автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Совершенствование базовых элементов технологии прокатки и освоение производства железнодорожных рельсов повышенной эксплуатационной стойкости

На правах рукописи МУХАТДИНОВ НАСИБУЛЛА ХАДИАТОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ БАЗОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИИ ПРОКАТКИ И ОСВОЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ ПОВЫШЕННОЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ

л/

Специальность 05.16.05 - «Обработка металлов давлением», 05.16.01 - «Металловедение и термическая обработка металлов»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 6 МАЙ 2011

Москва - 2011

4847723

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина»

Научный руководитель - доктор технических наук

Филиппов Георгий Анатольевич

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор

Никитин Георгий Семенович

- кандидат технических наук Галкин Михаил Петрович

Ведущая организация: - ОАО «Выксунский

металлургический завод»

Защита состоится 31 мая 2011г. в 15 ч на заседании диссертационного совета ч Д217.035.02 при Федеральном государственном унитарном предприятии \<<Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардйна» по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.9/23. <

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба направлять по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 9/23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина»www.chennet@chermet.net

Автореферат разослан 29 апреля 2011г.

Ученый секретарь

диссертационного советаД217.035.02, кандидат технических наук

Т.П.Москвина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Стратегия развития железнодорожного транспорта России предусматривает увеличение грузоподъемности составов и скорости их движения. Все это требует улучшения качества и повышения уровня механических свойств рельсов как основного элемента железнодорожного пути. Для повышения качества и уровня эксплуатационных характеристик рельсов необходимо освоение на металлургических заводах-производителях рельсов (ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» и ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат») новых металлургических технологий и оборудования. В частности, освоение новых технологий производства рельсов из конвертерной и электростали, обеспечивающих повышенную степень чистоты по примесям и неметаллическим включениям, а также совершенствование технологии прокатки.

Эксплуатационные свойства рельсов зависят не только от качества стали, но и в значительной мере от стабильности и точности геометрических параметров готовых рельсов - прямолинейности, точности профиля, концевой кривизны и др. Улучшение геометрических параметров рельсов может быть осуществлено только путем совершенствования технологии горячей деформации, в процессе которого происходит формирование профиля проката.

Решение этой актуальной проблемы возможно путем разработки новых и совершенствования существующих технологий горячей деформации и прокатного оборудования с использованием современных средств математического моделирования для оптимизации технологических режимов прокатки и охлаждения в зависимости от марочного сортамента стали для железнодорожных рельсов. Моделирование режимов прокатки, в основу которого заложены современные представления по вопросам формоизменения (калибровки), формирования структуры и механических свойств, позволит оперативно управлять технологическими параметрами прокатки и охлаждения и производить рельсы с гарантированным уровнем качества. Повышение качества проката, как

основополагающего фактора развития производства рельсов, является актуальным направлением работы, поскольку позволит обеспечить снижение материальных затрат, рост металло- и энергосбережения при производстве готовой продукции, повысить ее конкурентоспособность на мировом рынке.

С другой стороны, повышение эксплуатационных свойств рельсов в условиях повышенных нагрузок и скоростей движения может быть осуществлено за счет создания новых марок рельсовых сталей, обеспечивающих, прежде всего, требуемый уровень механических свойств (твердости, пластичности, вязкости). Для этого необходима разработка химического состава рельсовой стали по легирующим и микролегирующим элементам, обеспечивающим получение мелкодисперсной структуры.

Цель работы и задачи исследования

Целью данной диссертационной работы является разработка технологических режимов и узлов оборудования, обеспечивающих массовое производство железнодорожных рельсов, в том числе и из новых марок стали. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. На базе анализа и обобщения опыта производства рельсовой продукции разработать методы повышения операционной эффективности технологических процессов, обеспечивающих получение заданного профиля рельса и его прямолинейности, качества поверхности и необходимых механических свойств при снижении затрат на производство.

2. Разработать эффективную технологическую схему прокатки при снижении температуры нагрева заготовки на 30°С с использованием математической модели определения энергосиловых и температурно-скоростных параметров прокатки заготовки в реверсивной клети.

3. Разработать новую технологию упрочнения чистового калибра с изменением калибровки чистовой клети рельсобалочного стана, обеспечивающую стабильность профиля рельса, повышение ресурса валков и снижение веса погонного метра рельса.

4. Разработать и опробовать новые составы рельсовых сталей с повышенными эксплуатационными характеристиками:

- высокоуглеродистая (заэвтектоидная) рельсовая сталь повышенной износостойкости с содержанием углерода до 0,90%;

- микролегированная ванадием и азотом сталь для рельсов повышенной хладостойкости;

- низколегированная рельсовая сталь типа Э75ХГФ, обеспечивающая в горячекатаном состоянии уровень механических свойств термообработанных рельсов.

Методы исследования

Экспериментальная часть работы выполнена с применением методов металлографии, электронной микроскопии, методов логистического и математического моделирования процесса на базе современных средств вычислительной техники, а также проведения промышленного опробования различных марок стали и новых конструкций узлов оборудования в условиях действующего производства. Основными методами исследования опытных и новых разработок явились испытания механических свойств (ударной вязкости, работы разрушения, вязкости разрушения и усталостной прочности), в том числе полнопрофильных рельсовых проб на копре и усталостном стенде.

Научная новизна

На базе анализа и обобщения опыта производства качественной металлопродукции разработана комплексная методика операционных улучшений металлургического процесса для повышения эффективности технологических режимов и параметров оборудования. Показано, что в условиях устойчивой современной технологии металлургического передела рельсов определяющим и ключевым процессом является прокатное производство, обеспечивающее получение рельсов с заданными геометрическими параметрами прямолинейности, профиля и др.

В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся

научной новизной:

- разработаны математические модели для определения энергосиловых параметров и температуры в реверсивной клети и непрерывной группе клетей рельсобалочных станов, что позволило провести анализ процесса прокатки рельсов при различных температурах и снизить температуру деформации в клети «900» в среднем на 30°С;

- разработана новая форма чистового калибра рельсобалочного стана, позволяющая обеспечить стабильность размера профиля рельса, снижение погонного веса рельса и повышение стойкости калибра;

- по результатам исследования структуры и механических свойств разработаны и опробованы составы новых рельсовых сталей с повышенными эксплуатационными характеристиками:

высокоуглеродистая (заэвтектоидная) рельсовая сталь с содержанием углерода до 0,90% повышенной износостойкости; - микролегированная ванадием и азотом рельсовая сталь для рельсов повышенной хладостойкости;

-низколегированная рельсовая сталь типа Э75ХГФ, обеспечивающая в горячекатаном состоянии уровень механических свойств термообработанных рельсов;

- показано, что по комплексу характеристик рельсы из новых марок сталей превосходят показатели стандартных рельсов общего назначения: износостойкость рельсов из высокоуглеродистой стали на 35...40%, хладостойкость рельсов низкотемпературной надежности в 1,5...2,0 раза, усталостная прочность рельсов из низколегированной стали на 10%.

Практическая ценность и реализация работы.

По результатам проведенных исследований в массовое производство на ОАО «НТМК» и ОАО «НКМК» внедрен комплекс технологических ресурсо- и энергосберегающих мероприятий в области сталеплавильного производства, непрерывной разливки и прокатки рельсовой стали, обеспечивший снижение

энергозатрат на 1,7%, увеличение ресурса прокатных валков на 0,2 кг/т, уменьшение отбракозки рельсов по поверхностным дефектам на 0,7%, снижение технологических отходов на 0,3 кг/т, а также повышение уровня механических свойств готовых рельсов.

Внедрение новых марок рельсовых сталей специального назначения с повышенной износостойкостью, хладостойкостью и низколегированных без финишной термообработки позволило повысить уровень твердости головки рельса до 400-415 НВ, увеличить износостойкость на 35-40%, хладостойкость до КСи = 25-60 Дж/см2 при -60°С, усталостную прочность на 10%, а также довести срок эксплуатации рельсов до уровня мировых стандартов, т.е. обеспечить наработку более 1 млрд. т брутто.

Суммарный экономический эффект от внедрения разработок составил более 150млн. рублей.

Основные научные положения, выносимые па защиту

1.Результаты разработки технологии прокатки рельсов на базе математической модели процесса горячей деформации заготовки.

2. Расчеты новых калибровок, обеспечивающих улучшение геометрических параметров профиля рельса и повышение ресурса калибров.

3. Технологические элементы совершенствования процессов выплавки и непрерывной разливки новых марок рельсовой стали.

4. Создание или исследование новых марок рельсовых сталей специального назначения, обеспечивающих при дальнейшем переделе формирование структуры, стойкой к разрушению при повышенных механических нагрузках и низких температурах, а также обеспечивающих требуемый уровень свойств рельсов без термообработки.

Апробация работы

Основные результаты и положения диссертационной работы доложены и обсуждены на ежегодных конференциях Некоммерческого партнерства «Рельсовая комиссия», состоявшихся 26-27 октября 2007 года в г. Новокузнецке (ОАО

«НКМК»), 25-26 июня 2008 года в г. Нижнем Тагиле (ОАО «НТМК»), 01-02 октября 2009 года в г. Калуге (ОАО «Калужский завод «Ремпутьмаш»), 26-29 октября 2010 года в г. Новокузнецке (ОАО «НКМК»), ХП Международном конгрессе сталеплавильщиков 2-6 октября 2010 года в г. Магнитогорске (ОАО «ММК»), а также отраслевых конференциях и координационных совещаниях.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в трех учебных пособиях, 14 журналах и сборниках научных трудов, в том числе опубликовано пять статей в журналах, входящих в список изданий, рекомендованных ВАК. Получено 19 патентов РФ на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 11?. наименований. Работа изложена на 193 страницах машинописного текста, содержит 62 рисунка и 35 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность и обоснована цель проведенных исследований, сформулированы задачи, научная новизна и практическое значение диссертационной работы.

В первой главе рассмотрено современное состояние технологий производства и качества металлопродукции железнодорожного назначения, приведен анализ мирового и российского рынков металлопродукции железнодорожного назначения, выполнен анализ технологий и состава оборудования, используемых для производства рельсов за рубежом и в России.

Сравнительный анализ показателей качества рельсов ОАО «НКМК» и зарубежных производителей показал, что качество рельсов отечественных и ведущих зарубежных производителей по многим основным показателям сопоставимо с рельсами. Основной задачей является дальнейшее

совершенствование технологии и оборудования для достижения более высоких механических характеристик рельсов. Однако стремление к достижению предельно высоких прочности и твердости может привести к потере пластичности и ударной вязкости и, как следствие, привести к хрупким разрушениям рельсов.

Анализ как эффективности систем управления качеством в производственном процессе, так и применения интегрированных схем прогнозирования качества металлопродукции показал, что для оптимизации производственного цикла предприятия и повышения эффективности технологических режимов и параметров оборудования на базе обобщения опыта производства качественной металлопродукции необходима разработка комплексной методики операционных улучшений металлургического процесса производства рельсов. Показано, что в условиях современного металлургического передела ключевым процессом является прокатное производство, обеспечивающее получение заданных параметров.

Во второй главе представлено обоснование выбранных аспектов и методов выявления фокусов внимания для операционных улучшений технологических процессов производственного цикла, обеспечивающего получение заданных геометрических показателей по профилю, прямолинейности и др. Разработана и представлена методика выявления и внедрения поэтапных операционных улучшений производства металлопродукции. Сформирован комплект нормативных документов и регламентов для управления процессом модернизации массового производства металлопродукции, в котором обобщены методики и опыт построения регулярной системы операционных улучшений деятельности предприятия. Методы организации интеллектуального производства и улучшения бизнес-процессов в целях повышения его операционной эффективности оказались востребованными российскими предприятиями и в настоящее время внедрены на ОАО «НТМК» и ОАО «НКМК». Обобщенные методики системы операционных улучшений легли в основу лекций для дистанционного корпоративного обучения специалистов Нижнетагильского металлургического комбината, а также курсов

«Операционный менеджмент» и «Управление изменениями» программ МВА Государственного университета управления и Московского института инженеров транспорта. Система операционных улучшений задокументирована и состоит из регламентов, представляющих компактную подборку полезных методик для построения архитектуры ключевых компонент системы. Регламенты отражают приемы поиска, позиционирования, проработки, интеграции операционных улучшений. Описание практик применения методов операционных улучшений выполнено для условий металлургического комбината полного цикла.

Представлена концепция эффективного производства металлопродукции железнодорожного назначения. Для выбора технологических режимов прокатки в зависимости от марочного и размерного сортамента продукции использованы современные средства математического моделирования, и разработаны модели для определения энергосиловых параметров и температуры в реверсивной и непрерывной группе клетей. При прокатке в реверсивной клети расчеты велись по программе, алгоритм которой представлен на рисунке 1.

При прокатке в реверсивной обжимной клети расчет энергосиловых параметров и температуры металла проводился по разработанной программе с учетом разницы температуры переднего и заднего конца раската, а расчет потерь тепла на излучение и конвекцию ведётся по длине раската с учётом вытяжки в каждом проходе:

Т^Т^-АТ.-АТ^-АТ.+АТд,

где i-температура заднего конца раската после /-го прохода, "С;

Л7л- снижение температуры за счет лучеиспускания, "С;

йТц - снижение температуры за счет теплоотдачи при контакте металла с валками, "С;

АТК-снижение температуры за счет конвекции, °С;

АТд - повышение температуры за счет тепловыделения от работы деформации, °С.

Рисунок 1 - Блок-схема алгоритма расчета энергосиловых параметров

Фактическое сопротивление пластической деформации определялось на основе данных о температурно-скоростных и деформационных условиях процесса. Расчет параметров проводился по кривым (рисунок 2), построенным на

основе экспериментальных данных, полученных методом кручения В.Н. Жучиным и Г.С. Никитиным.

<0. МПа

200 - /^^^^^soot 1c"' JL25~~~

180

140 1c-'

100 jf /—-—^iiooo 'с 0,25 , Jr~'

ои 4/ x4Wt 0,25 c-1

20 '/ 1200b .........1..........1 ..........1.............................1............................i............ 0,25c~' ..............I........................i.........

0,2 0,4 0.8 1,2 1,6 2,0 2,4

Рисунок 2 - Кривые деформационного упрочнения рельсовой стали при непрерывном деформировании

Для определения разогрева металла за счет пластической деформации использовалась следующая зависимость:

н0

Рср'Ь-щ

где Ни- высота проката до пропуска, мм; Hi - высота проката после пропуска, мм; рср - среднее контактное давление, МПа; р - плотность, кг/м3; с - удельная теплоемкость, кДж/(кг-К);

ц - коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду.

Результаты расчета температуры раската после прокатки в обжимной клети (5 проходов) при начальной температуре 1200°С и 1170°С представлены в таблице 1.

Таблица! - Результаты расчета энергосиловых параметров в обжимной клети

Начальная температура, °С № Усилие Момент Скорость Цикл перемещения балки в ПШБ, сек

прох ода гтрокатки, кН прокатки, кНм Твх, °С Твых, °С прокатки, м/мин

1 5552,01 1001,72 1200,00 1204,2

2 6485,08 1075,10 1200,72 1206,6

1200 3 4661,87 1155,60 1201,07 1209,7 54

4 6445,63 1069,56 1202,55 1212,8

5 2138,10 429,21 1203,88 1208,2 4

1 6039,50 1089,68 1170,00 1174,7

2 6941,34 1150,74 1171,47 1177,9

1170 3 4933,57 1222,95 1172,74 1182,0 51

4 6656,21 1104,50 1175,31 1186,1

5 2283,46 458,39 1177,72 1182,5

По результатам анализа сделан вывод о возможности снижения начальной температуры прокатки в клети «900» до 1170°С. Это позволило уменьшить расход энергии на нагрев на 1,7% и увеличить темп нагрева в методической печи на 6%.

Одним из способов улучшения геометрических параметров профиля рельсов является повышение твердости поверхностного слоя чистовых калибров валков рельсобалочного стана, позволяющее стабилизировать форму чистового калибра с целью обеспечения формоизменения на минусовых допусках.

В связи с этим в работе был предложен способ поверхностного упрочнения прокатных валков. Предложение реализовано в промышленных условиях для упрочнения валков чистовой клети рельсобалочного цеха на вальцетокарном станке модели 1К826. Между поверхностью валка и вольфрамовым электродом, находящимся под напряжением, посредством искрового высокочастотного разряда возбуждали электрическую дугу обратной полярности. Для защиты

электрода и нагретого металла валка от окисления в дуговой промежуток подавали инертный газ аргон. Для рассредоточения тепловой мощности дуги, регулирования формы и площади пятна нагрева на поверхности валка использовали электромагнитное управление дугой. Упрочнение поверхности с заданной площадью осуществляли путем перемещения пятна нагрева по поверхности валка с наложением упрочненных участков по прямой или винтовой линии. Необходимый упрочненный слой получали путем изменения силы тока дуги от 250 до 300 А, напряжения от 18 до 30 В, скорости перемещения дуги от 1 до 1,3 м/мин, а также регулирования зазора между электродом и упрочняемой поверхностью от 10 до 12 мм. При этом расход аргона изменяли от 600 до 700 л/ч.

Рисунок 3 - Схема экспериментальной установки упрочнения прокатных валков

электродуговой закалкой поверхности валка пульсирующей дугой 1 - прокатный валок, 2 - патрон передней бабки, 3 - вальцетокарный станок, 4 -закалочная головка, 5 - суппорт, 6 - вольфрамовый электрод, 7 - обрабатываемая

поверхность калибра

Промышленное внедрение на ОАО «НКМК» предложенного способа упрочнения обеспечило на прокатных валках получение упрочненного слоя глубиной 460-500 мкм с твердостью 7500-8000 МПа. При этом стойкость валков повысилась от 1500 т до 2500 т. Снижение расхода валков составило 0,2 кг/т.

При реализация предложенного способа упрочнения прокатных валков были оптимизированы режимы формоизменения металла следующим образом:

- чистовой калибр для прокатки рельсовой стали спроектирован на минусовых допусках с учетом коэффициента термического расширения прокатываемой марки стали;

- обжимные калибры ящичного типа были пересчитаны с учетом увеличения выпуска калибра, что привело к уменьшению площади поперечного сечения проката на выходе из черновой группы клетей;

- были изменены углы наклона сопряженных частей калибров в местах разъема рабочих валков таким образом, что уменьшилась разница скоростей очага деформации, что стабилизировало кинематические режимы и минимизировало локальный износ калибров рабочих валков.

Таким образом, на основе математической модели для определения энергосиловых параметров и температуры в реверсивной клети «дуо» рельсобалочного стана проведен анализ процесса прокатки рельсов при различных температурах, и внедрена технология пластической деформации в клети «900» в условиях снижения температуры с 1200°С до 1170°С и сокращения цикла перемещения балки печи с шагающими балками с 54 до 51 сек, что позволило увеличить производительность на 100 тыс.т/год.

Разработанные способ упрочнения рабочей поверхности валков электродуговой закалкой и новая форма чистового калибра рельсобалочного стана позволили обеспечить снижение расхода валков на 0,2 кг/т, стабильность размера профиля рельса, его симметричность, а также снижение веса погонного метра рельса на 0,3 кг.

В третьей гляве изложены результаты разработки и внедрения новых технических решений и промышленного освоения технологии производства железнодорожных рельсов из новых марок стали, совершенствование технологии выплавки и металлургические аспекты повышения качества высокоуглеродистой стали. Рассмотрены технологические приемы, позволяющие регулировать содержание неметаллических включений и перспективные структурные состояния высокоуглеродистой стали, обеспечивающие повышенный запас

вязкости. Разработана и опробована технология рационального раскисления и модифицирования неметаллических фаз при внепечной обработке высокоуглеродистой стали с целью обеспечения повышенных требований по микрочистоте оксидных и сульфидных неметаллических включений. Сравнительный анализ чистоты высокоуглеродистой стали текущего и опытного производства показал, что степень чистоты, как по среднему показателю, так и по наиболее загрязненному участку опытного металла существенно ниже, чем в металле текущего производства по сульфидам более чем в 2 раза, а по оксидам в 1,2-1,5 раза. Разработаны улучшенные составы шлакообразующих смесей, используемых для теплоизоляции и защиты зеркала металла в промежуточном ковше от вторичного окисления при непрерывной разливке стали. Шлакообразующая смесь, в состав которой входит углеродсодержащий материал, пегматит тонкомолотый, плавиковый шпат, флюоритозый концентрат имеет следующий химический состав, мас.%: 5,0-17,0 С; 33,0-45,0 СаО; 28,9-37,0 ЗЮ2; 6,5-9,0 АЬ03; 2,0 Р; >1,0 N820; >0,7 К20. Показано, что при отношении СаО/Б¡02=0,9-1,4 достигаются повышение теплоизолирующей способности смеси, снижение поверхностных дефектов литой заготовки за счет стабилизации температурно-скоростного режима разливки, а также снижение общей загрязненности неметаллическими включениями.

Одной из технических задач при непрерывной разливке является повышение надежности системы регулирования уровня металла в кристаллизаторе, обеспечение стабильности процесса разливки, повышение коэффициента серийности разливки и исключение аномалий качества слитка, вызванных смещением потока стали вследствие зарастания погруженного стакана. Предложена новая функциональная схема регулирования уровня металла в кристаллизаторе (рисунок 4). Система регулирования металла в кристаллизаторе содержит: датчик уровня металла 1, датчик позиции стопора 2, датчик скорости разливки 3, исполнительный механизм привода стопора 4, регулятор положения стопора 5, блок сравнения б, регулятор уровня металла 7, блок сравнения 8, задатчик уровня металла 9, блок вычисления скорости изменения уровня металла

в кристаллизаторе 10, блок вычисления адаптивного коэффициента усиления регулятора уровня 11, кристаллизатор 12.

Система включает блок вычисления скорости изменения уровня металла в кристаллизаторе и блок вычисления адаптивного коэффициента усиления регулятора уровня. Блок вычисления скорости изменения уровня на входе связан с датчиком уровня металла, а на выходе - с блоком вычисления адаптивного коэффициента усиления регулятора уровня. Регулятор уровня соединен на входе с датчиком позиции стопора и датчиком скорости разливки, а на выходе через регулятор уровня металла - с блоком сравнения, который, в свою очередь, связан с регулятором положения стопора и исполнительным механизмом привода стопора.

В качестве примера стабилизации химического состава стали представлена динамика значений стандартных отклонений (Рис 5) для углерода, марганца и кислорода, приведенных к уровню 2004 г., которая за период ввода и освоения технологии массового производства рельсовой стали на ОАО «НКМК» указывает на наличие положительной тенденции по стабилизации химического состава металла.

Рисунок 4 - Блок-схема системы регулирования уровня металла в кристаллизаторе

1,05

I °.95

13

о о

5 2 0,85 о X к И

*1о,75

О. X

х £

« | 0,65

и Ф

К 5

X ®

\ I. 0,55

«Ч С

д

0,45

0,35

1 1

V —0—Угле род —О— Маргане Ц

\ X

\ -•а

А -сС^ч

\ \

\

2004 2005 2006 2007 2008 2009 Год производства

Рисунок 5 - Динамика значений стандартных отклонений среднего содержания углерода, марганца и общего кислорода, приведенных к уровню 2004 г.

Таким образом, комплекс разработанных и внедренных технологических мероприятий в области сталеплавильного производства рельсовой стали позволил существенно улучшить качество и стабильность химического состава рельсовой стали, что создало предпосылки для разработки составов новых рельсовых сталей.

В четвёртой главе приведены результаты научных исследований, экспериментов в промышленных условиях, а также освоение производства рельсов из непрерывнолитой заготовки (НЛЗ) электростали, в том числе рельсов специального назначения из новых марок сталей.

На основе комплексных сравнительных исследований рельсов из электростали, слитка мартеновской стали отечественного производства и рельсов зарубежных производителей показано, что металл рельсов из электростали Э76Ф отличается более высокой чистотой по неметаллическим включениям, особенно по силикатам от рельсов из мартеновской стали и близок к рельсам ведущих зарубежных производителей. Рельсы из электростали обладают более однородным распределением структуры и механических свойств по длине и

сечению. Установлено, что рельсы из электростали в термообработанном состоянии обладают более высоким уровнем ударной вязкости, чем рельсы мартеновского производства (рисунок 6). Показана местная анизотропия ударной вязкости на образцах с острым надрезом этих рельсов, что является следствием повышенной степени чистоты и меньшей степени деформации при прокатке. Усталостная прочность рельсов из электростали находится на уровне рельсов мартеновского производства. Однако, усталостная долговечность рельсов из электростали несколько выше.

30

© § ! ^ со 3 К Д

5 а ц 20

■8- « э

-& О и ■<*-

* /"ч аЗн>

о У-ез:

Эк 10

• * йи"*

2 у ¿У*

т т -40 -го

Темпер эту ра, °С

20

Рисунок 6 - Зависимость ударной вязкости от температуры испытаний для рельсов из НЛЗ электростали (I) и слитка мартеновской стали (2)

Таким образом, высокая степень чистоты, однородность свойств по длине и сечению, запас вязкости и пластичности рельсовой стали, полученной с применением современных металлургических технологий позволяет совершенствовать химический состав с целью повышения эксплуатационных характеристик рельсов.

В частности, с учетом условий эксплуатации российских железных дорог работы по созданию новых рельсовых сталей проводились в трёх основных направлениях. Во-первых, для повышения эксплуатационной стойкости рельсов, особенно в кривых участках пути малого радиуса, необходима разработка рельсовых сталей, обладающих повышенной износостойкостью. Во-вторых, эксплуатационная надежность рельсов, особенно в районах с низкими климатическими температурами, зависит от их хладостойкости, что требует создания рельсовых сталей повышенной низкотемпературной надежности. Наконец, в третьих, увеличение скоростей движения, введение в эксплуатацию участков путей со смешанным и скоростным движением ставит задачу создания рельсов повышенной прямолинейности, в том числе из низколегированных марок сталей, обеспечивающих получение требуемого уровня механических свойств без завершающей объемной закалки рельсов в масле.

Разработана технология производства рельсов повышенной износостойкости из стали с содержанием углерода до 0,90 % и микролегирующими добавками ванадия (0,07 - 0,08 %) и азота (0,012 - 0,017 %) (таблица 2). В ходе эксплуатационных наблюдений на перевальном участке Иркутск - Слюдянка Восточно-Сибирской железной дороги, отличающемся большим числом кривых малого радиуса, выявили высокую износостойкость рельсов из стали заэвтектоидного состава: их удельный боковой износ составил на 1 млн. т брутто-груза 0,076 - 0,072 мм, в то время как для стандартных рельсов он достигает 0,124 мм (рисунок 7). Дальнейшее увеличение содержания углерода лимитируется образованием структурно-свободного цементита по границам зерен перлитных колоний в виде сетки, что приводит к резкому снижению ударной вязкости стали и динамической прочности рельсов.

Существенное значение имеет создание рельсов низкотемпературной надежности. Новая технология производства таких рельсов позволила обеспечить безопасность движения при температурах минус 40°С и ниже. По данным служб пути на дорогах, расположенных в районах с суровыми климатическими условиями, одиночные изъятия по дефектам в 2,0 - 2,5 раза больше зимой, чем

летом. Низкие температуры особенно неблагоприятно сказываются на развитии усталостных трещин в головке рельсов, уложенных на бесстыковом пути, а также на пластичности и вязкости, в результате чего возможно хрупкое разрушение рельса.

Таблица 2 - Химический состав новых марок рельсовой стали

Марка стали Содержание элементов, % масс.

С Мп V N Сг N¡,011 N6 Б Р

Э90АФ 0,750,90 0,751,25 0,250,65 0,030,15 0,0070,020 0,200,60 0,30 0,0010,12 0,020 0,025

НЭ 0,710,82 0,751,15 0,250,60 0,050,15 0,0050,015 0,2 0,030,15 0,0050,025 0,020 0,025

Э75ХГФ 0,650,75 0,851,20 0,300,55 0,070,15 0,0070,020 0,400,95 0,030,30 0,050,15 0,020 0,025

Э76Ф 0,710,82 0,751,05 0,250,45 0,030,15 - - 0,30 - 0,025 0,030

^Стандартные «мкы йОпытнш ральоы

Ъ

1.;

0.

Изне^мм хЮ

е. 0. а,

Рисунок 7 - Износостойкость рельсов из заэвтектоидной стали по результатам пробеговых испытаний на перевальном участке Восточно-Сибирской железной

дороги

Чтобы повысить низкотемпературную надежность рельсового металла, необходимо обеспечить формирование мелкокристаллической структуры за счет

образования карбонитридов ванадия, что возможно при достаточном количестве ванадия и азота в стали. Установлено, что гарантированное получение необходимой ударной вязкости рельсов низкотемпературной надежности обеспечивается при содержании азота 0,010 - 0,020 % и ванадия 0,07 - 0,08 %.

Благодаря оптимизации химического состава углеродистой рельсовой электростали и применению технологии карбонитридного упрочнения достигнуто значительное повышение эксплуатационной стойкости рельсов до уровня мировых стандартов, обеспечившее наработку более 1 млрд. т брутто (рисунок 8).

оСгзнда()"Н!>!« рггшсы »Опытные реяьсы

1

0,9 0,8 0,7

Наработка, р д млн.т.®рупо о 5

Х10-' о,4

0,3 0.2 0,1

в Стандартные рельсы

■ Опытные рельсы

Рисунок 8 - Эксплуатационная стойкость рельсов повышенной низкотемпературной надежности

Производство рельсов из низколегированной стали позволяет при достаточно высоком уровне прочности улучшить геометрические параметры за счет исключения завершающей термообработки.

В связи с этим важным является разработка и промышленное опробование производства рельсов из низколегированной стали без термообработки, комплексная оценка качества, уровня механических свойств и сопротивления разрушению, в том числе при стендовых испытаниях полнопрофильных рельсовых проб.

Установлено, что макро- и микроструктура рельсов непосредственно после прокатки, а также механические свойства рельсов удовлетворяют требованиям

ГОСТ Р 51685. Крупных включений длиной более 4 мм, не допустимых по ГОСТ Р 51685 для рельсов группы Т1, в исследуемых рельсах не обнаружено. Работа зарождения и распространения трещины горячекатаных рельсов из стали типа Э75ХГФ составляет 2,2 и 13,9 Дж/см2, что близко к значениям этих характеристик для термообработанных рельсов из углеродистой стали Э76Ф - 2,6 и 15,0 Дж/см2 соответственно (таблица 3).

Вязкость разрушения К,с для рельсов из стали Э75ХГФ такая же, как для термообработанных рельсов из стали Э76Ф и составляет 73 МПа^м.

Таким образом, механические свойства горячекатаных рельсов из низколегированной стали находятся на уровне объемнозакаленных рельсов из простой углеродистой стали.

Таблица 3 - Механические свойства и параметры сопротивления разрушению рельсов из стали Э75ХГФ в горячекатаном состоянии

Завод изготовитель ст„ 6 V нв кси 1, мм (копровые испытания)

Н/мм2 % Дж/см2

ОАО «НКМК» 1200 840 8,0 25,0 341 30,8 30 (Н=7,3м) (Т=20°С)

ГОСТ Р 51685 (рельсы категории Т1) >1200 >840 >8,0 >25 >341 >25

Марка стали Состояние а„ ГШ1 А, Ар АЕ К1С МПал/м

11/мм2 мм Дж/см2

Э75ХГФ горячекатаное 1893 1705 0,07 2,2 13,9 16,1 73

Э76Ф горячекатаное 1485 1373 0,055 1.7 11 12,7 50

Э76Ф термообработанные 2130 1850 0,08 2,6 15 17,6 73

М76Ф термообработанные 2300 2005 0,07 2,7 18,2 20,9 53

Испытания рельсовых проб длиной 1,2 м проводили на базе 2x106 циклов при асимметричном цикле нагружения с коэффициентом асимметрии 0,1 и частоте нагружения 300 цикл/мин. Испытания показали, что рельсы из

низколегированной стали обладают более высокой усталостной прочностью, чем объёмнозакалённые рельсы из углеродистой стали (рисунок 8).

75

70

го

1С

£ О.

го

1 о о; н га •

X %

л е

5*

К

о ьс го

2

65

60

55

50

N

к

\

Ч

\

N

А 1-ТГ ♦ 2-"Б" I-13 • Объемно закаленные р«лсы

I М I МИ| и

0,1 1 ю

Число циклов, пхЮ5 Рисунок 9 - Изменение усталостной прочности при натурных испытаниях рельсов из стали Э75ХГФ в горячекатаном (2) и отожженном (I) состояниях и стали М76В после объемной закалки и отпуска

Таким образом, разработаны и запатентованы химический состав и технология производства рельсов из низколегированной стали Э76ХГФ. Эти рельсы в горячекатаном состоянии имеют удовлетворительное качество по неметаллическим включениям, макро- и микроструктуре, копровой прочности, механическим характеристикам и усталостной прочности.

Внедрение новых марок рельсовых сталей специального назначения -повышенной износостойкости, хладостойкости и низколегированных без финишной термообработки позволило повысить уровень твердости головки рельса до 400-415 НВ, увеличить износостойкость на 35-40%, хладостойкость до

KCU = 25-60 Дж/см2 при -60°С, усталостную прочность на 10% и довести срок эксплуатации рельсов до уровня мировых стандартов, т.е. обеспечить наработку более 1 млрд. т брутто.

Суммарный экономический эффект от внедрения комплекса операционных улучшений технологии массового производства рельсов и освоения производства новых марок рельсовой стали в условиях ОАО «НКМК» составил более 150 млн. рублей.

Общие выводы:

1. На основании комплексных исследований усовершенствована технология прокатки рельсов в черновой и чистовой клетях рельсобапочного стана, обеспечивающая повышение качества и уровня потребительских свойств рельсов, а также увеличивающая производительность стана. Разработаны и прошли промышленное опробование новые марки рельсовых сталей специального назначения.

2. На базе анализа и обобщения опыта производства качественной металлопродукции разработана комплексная методика операционных улучшений металлургического процесса производства рельсов для повышения эффективности технологических режимов и параметров оборудования. Показано, что на современном этапе развития сталеплавильного производства, когда его технология устойчива и стабильна, ключевым моментом в повышении качества железнодорожных рельсов должно стать совершенствование технологии прокатного производства, которое обеспечит получение требуемой формы, прямолинейности и профиля.

3. На основе математической модели для определения энергосиловых параметров и температуры в реверсивной клети «дуо» рельсобапочного стана проведен анализ процесса прокатки рельсов при различных температурах и снижена температура деформации в клети «900» до 1170°С взамен 1200°С, при сокращении цикла перемещения балки печи с шагающими балками с 54 до 51 си увеличению производительности на 100 тыс.т./год.

4. Разработан способ упрочнения электродуговой закалкой, и рассчитана новая форма чистового калибра рельсобалочного стана, позволяющие обеспечить снижение расхода валков на 0,2 кг/т, а также стабильность размера профиля рельса, его симметричность и снижение веса погонного метра рельса на 0,3 кг.

5. Разработаны технологические режимы выплавки рельсовой стали в электропечах, обеспечивающие повышение комплекса физико-механических свойств стали, уменьшение загрязненности неметаллическими включениями и газами, снижение массовой доли остаточных элементов, снижение отбраковки металла по поверхностным дефектам на 0,7%, повышение серийности разливки в среднем на 0,5 плавки. Разработана и внедрена автоматизированная система регулирования уровня металла в кристаллизаторе, обеспечивающая повышение стабильности процесса разливки и исключение аномалий качества слитка.

6. Проведено исследование структуры, механических свойств и сопротивления разрушению, в том числе при испытаниях полнопрофильных рельсовых проб, рельсов из НЛЗ стали Э76Ф, мартеновской стали и рельсов зарубежного производства. По загрязненности неметаллическими включениями рельсы из НЛЗ электростали значительно чище, чем рельсы из мартеновской стали и находятся на уровне лучших зарубежных аналогов. Механические свойства рельсов из НЛЗ электростали обладают высокой однородностью по начальным и конечным заготовкам по ходу непрерывной разливки и по сечению рельса.

7. Разработаны составы и освоены технологии производства новых рельсовых сталей повышенной эксплуатационной стойкости:

- заэвтектоидная рельсовая сталь с повышенным содержанием углерода до 0,90%, твердость рельсов из которой достигает 400-415 НВ, а износостойкость на 30% выше, чем стандартных рельсов;

- микролегированная ванадием и азотом рельсовая сталь повышенной низкотемпературной надежности, хладостойкость которой в 1,5...2,0 раза выше, чем стандартных рельсов и составляет КСи = 25-60 Дж/см2 при -60°С.

8. Разработана и опробована комплексная технология выплавки, внепечной обработки, непрерывной разливки и прокатки рельсов из низколегированной стали типа Э75ХГФ, и проведено исследование качества, механических свойств и сопротивления разрушению, в том числе, при стендовых испытаниях полнопрофильных рельсовых проб. Сопоставление с рельсами других способов производства показало, что уровень прочности и пластичности горячекатаных рельсов из низколегированной стали близок к свойствам термообработанных рельсов из углеродистой стали и удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 51685 для объемнозакаленных рельсов; хладостойкость и трещиностойкость рельсов из низколегированной стали в горячекатаном состоянии находится на уровне термообработанных рельсов из углеродистой стали - вязкость разрушения К1с для тех и других рельсов равна 73 МПа. Предел выносливости при стендовых циклических испытаниях полнопрофильных рельсов из новой стали выше, чем для объемнозакаленных рельсов из углеродистой стали.

Суммарный экономический эффект от внедрения разработок составил более 150 млн. рублей.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

1. Мухатдинов Н.Х, Основные направления развития производства рельсов в ОАО "НКМК" / А.Б.Юрьев, Н.Х. Мухатдинов, Н.А.Козырев, Л.В.Корнева // Сталь. - 2010. -№ 1.-С. 99-100.

2. Мухатдинов Н.Х Результаты производства и качество рельсов ОАО "НКМК" / В.В. Могильный, Н.Х. Мухатдинов, H.A. Козырев // Промышленный транспорт XXI BeKa.2009.-N4.-С. 40-43.

3. Мухатдинов Н.Х. К вопросу повышения надежности сварного стыка объемно-закаленных рельсов из электростали / А.Б. Юрьев, Н.Х. Мухатдинов, H.A. Козырев, J1.B. Корнева, АЛ. Никулина // Сталь. - 2010. -№ 2. - С. 72 - 78.

4. Мухатдинов Н.Х. Результаты производства и качество рельсов на ОАО «НКМК» за 2007-2009гг. /В.В. Могильный, Н.Х Мухатдинов, H.A. Козырев.

Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений: В сб. научных докладов.- Екатеринбург: ОАО «УИМ», 2010, 31с : ил.

5. Мухатдинов Н.Х. О необходимости внесения изменений в «Регламент внесения изменений в технологический процесс производства рельсовой продукции» /В.В.Могильный, Г.В.Мохов, Н.Х. Мухатдинов, А.А.Дерябин. Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений: В сб. научных докладов.- Екатеринбург: ОАО «УИМ», 2010, 125с : ил.

6. Мухатдинов Н.Х. Техническое обслуживание и ремонты оборудования. Решения НКМК-НТМК-ЕВРАЗ: учеб. пособие / под ред. В.В. Кондратьева, Н.Х. Мухатдинова, А.Б. Юрьева. — М.: ИНФРА-М, 2010. — 128 с. + СО-К. — (Управление производством).

7. Операционные улучшения. Решения системы НТМК-ЕВРАЗ: учеб, пособие / под ред. В.В. Кондратьева, A.B. Кушнарева. — М.: ИНФРА-М, 2010. — 96 с. + СО-К. — (Управление производством). [Материал к печати подготовили : Н.Х. Мухатдинов и.др.].

8. Организация энергосбережения (энергоменеджмент). Решения ЗСМК-НКМК-НТМК-ЕВРАЗ: учеб, пособие / под ред. В.В. Кондратьева. — М.: ИНФРА-М, 2010. — 108 с. + СО-К. — (Управление производством). [Авторы разработки решений, представленных в издании: Н.Х. Мухатдинов и др.].

9. Мухатдинов Н.Х Об опыте взаимодействия со структурными подразделениями ОАО "РЖД" / В.В. Могильный, Г.В. Мохов, Н.Х. Мухатдинов // Промышленный транспорт XXI века. - 2009. - № 5 - 6. - С. 25 -26.

10.Мухатдинов Н.Х. Рынок диктует свои требования / Н.Х. Мухатдинов // Сталь 2000. - № 7. - С. 70 - 72.

11.Опыт прокатки слитков из легированных сталей на блюминге 1250. // РЖ Металлургия. - 1999. - №5 - Д73.

12.Устройство для перемещения проката: патент 2129928. Россия. В21В 39/00//РЖ Металлургия. - 1999. - №10 - Д34П.

13.Патент РФ 2130348, МПК В21В27/03, Составной прокатный валок. ОАО Челябинский металлургический комбинат "Мечел" // № 97110025; заявл. 20.06.1997; опубл.20.05.1999;

14.Патент РФ 2129928, МПК В21В39/00, Устройство для перемещения проката. Челябинский государственный технический университет // № 98105064; заявл.03.03.1998; опубл. 10.05.1999;

15.Патент РФ 2009125063, Способ выплавки стали, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Кузнецов Е.П., Бойков Д. В., Тяпкин Е.С.

16.Патент РФ 2009125070, Сталь, Юрьев А. Б., Мухатдинов Н.Х., Атконова О.П., Козырев H.A., Корнева J1. В.

17.Патент РФ 2009125072, 2393050, Теплоизолирующая смесь для сталеразливочного ковша, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Бойков Д.В., Токарев A.B., Шишин А.Г

18.Патент РФ 2009129777, Способ калибровки дублирующих косорасположен-ных калибров, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Дорофеев В. В., Каретников А.Ю., Дорофеев C.B., Лапченко A.B., Сапелкин О.И.

19.Патент РФ , 2009129779, Способ производства рельсового профиля из нержавеющей марки стали, Юрьев А. Б., Мухатдинов Н.Х., Дорофеев В. В., Добрянский A.B., Каретников А.Ю., Дорофеев С. В., Лапченко A.B., Мезенцев А. В.

20.Патент РФ 2009129781, Рельсовая сталь, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Корнева Л. В., Никулина А.Л.

21.Патент РФ 2009129782, Рельсовая сталь, Орьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Степашин A.M., Козырев H.A., Корнева Л. В., Никулина А.Л., Бойков Д. В.

22.Патент РФ 2009129786, Рельсовая сталь, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Степашин A.M., Козырев H.A., Корнева Л. В., Атконова О.П.

23.Патент РФ 2009133555, Способ поверхностного упрочнения прокатных валков, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Закаулов Е.Г., Мезенцев А. В., Корнева Л. В.

24.Патент РФ 2009133573, Способ прокатки рельсов типа Р50, Юрьев А. Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Закаулов Е.Г., Мезенцев А. В. Кожеурова Л. Т., Горбунова Е.А., Корнева Л. В., СапелкинО.И.

25.Патент РФ 2009136797, Способ закалки деталей, Юрьев А. Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Тарасова Г.Н., Корнева Л. В., Закаулов Е.Г., Мезенцев

A.B.

26.Патент РФ 2009136798, Сталь, Юрьев А. Б., Мухатдинов Н.Х., Атконова О.П., Корнева Л. В., Козырев H.A. ПрокопьеваТ.В.

27.Патент РФ 2009136799, Сталь, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Корнева Л. В., Атконова О. П.

28.Патент РФ 2009149721, Рельсовая сталь, Мохов Г.В., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Корнева Л. В., Могильный В. В., Никулина А.Л., Бойков Д.

B.

29.Патент РФ 2010107826, Способ выплавки рельсовой стали, Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Тверской А.Б., Бойков Д. В., Лемешевский Д.С., Ботнев К.Е.

30.Патент РФ 2010112169. Способ выплавки рельсовой стали, Александров И. В., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Бойков Д. В., Кузнецов Е.П., Захарова Т.П.

31.Заявка № 2008115575, Система регулирования уровня металла в кристаллизаторе, Мухатдинов Н.Х., Данилин Ю.А., Виноградов С., Мухранов Н.В., Прохоров А.П., Пилипенко В.Ф. Все выносимые на защиту научные и практические результаты получены автором лично и в соавторстве.

Подписано в печать 2S.04.20l I г. Тираж 100 экз. Заказ № 3899 Отпечатано в типографии «ДЦ «Каретный Двор» 101000, Москва, Лубянский пр., д.21, стр.5-5а Тел.: (499) 263-00-50 Факс: (499) 263-00-51 www.allaprint.ru

Введение.

1 Анализ современного состояния технологий производства и качества металлопродукции железнодорожного назначения.

Анализ мирового и российского рынков металлопродукции железнодорожного назначения.

Анализ технологий и состава оборудования, используемых для производства рельсов за рубежом и в России.

Сравнительный анализ показателей качества рельсов НКМК и зарубежных производителей.

Оценка эффективности систем управления качеством в производственном процессе. Анализ применения интегрированных схем прогнозирования качества металлопродукции.

Выводы по анализу современного состояния производства металлопродукции железнодорожного назначения. Постановка цели и задач исследования.

2 Разработка и внедрение системы операционных улучшений производства металлопродукции.

Разработка регламента процесса производства. Техническое обеспечение надежности оборудования и технологии. Анализ возможных затрат на улучшение качества продукции.

Разработка и внедрение корпоративной системы операционных улучшений

НТМК-ЕВРАЗ».

Разработка концепции эффективного производства металлопродукции железнодорожного назначения.

Совершенствование технологии прокатки рельсов.

Совершенствование способов поверхностного упрочнения прокатных валков и повышения твердости шаблонов.

Совершенствование технологии выплавки и металлургические аспекты повышения качества высокоуглеродистой стали.

Исследование и разработка теплоизолирующих и шлакообразующих смесей.

Разработка системы регулирования уровня металла в кристаллизаторе.

Разработка устройства для перемещения проката.

Совершенствование нагревательной печи с шагающим подом.

Разработка способа калибровки дублирующих косорасположенных калибров для прокатки рельса типа Р65.

Повышение надежности сварного стыка объемно-закаленных рельсов из электростали.

3. Разработка и промышленное освоение технологии производства железнодорожных рельсов из новых марок стали.

Сравнительный анализ качества рельсов разных производителей и разработка новых марок рельсовой стали.

Регламент внесения изменений в технологический процесс производства рельсовой продукции.

Модернизация линии неразрушающего контроля и идентификации рельсов.

4. Анализ результатов промышленного внедрения новых технических решений и операционных улучшений процесса массового производства металлопродукции.

Основные результаты промышленного внедрения новых технических решений и операционных улучшений процесса производства рельсов в ОАО «НКМК».

Качество рельсов ОАО «НКМК».

Мониторинг эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений на железной дороге 169 Дополнительные мероприятия и реализованные операционные улучшения технологии массового производства рельсов.

Безопасность движения поездов в значительной степени зависит от исправного содержания, качества, стойкости железнодорожного полотна, в частности, главного его элемента - рельсов. Проблема повышения работоспособности рельсов, несмотря на достигнутые положительные результаты в обеспечении качества стали, остается актуальной. В современных условиях эксплуатации железных дорог при движении тяжелого транспорта нагрузки от подвижного состава на оси могут достигать 35 т, а скорости передвижения скоростных поездов до 250 км/ч. Необходимо определить научно-технические основы решения проблем, связанных с повышением эксплуатационной стойкости рельсов. Наряду с научными изысканиями необходимы технические решения по совершенствованию технологии отечественного рельсового производства, новые пути и возможности повышения надежности рельсов. Эксплуатационная стойкость железнодорожных рельсов, во многом определяется структурой и механическими свойствами стали. В связи с этим возрастает роль исследований в области физики металлов и металловедения в создании более совершенных марок стали, способных обеспечить длительную прочность изделий при эксплуатации [1].

Для условий применения на железных дорогах России бесстыковочного пути к качеству сварных стыков предъявляются жесткие требования, а именно: они должны обладать высокой прочностью, иметь однородную структуру и обеспечивать прямолинейность плетей по поверхности катания и рабочей боковой грани головки рельса. К металлургическим способам повышения надежности сварного стыка объемно-закаленных рельсов из электростали относятся: оптимизация химического состава по основным элементам и суммарному содержанию примесей; улучшение пластичности рельсов путем некоторого снижения твердости; чистота стали по неметаллическим включениям. Вопросы повышения надежности сварного стыка приобретают особую актуальность в связи с созданием рельсов нескольких категорий, различающихся комплексом механических свойств.

Финансовый кризис внес коррективы в сроки и порядок проведения реконструкции отечественных рельсобалочных цехов для производства 100-метровых дифференцированно-закаленных рельсов соответствующих требованиям нового национального стандарта на железнодорожные рельсы.

В последние годы возросла конкуренция на российском рынке железнодорожных рельсов. Потребность в рельсах для скоростного движения до 250 км/ч, вызванная необходимостью организации такого движения на российских железных дорогах в рамках выполнения программы «Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года» удовлетворяется за счет поставок японских рельсов. Предполагается проведение сертификации рельсов для скоростного движения польского и итальянского производства. Предприятия России пока не участвуют в тендерах на поставку таких рельсов из-за несоответствия технического уровня производственной базы. Поэтому вопрос сроков окончания реконструкции отечественных рельсобалочных цехов приобретает чрезвычайную актуальность для сохранения объемов поставок рельсов на российский рынок. Объем этого рынка только для создаваемого в России скоростного движения общей протяженностью 13190 км составляет 1 млн. 700 тыс. т рельсов типа Р65. На ОАО «РЖД» разработана «Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года». К основным мероприятиям этой стратегии относится строительство линий со скоростным и высокоскоростным движением. С развитием такого движения резко возрастают требования к элементам верхнего строения пути, в т.ч. и к рельсам. От эксплуатационной стойкости рельсов в значительной степени зависят межремонтные сроки и, соответственно, ежегодные объемы ремонтов.

Большая работа проведена на Новокузнецком и Нижнетагильском металлургических комбинатах по разработке технологии и оборудования для массового производства металлопродукции железнодорожного назначения. Реализовано много новых технических решений в области производства и эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений, связанных с процессом модернизации производственных мощностей и новыми технологиями в сфере железнодорожного транспорта, в результате у производителей и потребителей металлопродукции железнодорожного назначения существенно сокращены расходы по освоению производства рельсовой продукции с новыми потребительскими свойствами и соответственно при организации скоростного и тяжеловесного движения [2].

Вместе с тем, срок службы лучших образцов зарубежных рельсов в 1,5 раза выше по сравнению с этим показателем для рельсов отечественных производителей, который находится в пределах 700 млн.т. брутто. ОАО «РЖД» поддерживает усилия производителей, направленные на коренное улучшение качества рельсов.

Успешно завершены полигонные испытания перспективных категорий рельсов из заэвтектоидной и микролегированной сталей производства НКМК, что открывает возможности для сертификации в РС ФЖТ и последующей поставки на российские железные дороги отечественных рельсов повышенной износостойкости и хладостойкости.

В связи с организацией скоростного движения на российских железных дорогах резко усилилась активность зарубежных производителей железнодорожных рельсов, что придает чрезвычайную актуальность вопросу ускорения модернизации рельсовой производственной базы России в плане сохранения объемов поставок рельсов для ОАО «РЖД».

Рельсы производства Новокузнецкого и Нижнетагильского металлургических комбинатов при полигонных испытаниях на ЭК ВНИИЖТ, в т.ч. сертификационных, показывают результаты, приближающиеся к результатам лучших мировых образцов, что свидетельствует о том, что на сеть в настоящее время поставляются отечественные рельсы повышенного качества. Завершение реконструкции отечественных рельсобалочных цехов позволит выпускать рельсы, не уступающие в сравнимых условиях эксплуатации по затратам на содержание пути и межремонтным срокам рельсам японского, французского и австрийского производства.

Исследование закономерностей сталеплавильного производства и обработки металлов давлением помогает выбирать наиболее оптимальные режимы технологических процессов, требуемое основное и вспомогательное оборудование. [3,4].

Основные результаты промышленного внедрения новых технических решений и операционных улучшений процесса производства рельсов в ОАО «НКМК»

На основе многочисленных теоретических и экспериментальных исследований установлено, что сопротивление рельсов износу и повреждаемости контактно-усталостными дефектами значительно возрастает по мере измельчения структуры [101]. В этом направлении выполнен большой объем научно-исследовательских работ и промышленных экспериментов, а именно: разработана и запатентована технология производства рельсов повышенной износостойкости из стали с содержанием углерода до 0,90 % и микролегирующими добавками ванадия (0,07 - 0,08 %) и азота (0,012 - 0,017 %) [102]. В ходе эксплуатационных наблюдений на перевальном участке Иркутск - Слюдянка Восточно-Сибирской железной дороги, отличающемся большим числом участков малого радиуса, выявили высокую износостойкость рельсов из стали заэвтектоидного состава - их удельный боковой износ составил на 1 млн т брутто-груза 0,076 - 0,072 мм, в то время как для стандартных рельсов он достигает 0,124 мм. Дальнейшее увеличение содержания углерода лимитируется образованием структурно-свободного цементита по границам зерен перлитных колоний в виде сетки, что приводит к резкому снижению ударной вязкости стали и динамической прочности рельсов.

Другое важное направление - создание рельсов низкотемпературной надежности. Новая технология производства таких рельсов [103] позволила обеспечить безопасность движения при температурах минус 40°С и ниже. По данным служб пути на дорогах, расположенных в районах с суровыми климатическими условиями, одиночные изъятия по дефектам в 2,0-2,5 раза больше зимой, чем летом. Низкие температуры особенно неблагоприятно сказываются на развитии усталостных трещин в головке рельсов, уложенных на бесстыковом пути, а также на пластичности и вязкости, в результате чего возможно хрупкое разрушение рельса. Чтобы повысить низкотемпературную надежность рельсового металла, необходимо обеспечить формирование мелкозернистой структуры за счет образования карбонитридов ванадия, что возможно при достаточном количестве ванадия и азота в стали. Установлено, что гарантированное получение необходимой ударной вязкости рельсов низкотемпературной надежности обеспечивается при содержании азота 0,010 - 0,020 % и ванадия 0,07 - 0,08 %.

Благодаря оптимизации химического состава углеродистой рельсовой электростали и применению технологии карбонитридного упрочнения достигнуто значительное повышение эксплуатационной стойкости рельсов до уровня мировых стандартов, обеспечившее наработку более 1 млрд т брутто.

За последние годы в развитии транспорта России наметилось новое направление -строительство высокоскоростных железнодорожных магистралей. Необходимость создания рельсов новой категории стала очередным стимулом поиска перспективных технических решений, а также совершенствования существующих технологий. В частности, разработаны и запатентованы химический состав и технология производства рельсов из низколегированной стали Э76ХГФ [104]. Эти рельсы в горячекатаном состоянии имели удовлетворительное качество по неметаллическим включениям, макроструктуре, копровой прочности, механическим характеристикам, обезуглероженному слою и остаточным напряжениям. Обеспечение прямолинейности рельсов потребовало технических решений, направленных на улучшение режима правки, применение гибочных машин и подстуживания подошвы по всей длине рельса перед закалкой, а также на оптимизацию режимов закалки и отпуска. Это позволило наладить производство рельсов для скоростного совмещенного движения.

Как показывает практика, при эксплуатации на рельсах часто возникают термомеханические повреждения, вызванные структурными превращениями в стали. Вследствие проскальзывания колеса на поверхности качения головки рельса в зоне контакта протекают мгновенные структурные и фазовые изменения, сопровождающиеся образованием вторичной структуры (нетравящейся белой зоны), которая отличается высокой твердостью и хрупкостью. При моделировании процесса ударных нагрузок на образцах из стали с разным содержанием углерода и легирующих элементов выявили, что именно от химического состава стали зависит образование вторичных структур. Установлено, что сопротивление рельсов образованию дефектов термомеханического происхождения повышается с уменьшением содержания углерода в стали. В связи с этим еще одним перспективным направлением в развитии рельсового производства стало создание рельсов нового поколения - с бейнитной структурой. Формирование такой структуры с комплексом высоких механических свойств достигается рациональными концентрационными пределами легирующих элементов.

Проведенные лабораторные и промышленные эксперименты позволили разработать и запатентовать химические составы бейнитных рельсовых сталей [105,106]. Из серии плавок наибольший интерес представляла сталь, содержавшая (массовая доля, %): 0,32 С; 1,48 Мп; 1,21 Бц 1,0 Сг; 0,2 - 0,3 Мо; 0ДЗ V; 0,012 N. Опытные рельсы отличались комплексом повышенных свойств и удовлетворительной технологичностью, благодаря экономному легированию имели пониженную себестоимость и, что не менее важно, позволяли отказаться от экологически вредной технологии объемной закалки в масле.

В силу того, что развитие рельсового производства в направлении использования новых сталей не требует значительных капитальных вложений и реконструкции, оно в настоящим момент может быть признано приоритетным. Параллельно проводятся исследования по освоению в промышленном производстве прогрессивной технологии дифференцированной закалки рельсов. Это позволит обеспечивать железнодорожный транспорт рельсами, обладающими большими надежностью и ресурсом.

Таким образом, в качестве основных направлений развития производства рельсов в ОАО НКМК следует отметить следующие: применение износостойкой стали с увеличенным содержанием углерода (до 0,9 %) и микролегирующими добавками (0,070,8% V; 0,012 - 0,017 % N); выпуск высоконадежных рельсов для работы при низких климатических температурах из стали, содержащей 0,01 - 0,02 % N и 0,07 - 0,08 % V); применение стали бейнитного класса, отличающейся сбалансированным комплексом механических свойств, а также из низколегированной электростали для рельсов повышенной точности, предназначенных для высокоскоростных магистралей.

Качество рельсов ОАО «НКМК»

На ОАО «НКМК» технология производства рельсов в целом включает выплавку в электропечи, внепечную обработку, вакуумирование, разливку на машинах непрерывного литься, нагрев под прокатку в печах ПШБ, прокатку, правку в роликоправильной машине, термическую обработку (закалка в масле с отпуском) либо ее отсутствие, правку в роликоправильной машине.

Производятся рельсы следующего назначения и категорий:

1. Рельсы типа Р65 железнодорожные общего назначения изготовляют из углеродистой стали ( в среднем углерод 0,75 %) марки Э76Ф, которые подразделяются на категории H и Т1 по ГОСТ Р 51685-2000.

- Рельсы категории H характеризуются низкими показателями прочности (gb = 9901177 Н/мм2, от= 550-940 Н/мм2), пластичности (5 =5,5-11%, у = 6-18 %), ударной вязкости л л

KCU+20 с = Ю Дж/см ) и твердости (285-331 HB). Указанный уровень механических свойств обеспечивается перлитной структурой, которая формируется по сечению рельса после прокатки. Рельсы указанной категории эксплуатируются в основном на стрелочных переводах и метрополитенах.

- Рельсы категории Т1 характеризуются более высокими показателями прочности (ов = 1177-1373 Н/мм2, ах= 800-1030 Н/мм2), пластичности (Ô =8,0-17%, \|/ = 29-47 %), ударной л л вязкости (КСи+20 с = 25-60 Дж/см ) и твердости (341-401 НВ). Указанный уровень механических свойств обеспечивается тонкодисперсной перлитной структурой с незначительными участками феррита, которая достигается проведением упрочняющей термической обработки - объемной закалки в масле. Рельсы указанной категории широко эксплуатируются на подавляющем большинстве железных дорог России.

2. Рельсы железнодорожные специального назначения подразделяются:

- рельсы типа Р65 низкотемпературной надежности (НЭ) по ТУ 0921-118-011243282003, изготовляют из углеродистой стали (в среднем углерод 0,75%) марки Э76Ф, микролегированной ванадием (0,07 %) и азотом (0,012%). Рельсы низкотемпературной надежности имеют уровень механических свойств и твердости аналогичный рельсам категории Т1 и отличаются повышенным уровнем ударной вязкости при температуре

0 2 минус 600С (КСи.бо с = 25-60 Дж/см). Повышенный уровень низкотемпературной надежности наряду с достаточно высоким уровнем прочности, пластичности и твердости рельсов обеспечивается мелкозернистой тонкодисперсной перлитной структурой с незначительными участками феррита, которая достигается совокупным влиянием технологий - объемной закалки в масле и микролегирования стали ванадием и азотом. Рельсы низкотемпературной надежности не имеют аналогов за рубежом и предназначены для работы в районах с холодным климатом (Восточно-Сибирская, Забайкальская, Красноярская железные дороги).

- рельсы типа Р65 и Р65К повышенной износостойкости и контактной выносливости (ИЭ) по ТУ 0921-125-01124328-2003, изготовляют из высокоуглеродистой стали (в среднем углерод 0,90%) марки Э90АФ, микролегированной ванадием (0,08 %) и азотом (0,014%). Из-за содержания в стали углерода более 0,80 % указанные рельсы называются заэвтектоидными. Заэвтектоидные рельсы или рельсы повышенной износостойкости отличаются повышенным уровнем твердости (400-415 НВ) и прочности (ав = 1352-1400 Н/мм2, ат= 900-1111 Н/мм2). При этом у этих рельсов сохраняется достаточно высокий уровень пластичности (5 =11%, ц/ = 37 %), и ударной вязкости при положительных и отрицательных температурах (КСи+2о°с; -бо°с = 25-27 Дж/см2). Указанный комплекс свойств обеспечивается однородной мелкозернистой тонкодисперсной структурой перлита, полученной в результате объемной закалки в масле за счет увеличенного содержания углерода и микролегирования стали ванадием и азотом. Рельсы с указанным комплексом механических свойств характеризуются высокой износостойкостью и контактно-усталостной прочностью не имеют аналогов за рубежом. Такие рельсы в России эксплуатируются на грузонапряженных участках, в кривых участках малого радиуса (600 мм и менее) Восточно-Сибирской и Забайкальской железных дорог.

- рельсы типа Р65 для скоростного совмещенного движения по ТУ 0921-07601124328-2003, которые подразделяют на исполнение CCI и СС2.

Рельсы исполнения CCI изготовляют по технологии аналогичной для рельсов категории НЭ с дополнительными повышенными требованиями по прямолинейности.

Рельсы исполнения СС2 изготовляют по технологии аналогичной для рельсов категории Tic дополнительными повышенными требованиями по прямолинейности.

Рельсы исполнения CCI и СС2 предназначены для эксплуатации на скоростных совмещенных участков железнодорожного пути соответственно в районах с холодным климатом и европейской части России.

- рельсы типа Р65 из низколегированной хромистой стали для высокоскоростного движения по ТУ 0921-220-01124328-2006, которые подразделяют по классу прямолинейности и скрученности на исполнение СП, соответствующие требованиям для рельсов категории Т1 и исполнение ВС с повышенными требованиями.

Рельсы исполнения СП и ВС изготовляют из низколегированной хромистой стали марки Э76ХГФ. Рельсы СП и ВС характеризуются достаточно высоким уровнем твердости (352 HB) сопоставимым с твердостью рельсов категории Т1 и НЭ. При этом прочность (ав

О л 11 бОН/мм , ох= 740 Н/мм), пластичность (6 =10%, \|/ = 16%) и ударная вязкость (KCU+20 с = 17 Дж/см2) рельсов несколько превосходят рельсы категории Н. Указанный комплекс механических свойств обеспечивается перлитной структурой, достигаемой без термической обработки за счет легирования стали хромом.

Рельсы из низколегированной хромистой стали предназначены в основном для высокоскоростного пассажирского движения, где требуется повышенная прямолинейность рельса и его износостойкость.

- рельсы типа Р65 высокой прочности из бейнитной стали по ТУ 0921-167оп-01124323-2003 изготовляют из низколегированной стали марки 30ХГ2САФМ. Рельсы характеризуются прочностью (ав = 1265 Н/мм2, от= 1040 Н/мм2) и твердостью (338 HB) сопоставимыми с рельсами категории Т1. Отличительной особенностью рельсов из бейнитной стали является их высокий уровень пластичности (ô = 14,5%, \j/ = 48,5 %) и ударной вязкости (KCU+2o°c = 73 Дж/см2, KCU -бо°с - 28 Дж/см2). Указанный комплекс механических свойств обеспечивается бейнитной структурой, формируемой по сечению рельса в горячекатаном состоянии после отпуска, за счет легирования среднеуглеродистой стали хромом, марганцем и кремнием.

Область применения указанных рельсов в настоящее время не определена и требует дополнительных исследований и полигонных испытаний.

3. Рельсы железнодорожные типов Р50 и Р65 для метрополитена по ТУ 0921-15401124328-2003 изготавливают из углеродистой стали марки Э76Ф по технологии, аналогичной рельсам категории Н. Комплекс механических свойств рельсов для метрополитенов невысокий и типичен для рельсов категории Н. Из-за низкого уровня механических свойств и твердости характеризуются пониженной контактно-усталостной прочностью и износостойкостью.

Также рельсы изготавливают из низколегированной хромистой стали марки Э78ХСФ, отличающейся повышенной контактно-усталостной прочностью и износостойкостью за счет повышенного содержания в стали углерода и хрома. Уровень механических свойств этих опытных рельсов сопоставим с уровнем свойств рельсов для высокоскоростного движения из стали марки Э76ХГФ. В настоящее время рельсы из хромистой стали находятся на стадии разработок.

4. Рельсы остряковые ОР50, ОР65 по ГОСТ 9960 - 85 изготавливают из углеродистой стали (в среднем углерода 0,73 %) марки Э73В. По уровню механических свойств и структуре рельсы из этой стали сопоставимы с рельсами категории Н.

Также рельсы остряковые изготовляют из стали марки Э76ХСФ по ТУ 0921-03801124328-2007. По уровню механических свойств и структуре эти рельсы сопоставимы с рельсами для высокоскоростного движения из стали Э76ХГФ и метрополитена из стали Э78ХСФ, но отличающиеся более низким уровнем твердости, прочности и пластичности.

Рельсы остряковые применяют для изготовления стрелочных переводов.

5. Рельсы трамвайные желобчатые по ТУ 14-2Р-320-96 изготовляют из углеродистой стали марки Э76. По уровню механических свойств и структуре рельсы трамвайные соответствуют рельсам категории H и имеют невысокие значения прочности (ав = 940-1030 Н/мм2, ст= 540-620 Н/мм2), пластичности (8=6-9,5%, у = 11-17 %) и твердости (285-321 НВ).

6. Рельсы типа РП 50, РП65 железнодорожные для путей промышленного транспорта по ГОСТ Р 51045-97 и ТУ 14-2Р-409-2006. Рельсы изготовляют из углеродистой стали марок 76, 76Ф и Э85Ф. Технические требования к этим рельсам по всем характеристикам значительно ниже, чем к рельсам выше перечисленных категорий.

Как правило, на рельсы для путей промышленного транспорта переназначаются рельсы общего назначения категорий Т1 и H, а также специального назначения исполнений НЭ, ИЭ, CCI, СС2 не удовлетворяющие техническим требованиям соответствующего стандарта и технических условий.

За последние годы на комбинате проделана большая работа по модернизации действующих и вводу в эксплуатацию новых агрегатов, позволившая повысить общий технический уровень производства и создавшая дополнительные возможности для совершенствования технологии производства рельсов [107,108]. В хронологическом порядке выполнение наиболее значимых мероприятий выглядит следующим образом:

Пуск АКП № 1 - IV кв. 2004 г.

Реконструкция ДСП № 2 - I кв. 2005 г.

Перевод печей ТООЗ РБЦ на природный газ - II кв. 2005 г.

Пуск ШПБ РБЦ - I кв. 2006 г.

Пуск АКП № 2 - II кв. 2006 г.

Пуск установки "разделения воздуха -1 кв. 2007 г.

Окончание монтажа и пуск - II кв. 2008 г.

Нужно отметить, что реализованные мероприятия не только способствовали созданию условий для повышения качества продукции, но являются необходимым условием эффективности дальнейших работ по совершенствованию технологии рельсового производства, начиная с первого этапа реконструкции РБЦ. Результаты производства рельсов Р65, как наиболее массового вида продукции для ОАО «РЖД», представлены в таблице (Таблица 30), из которой следует, что объем производства в 2007-2008гг. изменился незначительно, как и такие качественные показатели как выход рельсов категории Н длиной 25 м и выход термоупрочненных рельсов категории Т1. Следует отметить как положительный момент заметный рост объема производства в 2008г. рельсов низкотемпературной надежности и рельсов для скоростного совмещенного движения. Вместе с тем данные 2009 года показывают существенное уменьшение объема производства рельсов.

Заключение

1. Проведено комплексное исследование по совершенствованию технологии прокатки рельсов в черновой и чистовой клетях рельсобалочного стана, обеспечивающей повышение качества, уровня потребительских свойств рельсов и производительности стана, а также разработке и промышленному опробованию новых марок рельсовых сталей специального назначения.

2. На базе анализа и обобщения опыта производства качественной металлопродукции разработана комплексная методика операционных улучшений металлургического процесса производства рельсов для повышения эффективности технологических режимов и параметров оборудования. Показано, что в условиях устойчивой современной электросталеплавильной технологии ключевым процессом является прокатное производство, как замыкающий металлургический передел, обеспечивающий получение заданных профиля, формы, прямолинейности, длины и качества готовых рельсов.

3. На основе математической модели для определения энергосиловых параметров и температуры в реверсивной клети «дуо» рельсобалочного стана проведен анализ процесса прокатки рельсов при различных температурах и выданы рекомендации по снижению температуры деформации в клети «900» до 1070°С взамен 1200°С, при сокращении цикла перемещения балки ПШБ с 54 до 51 сек и увеличению производительности на 100 тыс.т./год.

4. Разработаны способ упрочнения электродуговой закалкой и рассчитана новая форма чистового калибра рельсобалочного стана, позволяющая обеспечить снижение расхода валков на 0,2 кг/т, стабильность размера профиля рельса, его симметричности, снижение веса погонного метра рельса на 0,3 кг.

5. Разработаны технологические режимы выплавки рельсовой стали в электропечах, обеспечивающие повышение комплекса физико-механических свойств стали, уменьшение загрязненности неметаллическими включениями и газами, снижение массовой доли остаточных элементов, снижение отбраковки металла по поверхностным дефектам на 0,7%, повышение серийности разливки в среднем на 0,5 плавки. Разработана и внедрена автоматизированная система регулирования уровня металла в кристаллизаторе, обеспечивающая повышение стабильности процесса разливки и исключение аномалий качества слитка.

6. Проведено исследование структуры, механических свойств и сопротивления разрушению, в том числе при испытаниях полнопрофильных рельсовых проб, рельсов из HJI3 стали Э76Ф, мартеновской стали и рельсов зарубежного производства. По загрязненности неметаллическими включениями рельсы из HJI3 электростали значительно чище, чем рельсы из мартеновской стали, находясь на уровне лучших зарубежных аналогов. Механические свойства рельсов из НЛЗ электростали обладают высокой однородностью свойств по начальным и конечным заготовкам по ходу непрерывной разливки и по сечению рельса.

7. Разработаны составы и освоены технологии производства новых рельсовых сталей повышенной эксплуатационной стойкости:

- заэвтектоидная рельсовая сталь с повышенным содержанием углерода до 0,90%, твердость рельсов из которой достигает 400-415 НВ, а износостойкость на 30% выше, чем стандартных рельсов; микролегированная ванадием и азотом рельсовая сталь повышенной низкотемпературной надежности, хладостойкость которой в 1,5.2,0 раза выше, чем

О П стандартных рельсов и составляет КСи = 25-60 Дж/см при -60 С.

8. Разработана и опробована комплексная технология выплавки, внепечной обработки, непрерывной разливки и прокатки рельсов из низколегированной стали типа Э75ХГФ и проведено исследование качества, уровня механических свойств и сопротивления разрушению, в том числе, при стендовых испытаниях полнопрофильных рельсовых проб в сопоставлении с рельсами других способов производства. Уровень прочности и пластичности горячекатаных рельсов из низколегированной стали близок к свойствам термообработанных рельсов из углеродистой стали и удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 51685 для объемнозакаленных рельсов; хладостойкость и трещиностойкость рельсов из низколегированной стали в горячекатаном состоянии находится на уровне термообработанных рельсов из углеродистой стали - вязкость разрушения К1с для тех и других рельсов равна 73 МПа. Предел выносливости при стендовых циклических испытаниях полнопрофильных рельсов из новой стали выше, чем для объемнозакаленных рельсов из углеродистой стали.

Суммарный экономический эффект от внедрения разработок составил более 150млн. рублей.

1.Х. Основные направления развития производства рельсов в ОАО "НКМК" / А.Б. Юрьев, Н.Х. Мухатдинов, H.A. Козырев, Л.В.Корнева // Сталь. - 2010. -№ 1.-С. 99-100

2. Мухатдинов Н.Х. Рынок диктует свои требования / Н.Х. Мухатдинов // Сталь 2000. -№ 7. С. 70 - 72.

3. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов.- 4-е изд.-М.: «Машиностроение», 1977.

4. Суворов И.К. Обработка металлов давлением: Учебник для вузов.-3-e изд.-М.: Высш. школа, 1980

5. А.Б. Добужская, A.A. Дерябин, В.И. Сырейщикова. Исследование неметаллических включений в рельсах и очагах контактно-усталостных дефектов. Сб. науч. тр. «Неметаллические включения в рельсовой стали». Екатеринбург. ГНЦ РФ ОАО «УИМ» 2005. С 41-58.

6. Гриншпон A.C. 2, Иванов Б.С.1, Комков H.A. 1, Мухатдинов Н.Х.,1 Филиппов Г.А. Металлургические аспекты повышения качества и эксплуатационной надежности колесной стали.

7. К.В. Григорович, A.C. Трушникова, A.M. Арсенкин, С.С. Шибаев, А.К. Гарбер. Исследование структуры и металлургического качества рельсовых сталей разных производителей. Металлы. 2006. № 5. С. 1-16.

8. A.B. Великанов, В.А. Рейхарт, И.С. Баулин и др. Вестник ВНИИЖТ 1978. № 8 С. 50-58.

9. А.Б. Куслицкий, В.Л. Мезенцев, Г.В. Карпенко. О влиянии неметаллических включений на механизм возникновения трещин и усталости. Доклады Академии наук СССР. 1969 г. Том 187. № 1. С. 79.

10. Н.А. Фомин, В.Н. Ворожищев и др. Производство рельсовой стали повышенной чистоты. Сталь. № 3. 1991 г. С. 27-30.

11. М. Георгиев. Трещиностойкость железнодорожных рельсов, «Мастер-Флаг», г. Кемерово. 2006 г. 211 с.

12. И.С. Баулин, Е.А. Шур. Контактно-усталостные повреждения головок рельсов. Труды ЦНИИ МПС. 1966 г. Вып. 314. С. 90-102.

13. И.А. Рыбьев, Е.П. Казепова и др. Материаловедение в строительстве. Москва. Академия. 2006 г. 120 с

14. Ф. Мэттьюз, Р. Роллингс. Мир материалов и технологий. Композитные материалы. Механика и технология. Техносфера. Москва. 2004 г. 406 с.

15. Паршин В.М., Чертов А.Д. Управление качеством непрерывнолитой заготовки // Сталь. 2005. № 1.С. 20-29.

16. Чертов А.Д., Довлядов И.В. Применение интеллектуальных технологий в черной металлургии. Сб. научн. тр. «И.П. Бардин и металлургическая наука» // М.: Металлургиздат, 2003, с.22-36.

17. Паршин В. М., Чертов А.Д. Интеллектуальные системы управления качеством непрерывнолитой заготовки // Сталь. 2005. № 2. С. 37 43.

18. Курицин A.H. Секреты эффективной работы: опыт США и Японии для предпринимателей и менеджеров. М.: изд-во Стандартов, 1994.

19. Как работает японское предприятие. Под ред. Мондена Я., Сибакавы Р., Такаянаги С., Нагао Т. М.; Экономика, 1989.

20. Лапидус В.А. Звезды качества, Стандарты и Качество. — 1997, №7, с. 47-53.

21. Ильенкова С.Д., Гохберг Л.М., Ягудин С.Ю. и др. Инновационный менеджмент. Учебник.- М.; Изд. "Банки и биржи", ЮНИТИ, 1997 г.

22. А. Фейгенбаум. Контроль качества продукции. М.,1994.

23. Швец В.Е. "Менеджмент качества" в системе современного менеджмента. Стандарты и качество, 1997, №6, с. 48.

24. Статистические методы повышения качества. Под ред. Хитсон Кумэ М.; Финансы и статистика, 1990.

25. Система качества. Сборник нормативно-методических документов. М.: изд-во Стандартов, 1992.

26. Мердок Дж. Контрольные карты. М: Финансы и статистика, 1986.

27. Статистические методы повышения качества / Под ред. Хитоси Кумэ- М.: Финансы и Статистика, 1990.

28. М.Г. Круглов, С.К. Сергеев, В.А. Такташов и др. Менеджмент систем качества: Учеб. пособие. //-М.: ИПК Издательство стандартов, 1997. 368 с.

29. TQM XXI. Проблемы, опыт, перспективы. Выпуск 1. Академия проблем качества России. АО "ТКБ Интерсифика", 1997.

30. Коэн Дэн С. Суть перемен: путеводитель. Инструменты и тактика руководства преобразованиями в компании: Пер. с англ. М.: Олимп-Бизнес, 2007.

31. Лаштдуо В.А. Статистические методы, всеобщее управление качеством, сертификация. Стандарты и качество. 1996, №4, с. 68-70.

32. Катер Джон П. Впереди перемен: Пер. с англ. М.: Олимп-Бизнес, 2007.

33. Зорин Ю.В., Ярыгин В.Т. Качество технологической документации при подготовке предприятий к сертификации. Стандарты и Качество. — 1996, 95.

34. Баканов М.И., Шеремет А.Д. Теория экономического анализа- М.; Финансы и статистика, 1996 г.

35. Ясухиро Моиден. Система менеджмента Toyota: Пер. с англ. М.: Институт комплексных стратегических исследований, 2007.

36. Хаммер М., Чампи Дж. Реинжиниринг корпорации: манифест революции в бизнесе. СПб.: Изд. С.-Петерб. универс., 1997.

37. Паиде П. Что такое «шесть сигм»? Революционный метод управления качеством / П. Паиде, Л. Холл; Пер. с англ. 3-е изд. - М.: Альпина Бизнес Букс, 2006.

38. Организация энергосбережения (энергоменеджмент). Решения ЗСМК-НКМК-НТМК-ЕВРАЗ: учеб, пособие / под ред. В.В. Кондратьева. М.: ИНФРА-М, 2010. - 108 с. +

39. СО-К. (Управление производством). Авторы разработки решений, представленных в издании: Н.Х. Мухатдинов и др..

40. Голоктеев К., Матвеев И. Управление производством, инструменты которые работают. СПб.:Питер, 2008.

41. Абдикеев Н.М., Данько Т.П., Ильдеменов С.В., Киселев А.Д. Реинжиниринг бизнес-процессов. М.: Эксмо, 2005.

42. Слак Найджел, Чемберс Стюарт, Джонстон Роберт. Организация, планирование и проектирование производства. Операционный менеджмент: Пер. с 5-го англ. изд. М.: ИНФРА-М, 2009.

43. Точно вовремя: Пер. с англ. Just-in-Time for Operators (1998 Published by Productivity Press). 2-е изд., перераб. - M.: Институт стратегических исследований, 2008.48 7 нот менеджмента. Лучшая практика управления. М.: Эксперт РА, 2008.

44. Кондратьев В.В. Проектируем корпоративную архитектуру. Навигатор для профессионала. 2-е изд., доп. - М.: Эксмо, 2007.

45. Кайдзен: Пер. с англ. Kaizen for the shopfloor (2002 Published by Productivity Press) -M.: Институт стратегических исследований, 2007.

46. Стандартизированная работа для рабочих: Пер. с англ. Standard work for the shopfloor (1998 by Productivity Press). M.: Институт стратегических исследований, 2008.

47. Кондратьев B.B., Кузнецов M.H. Показываем бизнес-процессы. Навигатор для профессионала. 2-е изд., доп. - М.: Эксмо, 2009.

48. Производство без потерь: Пер. с англ. Identifying waste on the shopfloor (2003 by Productivity Press). M.: Институт комплексных стратегических исследований, 2007.

49. Канбан /Пер. с англ. 2-е изд., перераб. М.: Институт комплексных стратегических исследований, 2007.

50. Общая эффективность оборудования: Пер. с англ. ОЕЕ for operators: overall equipment effectiveness (1999 by Productivity Press). M.: Институт комплексных стратегических исследований, 2007.

51. Мухатдинов Н.Х. Техническое обслуживание и ремонты оборудования. Решения НКМК-НТМК-ЕВРАЗ: учеб. пособие / под ред. В.В. Кондратьева, Н.Х. Мухатдинова, А.Б. Юрьева. М.: ИНФРА-М, 2010. - 128 с. + СО-К. - (Управление производством).

52. Операционные улучшения. Решения системы НТМК-ЕВРАЗ : учеб, пособие / под ред. В.В. Кондратьева, A.B. Кушнарева. М.: ИНФРА-М, 2010. - 96 с. + СО-К. -(Управление производством). Материал к печати подготовили : Н.Х. Мухатдинов и.др..

53. У. Свейковски «Производство рельсов высокого качества с использованием компактных универсальных клетей и технологии RailCool» Металлургическое производство и технология, №2/2006, стр. 50 - 56.

54. В.В. Шалаев и др. «Совершенствование технологии и оборудования в сортопрокатном цехе» Свердловск, 1963, стр. 28 — 29.

55. Никитин Г.С. «Теория непрерывной продольной прокатки» Москва, Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009

56. Г.С. Никитин, A.A. Восканьянц, К.А. Крюков «Расчет энергосиловых параметров при горячей прокатке в непрерывной группе сортового стана».

57. М.А. Голенков, А.Г.Зинягин «Методика расчета времени охлаждения проката и размеров холодильников прокатных станов» // Заготовительные производства в машиностроении. 2008. №11. С. 38-43.

58. А.Ю.Абдурашитов. О разработке рельса с улучшенным профилем. В сб. научных докладов.- Новокузнецк: ОАО ВНИИЖТ, 2010, 21с : ил.

59. Патент РФ 2009133573, Способ прокатки рельсов типа Р50, Юрьев А. Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Закаулов Е.Г., Мезенцев А. В. Кожеурова JI. Т., Горбунова Е.А., Корнева JI. В., Сапелкин О.И.

60. Патент РФ 2130348, МПК В21В27/03, Составной прокатный валок. ОАО Челябинский металлургический комбинат "Мечел" // № 97110025; заявл. 20.06.1997; опубл.20.05.1999;

61. Патент РФ 2009133555, Способ поверхностного упрочнения прокатных валков, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Закаулов Е.Г., Мезенцев А. В., Корнева J1.B.

62. Патент РФ 2009136797, Способ закалки деталей, Юрьев А. Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Тарасова Г.Н., Корнева JL В., Закаулов Е.Г., Мезенцев A.B.

63. Патент РФ 2009125063, Способ выплавки стали, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Кузнецов Е.П., Бойков Д. В., Тяпкин Е.С.

64. K.B. Григорович, С.С. Шибаев. Влияние технологии выплавки на чистоту рельсовой стали по неметаллическим включениям. Сб. науч. тр «Неметаллические включения в рельсовой стали». Екатеринбург. ГНЦ РФ ОАО «УИМ». 2005.С. 74-86.

65. Патент РФ 2010112169. Способ выплавки рельсовой стали, Александров И. В., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Бойков Д. В., Кузнецов Е.П., Захарова Т.П.

66. Патент РФ 2010107826, Способ выплавки рельсовой стали, Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Тверской А.Б., Бойков Д. В., Лемешевский Д. С., Ботнев К.Е.

67. Гриншпон A.C. Иванов Б.С., Комков H.A., Мухатдинов Н.Х., Филиппов Г.А. Металлургические аспекты повышения качества и эксплуатационной надежности высокоуглеродистой стали // Сб. трудов. Магнитогорск, 2010 г.

68. Патент РФ 2010107828, Шлакообразующая смесь для промежуточного ковша, Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Ботнев К.Е., Бойков Д. В., Токарев A.B.

69. Патент РФ 2010102265, Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали, Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Бойков Д. В., Токарев A.B., Кузнецов Е.П., Корнева Л. В., Сапаев Н.М.

70. Заявка № 2008115575, Система регулирования уровня металла в кристаллизаторе, Мухатдинов Н.Х., Данилин Ю.А., Виноградов С., Мухранов Н.В., Прохоров А.П., Пилипенко В.Ф.

71. Патент RUN 2038178, В 21 В 39/18, 39/34

72. Целиков А.И., Полухин П.И. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. М.: Металлургия, т. 3,1981 г., с.304

73. Устройство для перемещения проката: патент 2129928. Россия. В21В 39/00//РЖ Металлургия. -1999. №10 - Д34П.

74. Патент РФ 2129928, МПК В21В39/00, Устройство для перемещения проката. Дубинский Ф.С.; Дукмасов В.Г.; Мухатдинов Н.Х.; Поздеев П.А. // № 98105064; заявл.03.03.1998; опубл. 10.05.1999;

75. Металлургические печи. Атлас. М., Металлургия, 1987

76. Тайц Н.Ю., Розенгард Ю.И. Методические нагревательные печи, 1964, с.257-265

77. А.с.№1683383, F27B 9/30, опубл. 10.10.1996

78. Патент №2114185, С21Д 9/00, F27B 13/00, опубл. 27.06.1998, БИ №18

79. Заявка № 2008115562, Нагревательная печь с шагающим подом, Мухатдинов Н.Х., Зудов А.Ф., Бородин В.В., Злоказов C.B.

80. Патент РФ 2009129777, Способ калибровки дублирующих косорасположенных калибров, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Дорофеев В. В., Каретников А.Ю., Дорофеев С.В., Лапченко A.B., Сапелкин О.И.

81. Мухатдинов Н.Х. К вопросу повышения надежности сварного стыка объемно-закаленных рельсов из электростали / А.Б. Юрьев, Н.Х. Мухатдинов, H.A. Козырев, Л.В. Корнева, А.Л. Никулина// Сталь. 2010. - № 2. - С. 72 - 78.

82. Пат. 2259416 РФ, МПК С 22 С 38/24, 38/28, 38/46, 38/50. Рельсовая сталь / Ворожищев В. И., Павлов В. В., Девяткин Ю. Д. и др. № 2003124407/02 ; заявл. 04.08.2003; опубл. 27.08.2005, Бюл. № 24.

83. Пат. 2254380 РФ, МПК С 21 С 7/00, 5/52. Способ получения рельсовой стали / Павлов В. В., Козырев Н. А., Годик Л. А. и др. № 2003136328/02 ; заявл. 15.12.03 ; опубл. 20.06.05, Бюл. № 17 (II ч.).

84. Пат. 2291221 РФ, МПК С 22 С 38/46. Рельсовая сталь / Павлов В. В., Девяткин Ю. Д., Козырев Н. А. и др. -№ 20051136 заявл. 04.05.2005 ; опубл. 10.01.2007, Бюл. № 1.

85. Патент РФ 2009149721, Рельсовая сталь, Мохов Г.В., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Корнева Л. В., Могильный В. В., Никулина А.Л., Бойков Д. В.

86. Патент РФ 2009136798, Сталь, Юрьев А. Б., Мухатдинов Н.Х., Атконова О.П., Корнева Л. В., Козырев H.A. Прокопьева Т.В.

87. Патент РФ 2009129786, Рельсовая сталь, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Степашин

88. A.M., Козырев H.A., Корнева Л. В., Атконова О.П.

89. Патент РФ 2009125070, Сталь, Юрьев А. Б., Мухатдинов Н.Х., Атконова О.П., Козырев H.A., Корнева Л. В.

90. Патент РФ 2009136799, Сталь, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Корнева Л. В., Атконова О. П.

91. Патент РФ 2009129781, Рельсовая сталь, Юрьев А.Б., Мухатдинов Н.Х., Козырев H.A., Корнева Л. В., Никулина А.Л.

92. Пат. 2259418 РФ, МПК С 22 С 38/48. Рельсовая сталь / Ворожищев В.И., Павлов

93. B.В., Девяткин Ю.Д. и др. 2003124408/02; заявл. 04.08.2003; опубл. 27.08.2005, Бюл. №24.

94. Пат. 2241779 РФ, МПК С 22 С 38/54, 38/58. Рельсовая сталь/ Ворожищев В. И., Павлов В. В., Шур Е. А. и др. № 2003124404 02 ; заявл. 04.08.03 ; опубл. 10.12.2004, Бюл. № 34 (IV ч).

95. Патент РФ 2009142169, Способ маркировки, Мохов Г.В., Мухатдинов Н.Х., Закаулов Е.Г., Мезенцев A.B., Корнева JI. В.

96. Мухатдинов Н.Х, Основные направления развития производства рельсов в ОАО "НКМК" / А.Б. Юрьев, Н.Х. Мухатдинов, H.A. Козырев, Л.В.Корнева // Сталь. 2010. -№ 1.-С. 99-100

97. Пат. 2259416 РФ, МПК С 22 С 38/24, 38/28, 38/46, 38/50. Рельсовая сталь / Ворожищев В. И., Павлов В. В., Девяткин Ю. Д. и др. № 2003124407/02 ; заявл. 04.08.2003 ; опубл. 27.08.2005, Бюл. № 24.

98. Пат. 2254380 РФ, МПК С 21 С 7/00, 5/52. Способ получения рельсовой стали / Павлов В. В., Козырев Н. А., Годик Л. А. и др. № 2003136328/02 ; заявл. 15.12.03 ; опубл. 20.06.05, Бюл. № 17 (И ч.).

99. Пат. 2291221 РФ, МПК С 22 С 38/46. Рельсовая сталь / Павлов В. В., Девяткин Ю. Д., Козырев Н. А. и др. № 20051136 заявл. 04.05.2005 ; опубл. 10.01.2007, Бюл. № 1.

100. Пат. 2259418 РФ, МПК С 22 С 38/48. Рельсовая сталь / Ворожищев В. И., Павлов В. В., Девяткин Ю. Д. и др. 2003124408/02 ; заявл. 04.08.2003 ; опубл. 27.08.2005, Бюл. №24

101. Пат. 2241779 РФ, МПК С 22 С 38/54, 38/58. Рельсовая сталь/ Ворожищев В. И., Павлов В. В., Шур Е. А. и др. № 2003124404 02 ; заявл. 04.08.03 ; опубл. 10.12.2004, Бюл. № 34 (IV ч).

102. Мухатдинов Н.Х Результаты производства и качество рельсов ОАО "НКМК" / В.В. Могильный, Н.Х. Мухатдинов, H.A. Козырев // Промышленный транспорт XXI BeKa.2009.-N4.-C. 40-43.

103. Ю.П. Снитко, К.В. Григорович, Е.А. Шур. Влияние неметаллических включений на усталостные свойства рельсов. Материалы юбилейной рельсовой комиссии. 2002. Новокузнецк. С. 257-263.

104. К.В.Григорович, А.М.Арсенкин, А.С.Трушникова и др. Неметаллические включения: оценка и прогноз эксплуатационной стойкости рельсов. Сб. науч. тр.

105. Неметаллические включения в рельсовой стали». Екатеринбург. ГНЦ РФ ОАО «УИМ». 2005. С. 102-115.