низколегированной стали на ОАО «НТМК» / В.И. Ильин и др. // Материалы юбилейной рельсовой комиссии. Новокузнецк: Полиграф-комбинат, 2002.- С.290-294.

112. Корнева J1.B. Качество рельсов для высокоскоростного движения / JI.B. Корнева, Т.Н. Осколкова // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук: сб. науч. тр. СибГИУ. Ново-узнецк, 2006.- Вып. 16.- С.97 - 101.

113. Качество рельсов из низколегированной стали М70ХГСФ / Г.С. Гахе-ладзе // Сталь.- 2001.- № 4. С. 65 - 66.

114. Козлов А.В. Рельсовая сталь // Производство проката.- 2005.- №8- С. 41 -46.

115. Kern A. The development of bainitic steels for special railwaysustem reguirements./A. Kern, H. Schmedders // Ibid.- P. 1015-1021.

116. Yokoyama H. Wear and Rollinq Contact Fatique Behavior in Pearlitic and Bainitic Rail Steels. / H. Yokoyama, S. Mitao and S.Yamamoto. Proceedinqs 7th International Heavy Haul Conference.- Brisbane, Australia, 2001,- p.551 -557.

117. Yokoyama H., Yamamoto S., Fuyikake M. and Yoshida Y. Characterization of bainite rails and pearlite rails used in hiqh freiqht railroads in terms of wear resistance and damaqe resistance. 39th MWSP Conf. Proc., vol. 35, 1998.-p.1023- 1028.

118. Steele R. Alloyinq Considerations for Heat Treatment of a Lower Bainite Microstructure. 39th MWSP Conf. Proc., vol. 35.- 1998, p.997 1006.

119. Опыт производства рельсов из стали бейнитного класса на НТМК / А.В. Кушнарев и др. // Сталь.- 2005.- № 6.- С.131 133.

120. Стали для рельсов высокоскоростных линий // Железные дороги мира. -2000.-№8.- С.67-70.

121. Рельсы высокой прочности с бейнитной структурой, полученной с прокатного нагрева / Де Боер X. и др. // Черные металлы.- 1995.- С. 29 -36.

122. Испытания рельсов из бейнитной и перлитной стали // Железные дороги мира.- 2003.- № 3.- С. 23 30.

123. Оптимизация взаимодействия колеса и рельса // Железные дороги мира.- 2003.-№1.-С. 66-70.

124. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, 1974.-400с.

125. Yokouama Н., Mitao S.,Takemasa М. Development of high strength pear-litis steel rail (SP Rail) with excellent wear and damage resistance // NKK Technical Review. 2002. - №86.- C. 1-7.

126. Kern A, Schmedders H, The development of bainitic steels for special rail-waysustem reguirements. / A. Kern // Ibid.- P. 1015-1021.

127. Корчинский M. Передовые металлические конструкционные материалы и новая роль микролегированных сталей // Сталь. 2005.- № 6.- С. 124-130.

128. Жуков А.А. К истории выявления спиноидального предрасслоения переохлажденного аустенита в бейнитных железоуглеродистых сплавах // МиТОМ. 2001. - № 2. - С. 12 - 14.

129. Металловедение и термическая обработка стали Справ, изд. / Под ред, М.Л. Бернштейна, А.Г.Рахштадта. М.: Металлургия, 1995. 336с

130. Atkins М. Atlas of continuous transformation diagrams for engineering steels. Sheffield. British Steel Corporation, BSC Billet, 1977. -216 c.

131. Гладштейн Л.И. Высокопрочная строительная сталь / Л.И. Гладштейн, Д. А. Литвиненко. М.: Металлургия, 1972. - 240 с.

132. Теплухин Г.Н. Закономерности структурообразования в сталях перлитного класса./ Г.Н. Теплухин Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1982. - 186 с.

133. Садовский В.Д. Остаточный аустенит в закаленной стали./ В.Д. Садовский М: Наука, 1986. - 112 с.

134. Счастливцев В.М. Структура термически обработанной стали / В.М.Счастливцев, Д.А.Мирзаев, И.Л. Яковлева. М.: Металлургия, 1994.-288 с.

135. Леонтьев В.А. Исследование режима нагрева рельсов и тепловой работы проходной роликовых печей / В.А. Леонтьев, П.В. Кобяков // Сталь,-1972.-№ 8.- С. 758-761.

136. Влияние кальция на загрязненность и морфологию неметаллических включений в рельсовой стали /В.В. Могильный и др. // Неметаллические включения в рельсовой стали: сб.науч.тр.- Екатеринбург: ГНЦ РФ ОАО «УИМ», 2005.- С. 59 -65.

137. Выбор режимов протифлокенной обработки непрерывнолитой заготовки рельсовой стали / Г.А. Галицын // Материалы юбилейной рельсовой комиссии: сборник докладов.- Новокузнецк, 2002.- С. 280 290.

138. Bojazki Z., Bold Т. Structure and properties of carbidefree-bainite// Asta.Met.- 1974.- V.22.- №10.- P.1223 1234.

139. Sandvik B.P.The bainite reaction in Fe -Si -C alloys: the seconbary stage // Met.Trans.- 1982.- V.13A, 5.- P.777- 787.

140. Калетин Ю.М. Легирование и термическая обработка сталей с бейнитной структурой / Ю.М. Калетин, А.Г. Рыжков, А.Ю. Калетин // Ми-ТОМ.-1987.-№ 6,- С. 13-17.цуилигкьнтс. А1. V * ii< г*л1.г, f .f'*.1. ОКП092Ю0 'А1. ЗКЗЕМПЛ-ii1. V/1. СОГЛАСОВАНО

141. Заместительру.ководителя Департамент^ nyi^t и сооружений1. М. Ермаков 2003 г.

142. Код ОКС 45.080 Группа В 421. УТВЕРЖДАЮеститель директора ВНИИЖТ МПС РФ1. В.М. Богданов 2003 г.

143. РЕЛЬСЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЕ ТИПА Р65 ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗ БЕЙНИТНОЙ СТАЛИ Технические условия Опытная партия

144. ТУ 092 И67огО 1124323-2003впервые)

145. Держатель подлинника: ВНИИЖТ МПС РФ

146. Срок действия с Oi.iO. 2003 г.без ограничения1. СОГЛАСОВАНЫ

147. Главный инспектор по качеству рельсов ЦП МПС РФ1. В. Никитин 2003 г.1. КОП 14 Ятехническое!1. УПРАВЛЕНИЕ | ОАО "НКМК" j1. ВЕРНА1. РАЗРАБОТАНЫ

148. Зам. директора по техническому обеспечению производства ООО «Рельсы Кузнецкого металлургического камшната»1. Е.М. Пятайкин3 » 4 2003 г.---—1-у —

149. Заведующий отделением Транспортаого металловедениявниижт) //0:А. Сапожников>> ^ , / 2003 г.2003 г.

150. Объем опытной партии 500 т рельсов.

151. Рельсам опытной партии присваивается шифр К24, К25, К26.

152. Рельсы предназначаются для испытаний на Экспериментальном коль ВНИИЖТ и эксплуатации на грузонапряженных участках пути, в кривых мало радиуса в условиях Восточно-Сибирской и Забайкальской железных дорог.

153. Пример условного обозначения рельсов Р65 из бейнитн стали в нормализованном (шифр К25), горячекатаном отпущенном (шифр К24' нормализованном отпущенном (шифр К26) состояниях:

154. Рельс Р65 (К25) 30ХГ2САФМ ТУ 0921- 167оп-1124323-2003

155. Рельс Р65 (К24) 30ХГ2САФМ ТУ 0921- 167оп-1124323-2003

156. Рельс Р65 (К26) 30ХГ2САФМ ТУ 0921- 167оп-1124323-2003

157. Нормативные ссылки приведены в приложении А.1 СОРТАМЕНТ

158. Конструкция, размеры и предельные отклонения размеров и формы ре. сов должны соответствовать ГОСТ Р 51685 категории Т1.2 ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

159. Рельсы изготовляют в соответствии с требованиями настоящих технн ских условий по технологическому регламенту, утвержденному в установлен* порядке.

160. Готовые рельсы должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 51685 , категории Т1 со следующими изменениями и дополнениями:22.1 Химический состав стали должен соответствовать нормам, указанны таблице 1.