автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Развитие научных основ повышения качества, эксплуатационной стойкости железнодорожных рельсов и совершенствование комплексной технологии их производства

/! а и-

2 1 ^ ДОНЙЦККИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНГЧНИЙ УШВЕРСИТЕТ

НЕСТЕРОВ ДМИТРО КУЗЬМИЧ

УДК 625.143.2.001.5:539.43.002.237

РОЗВИТОК НАУКОВИХ основ П1ДВИЩЕННЯ ЯКОСТ1, ЕКСПЛУАТАЦ1ЙН01 СТ1ЙКОСТ1ЗАЛВНИЧНИХ РЕЙОК IУДОСКОНАЛЕННЯ КОМПЛЕКСНО! ТЕХНОЛОГИ IX ВИРОБНИЦТВА

С паи алы петь 05.03.05 - «Процеси та машини обробки тиском» Спошшыпсть 05.16.02 - «Металурпя чорних метал]В»

АВТОРЕФЕРАТ ДИСПРТЛЦП на здобутгя наукового ступеня доктора техшчних наук

Доиецьк-2000

.Дисергацпо с рукопис.

Робота никоиана в УкраТнському иаукаво-дослйшому шетатуп метсина Mniicrcpcraa нромислово! иолгшки УкраТни,

Науковий консультант:

нл. - кор. Национально! акадсм» наук Украпш, доктор техшчшх наук, профссор Шлютенш Виталий Даврештйович, проректор з науково? роботи Допещ.ко! державно? академи упрашшшя, м. Донецьк,

Офнцйш опоиенти:

доктор техшчних наук, старший науковий сшвробтжк Яковченко Олександр Васидьоаич, профссор кафелри «Обробка меошв тискам» Донецькото державного техшчиого университету, м. Донецьк;

доктор техшчннх наук, ирофесор Мколаев В in ар Олсксшшрович, професор кафелри «Мехашчне обладншшя металурпйних завод!в», Запорвька державна шжеиерна икадем'ш, м. Запор1жжя;

доктор техючних наук, старший науковий ствробтшк Старо» Ремуальд ЕИктороаич, вадучий науковий ешвробгпшк ¡неппуту чорноТ металургн iM. Некрасова Национально! академи наук УкраТни, м. Дширопетровськ.

Прошдна усганова - Нацюналыи металурпйла академия УкраТни, кафедри: "Обробка металт тискам'', "Мегалурпя сташ" Мннстсрства осипл Укра'шн, м. Дшнршетровськ.

спешашзовшо! вчено) ради д i i .usi.oi доиеиысого державного техшчного уншеремтету Minicrepcrea оевпн УкраТни за адресок»: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 5-й учбовий корпус, аудитор ш 353.

3 диеерташоо можна ознайомитясь у б'тлштеш Доиецького державного техшчпого ушверситету, м. Донецьк, вуд. Артема, 58,2-й учбовий корпус.

Автореферат роисланий « .ß/j» /dlt/ttf___________2000 р.

Вчений секретар спсшалЬовано! вчено! ради доктор 1ехшчии.ч наук, ггрофесор

Саф'янц С.М.

- 1 -

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуалынсть темп. За осташ(1 роки ваотажообш зал1зничного транспорту знгоився, однак осношп показпики, яю характеризуют» умови експлуатацп рейок, -осьовг навантаження, ишидкосп руху, маса по'!зд1В, вантажонапружешсть - зали-шаються високими. Складшсть них умов невгапшо збшьшуеться. Рейки передчасно виходять з експлуатацп головшш чипом через дефекта контактно-утомного похо-дження (КУП) I шдвшцепе спрацювашш, яю залежать В1Д структура метану, його чистоти по неметалевим включениям (Нв) г модюеп. Проблема в1дпов1дност1 якос-п рейок умовам !х експлуатацп, що носпйно ускладшоються, завжди залпшаеться актуальною. Цим визначаеться необхщпстъ удосконалення вживаггих 1 розробки нов их технолог! й виробшщтва рейково! стат, прокатки й терипчного змщнення рейок.

Зп'язок роботи з иаукопимн програмами, планами, темами. Дослщження проведено в1дповщно до галузевого напрямку УкрНД1мету «Виробництво транспортного металу» в рамках держбюджетних 1 дoroвipшix робл- (номери державно} реестранн 80012281, 81011698, 81011743, 0124020649, 01830004027, 01830004112, 01830004115, 01840009534, 01840009611 та ш.), виконагшх на оснош: постанов ЦК КПРС, Ради Мшктр^в СРСР, ДКНТ СРСР; загальносоюзннх 1 галузевих програм Держплапу СРСР «Металом1ешсть», «Метал», «Транспорт»; Нащоналшо! науко-во-техшчно! програми Укра'пги на 1994-2000 рр.; доручень Мнгчормету СРСР 1 УРСР; ршень М1жвщомчо! рейково! комюн; темати'пшх гглашв УкрНД1мету па 1981-1999 рр. У виконашп них робгг автор приймав участь з 1982 р., з 1984 р. - як науковий кер1вш1к.

Мета й зала*-ц дослидження. Обгрунтувати, розробити й реагпзувати комплекс техшчних 1 технолопчних ршень, що охоплюс ва еташ виробшщтва рейок: винлавлення, розкислення, лег}топпя, по.татчну обробку й розливанш сташ, прокатку й терьпчлу обробку рейок, з тим щоб ктотпо шдвшцити Тх Надштсть 1 дов-говщшеть в експлуатацп, а також збшыиити нродуктпшпеть устатауванля, еконо-мно епергетичпих 1 матерпиьних витрат на шдирисмствах. Зпдпо з цим було ви-значено гам задача

- вдоскопалепня та япроваджепня промислово! технологи виробшщтва рейково! скип у великоваптажнич киспевпх конвертерах;

- досл1джепня, освошпя га нпроваджешм комплексно! технолог!! вшшав-!ЮШ1Я, розкислення, легувапня, модифжувашш, позатчпо! обробки стат з викорис-ганням ефекгивпих I сконом1чно випдних комплексних розкислювач1в, а також рафшувадышх ииакоутаорюючич сушшей;

- розробка, освоения та впроваджешш нових технолопчних схем розли-занпя рейково! ста.'П замють вжинано! - у вилишшщ зверху;

- теоретичш дослщження, розробка математично! модещ прокатки рейок на станах з ушверсалышми клтши (УК), методик розрахунку формозмши профь лю в УК, енергосилових параметров i режмпв прокатки;

- розробка технологи, лабораторш й доел ¡до ю-вироб( rrni нииробувакня процесу прокатки рейок, в тому чие.п з безперервнолитих заготовок (БЛЗ), з вико-ристалпям УК; розробка технолопчних завдань на реконструкщю та будовництве рейкобалкопих сташв з УК;

- Tcope'iUMni й експериментальш доопдженга, розробка, освоения та впроваджетга технологи поверхневого загартування рейок, в тому чист з викорис-танням нових ефективних охолоджувалышх пристрош (форсунок), з iiarpiBy стру-мом високо! частот»;

- розробка й удосконалення норматипно-техшчпо! та технолопчно! документами! на виробниптво рейково! сташ й рейок;

- техшко-економ1чна оцшка результатов роботи.

Наумова новизна одержаних результатов. Внерше на ocuoBi комплексного тдходу nasTcoBO обгрунтовано сумгашй вплив технолопчних схем виплавлеши й розливапш рейково! crajii, прокатки й тер.чпчного оброблення рейок на формуванпя структури та властивостей метану, яю забезпечують його отршеть утворенню де-фекпв КУП при щшичиш динамочшй дп, падшшеть i довгов1чшсть рейок в ексгшуатаци.

Впершс в Укранп розроблено пауков i основи технолог;! виплавлення рейково! стали у великоваптажних кисневич конвертерах, яка забезпечуе висом показ-ники якосп рейок i екононпю матер1атышх pecypciB при !х виробшщш; розроблено й освоено нов! тсхнолопчш схсми комплексно! обробкн стал1 в KOBiui л1гатурамл на ocuoBi кремшю, як! м1стять титан i магшй, з коригувалышми присадками феро-титану, а також шлакоутворюгочшш сумппами на ocuoBi вапна й шднраньовашгх шлакш електроптлаково! переплавки (ЕШП), завдяки чому ¡стотно тидвищуеться чистота рейок то до BMicry оксидиих включеш, i нвадливих домииок.

Науково обгрунтовано й визпачено технолопчш параметри безперервного розливапш рейково! сталi в сортов! заготовки. Встановлепо ocaomii законом1рносп вторипного окисления мегалу при розлшзашй на машинах безперервного лиття заготовок (МБЛЗ), визначено заходи но його зменшенню; вивчепо з використаншм методу скшчегишх елеметтв (MCE) законом1рносп трансформаци дефект мак-рострукгури БЛЗ у iipoueci прокатувашш на рейки та !х розподшу по nepepi3y гото-внх рейок. Зроблено рекомендацп щодо вибору сшшидношеиь cropin заготовок. Складено атлас епшошв (класифшатор дефекттв) для оцшки якосп макроструктурл метату рейок п БЛЗ. Внерше з використашшм сучасних метод1в дослщження литого й катаного метилу доведено вщеутшеть додаткового ¡абруднення рейок екзоген-ними Пв при сифонному розливапш CTiirii гид иерлгго-графтшши сумнпами.

Вперше розроблено методику розрахунку i3 застосуванням МСЕ формо-3Mimi металу ви вихщно! заготовки до рейкового профипо, в тому чис;п при прока-туванш в УК, методом локально! Bapianii координат ешлышх вухпв сумгжпих ск1нчешшх елемештв i покоординатного спуску при по/луку змшепня цих координат. Методика мае певну новизну: застосування локально! Bapianii координат до-зволяе зпачно спростити piiueiira.

Вперше здШснено розрахунок (з внкористашшм МСЕ) розггшрення й утяжки головки й тдошви рейки при прокатувашп в УК, а для випадку значпо! pis-mini !х вишоспих обтиснет. - i розподыу вигяжки по ширит розкату при дотри-мапш умови мипмуму робота деформапп.

Розроблено алгоритми розв'язашш й одержано аналгшчш формули для визпаченпя енергосилових napaMerpiii прокатки з використанням УК; для керуван-пя роботою УК в автоматичному режша розроблено .методику розрахунку обтис-нснь з урахуванням жорсткосп елемешзв клп'ей, засновапу на вар1ац1йному припиши з використанням функпп Лаграпжа.

Встановлено ocuoBiii законом1рносп фазоиих i структурних перетворень у рейковому метащ шд час прискореного Harpinamm сгрумом високо! частоти; досль джепо кшетику розпаду аустешту при безперервному охолодженш Й за i30TepMi4-inix умов. Науково обгруптовано и розроблено способ» терлнчно! обробки рейок i j заев гекто! дно! сташ. Дштали подалышш розвиток роботи по одержанню високо-мщиих рейок для експлуатанп в особливо соадшгх умовах (круп спуски й шдйо-територп з холодпим ¡спматом).

Практично значения одержапих резулкп-тв. Розроблеш та впроваджеш:

- промислова технолопя виплавлешш рейково! ста.Ч1 в 250-т конвертерах - на Дпшровському металурпйному комбнкт ¡м. Дзержипсвкого;

- вдоскопалепа комплексна технолопя розкислешш, мiкpoлeгyвaшlя та модифжупанш рейково! стал! и ковип кремншмагпштитановою лттрою та твер-дими шлакоутворюючими сумппами, то забезпечуг виробшщтво рейок I гр\тш зпдно з ГОСТ 24182-80, - на комбшат! «Азонсталь»;

- crioci6 сифонного розливапня рейково! с га'п в розширеш догори вплив-Himi з додатковиит надставками, основною «¡дзнакою якого е використання тепло-полювальпо! иерлпо-графпово! сумши ¡з знешшоючими домшжами, - па kom6i-штп «Азовсталъ»;

- промислова технология безперернпого розливапня спи» в заготовки з перерпом 300x360 i 300x400 .мм. що базусться па обгр\итованих i освосних темпе-ратурпо-швидклаш.х режимах, способах захисту мегалу niд вторишюго окисления, м'яких режимах вторишюго 1юдопов1тряно1'о охолоджешш заготовок, сучаспих способах позашчпого рафшування металу (продувка аргоном, вакуумуванш, оброб-ка в citcTONii «гпч-мвш»), - на Оскольському електромегал>р1тйному KOM6inaTi й

Бшоруському металурпйному завода, а також технология названия лигах заготовок та IX прокатки на рейки на Кузнецькому металурпйному комбшат1 (КМК);

- методика розрахунку режим1в обтиснень для дшчих 1 нових рейкобал-кових сташв, у тому чиап з утверсааышми клггяшт II достов1ртсть тдтверджеио прокаткою рейок у передчистовш УК 1 чистов ¡й клт дуо на КМК;

- математичт моде;» для розрахунку формозмши профшо рейсового розкату при р13!гих вщносиих обтиснешмх його елемента, а також енергосилових параметр1в його прокатки в УК;

- технололя й устаткування для поверхневого загартування рейок по вий довжиш у пружно-напруженому стаж шел я названия СВЧ, що дозволяе виробля-ти вюокомнцп рейки, в тому числ1 з заевтекто'вдшх сталей, для складних умов екс-плуатацп на в1тчизняиих загнзницях 1 для поставки на експорт.

Яисш й нифров! результата реатзацн розробок представлен! у висновках.

У процесп проведешш доонджшь одержано 52 нових техшчних вирнпен-ня на р11!т ышахо;дв. Частила з Ш1х ревизована в промисловосп, ншн мають перспективу реал1заци.

Особистий пиесок здобувача. Результата досгпджень одержан! й опублко-ват здобувачем шдшпдуалыю або у ствавторствт Будучи шщатором удоскона-лення комплексно! технологи виробшщгва рейок, кершником 1 оезпоеередшм ви-конавцем ще! роботи, та розробив методики, пр0В1В теоретичш й експерименталь-ш досшджешш, обробш? 1 проаналпуиав одержан! даш. Освоения та впровадження розроблених технологш, узагальнення одержаних результата I написания статей у сшвавторств! зд1йснювалося тд його кер1вшп.рвом 1 за безпосередньою учаетю.

Апробащя роботи. Результата роботи допошдалися в 1982-1999 рр. на вах щор1чних мхжвщомчих комгаях по полйтшешпо виробшщгва й експлуатацп рейок; на всесоюзному семшар1 «Впровадження сучасних метод ¡в контролю структури 1 властивостей метало! 1родуюиг», Чорметшформащя, 1984 р.; на всесоюзнш науково-техшчшй конференцп «ГОдвищення якосп рейок, суцшьнокаташос ко;пс, бандаж1в 1 осей шляхом впровадження прогресшшо! технологи виробнидтва», Чорметшфор-мащя, ВДНГ СРСР, павшьйон «Металурпя», лилень 1986 р.; на 25-му зааданш науково-тех1пчно'1 Ради РЕВ за темою «Створения 1 впровадження рейок 1 рейкових скршлекь П1Двищсно1 експлуатащйно'1 стшкоеп», м. Мпнколъц (УНР), 1986 р.; па галузевш нарад! головних шжеперш тдприемств Мимормету СРСР, Магтто-горськ, квпень 1986 р.; на всесоюзних науково-техшчних конференщях «Освоения виробшщтва прогресивних вид1в прокатно! продукцп за умов господарського розрахунку», Чорметшформащя, 1989 р., { «Виробництво прокату з безперервнолито? заготовки», Харюв, УкрНД1мет, 1990 р.; на 1-й всесоюзнш науково-техшчшй конференцп металурпшкм технолог!I в машлнобудувашн, Волгоград, 1990 р.; на науково-техшчних радах «Укрзал1зшщ1», Киш, 1995 р.; на парад! спещашспв «Азов-

сталЬ, «Укрзашзшод» й УкрПДГмету, Мариуполь, 1997 р.; на рейковШ комкн Роен, Новокузнецьк, 1999 р.

Роботу виконано в УкрНДГмсп, на металурпшшх комбинатах «Азов-сталь», ¡м. Дзержипського, Оскольському електрометачурпйному, КМК, ЫТМК, Бшорусько.му металурпйному завода, з використашшм випробувалыюго полпону доетдтгх дьлышць згшзнично! мережт й експериментадьного кьтыщ ВНД13Т. В тй узагальнено результата дослцркень, проведених у 1982-1999 рр. тд науковим кер1вництвом автора 1 за його безпосере;ц[ьою угасло зпдно з плшшш науково-дослщшх роГчт по проблеьп гпдвигцеипя надШносп й допгошчносп рейок. Проблему було вир1шувано комплексно - гид теоретичних I лабораториях дослщжень до випробупаггь { впровадженпя результата у чоршй металурп!' та на транспорт!.

Пуб:нкацп. За темою дисертацн опублковано 127 робгг, в тому числ1 52 автора,ких свщоцтва й патента. Серед них 6 книг, 1 брошура, 66 статей (3 стат-Т1 опублжовано особисто), в тому чис.н 51 стаття у провщних спещашзоваиих журналах, 15 - у перюдичних зб1рках паукових роб1т.

Структура й обсяг робота. Днсерташя складасться ¡3 вступу, 8 роздшв, висновюв, б1блюграф1чного списку з 322 найменуванъ, 39 додатюв, 298 сторшок основного тексту, 106 рисунюв 1 72 таблщц.

ОСНОШШЙ ЗМ1СТ РОБОТИ

Умовн сксплуатацм та кимоги до якосп рейок.

Основш напрнмк-н доонджеиь

У першому роздш розглянуто сучасиий стан ннтання щодо умов експлуа-тацп та вимог до якосп рейок, визначено перспектив!» панрями пошпшсння IX якюшх та експлуатацшних характеристик.

Всгановлепо, що основпнми причинами внходу рсйок з експлуатаци с де-фекги контактно-\то.много походжеппя (КУП) 1 спрапюваппя. Основш фактори, що визначають контактпо-утолшу мпипсть рейок, - металурпйна яисть стал1, голошшм чином но Нв, а також характеристики М1Цносп, сгупшь Х1М1ЧН01 та структурно! однорцщостг 3 посилешшм динам1чно1 дп на ко.шго основного значения набувае нрямолшштсть рейок, насамнеред - 1х кпгшв. За кордоном вона забезпечусться голошшм чином гфокатуванням рейок в УК. На падшшсть рейок також впливас \'х тпердють по поверхш кочешм й по глибшн загартованого шару головки. У рейок без рпкого й спаду огпршсть утворенню дефекта КУП набагато вита.

Визначено осповт напрямки доаиджень по вдосконаленню наскр1зно1 технологи виробниптва рейок. До 1.\ числа входять обгрунгування, розробка й освоения: технологи шшланления рейково! счал I и кисневих конвертерах велико') мют-

косп; ефективних технолопй и розкислення, мшролегування, модифшування й позатчно! обробки, яы гарангуютъ тдвшдену чистоту рейок по вмкту Нв 1 цшд-лших домшюк; технолопй розливання, в тому числ1 сифошим способом ! на МБЛЗ, з метою ¡стогного полпштення якосп поверх!и зливюв, заготовок 1 рейок; теоретичш й експериментальш досшдження формозмши металу в УК, розробка алгоршшв розрахунку енергосилових параметр!в; освоения прокатки рейок з внко-ристанням УК для кращого пророблення металу, гешпшення його ыехшичних вла-стивостей, якосп поверий рейок 1 шдвитцепня точносп !х розм1р1в; про.мислов1 досл1дження; вюцд на. реконструкцпо й модершзацно прокатних сташв з установ-лешим УК; обгрунтування, розробка та внровадження нових технолопчних проце-с1в 1 устаткування для поверхневого терм^чного змщкення рейок по веш довжшн, а також нових технолопй виробшщтва рейок для екеллуатацп в особливо складних умовах.

Загалыш методика й основш метод» дослщжень

У другому роздал! охарактеризовано загальну методику проведения робота й комплекс окремих апробовашгх методик, використаних при дошпдженнях литого, катаного й термозмщненого рейкового металу, а також при проведенш стен-дових, полпошшх та експлуатащйних випробувань рейок. Використання цих методик дозволило всеб1чно й доепшрно оцпгити результата робота.

Розробка оптимально! технолог»! внробпицтва репково? стадн

Третш розд1Л присвячено розробщ, освоению та впровадженню технологи виплавлення рейково! стал! в кисневих конвертерах 1 вдосконалешпо технологи п розкислення, мкролегувания, модифкування й позатчно! обробки.

Розробка технолог!! виробшщтва киснево-конвертерно! сталт За безпосе-редньою учаспо автора розроблено, освосно 1 впроваджено на ДМК ¡м. Дзержнись-кого технологию виплавлення рейково! стал! в 250-т конпертерах з верхньою продувкою -киснем, !! розкислення й розливання. Досл!джено вплив технолопчних факторт на вм!ст водню в спин. Визначено ояш.малып параметри ншхтування й дуттьового режиму, допустимий ревень швутлепьовування стал! й температуру названия, освоено ! впроваджено технолопю винлавлення стал! з присадкою до шихти теплоношя - грудкового вуплля теля заливки чавупу й на початку проду-ваипя металу в конвертер!, а також технолопю з попередшм нагр!ванпям брухту в конвертер!, що забозпечило зменшешш витрат чавуну на 1 т ста«. 3 метою по-далыиого скорочення витрат чавуну розроблено техпологпо плавки з продувкою до ничького вм!сту вуглещо ! настушшм навуглецьовуванням метал>' в ковш! рщким

чавупом. Сталь за яюстю не поступалася одержашй 13 продувкою до заданого висо-кого вмнггу вуглецю.

Сталь К74 для рейок П групп розкисляли сшикомарганцем, феросилвдем ] алюмшем, К74Ц для рейок I групп - комплексним крешйГшшьщйциркошевим сплавом (СКЦр). Витрати алюмнню становили 300-400 г/т, комплексного сплаву 2,5-2,6 кг/т сталь П1сля розкислення сталь продували в ковпп аргоном (70-80 м'/год.) для усередпешш складу й температур». При цьому також зменшуеться за-бруднетсть стати. Пкля 10-12 хв. обробки вмют оксид1в зменшуеться в середньому з 0,013% до 0,006%, лишний роз.\нр включень - з 4,2 до 2,5 мкм, бал оксидов - з 3,8 до 1,3, сульфвдв - з 2,5 до 1,1.

Яюсть рейок ¿з киснево-конвертерно! стал г Х1м1чшш склад стал1 марок К74 1 К74Ц ш;оюп1дап вимогам ГОСТ 24182-80 I ТУ 14-2-632-85: 0,69-0,80% С; 0,75-1,05% Мп; 0,18-0,40% 81; не бпьше тж 0,04% Б 1 0,035% Р; в стал1 К74Ц ще 0,003-0,008 Ъх. Вм1ст золтикового алюмшпо в рейках I групи 0,003-0,005%, П -0,009-0,014%. Азоту - не бшьше нгж 0,008%. Копцешращя водню (3,5-5 см3/100 г ста и) помтю нижча, тж у мартешвсыай стал г, при цьому в основному забезпечу-еться одержання нефлокеночутливо! стал!. Природа 1 склад Нв "П ж сам1, що 1 в рейках ¡з мартешвсько']' стат. Довжипа рядюв оксидт при розкислетп сплавом СКЦР 0,2-1,8 мм, алгомппем - 0,7-2,8 мм (в рейках Н групи з мартешвськоУ стал1 -8 мм I бпьше). Мшроструктура металу рейок теля прокатки - перл!Т з дабними дшяпками фершу. Макросфуктура вишот'дас эталонам для рейок ¿з мартетвсько! стат.

Мехашчт властивосп металу рейок теля прокатки й теля загартування В1дп0В)дакпь стандартам 1 ТУ (табл. 1), нор1Г холодполамкосп - М1нус 30-40°С, копрова мпопсть не пижча, тж у рейок ¿з мартетвсько! сталь

Таблиця 1

Ссредгп характеристики властивостей металу рейок Р50

о-в <Тт S Ч' KCU Розходження Тверд1егь, HB

Стан рейок Н/мм2 % (+20°С), Дж/смг (сходженпя) паза, мм на поверх™ на глибшп 20 мм

He3Minneiii 937 546 7,1 13,2 <15 . - - -

Змнщсш 1215 929 12,6 34,4 36 -0,7 +2,8 370 343

По.щгопш й експлуатащйт випробуваши тдтвердили, то рейки з кисне-во-копвертерноТ стан, яка виплавлясгься за розробленого технолопсю, за выма шжазпиками якост1 не поетупаються рейкам ¡з мартцшвсько! сталь

Вдосконалешш промислово! технологи розкислення, модшЫкування та нозащ'чно? обробки репконо! стал;. Ü лабораториях умовах було внвчено внлив piiiinx Bapiainia розкислення стащ па яюсть незмитлеинх i загартованнх рейок. Стан, вшгшвлялн в 200-кг ¡пдуктвшпй neni i розкисляли кошшекеннми сплавами

на основ! кремнш, що кистять калы^й, магшй, ванадШ, титан, цирконш. Зроблено важгипц практичш висновки: при вйх вар!антах розкислення, мжролегування й модифшування довжина рядюв окси/пв не перевшцуе 2 мм (умова призначення рейок 1-м сортом зпдно з ГОСТ 24182-80). Встановлено зниження ударно! в'язкосп змшиених зразмв при вм1сп титану понад 0,015%, що шдтвердилося 1 в промислових умовах. Зпдно з ним було визначено оптимальний вм1ст титану в стаи (0,007-0,015%), при якому а ударна в'язюстъ збер1гаеться на ргвш, регламен-тованому стандартом (>25 Дж/см2). Для промислового освоения на «Азовсташ» було рекомендовано розкислення л1гатурою СМгТи - комплексним сплавом на основ! кремнио з ыагтсм 1 титаном.

На основ1 теоретичного аналпу й лабораторних дослцркень процесу за-глиблення грудок л1гатури в рщку стачь було визначено оптимально умови випуску металу та його розкислення в ковш! у прив'язщ до промислових умов на «Азовстал!»: тривал!стъ випуску, д1аметр грудок Л1гатури, момента початку й кшця присадження, склад сплаву. Поцибшт втст титану в готовой сталг стабшьно за-безпечувався розрахунковою кшыаспо титану, що вводився: [Т1] = 0,0049 + + 0,388 Тывед, % (г=0,5730). По всьому комплексу показшшв здавальних випробу-вань незмщнеш й загартован! рейки вшговъцагги вимогам НТД, що послужило пе-редумовою дая впровадження розроблено! технологи на повний обсяг виробницгва рейково! стал! й рейок. й доповнили введешшм у к!вш разом з л!гатурою коригу-вально! присадки феротитапу - до 0,2 кг/т стал!, що сприяло змешненшо вмкту Нв (табл.2).

Таблиця 2

Влпст Нв 1 газ!в у рейков!й стаи (в %)

Вар!ат Вмгст неметалевих включень Вм1ст газ1в

розкислення БЮз БеО А1г03 МнО Е Нв ПСЫ [О] [М]

СМгТи+Ре-Т! СМгТи 0,0016 0,0042 0,0003 0,0021 0,0009 0,0005 0,0010 0,0015 0,0038 0,0083 0,012 0.010 0,0077 0,0084 0,0052 0.0058

Розроблено ! впроваджено на «Азовсталг» технологию виробшщтва стал! з! вмктом маргашцо до 0,95-1,3% для тдвищення мпцгасп поверхнево-загартованих рейок, особливо !х шийки й п!до1Ш!И, ям не шдлягаыть загартунашпо. Виробннцгво рейок було орган!зова!ю за сиещально розроблегшми ТУ 14-2-1056-92. Мехашчш властивосп вс!х рейок въошяпдали цим ТУ ! ГОСТ 24182-80, тимчасовий огнр неза-гартованнх рейок був ¡стотно вищим в!д потр!бного ! наближався до показника для загартованих. Пластичшсть не попршилася. Рейки маюгь задовшьну зварювашсть.

3 метою в («учения арки з рейкового металу розроблено й освоено на «Азовстши» технологпо обробки стгш! в ковип твердим сшпегичпим шлаком (ТСШ) на осповг вшфацьовапого шлаку електрошлаково! переплавки (ЕШГ1) з добавлениям доломпизоваиого ваши та ирод\ъкою аргоном. Обробка ТСШ, щмм

тдвищеиня чистота металу, забезпечус його ефективне утеплешм п перших ковшах шлаком, що утворюеться, й витвернещщ рефосфорацн.

Даш про зшшеиш вм1сту «рки в ста.*п промислових плавок (40 ковгшв) 1 по.щггшепня показшшв якосп рейок при обробщ ТСШ наведено в табл. 3 I 4.

Таблиця 3

В мют арки у рейков ¡й стал!

Частота плавок, %, ¿з вмктом с1рки Середшй

Вар!ант в готовому мeтaлi, % вм1ст

технолог]! 0,020- 0,026- 0,031- 0,036- 0,041- понад 8,%

0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 0,045

3 обробкою ТСШ 47,5 42,5 10 - - - 0,025

Без обробки 1,5 12,6 37,6 31,3 14,4 2,6 0,036

Таблиця 4

. Даш про розсортування рейок

Bapiaнт технологи Усього оглянуто рейок, т Внх!д рейок 1 -го сорту довжиною 25 м, % Переробка* + 2-й сорт через метал, %

усього в тому числ! через причтш

плена трпщпш + + розрившш макро ИПШ

3 обробкою ТСШ 56335 78,59 17,69 7,80 6,85 1,00 2,04

Без обробки 71533 75,85 20,44 8,29 8,16 1,53 2,46

*)Переробка - виробничий термам, яким пшначаспься кшьюеп. (у %) рейок, що пщ-лягають вир1запню дефектних дыянок.

3 1988 р. «Азовсталь» повшсгю перейшла на виробництво рейково! сзагп з розкиеленням лп'атурою СМгТи та обробкою ТСШ. Вихтд рейок 1-го сорту довжи-ною 25 м збш.шився приблизно на 10% (з 69,4 до 79,47%).

Розробка оптимально! технологи розливання ренковоТ стал1

У четвертому роздпй наведено результата досшджень, спрямованих на розробку, освоения та впроваджеиня нових технологншнх схем розливання рейково! сталь

Достижения 1 вдоскопалеппя технолог!! сифонного розливання рейково! стал! вперше проведено на «Азовсгагн» I ДМК ¡м. Дзержинського за безпосеред-га>ою участю автора. Визначено парамезри темнерагурно-пшидюсного режиму розливання 1 способи захисту дзеркала металу в вилшшицях; дослщжено якзеть литого металу 1 прокату, проведено стендов^ нолношн й ексгиуатанпш! випробування рейок.

На перпюму еташ на «Азовсталп> було одержано першу доайдну партпо рейок Р65 ¡3 стагн, розлито! вдосконатеним сифонним способом. За вмктом, х1м!Ч-

ним складом 1 розллралш зерен мшералысих фаз (видшених електролпичло), вмк-том газ!в мегал пракптою не вщмзнявся 1нд розлитого зверху (табл. 5). Складних вклгочень, гцо, як очшувалося, могли утворитися при взаемоди з вогнефивами проводки, не виявлено. Довжина рядов окси/пв не перевшцувала 1,75 мм.

Таблидя 5

Bmict Hb i ra3iu у peiiKOBifl cTani

Номер i Miene Bmict, % • 104 Bmict Hj,

вщбору проби окис л11! в тому числ1 о2 см3/100 г

(всього) Si02 АЬОч FeO СаО

1-з ne4i перед випуском 80 40 Сгпди 20 10 40 1,25

2, 3 - з ковша при розливашп: 2 -зверху 105-130 20-50 50 15 10 55 3,10-3,50

3 - сифоном 110 30 40 15 10 50 2,75

4 - вщ ливника центрово! 215 100 70 20 15 Не опр. -

5 - В1д дальнього ливника 115 50 35 15 10 - -

Вих1Д досшдних рейок 1-го сорту - 84,5% (решта 15,5% - теж без дефектт сталеплавильного иоходження - були прийнят1 як промислов! через скручування при прокатщ), пор1Внялышх - 69,2% (2-го сорту - 2%). Мехашчш властивостз були приблизно однакош, а ударна в'язюсть доспдшгх рейок виявилася дещо вищою (табл. 6). Твердость на поверхш головки Bcix рейок - IIB 260-280. Зразки В1Д ycix рейок взимали KoripoBi випробувашш. Cq)i;ra прогшгу 27-29 мм. За час безвщ-MOBHoi роботи дослщшх i пор1внялышх рейок в експериментальному юльщ ВНД13Т пропущено вцщовшю 411,8 i 117,0 млн. т брутто.

Таблиця 6

Характеристики мехашчиих властивостей рейок

Cnoci6 розливання стал! св, Н/мм2 6,% V|1, % KCU, КДж/м2

Сифоном 970-980 8,3-8,7 11,5-13,0 180-250

Зверху 990 8,7 11,2 140-150

Настушшй етап роботи проводили на ДМК ¡м. Дзержинського. У 250-т осповних мартешвських печах 1 250-т кисневих конвертерах одержувгши сталь за розробленою технологию; злквки було прокатано на рейки Р50 1 Р43, а 32 блюми з перер130м 282x320 мм передано «АзовсталЬ, де прокатано на рейки Р65; рейки укладено в експериментальне кшьце ВНД13Т.

Кшьюсгь поверхпевих дефект рейок при розливашп сифоном як марте-швськоГ, так 1 киснево-конвертерно! стал! значпо зменшилася. Вих1д рейок Р50 1 Р43 1-го сорту довжиною 12,5 м збшьшився В1ДПОВ1Дно з 77,1 до 91,3% 1 з 84,4 до 95%, Р65 1-го сорту довжиною 25 м - з 63,6 до 82,5%, в основному завдяки змен-шешпо враженосп пленами й розривинамн.

В 1987-1988 рр. на «Азовстшп» розлито сифошшм способом у 8,5- I 10-т зливки -18 тис. т опт. Довпшчшсть рейок в експериментальному киши ВНД13Т

виявилася в 1,7 разу бшыною, шж у рейок а стан, розлито! зверху.

За результатами робота «Укрзатзниця» дозволила приймання рейок ¡з стати, розлито! через сифон, без обмежень за ГОСТ 24182-80, 1 комбшат повшспо перейшов на цей спос1б розливання.

Дослщження 1 вдосконалення пронесу безперервного розлнвання стал). 3 початком експлуатацп МБЛЗ на Оскольському (ОЕМК) 1 Орсько-Халшвському (ОХМК) комбшатах, Донецькому (ДМЗ) 1 Бшоруському (БМЗ) заводах було проведено промислов} дослщженпя, спрямоваш на розробку технологи виробництва рейок ¡з БЛЗ. 11айб1лып репрезептативт парта БЛЗ було одержано на ОЕМК I БМЗ в 1986-1988 рр. На ОЕМК сталь виплавляли в дугових печах, продували аргоном 1 вакуумували. Сталь I групп розкисляли порошком сшпкокальцдо (1,27-1,52 кг/т) в потощ аргону 1 ферована;ием (10 кг/т) у ковшг, сталь П групи - гранульованим алюмшкм (0,4-0,5 кг/т) при вакуумувашн. Температура металу у пролнжному ков-ид 1470-1520°С. Усього розлили 21 шавку 1 одержали 2850 т БЛЗ з розм!рами пе-рер1зу 300x360 мм.

Нова технология розкислешш забезпечуе мпимальний вм1ст Нв в рдаому метал г Розроблено ефективш засобн захмсту струмега металу при його внпуску ¡, особливо, при розливашн в1д вторшшого окисления киснем повпря й додаткового забруднення Нв.

На основ! сучасних уявлеш, про дифузпо в газових турбулентних потоках кшьюсть кисшо, що поглинаеться з атмосфер« струменем стал! з площею поверхт У71 екгйвалентпим ;иаме1ром с/,

0,043» / \ ц + «

(1 = - Ф при % = 0)

де ик - швидк1сть струменя при витжлши Ь стакана ковша (сталсроздн-вального або про.чнжного) 1 при вход1 у дзеркало металу в про-м1жлому ковии або кристалшатор1;

Сг, Сс - середля концентрацш речошшн на новерхш по/илу \ в струмеш; Яе - число РеГшольдса (при тпску 1 ат):

= -(2)

УД1 + С/273УГ

де С - постшна величина, що для новггря дор^виюе 117; Т - температура метал)', °К;

- кшематична в'язюсть газу, що дор1вшое 1,3x10"' см2/с; т - тривалкть розливания.

Величина 0 може буш досить великою - до 0,009%.

На ОЕМК струмпп. металу м!ж статерозливаггышм I про.\пж1Л1.м ковшами захищшш шамото-графповими трубами, поверило металу в кристалпатор1 - шла-коутворюючою сумншшо, що М1стшъ графп\ крюлгг, бептошт I панно. При розли-

ваши через моноблочш стопори промгжного ковша метал у кристал¡затор! продували аргоном. Dmîct кисню зменшився в середньому до 0,0031% в стал1 П групи i до 0,0045% в сташ I групп - на 37 i 27% iiopiBiwrio з БЛЗ ОХМК i ДМЗ (в!дпов1дно) без захисту струменя металу.

На БМЗ було випробуваио виплавлешш в електроиеч! стал! ¡з bmïctom ву-глецю на выпуску 0,07-0,08%; ïï доводили до потр1бного складу в ковцп, на установи! «ni4-KÎBin» i в вакуум-камер], що певною Mipoio «¡дпошдае одному з BapiairriB шавки в конвертерах з передункою до низького (ате не менше шж 0,1%) вшету вуглещо. Сталь I гр>тш розливати на 4-струмков1Й МБЛЗ в кристагпзатори з nepepi-зом 300x400 мм. Стачерозливачышй ювш стикували з пром1Жшш за допомогою вогнетривкого приймача металу; в иього подавали аргон для захисту струменя вщ в тори; того окислеши. Швидм'сть розливання 0,5-0,6 м/хв. Усього розлили 300 т crajii, одержали 296 т БЛЗ. ïx гпддали протифлокеннш обробщ - 24-годинному охолоджешпо в термосах. Buxifl придатно! продукци сгановин 96%.

При контрол1 220 темплета В1Д БЛЗ виробництва ОЕМК й БМЗ зпдно з ТУ 14-2-628-85 у 85-95% випадюв оеьова Х1м1чна неоднорщнеть i осьова крихюсть були не бшьше бала 2, Biiyrpinnii тркцини та лшшцшш смужки - не бшьше бала 1, крайова точкова забруднешеть - не бшьше 0,5; 0Cb0Bi тр1щини були вщеутш, тобто виконувалися Bci вимоги ТУ щодо макроструктур» заготовок; розподш вмюту еле-магпв по riepepi3_y 1л'дгюв1дав ГОСТ 24182-80.

Розроблено математичну модель трансформацн дефекта макроструктури заготовок при прокатуванш на рейки, яка дозволяе прогнозувати яюсть рейок зале-жно в!д стану заготовок. Зроблено рекомендацй щодо вибору стввщюшень сторш заготовок. Складено атлас макроструктур для приймання рейок ¿з БЛЗ.

На КМК з 596 БЛЗ ОЕМК одержано 1190 ют. (1921,86 т) рейок Р65 дов-жиною 25 nî, в тому чиси 524 рейки I групи зпдно з ГОСТ 24182-80. Вихш рейок 1-го сорту довжипою 25 м I i II груп ста!ювив 97,2 i 96,95% вдаовдаю - на 20-25% бшьше, шж при прокатхв зливюв (76,12 i 71,29%, дат за 1988 р.). 3 48 БЛЗ виробництва БМЗ прокатано 96 шт. (155 т) рейок Р65, тгад рейок 1-го сорту - 95,8%. Bci нормоваш характеристики мехашчпих властивостей теля прокатки й тер.мо-обробки, в тому числ1 ударна в'язисть при -40 i при -60°С, були вшщ, шж передба-чено в нормативнш документацп. Терм^чпо змщюш рейки з БЛЗ вщр1зняються Bi;i рейок ¡з зливюв бшыпою o;uiopi;uiicno мехашчних властивостсй, високою ударною в'язюстю i шасгичшспо: значения KCU, a i ц/ вшщ на 9-18% на поздовжшх i на 14,3-20% на поперечних зразках; глибина загартованого шару головки (HRC 36,140,0) биьша майжс в 2 рази. Рядки глинозему вщеутт (в рейках П групи 13 зливюв вони маклъ довжину 8 мм i бшьше). Сумаршш вдйст окаадв у рейках I i П груп з БЛЗ становить 0,0050 i 0,0073% в1Д1ювщно (¡з зливюв - 0,0111 i 0,0126%).

CTifiKicTb зм1цнених рейок з БЛЗ при полнониих випробувашых в експе-риментальному кшьщ ВНД13Т помшю вища, шж у кращих аналопв - рейок з ва-

надаем виробншггва КМК ¡з зпивмв. Доля дефектов КУП у загальшй кшькосл в1д-мов теля пропуску 918,5 млн.т брутто для рейок з БЛЗ становила тшьки 8% (у рейок I групп ¡з злив к in - 50% теля 613 млн. т).

Теоретнчне й експериментальне досунджеимя технологи прокатки рейок з впкорпстапиям ушвсрсалышх калюрш

П'ятий роздш робота присвячено доелмженшо, розробщ й освоению технологи прокатки рейок з використанням ушвсрсалышх клггей з метою полтшення пророблення металу, його мехашчних властивостей, якост! noBepxni та прямоль niffflocTi рейок, гадвшцешш точносп i'x poiMipiii.

Теоретичне дослшження формочмши металу. Використано Bapiaipiimtft пршщип Маркова для тша з жорстко-гогастичного Marepiany в припущенш, що все lino перебрас в пластичному craiii. Зпдно з цим принципом серед ycix допустимых ршкнъ piBiwim Сен-Венала - Jleiii - Mi:ieca, ям В1дп0В1дають умовам cyMicnocTi i нестнсливосп, а також граничшш умовам у перемнценнях на поверхнях S, дшешш розв'язок надае абсолютного мшшуму функцюналу

Ф = <rJJJ*W- (3)

v s

де а, - ¡нтенснв1нсть напружены

ё, - штенспвшсть швидкостей деформаци; F„ F3- зуенлля на поверх и i S; Vi> v2> Щ - швидкосп перемпцень на поверхш 5; V - об'ем деформ1вного елемента

Цей пршщип прийнятний i для деформац1йно1 теорп плаетичносп (материал Feiuci).

При розв'язанш задач! одним h найбшьш ушверсалышх числових мето;цв у механпц твердого дефордивного т1ла - методом скшченних еле.меипв (МСЕ) у швидкостях деформаци enpianiiiHufi принцип мпнмуму потужносп деформаци представляеться у виглядд функцюнала повно! потешпально1 потужносп системи, яка включае потужносп А'в„ - внутрппш'х сил (в o6'cmi осередку деформаци), Л'ск -на поверхнях ковзаши та Л7* - потужтстъ зовгшшпх сил, що ц шдводять валки:

Ф, = N„ + NtK + ¿(о.ЁГ),,. + - Z(P"l = min . И)

<■} i h i

де в,,- - штенсившсть швидкост1 деформаци i/'-го СЕ;

- onip деформаци (штеисившсп. деформаци) ij-то СЕ;

Г), - об'ем у-го СЕ (в об'ем1 осередку деформаци);

т1р - напруження тертя на поверхш контакту метаау з валком;

- 14 -

AVj - твидысть ковзання/-го СЕ вдоюсно валив; Fj - площа/-го СЕ (на поверхш контакту); (Pv)j - скалярний добуток bcktopíb 30bhíiuhíx сил i швидкоеп/-го СЕ; mi, n¡2 - число СЕ в осередку деформацп та на поверхш контакту.

В дашй робот! при розв'язанш (4) в деформациях .V„ було замшено робо-

тою пружно! деформацп клт - A/;)"J; тод! мш1м1зусться сума

m¡ т-2 t т2 г „п

ф. = £ (°.е Vl + s (vt*F) + i I - Щ I = min, (5)

ij j ¿ ¡ L J i

де Дну - npupicT перемпцеш, /-го CE на поверхш;

q¡ - жорстгасть клт, яка пршадае на цей елемент; А/, Дhj - гшотетична деформация /-го СЕ при абсолютно жорсткому шструмеш! та фактичне обтиспення /-го CE (bíwiobúhio). Мнимальне значения Ф1 визиачали з урахуванням постшносп o6'cmíb елеменпв (миимуму су ми квадрат ix змшень):

-для об'емних СЕ Ф2 = £(í7ljjk - = min ; (6)

F 1

- для плоских СЕ Ф2 = 2 -г---

О V-ijJ

= min , (7)

де ру - коефнцснт витяжки у-го СЕ; 11 г деке «О» вноситься до параметра еле-мента до деформацп, «1» - шеля не!.

Мнимгзащя (5) при (6) або (7), що дор1вшос нулю, являе собою задачу Ла-гранжа, яку звичайно розв'язують методом Ньютона - Рафсона, що нотребуе знач-1шх витрат мангипного часу. Крш того, множники Лагранжа в досить широкому ппершип IX змшення дають майже одшкош деформоваш епки СЕ. Тому мйпмпу-вали величину

Ф3 = Ф, + тФ2 (т - додатпе число). (8)

Поперечшш перер|з профшо в осередку деформацп на вход1 й виход] дь лили на одне й тс ж число части». Приймалося, що довжина вах елеменпв на вxoдi дор1виюе одишпн, на виход1 - й добужу на коефпцагг витяжки, а координати вуз-л1в грашгчних елеменпв рпшом1рпо розподшеш по головщ й шдоини. Варновали розширення головки й шдощви. Розроблено дв1 розрахунков1 схеми локально! варь ацп координат внутрнпшх вузлш СЕ до одержашш мпймуму (8). -

При досить довшьних вихщшх значениях координат пнутрнших вумив деформовано! еггки плоских СЕ нос.пдовно визиачали нов! координати сшлыюго вузла для кожних чотирьох сухпжпих слсмагпв з умови мшЬпзацп функщонала Ф2 (7) у ВИГЛЯД1

ф2 = Е + ьж + с,У = т'п. (9)

¡=.1

де Х[, у1 - координата спшьиого вузла чотирьох сушжних СЕ; я„ Ь,, с,- - коефннснта, що залежать в(д координат сум1жних вузл1в.

Диференцноючи (9) по .Г| и VI 1 прир1внюючи пох1дт до нуля, ¡3 розв'язашш системи двох лшшпих р1внянь знаходили щ координата й використо-вували '¿к для визначешш координат сильного вузла дальшнх чотирьох елементтв. Процес ггераци повторюсться юлька раз1в по ветх внутр1шн1Х вузлах с ¡тки СЕ. Одержана ста с вих1Дною для другого етапу локальних вар1ащй - послщовного знаходження методом покоординатного спуску нових координат епшьних вузл1в з умови мнпмвацп друтого функцюнала -

Ф, = Л, + Л2 + Л3 + Л = , (10)

1=1

де А [ -//.( - робота деформацИ, що витрачасться на формозмнгу кожного з чотирьох суьпжних елемеггпв вщвихвдю! до кпщево! конфпуращ!; ¡1 - довжшт осередку деформацп'/-го СЕ, Для гривтпрно! задач! на обох етапах розрахунку знаходпли нове положения епшьно! точки восьми СЕ - шестиграшвпав з чотирикупшми гранями. Функ-цюнал Ф: можна представите в загальному вигляд1 8

ф2 = +Уигл = (11)

1=1

де уц - коефпценти, що залежать В1Д коордашат сушжних вузл1в; хл, цл, 2Д - координата стлыюго вузла сум1жнкх елементтв.

Диференцпоючи (11) по ха, \'а, ¿а 1 прир!внюючи похвдп до нуля, визна-чали координата з системи трьох лппйних р1впянь з трьома неввдомими. Як \ для плоских СЕ, розрахунок проводиться кшька раз1в; одержат координата внутр^шшх точок с вюадними для далыних шестиграншпав. Друтий етап аналопчшш другому етапу для плоских СЕ.

Розроблено також схему розрахунку для мпшпзаци (8): нош координата в«х внутршлпх точок запам'яговуються, а потш використовуються для ново! ¡те-раци. При бшьпнй тривалоеп перагш можна одержатн Сплыл гладкерозв'язання.

Розроблено програмну систему розрахунку вардавання деформовано! егг-ки для персонального комптотера, яка дозволяе проектувати форму розкату й оперативно розраховувати формозмнгу металу (рис. 1).

Методом СЕ дослщжено залежносп розширення гадошви й головки рейки АЬ„ й АЬГ та витяжки и елементш рг, рп и рш В1Д выносного обтиснення шийки еш при сталому сшввщюшешп виноелнх обтиснень головки й шдошви ег/еп=0,9. 31 збшыпенням еш, як 1 в лабораторних експериментах, ДЬг 1 ДЬ

п змсншуються.

Розроблено трившшрну шженерну модель для розрахунку формозм1ни. При заданих роз.\прах до прокатки в УК I теля не! розширення шдошви й головки варпоються до одержання мвдмуму роботи деформацп. За идею моделлю було роз-раховано формозмгну рейково! заготовки в УК при р1зних сполучениях обтишень по елементах. Результате розрахугаав оброблено методом наймекших квадрата. Встановлено зпачуще змепшення р0зшире!шя пщошви й головки при збшыпеши обтиснення по шшоц, що тдтвердили й експерименти.

Побудова облает! до деформацп

граф1чними засобами за допомогою таблиц! координат

4

Побудова облает! гпеля деформацп

граф! ч ними засобами | за допомогою таблиц* координат

Апрокснмашя облает! до деформацп ;

прямокугною с1ткою еюнченшк елемекпв ч 1

Вюначення маету координат граничного сокового контуру до деформацп'

; — Воображения тонок контуру теля деформацп наточки граничного с!ткового контуру до деформацп

V

Розрахунок координат контуру щ'сля деформацп на основ1 воображения точок кошару госля деформацп на точки граничного

елткового контору до деформацп *

Розрахунок влхщнпх координат внутршшх точок еюнченнлх елемекив обласп теля деформацп

I

Розрахунок координат внутршшх точок скютенних едеменпв на ос нов 1 мшыгзаци функщонала

4

Видача на екран 1 принтер тки сииченних елеметчв 1 значенъ роботи деформацп'

так

Коректування координат ко>гг>ру гпеля деформацп

графачними засобами I за допомогою таблиц!

4 4

-» Вихщ з лрограмп

Рис. 1. Блок-схема программ розрахузшу формозмши

Модель уточнено щодо умов появления серпоподабносп через ргшу ви-тяжку елеменгш. При цьому вщбуваеться додаткова робота згину в поперечному напря.\п. Деформащю згииу пришито розподшеною лш>йно. Сумарна робота деформацп з урахуванням роботи згипу

Л деф= п+ '^леф ш+ ^деф ^зг Азг г- (12)

При нер1ВШ1Х обтиснешмх шдошви й головки прокатка без серпо-гсщбносп можлива, якщо в цю суму зам!сть роботи згмгу входить додаткова робота стиснення й розтягнемш дтя вир1внювання витяжок:

А 1 деф" ^деф п+^дефш"^" (13)

Розраховано варипгги формозмиш для ряд}' можливих вар1анттв серпопо-д1бност1 розкату. Сполучення ввдгосшгх обтиснень по елемеитах профшю було взято 'п ж сам1, що 1 в попередньому розрахунку.

Одержано парт залежносп величин Лдеф-Л3г В1Д обтиснення (в процентах) по елемеитах розкату 1 вщ фактора |£п-ег| (Аеф - робота деформаци профшю при однакових витяжках елеменпв, А,г - з урахуванням серпоподабностт). При /1деф-/4зг > 0 прокатка вщбуваеться з викривлеикям профшю.

Моделювання роботи стана з урахуванням спрапювання валктв. Для побу-дови моде;н з урахуванням жорсткосп кштей застосовано принцип р!виоваш в енергетичтй форьп з додержа!шям умови р1Вностт витяжок елементтв:

-1 0„ (Аи-ЛГп)2 +1 Ог (Аг-Д(г)3 + (Дш-А^ш)2+

+/1деф п (ДГл) + Лдеф ш (Ми) + Адеф г (ДО = ШШ, (14)

де С/ш, Сгп и С>: - жорспасть УК в нанрям! перемпцешга валюв;

А/„, Дгг - шукага обтиснення тдопти, шийки й головки;

Дп, Дш, Дг - IX умовш сумарт обтиснення при безкшечно велшай жореткос-т1 клгп.

Цю задачу Лагранжа можна розв'язати методом покоординатного спуску. Однак його алгоритм через велику тривалютъ машинного розрахунку не може бути реалтзований в умовах робота стана. Розроблено спрощений метод: знаходження обтиснення по шийщ зводиться до розв'язаиня бжвадратного алгебра!члого р1в-шшня; обтиснешы по тдрнпц й головш обчислюються через обтиснення по шийьц за умови р!вносп витяжок. Результата обчисдень за одержаними формулами добре зб1гаютъся з експерименталышми даними. Розробку використано при проектувашп техполог11 прокатки рейок в УК на КМК. Бона мае особшше значения для керуван-ня роботою стана в безперервному режим! в реальному масштаб! часу.

Метод розрахунку обтиснень закладено в алгоритм 1 програму автоматичного керування натисклими гвинтами при спращованш прокатних валпв, що дозволить змешшти число перевалок, витрати валюв 1 розкид розм1р1в рейок. Цшьо-вою фу таи ею е мппмпатя вщхилень настроговальних навантажень у будь-який момент часу В1д навантажень на початку прокатуваши \ розм1р1в профшю в1д но-мшалышх, здшснюваш шляхом покоординатного спуску через задане число прока-таних рейок при малому крот пошуку по зазорах м1ж валками (рис. 2).

Розрахлтюк енергосилових парамет]мв прокатки виконуеться на персональному комп'ютер1 за спещально розробленою утверсалышю гтрограмою (рис.

3), яку можна використати для будь-якого стана й широкого сортаменту профшв.

Введения вихщних даннх:

- жорсшстъ кл1тей;

- розшри профшю;

- д!аметр валюв;

- коеф1щенти спрацювакня валк1в по нитях залежно в1д прокатаного тоннажу;

- х!м1чний склад стал1;

- температура вцдач1 з нагр1вально1 печг,

- вцдстань М1Ж клетями,

- характер руху рейки по проходах (вперед

або реверс);

- розм)ри елементтв профшю по проходах

Запис результатов у файл у виглядх таблиць

4 ~

Переырка збпу обчисленого й фактичного спрацювання в кожнш клт

Рис. 2. Блок-схема программ компенсацп спрадювання валив

Розрахунок по проходах:

4 -

витяжок та штенсивносп деформацп,

а також купв захвату *

часу остигання переднього й заднього кшщв

температури переднього й заднього кшцш * - "

опору деформацп *

роботи деформацп, зусиль, момента 1 потужностей

Запис результата у файл у вигля/ц таблиць

Обчислення енергосилових параметр1в 1 струкяв

при початковому настроюванш стана

Л1чшьннк циюйв за числом пщстроювань стана через задану кшыасть прокатаних рейок (в т)

Визначення спрацювання валков по клетях залежно вщ прокатаного тоннажу й зазор!в ьпж валками

Обчислення обтиснень, енергопараметр1в, струм1в [ розмф1в профию теля прокатки

*

♦ Розрахунок квадрату вщхилень енергопзраметр1в вщ настроювальких 1 розм1р1в вщ номшальних

- Зм1ка зазоров до одержання мШ1муму функцюнала

ПереБ1рка на перевалку кожно! клт (зазори по буртах

повинш бути не менше задано! величини) ♦

Перевалка при необхшгосп па шд в якш розрахункова

вщстань М|ж буртами зменшилася до ьптмальш допустимо!. Занесения нового коеф1щента спрацювання, схидання прокзтаиого тоннажу. Перетрка збну

розрахункового й фактичного спрацювання *

Л1чшьник циклш за числом пщстроювань стана+1

Введения вихщних даних:

- Х1М1чшй склад стати;

- температура елемен пв п!сля видач)

з нагр1вально{ печг,

- вщстань м!ж юнтями;

- Д1аметри валыв по клггях;

- оберти валюв по клпях;

- швидкост! рольганпв;

- паузи М1Ж лииями стана;

- характер руху рейки по проходах

(вперед або реверс);

- розм1ри елеменпв профшю по

проходах

Рис. 3. Блок-схема программ розрахунку енергосилових параметр1В

Зусилля, момента й потужшсть прокатки обчислюються через роботу де-формацн та роботу сил тертя по елементах профипо, робота деформацн в чорнових i таврових кал1брах - для зведено! штаби, в розр!зному i дальших - по елементах рейки при piBiiocTi ix витяжок.

Автоматичний виб1р обтиснень у rpyni УК здшснюстъся на ЕОМ методом покоординатного спуску з до держаниям умови мнпм1зацп суми Е po6iT деформацп по Bcix (и) УК:

Е= ¿JVA = min, (15)

i=i

де N,, ti - потужшсть прокатки й машиншш час прокатки в /'-й УК.

OcnoBHi обмеження при вибор1 обтиснень: близьюстъ вщносних обтиснень по елементах для уникнення надм1рних розширень або утяжок головки чи шдошви; 2) близьюстъ величин зусиль на вертикалышх валках для запоб1гання nonßi надопр-!шх осьових зусоть i серпопод1бност1.

Bei розроблеш методики застосовано при проектуванш технологи прокатки для стан ¡в з УК, ям будуються або реконструюютьея.

Експериментальне дослщження napaMe-rpiB прокатки в УК з метою визна-че1шя оптимальних умов деформацп металу дозволило встановити залежносп роз-шире1шя головки &bT i шдошви ЛАП в!д в1дносного обтиснення шийки еш та вщно-шення ёг/бп. 3i збтьшенням ег й сп nopioiwiio з еш величини Аbr й Ызп зростають. Процес прокатеи в1дбувасгься стабшьно при вщюсних обтисненнях головки 16,920,5%, шдошви 17,4-19,7% та i'x стввщгашенш В1Д 0,9 до 1,15. Цд обтиснення повинш перевищувати обтиснення шийки вщпов1дно на 3,5-3,9 i 6,2-8,4%. Одержано залежност1 розинфешш головки й шдошви i витяжки Bcix елемештв В1д i'x вщгосних обтиснень, а також залежносп зусиль прокатки вщ обтиснешм шийки Я=Деш) при егУБл=0,93. Вони мають той же характер, що й теоретичш. Похнбка при визначегш; розширень не перевищус 12%, зусиль прокатки -18%.

Вдосконалення технологи прокатки рейок. При оргашзацп промислового виробшщтаа рейок Р65 ¡з стал1, в технологи виплавлення й розливання яко! peaui-зовано ряд пропозшцй автора, в технолопю прокатю1 внесено змши, спрямоваш на тешпшення якосп рейок.

На ociioßi випробувашю й апалпу pi3Hnx схем прокатки на блюмппгу 1100 КМК визначено оптимальну - 2x4x4x2x1 х з наступною кантовкою розкату за блю-MinroM. При переход! на що схему замють дшчо'1 (6x4x2x1) вюод рейок 1-го сорту за яюстю поверхш збшыпився на 3-5%. Завдяки використанню в обтаскнш клт 900 попереднього одночасного розр!зання по головщ й тдоиш зменшилася враже-nicTb зливюв волосовинами.

Розроблено схенш прокатки безперервнолитих заготовок в обтисюшх KJii-тях. Вихзд рейок 1-го сорту довжиною 25 м h БЛЗ за яюстю noBcpxni на «Азовстатт й КМК досягнув (вдаовщго) 88 i 92,1% проти 80 i 75% при прокатщ

3i зливюв. Рейки дослщних плавок на обох комбшатах повшстю в1дпов1дали вимо-гам нормативда-техтчно! документацп.

На КМК було проведено за участю автора дос:пдш прокатки рейок з ви-пробувапня.м УК як передчистовог В mit i в чистов iii клт дуо 850 рейки ггрокату-вали одночасно. Було розроблено кaлiбpoвкy> яка забезпечуе обтиснення головки й шдошви вертшсальними валками до 5 мм - на 8 i 6% бшьше, тж при звичашпй прокатщ. 3 метою накопления доаиду прокатки рейок в УК було розроблено й за-тверджено ТУ 14-2-738-87. Було прокатано з використанням УК 27500 т рейок. При щентичнш якоеп вгеодних заготовок вгоад рейок 1-го сорту довжиною 25 м за яюстю поверхш становив 72,19-90,40% при прокатщ з використанням УК i 67,380,55% - за звичайною технологгао. ГКсля терм^чного зм1цнення границ! М1цноеп й текучост1 та ударна в'язюстъ дослщгшх рейок були вшщ, тж пор1вняльних.

Розроблено схсми розтащування обладнання.з установлениям УК i техно-лопчш завданпя на реконструзоцю рейкобалкових ucxîb «Азовстат», КМК i НТМК, а також завдання на проектування нового стана (для ДМК ¡м. Дзержинсько-го), яким передбачено прокатку рейок Р65 i Р75 i3 БЛЗ з використанням УК. Розроблено технологию прокатки рейок i3 БЛЗ для стана 700 в м. Аджаокуп (Hirepia) з використанням УК.

Hobî TCxiiiMiii HiipimeiiHH, що забезпечуготь пщвшцення

експлуатапшно']' стШкост! репок при Хх гермйшому злйцнешй

В шостому роздпн представлено результата дооиджень, спрямованих на розробку, освошпя та впровадження ефективно'! технологи поверхневого загарту-вагаш рейок по всш довжизн з HarpiBy струмом bucokoï частота на комбшат) «Азовсталь».

В1дпрацюваш1Я режтпв загартування рейок з Harpiay СВЧ. Шляхом ма-тематичного моделювання процесу названия й охолодження рейок з настугаюю експериментальною перев1ркою визначепо оптимальне сполучення потужносп, що шдводиться до шдуктор!в, i швидкост! перемнцення рейок в рейкогарлвних машинах (РГМ) для одержання noTpiöiioro poзпoдiлy температури по nepepÏ3y головки наприкшщ названия (для рейок Р65 при швидкосп ïx перемщетш 42+0,5 мм/с -1120 кВт). При витратах води 20-22 л/хв. i и таску 100 кПа, а стасненого повпря 180-200 кПа формусгься структура з твердктю HRC 40,5-36,5 до глибшш не менше шж 15 мм вщ поверхш кочення при вимоз1 ТУ не менше ni ж HRC 33,5 до глибшш 11-12 мм; MiuHÎCTb, пласшчшсть i ударна в'язкють також в1дповщають вимогам ТУ.

Удосконалення технологи терм1чно? обробки рейок з HarpiBV СВЧ. Створено нову конструкций багатосоплового пристрою для первшшого охолодження

головки рейок з можлшнстю автономного регулювання його штенсивносп шляхом змшеиня витрат води, що забезпечуе одержання одноршю! й високодисперсно! водоповпряно! сумшп та и щлеспрямовану подачу без локального переохолоджен-ня металу. Впроваджеиня нових пристрой на пах РГМ «Азовстаи» зам1сть форсунок менш рацюналъно! конструкта! дозволило зменшити !х число, витрати води 1 стисненого штатря без зниження продуктивное!! РГМ. За розробленого технолоп-по зягарговано ~1,4 млн. т рейок типу Р65 1-го сорту. 1х поставлено зашзнидам Украши та край! СНД. Стосошю до конструкцн пристро!в 1 схеми 1х розташування розроблено режими охолодженпя, яю забезпечують збшьшешгя глибипи загартова-1Ю10 шару головки по ос! на 3-6 мм, шдвшцешм 1ШЖНього р1вня а„ з 1176 до 1200 П/мм2, середпього - до 1240 Н/мм2, зменшення розкиду твердосп по поверхш головки нриблчзно па НВ 10, задовшьш результата копрових випробувань проб, охо:годжених до (-60±2)°С. На цш основ1 були розроблеш й затверджеш нов1 тех-шчш умови ТУ У 322-00190319-1122-93 на приймання та здачу загартованих рейок 1 нова технолопчна шструкщя по !х виробпицтву Т1 232-18-94. Стабшзашя показ-гпдав мехатчних властивостей дозволила виключити з ТУ вимогу !х внзначсння на поперечних зразках.

Розробка складу заевтекто!дшге рейковнх сталей I способу комбшовано! термообробки рейок ¡з них сталей для особливо складних умов експлуатацц" вико-нувалась вперше. Встановлепо таю вимоги до нових сталей: щдвшцена прогарто-вувашсть 1 загартовувашсть у вилтдному станк мппмальна схилыпсть до росту зерна аустешту в процеа прискорепого нагр1ванга шд загартування (до 940-980°С) 1 широкий темперагурний д!апазон нерлпного перетворешш, а в терм1чно обробле-ному сташ - тдвшцена ударна в'язкгсгь при -(10-60)°С, висока контактно-угомна мщпсть 1 спйшсть проти спрацюванш. Пройшли промислове випробування скип такого складу (в мас.%): 1) вутлецева: 0,85-0,95 С; 0,75-1,25 Ми; 0,18-0,40 Бн 0,0050,0016 Т1; 0,03-0,06 V; Б < 0,045; Р < 0,035; 2) гооьколегована: те ж 1 0,3-0,6% Сг. Розроблено режим !х ушверсального сферо!дизуючого в1дпалу, який включае кшь-ка етатв - циюпв транеформацп пластинчастого перлггу на зерпистий. На «Азовский» залежно вщ вм1сту вуглецю рейки було роздшено па три групп: 1) 0,82-0,84; 2) 0,85-0,90; 3) 0,91-0,95%С; для них застосовували В1дпош'д1ГО одно-, двох- ; три-цшапчний В1дпал. Вщтал забезпечуе руйнувашш цементитно! сшш та и сферощи-зацно разом з карбщами перлггу, Ух одлор^дшсть, дисперсшсть 1 р1в!К»иршсть роз-подшу в матршц, зшгження приблизно на 25-30% твердое™ й мшносп 1 шдвшцен-ня в 3-4 рази пластичное!! й ударно! в'язкосп, а головне - формування оптимально! вихтдно! структури перед остаточиою термообробкою - поверхневим загартуванням рейки з нагр1ву СВЧ. Це дозволяе одержувати максимально твердють (ШС 61-64) 1 тимчасовий отр (сгв=1410-1430 Н/мм3) при високш пластичпосп й ударнш в'язкост! (65=12,0-14,4%; \р=32,8-38,5%; КСи=34,6-36,4 Дж/см2), а також високу днсперсшсть структури загартованого шару. У стал! з вимдною структурою плас-

тинчастого перлггу максимальш значения тих же характеристик теля загартування ¡стотао 1ШЖЧ1 (HRC 58-61, аа= 1385-1400 Н/мм2, б3=8,2-11%, у=26,5-28%; KCU=30 Дж/см2).

Рейки Р65 промислово! naprii (500 т) з нових сталей експлуатуються на Норшьськш загизнищ в особливо важких умовах (BncoKi осьов1 навантаження, кри-Bi малих pafliyciB, низыа температури). Одшшчних вдоюв i пошкоджень через дефекта КУП не було; стйшсть проти спрацювання в 2,5-3 рази вища, шж у загар-тованих рейок поточного виробницгва.

Вдосконалення вп чтшшо7 НТД на рейки та Ti зктавленпя з зарубиною и лпжнародном

Сьомий роздш присвячено розробкам в обласп стандартизацн, спрямова-ним на шхшпшення показншав якосп рейок.

Шд кер1вництвом i за безпосередньою участю автора виконувався (паралельно з удосконаленням технологи й на його ochobi) комплекс po6iT, спрямо-BaiDiX на вдосконалення вггчизняно! НТД на рейки Р75, Р65, Р50, Р49. Параметри технологи огпшпзувалися й контролювалися злдно з 49 спещально розробленими ТУ, якими в сукупносп були oxoroieiii Bei HOBi Bapiairra технологи виготовлення рейок на Bcix етапах метал ургшного виробництва. Було також розроблено i введено в дою 15 змш до 5 стандартт (7 i3 них - до ГОСТ 24182-80) i 28 - до техшчних умов.

Зютавлення вимог вггчизняши, заруб1жно! та м1жнародно'1 НТД до рейок доя мапстральких i промислових зал\зииць нормально! (широко!) коли показало, що сортамент вггчизпяних рейок щодо марок стаи не поступастъся кращим евпо-вим аналогам. За сукупшстю показншав мщносп i твердосп HOBcpxiii кочення вони pißnouiinii зарубГ/Кпим.

Техшко-еконолична ефектншисть впроваджеиня розробок на мсталургшннх пщпрпемствах

У восьмому роздш дано оцнпсу досягнугого в роботт гошпшення техшко-еконоьпчних показшшв виробшщтва рейок i тдвшцення !х надишосп й доагов1Ч-hocti.

Ккопслпчшш ефект одержано: в мегалургшному виробннцтв! - в результат! збшыиення виходу рейок 1-го сорту, змешнення браку i витрат на переробку, а також реаизаци рейок шдвшцено! якосп за бшьш високу щну; на зашзничшй мереж! - завдяки змеишеншо обеялв ремонта коли i збшыпеншо пропускно! здатнос-Ti рейок. Загалыпш екоиом!чшш ефект вщ впровадження розробок - 26,8 млн. крб.,

частка УкрНД1мету - 7,1 млн. крб., частка здобувача - 771,6 тис. крб. (за гонами 1983-1990 рр.).

ВИСНОВКИ

1. На оспот виконання комплексу теорет/гч/шх, лабораториях, дослццю-ниробшгчих 1 промислових дослижеш, розроблено й реал/зовано сучасну наскр1зну технологпо виробшщгва рейок, що забезпечило на даному еташ вирш/ення проб-леми шдвищення металурпйно! якоеп та експлуатащйно'1 стшкосп вггчизняних рейок до р1вш, досягнутого для 1х краших заруб1жних аналог/в.

2. В робо'п вперше на основ! комплексного тдходу науково обгрунтовано сум/сний вшив технолопчних схем вштлавлення й розливання рейково! стат, прокатан й терм)41Ю1 обробки рейок на формування структури та властивостей металу, ЯК1 забезпечлточь його ошр/псть утвореншо дефектов контактно-утомного похо-дження 1 спрацювапню при цшопчтй дшшпчшй дп, надшшсть 1 довгов/чшсть рейок в експлуатацп.

3. Ви значено й науково обгрунтовано основш резерви /пдвшцення якостт, надшност1 н довговнпгосп зал1зничних рейок для наявш/х 1 перспектавшк умов експлуатацп. Вони полягають в освоа/ш стосовно до виробшщгва рейок комплексу ефектшз/шх технолопчних пpoцeciв, який включас: впплавлення стал! в кисневих конвертерах, п пошпчиу обробку й розкисле/п/я коддиексшши феросплавамн, розливання безперервшш ! сифошшм способами, прокатку рейок в ушверсальних клггях, загартуваиня поверхш головки рейок по ве1й довжиш, зокрема на особливо високу гвер/цсть.

4. Вперше в Укра'йп розроблено пауков! й технолопчш основи виплав-лення високовуглецево! рейково? стал1 у великоваптажшк кисневих конвертерах. 11а осно/н лабораторних 1 промислових екенериме/гпв, з використапням сучасних методов досл1,дже/шя мегалургшно! якоеп металу та його споживних властивостей вперше доведено на великому статистичному матерзаш, що комплекс ф131Ж0-мехп/нчних властивостей рейок, яю виготовляються з киснево-конвертерно! стшп, повшстго /пдгкшдас паяв/шм 1 персиективним умовам !х експлуатацп' в мапстраль-пих кол1ях чалпниць,

5. Наново обгрунтовано нов1 технолопчш схеми комплексно! обробки рейково! сташ в кош/п лп-атурами на основ 1 крелпню, що м/стять титан 1 магшй, а також шлакоупзорюючимп сумниами на основ! ванна й »¡дпрацьованого шлаку електрошлаково! переплавки з метою зпиження вм/сту арки й запоб^ання утвореншо в метал/ оксид/шх вкл/очеш, критично! довжини; вперше вегановлено за-лежшеть ударно! в'язкоетт термозмпшеш/х рейок /йд вмюту татану в стал1 й визна-че//о його граничш значения, при яких цей показннк зберн-асться на р!вш, передба-ченому стандартом (>25 Дж/слг).

6. Теоретичними й технолопчними досл^джсннянш вперше встановлено осношгi законом!рност1 вторинного окисления рейково! стащ при безперервному розливанш й визначено заходи по його зменшегапо. 3 використанням методу скш-чешшх елементтв (МСЕ) досЛ1Джеко закоиом1рност! трансформацп дефекта мак-роструктури безперервнолитих заготовок (БЛЗ) при прокатуванш на рейки i зроб-лено рекомендацп щодо вибору ствв!дношення сторш заготовок; розроблено i прийнято споживачем атлас eTarioHiB (класифкатор дефегпв) для ощнки якосп макроструктури рейок.

7. Ha ocHoei теоретичних досшджень процесу прокатки рейок в утвер-сальних клетях з використанням МСЕ уперше розроблсш:

- математична модель i методика розрахунку формозмнш металу В1Д ви-хщю! заготовки до готового рейкового профшю шляхом локально! Bapiaui! координат сумгжних смнченних елеменпв та покоординатного спуску при пошуку 3Mi-нення них координат;

- методика та программа система розрахуику на персональному комл'юте-pi енергосилових napaMcrpiB i режимов прокатки з використанням ушверсальних юитей;

- методика розрахуику обтиснень з урахуванням жорсткосп елеменпв KJiiTi для керуваиня !! роботою в автоматичному режим!;

- математична модель автоматичного керуваиня натискними гвиитами у пронес! спращовання пал Kin для його компенсацп.

8. Розроблено, освоено i впроваджено на Дшпровському металурпйному KOM6inaTi iM. Дзержинського промислову технологио виробшщтва рейок, яка включае виплавлення cnuii в 250-т конвертерах, прокатку зливюв ¡з БЛЗ на рейко-балковому стан!, протифлокенну обробку рейок i забезпечуе скопом1Ю матер^аль-них pecypciB i показники якосп рейок, що вщгсшдають вимогам. НТД та сучасним умовам експлуатацп.

9. Розроблено i впроваджено на "АзовсталГ' вдосконалену технологда розкислення, мкролегування й модифкунання рейково! стал! компдексиими сплавами на основ! крелншо, яю матять маппй i титан, з коригувалышми присадками феротитану. ОптимЬовано склад i режим! введения сшкшв у ювш, завдяки чому виконует1)СЯ комплекс вимог до рейок I групп i зводяться до мпимуму витрати де-фпцптшх crmaBiB. Розроблено й освоено перспектнвиий для Украши BapiaiiT технолог!! виробшщтва рейок ¡3 сташ з шдвищеним до 1,3% влпстом марганцю.

10. Розроблено, освоено та впроваджено технологно обробки рейково! стал1 в ковш! твердим синтетичним шлаком, до складу якого входять вцшращ.ова-лий шлак ЕШП й доломпизоване вапно, що забезпечило зменшеши забрудненосп металу Нв, вмшту в ш>ому cipKH в середнъому з 0,036 до 0,025%, гошпшення якосп noBepxni, збшыиешш виходу рейок 1-го сорту довжиноы 25 м на 10%.

11. Вдосконатено й освоено Texiiojioriio сифонного розливаши рейково!

сташ шд пср.'пто-графггопими тепло!золювалмшш1 суминами. Вперте сучасними методами дослщжеипя литого й катаного металу доведено вътсуппсть додаткового забруднешы рейок гз стши, розлито! за щею технолопею, екзогешшми Нв, що е основною умовою прийияття рейок !з не! споживачем. Впровадження вказано! технологи на «Азовстал!» забезпечило полпииення якосп поверхт рейок 1 збшьшення виходу рейок 1-го сорту довжшгою 25 м до 85% проти 65-70% при розливашп стати зверху. За даними гашгонних випроб^тань рейки ¡з стат, розлито! через сифон, майже в 1,7 разу довгов!чн1Ш1, шж рейки ¡з стаи, розлито! зверху.

12. Розробле[н й реанзуються основш складов! технолог!'! одержання БЛЗ для рейок, у тому числи температурно-швидпсний режим розливання стал!, ефек-тивш способи захисту металу в!д вторигаюго окисления, а також його позатчного рафшування (продувка аргоном, вакуум^тзання, и'яке водопов1тряне охолодження), що забезпечуе високу як!сть поверхн! лихих заготовок I рейок, !х структурну й Х1инчну однор!дн!сть.

13. На Оскольському електрометатурпйному комбиктп! Бшоруському ме-талурпйному завод! освосно промислову технологш безперервного розливання рейхово] стал!, а на рейкобалкопих ста пах КМК ] «Азовстал!» - технологию нагрь вання БЛЗ з холодного всаду, прокатки з них рейок Р65 \ !х загартування -об'емного й поверхневого по вс1Й довжит. Вихтд рейок 1-го сорту довжиною 25 м за яклстю поверхн! - 97,2 ! 95,95% (I! П група тдиои1дно) - на 20-25% Сплине, тж рейок 13 злтшв. Змпшеш рейки вщтязютоться в!д рейок ¡з зливюв б!льшою одно-рццпспо мехашчних властивостей, в'язюстю ! пластичшстю: значения КСи, 5 1 \|/ вшде на 9-18% на гюздовжшх 1 на 14,3-20% на поперечных зразках. Глибина за-гартованого шару головки (НКС 36,1-40,0) бшыпе майже в два рази. Сумариий вдпст оксидшгч' включень у метал! рейок 11 Б груп вщповщю 0,0050 ! 0,0073% (у рейках ¡3 зливка - 0,0111 ! 0,0126%). Рейки з БЛЗ мають вшцу загальну й контактно-угомнл' довгов!чшсть, н!ж !х кращ! аналоги п зливк!в. Частка дефектов КУП у загальнШ кшькосп вщмов становила 8 ! 50% п!сля пропуску 918,5 млн. т 1 613 млн. т бр>тго вгдповтю.

14. Розроблено технолог!ю прокатки рейок Р65 на КМК з використанням передчистово! чотиривалково! УК 1 вперше здшснено !х безперервну . прокатку у двох осташнх клетях. Розроблено кал!бровку, яка забезпечуе обтиснешш головки й шдошви вертикалышми валками до 5 мм - на 8 1 6% бшыие, н!ж при звичайтй прокату!. Уражинсть рейок розкатаними дефектами поверхн! заготовки зменшила-ся в 1,5-2 рази.

15. Розроблено технолопчзи завданга на реконструкщю рейкобалкових цех!в «Азовстал!», КМК ! НТМК, якими передбачено ветановлення УК. Розроблено технолопю прокатки рейок для стана 700 (м. Аджаокуга, Н!гер!я) !з БЛЗ з викорис-ташшм УК.

16. Розроблено ! впроваджено нову високопродуктивну технолог!ю по-

верхневого терлочного змщнешю рейок Р50, Р65 i Р75 з нагр1ву СВЧ; створено наукове, техшчне й технолог! чпе забезпечешм введеши в експлуатащю термов ¡д-дшення рейкобалкового цеху «АзовсталЬ> у склад1 трьох рейкогартоних машин загальною piinioio погужшстю 750 тис. т. За рокн його робота загартовано i здано зшнзкицям ~ 4 млн. т рейок, ям експлуатуються у Bcix регионах СНД. 1х експлуата-щйна епйкють в 1,4-1,5 разу вшца за статасть незагартованих рейок.

17. Вперше встановлено основш законом1рносп фазових i структурних перетворень у рейковому мегаш в irpoueci прискореного нагревания СВЧ, вивчено кшетику розпаду аустешту при безперервному охолодженш i за ¡зотерм1чних умов. Науково обгруптовано i розроблено технологию термообробки рейок по всш довжи-Hi у пружно-напруженому CTani.

18. Розроблено i впроваджено в рейкобалковому цеху «АзовсталЬ нову конструюцю багатосоплового пристрою для первшшого охолодження головки рейок (загартування) водоповпрялого сум1шшю, яка забезпечуе регулювання в широкому Д1апазош стввдаошення води й гоштря в сумшп та и направлепу подачу без локального переохолоджешш поверхневих niapiB металу, що дозволило збшь-шитк на 3-6 мм глибину загартованого шару, стабшзувати показшжи мехатчних властивостей (зокрема ств па середньому piBHi 1240 Шмм2) i виключити з техшчних умов вимогу визначепня цих властивостей на поперечних зразках.

19. Вперше розроблено технолопю комбшовано! терм1чно! обробки рейок ¡3 заевтектощю! crani - вутлецево? й низьколегованоГ, - яка включае щдапчний сферощизуючий В1дпал металу Bcix елементчв на дисперсний зернистий нерлгг i настутше поверхневе загартування головки з narpiey СВЧ. За nicio технолопею на «Азовсташ» виготовлено riapTiio рейок Р65 (500 т) з високими характеристиками мехашчних властивостей, диференщйованих по перергзу. U,i рейки експлуатуються в особливо складних умовах (Далека ГПишч, м. Норшьськ) без одштчиих вдаюв i пошкоджень дефектами КУП. Стншсть таких рейок проти спрацюваиня в 2,53 рази вшца, шж у загартованих рейок поточного виробництва.

20. Розроблено технолопчне завдашш на створення нового стана для прокатки рейок Р65 i Р75 на ДМК, в якому передбачаеться виплавлення стал! в кисне-вих конвертерах, II розливання на МБЛЗ, прокатка рейок гз БЛЗ з використанням УК, поверхневе загартування i'x головки i враховуюгься результата дано! робота по вдосконаленшо наскргзшн технологи.

21. У процес! викопання дано! робота, з урахувашмм забезиечуваного нею гошпшення якост! рейкового мегалу, розроблено 49 ТУ, 28 змшень до ТУ, а також 15 змшень стандартов.

22. В роботт одержано ряд оригшалышх техшчних вирилень; 52 вшшходи захищсно 42 авторсъкими ешдоцтвами i 10 патентами. Деяю з них впроваджено на металурпйпих шдприемствах Украши Й Роса.

23. Еконолнчний ефект одержано: в металургшпому виробницпп - в ре-

зультатч збшынення виходу рейок 1-го сорту, зменшешш браку 1 витрат на пере-робку, а також рсашзацн рейок тдвищено! якосп за бшьш високу цигу; на за'пз-ничшй мерсжз - завдяки зменшенню обсяпв ремонтов коли \ збпыиенто пропуск-но{ здатносто рейок. Загальний економ1чний ефекг В1Д впроваджешы розробок ста-иовить 26,8 млн. крб., частка УкрНД1мету - 7,1 млн. крб., частка здобувача - 771,6 тис. крб. (за цшами 1083-1990 рр.).

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ ДИСЕРТАЦП ОПУБЖКОВАНО В ТАКИХ РОБОТАХ:

1. Нестеров Д. К. Производство и качество рельсовой стали. - Харьков: Основа, 1997. -210 с.

2. Нестеров Д. К. Обеспечение точности размеров рельсов при прокатке в универсальных клетях // Сталь. - 1998. - № 12. - С. 25-27.

3. Нестеров Д. К. Исследование влияния технологических параметров прокатки на формирование размеров готовых рельсов И Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1999. - № 2-3. - С. 32-34.

4. Нестеров Д.К. Освоение МНЛЗ и производство рельсов из непрерывно-литых заго товок // Металл и литье Украины. - 2000. - № 1-2. - С. 46-49.

5. Нестеров Д. К., Левченко Н. Ф. Состояние и перспективы повышения качества железнодорожшлх рельсов // Сталь. - 1988. - № 5. - С. 52-54. - Постановка завданъ, представлешм результат науково-доспдннх роб1т по вдосконалешпо технологи виробшщтва рейково! стат та рейок.

6. Нестеров Д.К., Левченко Н.Ф., Гордиеико М.С. Улучшение качества железнодорожшлх рельсов пу тем совершенетаовашы технологии // Сталь. - 1988. -№ 10. - С. 82-86. - Постановка завдань, визначсшш ефективпих напрямюв удоско-налення технологи шшлавления, розливаиня рейковоУ стал1, шдвищешм якосто та експлуатацишо! сгшкосто рейок.

7. Гордиеико М.С., Нестеров Д.К., Гахеладзе Г.С. Совершенствовать технологии производства рельсовой стали // Металл и литье Украины. - 1999. -№ 7-8. -С. 32-34. - Розробка н освоения технологи виробництва ново! високомарганцевис-То1 рейково! стагн та вдосконалення технологи сифонного розливаши.

8. Пути решения проблемы повышения эксплуатационной стойкости железнодорожшлх рельсов / Д. К. Нестеров, Л. Я. Шнаперман, В. Е. Сапожков, Б. А. Евдокимов, Н. Ф. Левченко, 10. А. Восковец // Транспорт: наука, техника, >правление. - 1990. - № 8. - С. 15-26. - Розробка заход1в по збшьшешпо отрносто металу внникнешпо й розвитку контактЕЮ-утомних пошкоджень.

9. Производство рельсовой конвертерной стали / К. С. Носов, Д. К. Нестеров, Ю. И. ГладилиI, В. И. Хмиров, Ю. М. Таптыгин // Сталь. - 1987. -

№ 8. - С. 22-24. - Розробка й дос.'иджснш технологи вшшавлення рейково! стал! в 250-т конвертерах за р13ними BapiairraMii, аналп якосп рейок.

10. Формирование неметаллических включений и качество рельсов /

A. Г. Рабинович, Д. К. Нестеров, С. И. Рудюк, М. С. Гордиенко II Сталь. - 1990. -№ 6.- С. 81-86,- Постановка завдань, проведения дослщю-виробничих дсхш-джень технологи розкислення й мжролегування рейково! стати карбонггрщоутво-рюючими елементами.

11. Качество и служебные свойства рельсов из стали, раскисленной и модифицированной ферросплавами, содержащими кальций и ванадий / Д. К. Нестеров, А. Ф. Кузнецов, Н. А. Фомин, А. В. Великанов, В. А. Степанов, М. С. Гордиенко, Н. Ф. Левченко, Л. Я. Шнаперман // Вестник ВНИИЖТ. - 1990. - № 2. -С. 4(МЗ. - Розробка й освоения- технологи розкислення стал! в neni сшнкомарган-цем, досл!дження якостг рейок.

12. Ресурсосберегающая технология легирования рельсовой стали ванадием / В. Ä. Паляничка, А. В. Пан, Д. К. Нестеров, Б. И. Топычканов, В. И. Ильин,

B. В. Матвеев // Сталь. - 1993. - № 5. - С. 18-21. - Постановка завдання, досль дженпя якостг рейок, техшко-економ!чний анатз результат!в робота.

13. Качество рельсов из марганцовистой стали производства комбината «Азовсталь» / Д. К. Нестеров, Г. С. Гахеладзе, О. В. Носоченко, М. С. Гордиенко,

B. А. Паля1шчка // Сталь. - 1998. - № 8. - С. 55-58. - Постановка завдання, досль дження технологи прокатки рейок гз високомарганцевисто! стал! й мехашчних вла-стивостей .металу,

14. Внепечная обработка рельсовой стали твердым синтетическим шлаком /В. А. Плохих, А. А. Курдюков, Д. К. Нестеров, И. Н. Симонов, Н. Т. Висторовс-кий, М. С. Гордиенко. А. В. Великанов, В. Н. Дьяконов // Сталь. - 1989. - № 7. -

C. 25-28. - Постановка завдання, доопдженш впливу влпету cipKH на яюсть рейок, визначешм оптимальних присадок ТСШ у к!вш.

15. Нестеров Д. К., Плохих В. А., Висторовский Н. Т. Влияние внепечной обработки на неметаллическую фазу в рельсовой стали // Сталь. - 1996. - № 12. -С. 22-25. - Доиндження впливу позашчно) обробки рейково! стан ТСШ на природу й розповсюдження крупних скупчеш> Нв, розробка заходов по !х змешнешпо.

16. Прокатные станы. Справочник. В 3 т. Т. 1. Обжимные, заготовочные и сортопрокатные станы 500-950 / В. Г. Антипин, С. В. Тимофеев, Д. К. Нестеров, Н. Ф. Грицук. В. А. Степанов, В. В. Пудшюв, В. И. Григорьев, Е. Л. Орлов, И. Е. Пацека, В. И. Меляков, В. В. Ланько. - М.: Металлургия, 1992. - 429 с. - Роз-диш по виробництву рейкових заготовок i рейок на блюмингах i рейкобалкових станах.

17. Специализация прокатного производства. В 3 т. Т 1. Специализация сортопрокатных и ирофилегибочшлх станов /О. Н. Сосковец, Д. К. Нестеров, В. Л. Мазур, В. Л. Пилюшешо, В. В. Калюжный, Г. Ф. Рыбаев, Е. И. Булгаков,

Ж. И. Гордиенко. - М.: Машиностроение, 1995. - 748 с. - Роздали по сортамету та спещшизацп вггчизняних блюмиптв 1 рейкопрокатних сташв.

18. В. А. Паршин, В.В.Поляков, Д.К.Нестеров. Технический уровень, производство и качество железнодорожных рельсов: Обзор, информ. // Ин-т «Черметинформация». - М., 1988. - 35 с. - Аналоз 1 узагальнення мaтepiaлiв по технолопям виробнищва рейок на рейкобалкових станах з використаниям ушвер-сальних юнтей.

19. Нестеров Д. К., Поляков В. В., Воронцов Н. М. Современный уровень производства железнодорожных рельсов за рубежом: Обзор, информ. // Ин-т «Черметинформация». - М., 1991. - 124 с. - Визначення перспективних напрямюв розвитку технолопчних схем виробшщгва рейково! стат та рейок.

20. Разливка рельсовой стали / Д. К. Нестеров, М. С. Гордиенко, В. А. Па-ляничка, А. Ф. Долгополов, А. Я. Глазков // Черная металлургия: Бюл. науч.-техн. информ. - 1988. - № 15, - С. 13-23. - Розробка та впровадження розливання рейково? стал) вдосконалешш сифоншш способом.

21. Нестеров Д. К., Глазков А. Я. Производство железнодорожных рельсов из непрерывнолитых заготовок // Сталь. - 1995. - № 8. - С. 36-43. - Визначення за-коном1рностей трансформанп дефектов структури БЛЗ при прокаттц, оцпжа якосп рейок.

22. Исследование качества рельсов из непрерывнолитой заготовки / Д. К. Нестеров, А. Я. Глазков, Н. Н. Разинькова, Н. А. Фомин, И. П. Строков // Сталь. - 1989. - № 5. - С. 64-68. - Постановка завдань, розробка класифшатора дефектов макроструктури рейок ¡з БЛЗ.

23. Прокатка рельсового профиля в универсальном калибре / Д. К. Нестеров, В. Т. Жадан, Н. Ф. Левченко, Я. М. Пыхтш, Е. Л. Белкин // Изв. вузов, ЧМ. - 1989. - № 11. - С. 76-81. - Розробка методики розрахунку формозмши заготовки при прокатш в УК методом скшчешшх елемента з урахувакням пружно! деформацп клт.

24. Разработка и освооше технологии термической обработки с нагрева ТВ1} железнодорожных рельсов / Д. К. Нестеров, В. С. Точиленко, В. А. Сахно, Е. И. Чернов, Н. Ф. Левченко // Сталь. - 1989. - № 9. - С. 77-79. - Постановка за-вдання, визначення оптимальних режим ¡в названия й охолодження головки рейок у пружно-напруженому стат.

25. Д. К. Нестеров, В. Е, Сапожков. Повышение качества, эксплуатационной стойкости рельсов, закалешвлх с нагрева ТВЧ, и технических требований к ним // Новости черной металлургии Росаш и за рубеж) о.IX оран. Ч. 1. Черная металлургия: Бюл. науч.-техн. информ. -1999. -№ 9-10. - С. 46-51. - Розробка 1 введения техшчних вимог на виробництво й поставку рейок, загартоваш« з нагр1ву СВЧ.

26. Усовершенствование технологии теришческой обработки железнодорожных рельсов с нагрева ТВЧ / С. И. Дегтярев, Д. К. Нестеров, В. Е. Сапожков, О.В.Носоченко, А.В.Галушкин // Сталь. - 1998. - № 2. - С. 54-57, - Розробка й освоения ефектквних охолоджувальних пристро'1'в \ технологи охолодження рейок при загартуванш з нагр!ву СВЧ.

27. Влияние свойств и показателей конструкционной прочности рельсов на сопротивляемость образованию контактно-усталостных повреждений / Д. К. Нестеров, В. Е. Сапожков, Б. А. Евдокимов, Л. А. Андреева, В. И. Газов, Б. И. Поздняков, Н. И. Карганова // Транспорт: наука, техника, управление. - 1990. - № 4. -С. 19-25. - Постановка завдашш, визначення зв'язку ступеня наклепу й експлуата-щйно1 спйкосп рейок.

28. Технология термической обработки рельсов с повышенной твердостью на концах / Д. К. Нестеров, В. А. Сахно, Н. Ф. Левченко, В. Е. Сапожков, А. И. Шевченко Н Сталь. - 1992. - № 7. - С. 68-71. - Постановка завдання, розробка технологи додаткового охолодження кпгщв рейок при загартуванш з нагр1ву СВЧ.

29. Качество поверхностно-закаленных рельсов из стали с повышенным содержанием марганца, лшкро легированной ванадием и титаном / Д. К. Нестеров, С. И. Дегтярев, О. В. Носоченко, Т. С. Скобло, Л. С. Тихошок // Сталь. - 1998. -№ 1. - С. 59-65. - Обгрунтування й визначення режи.шв загартуванш з нагршу СВЧ рейок ¡з стал! з шдвшценим до 1,3% вмютом марганцю.

30. Термообработка рельсов Р65 из непрерывнолитой заготовки / Д. К. Нестеров, Н. А. Фомин, В. С. Точиленко, Н. Н. Разинькова, В. Н. Ермолаев, Н. А. Кеденко // Черная металлургия. Бюл. науч.-техн. информ. - 1988. - № 8. - С. 57-59. - Постановка завдання, дослщження мехашчних властивостей рейок ¡з БЛЗ.

31. Свойства тершгчески обработанных рельсов из непрерывнолитых заготовок заэвтектоидной стали / Д. К. Нестеров, В. Е. Сапожков, Н. Ф. Левченко, А. И. Шевченко И Сталь. - 1992. - № 4. - С. 65-66. - Розробка технологи терм1чно! обробки рейок 13 заевтектоццкм стат, що забезпечуе високу якють макро- та мжро-структури.

32. Особенности качественных характеристик термоупрочненных рельсов типа Р65, прокатанных из непрерывнолитых заготовок / Д. К. Нестеров, Н. Ф. Левченко, II. Н. Разинькова, В. С. Пасько // Металл и литье Украины. -1995. - № 3. - С. 15-18. - Розробка технологи загартувашш з нагр1ву СВЧ рейок 13 стал1, мшролеговано! феровападюм та фе1Х>н1об1см.

33. Влияние исходной структуры на сфероидизацшо карбидной фазы в рельсовых сталях / Д. К. Нестеров, В. Е. Сапожков, II. Ф. Левченко, В. И. Газов // Изв. АН СССР. Металлы. - 1990. - № 3. - С. 81-85. - Визначення вшшву темпера-турно-часових нарамегр1В на нроцееи сфершдизацп карб1Дно! фази високо!!>тлеце-во! й низьколеговано'1 рейково! стшй.

34. Сталь для рельсов повышенной прочности / Д. К. Нестеров, Н. Ф. Левченко, В. Е. Сапожков, Ж. В. Башкатова // Сталь. - 1989. - № 12. - С. 6770. - Досль дження й розробха х1М1'пгих складов низьколегояано} заевтектощно! рейково! стал1 й режиьпв теркпчно! обробки.

35. Технология термообработки рельсов для работы в особо сложных условиях эксплуатации / Д. К. Нестеров, В. Е. Сапожков, Н. Ф. Левченко, А. И. Шевченко П Сталь. - 1989. - № 7. - С. 79-82. - Розробка хвпчного складу заевтектощшн стал! для загартування на високу мщпстъ.

36. Конструкционная прочность и эксплуатационная стойкость рельсов из заэвтектоидной стали, термообработанных на высокую прочность / Д. К. Нестеров, В. Е. Сапожков, Н. Ф. Левченко, Б. А. Евдокимов, А. И. Шевченко // Транспорт: наука, техника, управление: Сб. ВИНИТИ АН СССР. - М., 1991. - № 8. - С. 9-13. -Розробка методики, проведения стендових 1 експлуатащйних випробувань рейок.

За материалами дисертаци одержано авторсью св!Доцгва й патента:

Номери Примака

авторських св1доцгв СРСР патештв.

1125093, 1132547, 1148454, 1174482, 1176497, 3887

1176506, 1186655, 1187350, 1192248, 1235630, 3888 ■ Украши

1239164, 1239166, 1300946, 1306316, 1311807, 6820

1312846, 1359978, 1422674, 14347.74, 1441797, , 1746583 Роен'

1441798, 1452125, 1459256,- 1476911, 1517366, 1801038 СРСР

1527903, 1559732, 1610679, 1616726, 1619709, 1801129 Роен

1637125, 1644425, 1659498, 1667294, 1685023, 1811712 СРСР

1688507, 1688517, 1691420, 1746583, 1753707, 2023026

1772183, 1785279, 1788763, 1826557. 2039093 Росц

2043793

АНОТАЦП

Нестеров Д. К. Розвнток наукових основ шдвшцення якостт, експлуа-гапн'пни стшкосп залпппчних репок 1 вдосконалення комплексно! технологи |'х виробннцтиа.-Руконнс.

Дисертащя на чдобуггя паукового ступеня доктора техшчних наук за спе-щалыгостями 05.03.05 - пронеси й маипши обробки тиском 1 05.16.02 - металурпя чоршк метал1в. - Донецький державиий техшчний \тнверситет Мшютерства освгги Украиш. Донецьк, 2000.

Дисертащйну роботу присвячено актугшынй проблем! тдвищення мета-лурпйио! як осп, надцйносп й довго1пшюст1 зал1знич1шх рейок для ¡шуючих 1 пер-спективних умов 1х експлуатацп.

На основI комплексного гадходу науково обгрунтовапо сумюний вшшв технолопчшгх схем виплавки й розливу рейково! стали прокатки й терм1чно'1 об-робки рейок на формування структури та властивостей метилу, його ошршсть утво-решоо дефекпв контактно-утошюго походження та шрацювашпо.

Освоено стосовно до виробництва рейок ефективш технолопчш процеси: виллавку стал! в кисневих конвертерах, н позатчну обробку й розкислення комп-лексшши феросплпвами, розлив безперервшш. 1 сифонним способом, прокатку рейок в ушверсалышх юптях, загартувапня поверхщ головки рейок по всш дов-жиш, в тому чис.ш на особливо високу твердеть.

Основш результати роботи: гидвшцення ексшуатацппю1 спйкоеп рейок за рпних умов у 1,5-2 рази, ¡стотна еконолпя матер1альних ресурав у чоршй мета-лургй, а також наукове й технолопчне забезпечення заплановано1 реконструкцп вггчн зпяпих шдприсмств - виробшшв рейок та ¡х переходу на роботу за високо-продуктилними еучасними технологиями.

Ключов1 слова: рейки, рейкова стать, техполопчш схеми, конвертер, без-перершшй та сифошиш розлив, ушверсалы» клт, формозмша метачу, поверхневе загартувашгя, структура та властивосп, надшшеть! довпдачшеть.

Нестеров Д.К. Развитие научных основ повышения качества, эксплуатационной стойкости железнодорожных рельсов н совершенствование комплексном технологии их производства. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальностям 05.03.05 - процессы и машины обработки давлением и 05.16.02 -металлургия черных металлов. - Донецкий государственный технический университет Министерства образования Украины. Донецк, 2000.

Работа посвящена актуальной проблеме повышения металлургического качества, надежности и долговечности железнодорожных рельсов для существующих и перспективных условий их эксплуатации. Па основе комплексного подхода научна обосновано совместное влияние технологических схем выплавки и разливки рельсовой стали, прокатки и термической обработки рельсов на формирование структуры и свойств металла, его 'сопротивляемость образованию дефектов контактно-усталостного происхождения и износу.

Впервые в Украине разработаны научные основы технологии выплавки рельсовой стали в большегрузных кислородных конвертерах, обеспечивающей высокие показатели качества готовых рельсов и экономию материальных ресурсов в черной металлургии; освоены новые технологические схемы комплексной обра-

ботки стали в ковше лигатурами на основе кремния, содержащими магний и титан, с. корректировочными присадками ферротитана, а также шлакообразующими смесями на основе извести и отработанных шлаков электрошлакового переплава, обеспечивающие существенное повышение чистоты рельсов по содержанию оксидных неметаллических включений и вредных примесей, научно обоснованы и определены технологические пара метры непрерывной разливки рельсовой стали в сортовые заготовки. Установлены основные закономерности вторичного окисления рельсового металла при разливке на МНЛЗ и определены меры по его. уменьшению. Изучены методом конечных элементов (МКЭ) закономерности трансформации дефектов макроструктуры непрерывнолитых заготовок в процессе их прокатки на рельсы. Составлен и принят потребителем атлас эталонов (классификатор дефектов) для оценки качества рельсов, прокатываемых из НЛЗ. Впервые с использованием современных методов исследования литого и катаного металла доказано отсутствие дополнительного загрязнения рельсов экзогенными неметаллическими включениями при сифонной разливке стали под перлито-графитовыми смесями.

Впервые разработана методика расчета с использованием МКЭ формоизменения рельсового металла при прокатке, в том числе в универсальных клетях (УК), методом локальной вариации координат общих узлов смежных конечных элементов и покоординатного спуска при поиске изменения этих координат. Впервые осуществлен расчет по МКЭ уширения и утяжки головки и подошвы рельса при прокатке в УК, а для случая значительного различия их относительных обжатий - и распределения вытяжки по ширине раската при соблюдении условия минимума работы деформации. Разработаны алгоритмы решения и получены аналитические формулы дня определения энергосиловых параметров прокатки с использованием УК; для управления УК в автоматотсском режиме разработана методика расчета обжатий с учетом жесткости элементов клетей, основанная на вариационном пршпртс с применением функции Лагранжа.

Установлены основные закономерности фазовых и структурных превращений в рельсовом металле при ускоренном нагреве ТВЧ; исследована кинетика распада аустснита при непрерывном охлаждении и в изотермических условиях. Научно обоснованы и разработаны способы термической обработки рельсов из за-эвтектоидной стали.

На основании полученных в работе результатов теоретических, лабораторных и опытно-промышленных исследований разработаны, освоены и внедрены применительно к рельсопрокатному производству на металлургических комбинатах Днепровском им. Дзержинского, «Азовсталь», КМК и НТМК эффективные технологии, обеспечивающие существенное повышение металлургического качества и потребительских свойств железнодорожных рельсов (их эксплуатационная стойкость в различных условиях повысилась в 1,5-2 раза); созданы новые технические решения на уровне изобретений в области выплавки и разливки рельсовой стали,

прокати! и термообработки рельсов. Общий экономический эффект от внедрения разработок составляет 26,8 млн. руб., доля УкрНИИмета - 7,1 млн. руб., доля соискателя - 771,6 тыс. руб. (по ценам 1983-1990 гг.). Обосновано долгосрочное перспективное развитие отечественного сталеплавильного и сортопрокатного переделов при производстве рельсов.

Ключевые слова: рельсы, рельсовая сталь, технологические схемы, конвертер, непрерывная и сифонная разливка, универсалыгые клети, формоизменение металла, поверхностная закалка, структура и свойства, надежность и долговечность.

Nesterov D. С. Developing scientific foundations of increasing metallurgical quality and operating stability of railway rails and improving the complex technology of their production. - Manuscript.

Thesis on the competition of scientific degree of the doctor of engineering sciences on specialities 05.03.05 - processes and machines of metal forming by pressure and 05.16.02 - ferrous metallurgy. - Donetsk State Technical University of the Ministry of Education of Ukraine. Donetsk, 2000.

The thesis is devoted to the actual problem improving the metallurgical quality, reliability and service life of rails for present and prospective conditions of operating.

The combined influence of the technological schemes of melting and pouring rail steels as well as rolling and heat treatment on the structure and properties of metal and its fatigue and wear resistance has been thoroughly considered.

New effective teclinologies of melting rail steel in oxygen converters, its de-oxidation with complex ferroalloys, continuous casting and bottom pouring, universal rolling, rail head surface quenching and superliardening have been successfully mastered.

The main results of the work fulfilled are as follows: 1.5-2 times increase of the rails operating stability under different conditions; considerable saving of material resources in ferrous metallurgy; scientific and technological provision of the planned reconstruction of rail producing plants which makes it possible to apply new modem technologies.

Key words: rails, rail steel, technological schemes, converter, continuous casting and bottom pouring, universal rolling, forming metal, surface quenching, structure and properties, reliability and service life.

IfiiZcul