автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Совершенствование технологии и разработка новых способов прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки

^а правах рукописи

и«-»--'

ДОРОФЕЕВ СЕРГЕИ Е ЙАДИМИРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И РАЗРАБОТКА НОВЫХ СПОСОБОВ

ПРОКАТКИ РЕЛЬСОВ ИЗ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ

Специальность 05.16.05 - Обработка металлов давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

~ 3 ЛЕН 2009

Новокузнецк, 2009

003486688

Работа выполнена на кафедре «Технология и автоматизация кузнеч-но-штамповочного производства» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет» (СибГИУ), г. Новокузнецк.

Научный руководитель: доктор технических наук

ЮРЬЕВ Алексей Борисович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент БАЗАЙКИН Владимир Ильич

кандидат технических наук, доцент ЖУРАВЛЕВ Борис Константинович

Ведущая организация:

ОАО «Уральский институт металлов», г. Екатеринбург

Защита состоится «16» декабря 2009 г. в 12.00 часов в аудитории Зп на заседании диссертационного совета Д212.252.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет» по адресу: 654007, г. Новокузнецк Кемеровской области, ул. Кирова 42, ГОУ ВПО «СибГИУ» Факс: (3843) 465792; e-mail: kafkshp@sibsiu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет».

Автореферат разослан «16» ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д212.252.01, д.т.н., профессор ''/iyQ^j/ Нохрина О.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Надежная работа железных дорог Российской Федерации во многом связана с качеством и эксплуатационной стойкостью одного из основных элементов железнодорожного пути -рельсов. Широкий спектр требований, предъявляемых к железнодорожным рельсам в связи с увеличением интенсивности движения поездов, их скоростей и осевых нагрузок, требует совершенствования технологических процессов и внедрения новых технологий при производстве рельсов, обеспечивающих требуемые свойства и параметры профиля.

В настоящее время рельсовая сталь на ОАО «НКМК» выплавляется с использованием современных технологий, включающих плавку стали в дуговых электропечах и разливку на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Более широкие технологические возможности электросталеплавильных печей позволяют организовать производство рельсов улучшенного металлургического качества, в том числе предназначенных для эксплуатации в особо сложных условиях.

Большую роль в повышении качества и эксплуатационной стойкости железнодорожных рельсов играет прокатное производство. Оптимизация прокатки рельсов осуществляется внедрением эффективных технологических режимов прокатки с использованием теоретически обоснованных с применением моделирования технологий, применением технически совершенного оборудования. Прокатка высококачественных рельсов предусматривает точное выполнение профиля рельса, соблюдение заданных размеров и допусков на них, обеспечение необходимых прочностных свойств и макроструктуры, получение качественной поверхности. Кроме этого, тенденции развития технологии производства железнодорожных рельсов предполагают получение высокопрочных рельсов повышенной прямолинейности, особенно по концам рельса.

Однако структурные особенности непрерывнолитой заготовки предполагают изучение целого комплекса вопросов при ее использовании для производства рельсов.

Также необходимо отметить, что, несмотря на многочисленные меры, принимаемые для снижения концевой кривизны рельсов, эффективность их реализации явно недостаточна ввиду скрытого влияния ряда неучтенных факторов.

Таким образом, исследование формоизменения металла при прокатке, анализ калибровки, разработка и внедрение технологии прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки, а также установление физических и технологических факторов искривления рельсов в процессе прокатки является актуальной задачей, как в научном, так и в практическом плане.

Цель работы. Разработка и внедрение технологии прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки, обеспечивающей существенное повышение их качества, установление причин образования концевой кривизны рельсов после прокатки и способы их устранения.

Основные задачи.

1. Путем анализа полей скоростей течения металла при деформации в чистовом рельсовом калибре оптимизировать его положение в валках по силовым условиям.

2. Исследовать деформированное состояние металла при двусторонней и односторонней разрезке применительно к прокатке рельсов. Провести исследование формоизменения осевой пористости и центральной ликвации в процессе прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки.

3. Исследовать энергосиловые параметры и изменения макроструктуры непрерывнолитой заготовки при прокатке рельсов в черновых калибрах.

4. На основании проведенных исследований разработать и внедрить новую технологию прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки.

5. Исследовать причины образования концевой кривизны рельсов при прокатке и разработать способы по ее устранению.

Методы выполнения работы. Обобщение отечественного и зарубежного опыта модернизации технологии прокатки железнодорожных рельсов; решение задач по теоретической оценке мощности деформации металла в чистовых рельсовых калибрах в зависимости от их расположения в валках на основе кинематически возможного поля скоростей; расчет остаточных напряжений по уравнениям, позволяющим оценить значения нормальных напряжений в рельсах после прокатки; лабораторные исследования формоизменения металла в калибрах; промышленные исследования энергосиловых параметров и влияние степени деформации на макроструктуру непрерывнолитой заготовки при прокатке рельсов в черновых калибрах; статические методы обработки данных.

Научная новизна.

1. Получены новые научные знания энергетических характеристик деформирования металла в чистовом двухвалковом рельсовом калибре в зависимости от его наклона в валках путем анализа полей скоростей течения металла.

2. Получены графики распределения высотной и поперечной деформации по сечению металла в ящичных и трапецеидальных калибрах применительно к прокатке рельсов Р65 с предварительной разрезкой заготовки в системе черновых калибров. Получены закономерности формоизменения осевой пористости в процессе прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки.

3. Методом ультразвукового контроля исследовано изменение макроструктуры непрерывнолитой рельсовой заготовки при прокатке в черновых калибрах.

4. Разработаны методики определения размеров разрезных ручьев в черновых калибрах и размеров элементов чистового калибра для прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки.

5. Методом расчета получена сравнительная оценка остаточных напряжений, действующих в рельсах после прокатки в чистовом двухвалковом и чистовом универсальном калибрах.

Достоверность результатов и выводы. Анализ деформации металла при прокатке рельсов базируется на фундаментальных положениях теории пластичности и подтверждается экспериментальными исследованиями и практическим внедрением в производство.

Практическая значимость.

1. Разработаны два новых способа прокатки рельсов из непрерывно-литой заготовки в черновых калибрах.

2. Разработан новый способ калибровки чистового рельсового калибра.

3. Разработана новая калибровка для прокатки железнодорожных рельсов из непрерывнолитой заготовки с уменьшенным уширением в рельсовых калибрах.

4. Разработана новая технология прокатки рельсов с использованием универсальных калибров.

Реализация результатов работы в промышленности. Новые усовершенствования прокатки железнодорожных рельсов из непрерывнолитой заготовки, разработанные по результатам проведенных исследований, внедрены на Новокузнецком металлургическом комбинате с годовой эффективностью 23,4 млн. руб./год.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту.

1. Оптимизация процесса прокатки рельсов в чистовом рельсовом двухвалковом калибре по силовым условиям путем анализа полей скоростей течения металла.

2. Исследование деформированного состояния металла при двусторонней и односторонней разрезке применительно к прокатке рельсов. Исследование формоизменения осевой пористости и центральной ликвации в процессе прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки.

3. Энергосиловые параметры при прокатке литых и катаных заготовок, изменения макроструктуры непрерывнолитой заготовки при прокатке рельсов в черновых калибрах.

Разработка новой технологии прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки.

4. Исследование причин образования концевой кривизны рельсов. Новая технология прокатки рельсов с использованием трехвалкового предчистового и четырехвалкового чистового универсальных калибров.

Личный вклад автора состоит в постановке и анализе решения задачи, оптимизации процесса прокатки рельсов на основе полей скоростей течения металла, в сравнительной оценке величин остаточных напряжений в рельсах после прокатки, в разработке новых способов прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки, проведении лабораторных экспериментов по исследованию формоизменения металла при деформации в калибрах, во внедрении результатов в производство.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на Ш-ем (г. Липецк, 1999 г.) и ГУ-ом (г. Магнитогорск, 2001 г.) Конгрессах прокатчиков; на заседании рельсовой комиссии (г. Новокузнецк, 1999 - 2002 г.); на международном семинаре по обработке металлов давлением СибГИУ (г. Новокузнецк, 2001 - 2002 г.); межрегиональной конференции «Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов» (г. Новокузнецк, 2001 г.); Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодость: проблемы, поиски, решения» (г. Новокузнецк, 2008 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: технологии, управление, инновации, качество» (г. Новокузнецк, 2008 г.).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 7 научных работах, в том числе в 2 статьях в изданиях, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК для опубликования результатов докторских и кандидатских диссертаций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложения.

Работа изложена на 194 страницах, содержит 70 рисунков, 31 таблицу, список используемой литературы из 133 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертационной работе обоснована актуальность проведенного исследования, и дано краткое описание содержания глав диссертации.

1 Состояние вопроса и постановка задач исследования

В первой главе приведены обзор и способы прокатки рельсов. Приведены работы по исследованию деформации металла в калибрах, ис-

пользуемых при прокатке рельсов: ящичных, трапецеидальных и рельсовых.

Дан анализ теоретических исследований процессов пластической деформации на основе полей скоростей формоизменения металла.

Первые исследования процессов обработки металлов давлением на основе полей скоростей связаны с работами Шилда Р.Т., Друкера Д.С., Ходжа Р.Г., Хилла Р., Грина А.Р.. В последующем, этот подход получил название метода верхней оценки и использовался в работах отечественных и зарубежных авторов: Алюшина Ю.А., Томлёнова А.Д., Тарновско-го И .Я., Степанского Л.Г., Томсена Э., Янга Ч., Кобяши Ш., Кудо X., Джонсона В..

Одним из эффективных путей улучшения качества прокатки является производство его из непрерывнолитых заготовок. В настоящее время хорошо изучены такие важные вопросы как минимальное обжатие не-прерывнолитой заготовки для получения качественного проката, а также энергосиловые параметры прокатки фасонных профилей из литых заготовок.

Однако значительных исследований прокатки рельсов из непрерыв-нолитой заготовки в направлении изучения влияния схем калибровок, формы калибров, режимов обжатий заготовок в черновых калибрах на трансформацию осевой пористости в процессе деформации металла в калибрах не проводилось.

Известно, что главным при прокатке рельсов из непрерывнолитой заготовки является недопущение попадания осевой рыхлости и ликваци-онной зоны заготовки в головку и подошву рельса. Это связано с тем, что осевая ликвация и рыхлость в головке рельса являются концентраторами напряжений, которые возникают в процессе эксплуатации при циклических нагрузках рельса. В результате этого рельс преждевременно выходит из строя из-за недостаточной контактно-усталостной прочности металла. Дальнейшее совершенствование технологии прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки связано с повышением качества рельсов за счет увеличения смещения ликвационной зоны и осевой рыхлости заготовки в шейку рельса.

Анализ опубликованных работ показал, что одним из основных технологических факторов, определяющим прямолинейность рельсов, является режим прокатки. Искривление - результат упруго-пластических деформаций и вызывается несколькими условиями, одно из которых -неравномерность распределения пластической деформации при обработке металлов давлением и возникновением при этом остаточных напряжений.

Исследованию процессов формирования остаточного напряженно-деформированного состояния посвящено большое число работ: Полухи-

на П.И., Скороходова А.Н., Поздеева А.А., Няшина Ю.И., Давиденкова Н.Н..

Применяемая на отечественных заводах технология прокатки рельсов в двухвалковых калибрах устарела и характеризуется рядом недостатков, основным из которых является большая неравномерность и раз-номерность деформации по элементам профиля. Устранение недостатков, присущих прокатке рельсов в двухвалковых калибрах, возможно при проведении прокатки рельсов в универсальных клетях.

По результатам обзора сделаны следующие выводы:

1. Прокатка рельсов на различных заводах проводится по технологии, имеющей две стадии формоизменения, которые включают формирование из прямоугольной полосы таврового профиля в подготовительных калибрах и окончательное формирование готового рельса в рельсовых калибрах. При этом форма и оптимальные параметры трапецеидальных и рельсовых калибров значительно различаются.

2. Деформированное состояние металла при прокатке рельсов изучено только на рельсах Р50 при прокатке их в ящичных и трапецеидальных калибрах, а также в тавровых и рельсовых калибрах при прокатке рельсов Р43 только из катаных заготовок.

3. Особенности прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки малоизученны.

4. Развитие технологии производства железнодорожных рельсов включает получение высокопрочных рельсов повышенной прямолинейности и с минимальным уровнем остаточных напряжений путем прокатки их в универсальных клетях. Однако влияние прокатки рельсового профиля в чистовом универсальном калибре на снижение остаточных напряжений в рельсах недостаточно исследовано.

В соответствии с поставленной целью и состоянием вопроса в работе поставлены следующие задачи:

1. Путем анализа полей скоростей течения металла при деформации в чистовом рельсовом калибре оптимизировать его положение в валках по силовым условиям.

2. Исследовать деформированное состояние металла при двусторонней и односторонней разрезке применительно к прокатке рельсов Р65. Провести исследование формоизменения осевой пористости и центральной ликвации в процессе прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки.

3. Исследовать энергосиловые параметры и изменения макроструктуры непрерывнолитой заготовки при прокатке рельсов в черновых калибрах.

4. На основании проведенных исследований разработать и внедрить новую технологию прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки.

5. Исследовать причины образования концевой кривизны рельсов после прокатки и разработать способы по ее устранению.

2 Оптимизация процесса прокатки рельсов на основе полей скоростей течения металла

Во второй главе методом верхней оценки проведена оптимизация положения чистового двухвалкового калибра при прокатке рельсового профиля.

В данной работе использованы поля скоростей, состоящих из жестких областей, когда изменение скоростей внутри каждой области принимается постоянной (К=соп81,5е=0) и в качестве варьируемых параметров, оптимизирующих процесс деформации, принимают значения координат расположения областей и значения разрыва скоростей.

Мощность деформации в этом случае определяется как сумма мощностей, затраченных на преодоление сдвига между отдельными областями и сил трения на поверхностях контакта заготовки с инструментом:

= где К - пластическая постоянная равная

пределу текучести материала на сдвиг; ^ и У^ - площадь поверхности разрыва и величина разрыва скорости между смежными областями / и у; /и, и К к ~ площадь контактной поверхности разрыва и величина разрыва скорости на ней; /¿ = 0*0,5 - коэффициент пластического трения. При поступательном движении инструмента площадью поперечного сечения Г0 со скоростью У0 это уравнение можно записать: = +12/4/;.^ , где ц- контактное давление при про-

катке.

Учитывая, что для сравнительных вариантов точность расчета полной мощности не имеет принципиального значения и что доля энергии, затрачиваемая на удлинение заготовки, пропорциональна относительному изменению ее длины, а удлинение в чистовом рельсовом калибре составляет всего 7%, основные характеристики процесса деформации определялись по характеру формоизменения в плоскости перпендикулярной направлению удлинения заготовки. Таким образом, для оценки эффективности формоизменения в данной работе рассматривалась плоская задача, где площадь поперечного сечения инструмента ^ и площадь поверхностей разрыва скоростей между смежными областями и контактной поверхностью инструмента заменяются шириной профиля калибра Вк, и линиями разрыва поля скоростей в сечении калибра.

Деление зоны деформации чистового рельсового калибра на простые блоки для кинематически возможного поля скоростей представлено на рисунке 1.

Точность любого расчета определяется адекватностью заданных граничных условий реальным. Существенно различные геометрические размеры по высоте очага деформации предполагают дифференцированное задание граничных скоростей для различных участков профиля в соответствии с размерами диаметра валков. В данном случае необходимо учесть, что скорость обжатия по высоте в сечениях, близких к рассмотренному (скорость поступательного движения инструмента), является пропорциональной радиусу валка и в значительной степени определяет неравномерность деформации по сечению профиля.

Рисунок 1 - Поле линий разрыва скоростей и граничные условия для наклона врезки калибра 8%

Для принятой схемы разбиения очага деформации чистового рельсового калибра на простые блоки для кинематически возможного поля скоростей, за единичную скорость была принята скорость нижнего валка в точке Р. Скорости на контактных поверхностях к определяются как

средние между значениями скоростей в характерных точках сечения, определяющих поверхности контакта металла с инструментом к.

Для рассматриваемого поля скоростей значения скоростей определялись с помощью построения годографа, на котором каждая область отражена точкой. Исходя из общих представлений графостатики, скорости определяются по обычному геометрическому подобию поля скоростей и физической картины разбиения очага деформации на отдельные области. Аналитически величина разрыва скорости У^ и площадь поверхности

определяются по следующим зависимостям:

где и,, и1, V,, у] - значения скоростей смежных областей / иу в направлении осей координат X и У.

Компоненты скоростей и и V каждой области в направлениях осей Хи К определялись по известным скоростям двух смежных областей.

В качестве параметра оптимизации была введена безразмерная величина, характеризующая относительное контактное давление:

=——— , где V - скорость обжатия в точке Р\ Вж - ширина про-2 К 2КУрВк

филя калибра. После преобразований получим:

Рассматриваемый процесс имеет неопределенную кинематику, то есть формально при воздействии инструмента в области шейки рельса перемещение металла в направлении головки и подошвы является неопределенным. Поэтому значение горизонтальной компоненты скорости области 17 принималось в качестве варьируемого параметра, оптимизирующего принятое поле скоростей и мощность деформации.

Горизонтальная скорость этой области имеет вполне определенную геометрическую интерпретацию и характеризует степень заполнения калибра и соответственно вероятность отклонения от требуемых размеров головки рельса.

Оптимальным с точки зрения правильного формирования профиля головки рельса является отсутствие скорости области 17 в горизонтальном направлении в зазор между валками.

Принятая схема разбиения очага деформации отражает реальную картину течения металла. При этом изменение координат вершин отдельных областей, не нарушающих детализацию поля скоростей, будет соответствовать изменению (варьированию) мощности деформации. Та-

ким образом, варьируемыми параметрами, кроме компоненты скорости и¡7, могут быть одна из координат точек Т, Ж я и. Для каждой из них, если варьируется координата У, то координата X будет определяться из соотношения:

х=(у-Уы)(хгхмУ(УгУи)+Хм

Обозначая (хгх^/(угУн) а «> и учитывая, что х^ =0, получим х=(у-)'/•) tga „, где а „ - угол врезки калибра.

Использование варьируемых параметров геометрического и кинематического характера позволяет решить задачу оптимизации угла врезки калибра. При этом его увеличение от существующего (8%) предполагает установление несимметричного относительно головки рельса разъема калибров, но максимальное его смещение не должно выходить на радиус сопряжения поверхности катания и боковой поверхности головки.

Расчеты проводились для значений углов наклона врезки калибра 8%, 16% и 19%.

Расчеты показали, что минимальные значения энергетических характеристик, соответствуют наклону 16%. Таким образом, изменение положения калибра обеспечивает снижение энергетических характеристик на 4%.

3 Лабораторные исследования

В третьей главе изложена методика лабораторных исследований.

В качестве материала исходной заготовки использовали сурьмянистый свинец (97% РЬ и 3% БЬ). Составные образцы для прокатки получали путем прессования брусков квадратной формы со стороной 8 мм или 12 мм на гидравлическом прессе из специально спроектированной и изготовленной пресс-формы с прокладками из легкоплавкого сплава, который расплавлялся после выдержки пресс-формы в печи при температуре 200°С. Таким образом, были получены свинцовые образцы с размещенной внутри пространственной координатной сеткой из другого металла, который на шлифе отличается по цвету от основного металла. Чтобы исключить армирующие действия координатной сетки из другого металла прокатку образцов проводили после нагрева в воде до 50°С.

Прокатку составных образцов проводили на полупромышленном стане «250», калибровка которого соответствовала в масштабе 1:5 калибровке рельсов Р65 рельсобалочного стана ОАО «НКМК». После каждого пропуска из середины составного образца вырезали темплет для замера искаженной координатной сетки.

Для обработки результатов деформированной координатной сетки была использована методика Э. Зибеля и П.И. Пашкова, которая дает одинаковые результаты.

Было исследовано формоизменение металла в черновых ящичных калибрах, с предварительной разрезкой поверхностей заготовки, предназначенных для формирования головки и подошвы рельса выпуклостями валков и последующей раскаткой врезов.

По размерам координатной сетки построены графики распределения высотной деформации при прокатке в разрезном калибре с разрезкой 25 мм на сторону и в ящичных калибрах. Были определены изменения высотной и поперечной деформации металла при разрезке и раскатке врезов в различных слоях заготовки. Анализ влияния предварительной разрезки заготовки в черновых калибрах показал, что поверхностный слой, расположенный посередине раската при разрезке и раскатке врезов, получает суммарную высотную деформацию примерно на 20% больше, чем боковые поверхностные слои. На основании исследований был сделан вывод, что значительная проработка металла в средней части поверхности раската по высоте и практически отсутствие уширения в центральном слое раската при деформации в разрезном и проглаживающем пропусках позволяет локализовать в меньшем объеме ликвационную зону и осевую рыхлость непрерывнолитой заготовки.

Анализ полученных темплетов и результатов обработки координатной сетки при деформации раската в трапецеидальных калибрах показал, что обжатия в нижнем горизонтальном слое раската в 2 раза превышают обжатия в верхнем слое, образующим рабочую поверхность головки. Это означает, что существующие трапецеидальные калибры в основном улучшают качество подошвы рельсов, а головка в них обрабатывается весьма слабо.

В первом разрезном рельсовом калибре происходит значительная неравномерная деформация металла, где наибольшую деформацию получают ячейки под воздействием разрезающих гребней. Шейка разрезного калибра получает максимальную деформацию по высоте (до 3,0), причем величина деформации уменьшается от поверхности к центру калибра, в тоже время за счет местной деформации металла вынужденный ко-

^

эффициент уширения центральной ячейки —— достигает 1,7.

Вп-\

Величина коэффициента уширения уменьшается от центра к поверхности разрезного калибра. Таким образом, в разрезном калибре можно обеспечить требуемую кинематику и необходимое смещение различных участков по сечению деформируемой заготовки и, следовательно, сделать процесс более управляемым по обеспечению требуемых свойств и макроструктуры готового профиля.

С целью изучения изменения размеров осевой пористости и центральной ликвации в процессе прокатки рельсов из непрерывнолитой

рельсового профиля.

Рисунок 2 - Последовательность формоизменения центральной ячейки заготовки

заготовки, было рассмотрено формоизменение центральной ячейки составного образца с размерами Н0*В0=\2*\2 мм, что соответствует размерам Н3хВ3=60*60 мм на непрерывнолитой заготовке 300x330 мм. Обработка результатов исследований показала, что после прокатки рельсового металла в трапецеидальных калибрах происходит уменьшение размеров центральной ячейки до размеров 40x40 мм и смещение ее в сторону подошвы. Суммарная высотная деформация ячейки в рельсовых калибрах по отношению к последнему трапецеидальному калибру составляет 7,94 и суммарная деформация в направлении оси симметрии профиля за счет уширения - 2,75.

На рисунке 2 показана последовательность формоизменения центральной ячейки заготовки.

В готовом рельсовом профиле центральная ячейка трансформируется в узкую полоску толщиной ~ 5 мм и длиной 110 мм. Полоска смещена в сторону подошвы рельса и ее габариты не выходят за пределы шейки

4 Промышленные исследования энергосиловых параметров и изменения макроструктуры непрерывнолитой заготовки при прокатке рельсов в калибрах стана «900» релъсобалочного цеха

В четвертой главе проведен анализ энергосиловых параметров при прокатке рельсов Р65 из блюмсов сечением 320x330 мм, полученных из слитков, и при прокатке из непрерывнолитой заготовки сечением

300x330 мм в черновых калибрах стана «900» рельсобалочного цеха ОАО «НКМК».

Кроме того, проведено ультразвуковое исследование изменения литой макроструктуры в процессе прокатки рельсовой заготовки в черновых калибрах с использованием предлагаемой в работе калибровки.

При исследовании энергосиловых параметров работы главного привода стана «900» рельсобалочного цеха записывали на осциллографе: напряжение на двигателе, ток якоря, ток возбуждения и число оборотов двигателя.

Анализ энергосиловых параметров на стане «900» при прокатке предварительно обжатой заготовки из слитка и непрерывнолитой рельсовой заготовки, выплавленной в электросталеплавильных печах и разлитой в машинах непрерывного литья показал, что в первых пропусках

при отношении id , когда пластически деформируются главным об-

<0,j

"ср

разом контактные слои металла, контактные давления при прокатке литых заготовок из электростали выше, чем при прокатке катаных. Это объясняется повышенной прочностью поверхностных слоев литых заготовок за счет более высокого содержания в ней азота и протекающим в связи с этим нитридным упрочнением металла.

В последующих проходах 4-7, когда отношение ¡¿_ г , контактер

ные давления при прокатке литых заготовок уменьшаются по сравнению с прокаткой катаных заготовок за счет того, что в этих проходах пластическая деформация проникает уже в средние слои раската, где в литых заготовках имеется осевая рыхлость. По ходу прокатки осевая рыхлость уплотняется и сопротивление металла деформации для литых и катаных заготовок уравнивается (рисунок 3). В связи с этим, при расчетах калибровок для прокатки рельсов из непрерывнолитых заготовок можно пользоваться зависимостями, которые получены для предварительно-деформированного металла из блюмсов.

Исследования изменений макроструктуры литого металла методом ультразвукового контроля во 2, 4, 6 и 7 черновых пропусках стана «900» рельсобалочного цеха показали, что в процессе прокатки рельсовой заготовки, с использованием предлагаемой в работе калибровки, происходит значительное улучшение структуры центральной части непрерывнолитой заготовки. После 7-го пропуска общий уровень сигнала существенно выше, чем после 2-го пропуска, что говорит о большой плотности заготовки. Кроме того, уменьшается разница изменения донных импульсов между периферийным и центральным сечениями, что свидетельствует о значительной степени проработки и заваривании дефектов центральной пористой области.

145 л

Ns прохода

* НПЗ —« - Блюме

Рисунок 3 - Контактные давления при прокатке рельсовой заготовки на стане «900» из HJI3 и предварительно обжатой заготовки (блюмса)

5 Разработка новых способов прокатки и совершенствование калибровки рельсов из непрерывнолитой заготовки

В главе 5 описаны прогрессивные способы прокатки и конструкции калибров для производства рельсов из непрерывнолитой заготовки, разработанные на основе проведенных теоретических, лабораторных и производственных исследований, и результаты их промышленного внедрения.

Для повышения качества рельсов из непрерывнолитой заготовки за счет более глубокого измельчения литой структуры грани, идущей на формирование головки рельса, был разработан новый способ прокатки рельсов в.черновых калибрах.

В данном способе предварительную разрезку производят разными по высоте разрезными гребнями, причем высота гребня, деформирующего грань заготовки со стороны поверхности катания головки рельса, больше высоты гребня, деформирующего грань заготовки со стороны подошвы рельса, а высота каждого гребня определяется в зависимости от высоты разрезного калибра по выражениям:

h9J =(0,12-0,14)Яр; ^.„=(0,05-0,07)Нр

где Нр - высота разрезного калибра; htp i — высота гребня со стороны головки рельса; Ьгрм - высота гребня со стороны подошвы рельса.

Угол при вершине гребня со стороны головки (аг) не должен быть менее 130°, а со стороны подошвы (а„)~ 160°.

Для ликвидации причин разрушения проб при копровых испытаниях был разработан еще один способ прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки с уменьшением разрезки в первом трапецеидальном калибре.

В разработанном способе прокатки высоту гребня в трапецеидальном калибре определяли в зависимости от минимальной протяженности периферийной зоны и зоны столбчатых кристаллов заготовки и суммарной высоты гребней со стороны подошвы в калибрах для предварительной разрезки и трапецеидальном по выражению:

О^гр.тд.раз + Кр.трап) = (0,5-0, б) (Е]+ Е2 )

где к ¿р. под. раз - высота гребня со стороны подошвы рельса в калибре для предварительной разрезки; А грмрап - высота гребня в трапецеидальном калибре; Е; - минимальная протяженность периферийной зоны кристаллов в НЛЗ; Е2 - минимальная протяженность столбчатых кристаллов в НЛЗ.

Угол при вершине гребня берется не менее 120°.

Уменьшение высоты гребня в трапецеидальном калибре на 40% с 50 мм до 30 мм и увеличение его угла при вершине с 85° до 120° согласно разработанному способу уменьшило его разрезающую функцию и увеличило функцию разрушения и уплотнения пористой структуры заготовки. Данный способ позволил уменьшить разброс значений ударной вязкости по ширине подошвы рельсов и главное увеличить его в средней части подошвы за счет ликвидации формирования ее из металла зоны развитой транскристаллизации НЛЗ.

На основании проведенных исследований деформации металла в рельсовых калибрах (раздел 3) установлено, что основное формирование протяженности осевой ликвационной полоски в рельсовых калибрах осуществляется в разрезном рельсовом калибре, которое составляет примерно 65% от суммарного.

Поэтому для прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки была разработана новая калибровка с уменьшенным уширением в предварительных рельсовых калибрах.

По новой калибровке предусмотрено суммарное уширение в рельсовых калибрах 19,5 мм, т.е. в 2 раза меньше чем по существующей калибровке. Коэффициент вытяжки в разрезном рельсовом калибре по новой калибровке равен 1,39, уширение - 5,5 мм; по обычной калибровке вытяжка в разрезном рельсовом калибре равна 1,335 уширение - 10 мм.

Дальнейшее уменьшение суммарного уширения в рельсовых калибрах (до 10 мм) не дает заметного эффекта в уменьшении распростране-

ния осевой ликвационной полоски в головку рельса, зато значительно увеличивает выработку рельсовых калибров.

Для увеличения ресурса износостойкости чистового рельсового калибра за счет расширения диапазона компенсации выработки быстроизнашивающегося элемента калибра, которым является шейка, путем регулировки валков, был разработан новый способ калибровки чистового рельсового калибра. Особенность предложенного способа заключается в том, что толщину шейки чистового рельсового калибра конструируют с учетом минусового допускаемого отклонения этого элемента, а ширину головки - с учетом плюсового допускаемого отклонения по следующим зависимостям:

—(йш _ Аш Тг°* — Мгоя л. Кгол \ Vго* *

агор - ("хал мин) ' Ьгор ~ \ьхол + д лоте Г К1 ~ 'гол

где - толщина шейки рельса в холодном состоянии; лшт„ - минимальный допуск по шейке рельса; к? - коэффициент усадки металла при остывании с температуры прокатки в области шейки; ь'™л - ширина головки рельса в холодном состоянии; д^ - максимальный допуск по головке рельса; к™" - коэффициент усадки металла при остывании с температуры прокатки в области головки рельса; ¡пг - максимальная величина износа валков по головке рельса за время эксплуатации калибра за закладку.

Исследования прокатки рельсов по новому способу калибровки показали снижение расходного коэффициента при прокатке рельсов на 3 кг/т.

Использование обоснованных выше технических решений позволило отработать и внедрить новую технологию прокатки рельсов из непре-рывнолитой заготовки, существенно расширяющую возможности прокатного производства ОАО «НКМК» для получения высококачественных железнодорожных рельсов, которые имеют повышенные прочностные и пластические свойства, а также более высокую эксплуатационную стойкость по сравнению с рельсами, прокатанными из слитков мартеновской стали.

Общая годовая экономия от разработанных и внедренных мероприятий составляет 23,4 млн. ру б/год.

6 Исследование причин образования концевой кривизны рельсов при прокатке

В главе 6 исследован процесс производства рельсов на участках технологического потока с целью выявления причин, способствующих появлению концевых искривлений рельсов.

Было установлено, что ни одно звено из технологического потока не является определяющей причиной образования концевых искривлений рельсов после порезки их на пилах горячей резки.

Данные исследования показали, что стрела прогиба концов рельса после порезки и охлаждения в коробах замедленного охлаждения в среднем составляет от 0,7 до 1,0 мм на расстоянии 370 - 470 мм.

В качестве причины искривления раската в концевой зоне рассмотрено влияние неравномерности пластической деформации по элементам и высоте профиля в чистовом двухвалковом калибре, которая приводит к возникновению остаточных напряжений после прокатки.

Расчет остаточных напряжений производился по уравнениям B.C. Смирнова, позволяющим оценить значение нормальных напряжений.

Условием ограничения действия уравнений является параметр L, где 1 -

h

длина дуги захвата; h - средняя высота очага деформации. В общем виде эти уравнения имеют вид:

- после прокатки низких полос j

chma

- после прокатки высоких полос

<7,

К

и

chma-.

1--

, Г —

К

sh"

shma-.

ьД

В этих уравнениях ось X ориентирована вдоль направления прокатки, ось У- перпендикулярно шейке профиля, ось 2 направлена вдоль оси сечения рельса. Осевая составляющая вдоль ширины профиля рельса определяется из соотношения:

где к - коэффициент текучести материала при температуре прокатки; ¡1 - коэффициент Пуассона (при условии постоянства объема ^ = 0,5);

сгх и ау - нормальные компоненты тензора напряжений; т - постоянная зависящая от характера упрочнения материала (т = о,25); а - угол захвата; Л0 и А, - высота полосы до и после прокатки, соответственно; у - координаты вдоль оси У (расстояние до исследуемой оси от нейтральной оси сечения профиля).

Средняя высота определяется из соотношения:

В качестве исходной была принята схема обжатий элементов профиля в чистовом двухвалковом калибре при прокатке рельсов Р65, применяемая в настоящее время на Новокузнецком металлургическом комбинате (рисунок 4).

Расчеты геометрических параметров и анализ режима обжатий производили по методу приведенной полосы. При проведении расчетов величины остаточных напряжений принимали следующие допущения: деформирование элементов профиля рассматривается изолированно друг от друга; открытые и закрытые ручьи имеют одинаковые размеры и форму; боковые усилия в открытых и закрытых фланцах равны. Рисунок 4 - Схема обжатий в чистовом

двухвалковом рельсовом калибре

При существующей схеме обжатий в чистовом двухвалковом калибре элементы профиля деформируются по-разному.

Головка и подошва являются высокими полосами а шейка -

низкой В результате этого по головке и подошве наблюдается

значительная неоднородность по деформации и, как следствие, высокие остаточные напряжения.

Для данной схемы характерно неуравновешенное напряженное состояние, которое по завершению деформирования перераспределяется так, чтобы выполнялось условие равновесия. Исходя из этого остаточные напряжения в рельсах вдоль направления прокатки (ось X) распределяются таким образом, что нормальное остаточное усилие в каждом сечение рельса равно 0, тогда, на единицу ширины сечения вдоль оси 2 имеем:

ш ы г

С1Ч -к/г о

Расчеты остаточных напряжений после прокатки рельсов в чистовом двухвалковом калибре выполнялись по методу приведенной полосы, которые показали, что значения остаточных напряжений (сг, /К) ■ 102, наведенных по осям действия нормальных напряжений за счет неравномерности деформации по элементам профиля, изменяются от поверхности

20

элемента до его середины в направлении действия деформации в следующих диапазонах:

■ по оси X (<тХ/К)г от -5,1 до +5,1; (ах/К)ш от -0,000173 до +0,000087; (ах/К)п от -4,3 до +4,3;

■ по оси У (сгу/К)г от 0 до -94,9; (сгу1К)ш от 0 до -0,00274; Осту/К)„ от 0 до-95,7;

• по оси г (аг1К)г от -2,55 до -44,9; ([ст21К)ш от -0,00009 до -0,00133; (сг21К)п от-2,15до-45,7.

Можно полагать, что в реальной системе элементов профиля большие остаточные напряжения в головке и подошве уравновешиваются сравнительно небольшими остаточными напряжениями в шейке.

Остаточные напряжения вдоль рельса (ось X) практически не изменяются по длине, максимального значения достигают в середине полосы, а на свободных концах отсутствуют.

По окончании процесса прокатки полоса подвергается порезке пополам и удалению концов. В результате этой операции образуются новые свободные поверхности. Если раньше в плоскости среза действовали все три нормальных напряжения ах, ау, аг, то после порезки напряжения

<ух, нормальные к плоскости реза, становятся равными 0. Происходит перераспределение всего напряженного состояния в теле полосы вблизи реза.

При этом напряжения ах должны перейти от 0 до расчетных остаточных напряжений в теле полосы непрерывным образом вдоль оси прокатки. Изменение напряженного состояния влечет упругую деформацию рельса вблизи реза. Предположительно существенную роль в изгибе концов рельса играет изгибающий момент, возникающий в результате перераспределения остаточных напряжений после прокатки.

Таким образом, значительные остаточные напряжения в рельсах, наведенные в процессе прокатки из-за неоднородности деформации по элементам профиля в чистовом двухвалковом калибре, приводят к получению концевой кривизны рельсов после порезки раската на пилах горячей резки.

Прокатка в универсальных калибрах дает согласованную схему деформаций по элементам профиля, при которой различия в напряженном состоянии элементов рельса минимальные.

Был разработан новый способ прокатки рельсов с использованием двух универсальных калибров: предчистового трехвалкового и чистового четырехвалкового.

В разработанном способе прокатки железнодорожных рельсов с применением универсальных калибров в чистовом универсальном калибре при сохранении характера деформирования шейки вдоль оси У формирование головки и подошвы осуществляется по оси 2 вертикальными валками. Горизонтальные валки с глубокими ручьями выполняют роль опорных поверхностей, удерживающих головку и подошву (рисунок 5). Были проведены опытные прокатки по данному способу.

Расчетные значения остаточных напряжений после прокатки рельсов в чистовом универсальном калибре выполнялись аналогично прокатке рельсов в двухвалковом калибре, которые показали следующие диапазоны значений:

• по оси X (сгх1К)г от -3,9 до +3,9; (<тх/К)ш от -0,000173 до +0,000087; {<тх1К)п от -0,00017 до +0,000086;

• по оси У (сгу/К)г от 0 до -96,1; (сту/К)ш от 0 до -0,00274; (сгу /К)п от 0 до -0,0033;

• по оси 2 (с2 / К)г от -1,95 до -46,1; (сг21К)Ш от -0,00009 до -0,00133; (<т2/К)п от-0,00008 до-0,00161.

После прокатки рельсов в чистовом универсальном четырехвалко-вом калибре, в котором соблюдалось условие равномерности деформации по элементам профиля, величина остаточных напряжений в подошве профиля уменьшилась на четыре порядка по осям У и 2, т.е. в направлении деформации и вдоль оси сечения профиля, и на пять порядков по оси X, т.е. вдоль направления прокатки. В головке профиля продольные остаточные напряжения по оси X уменьшились в 2 раза, при незначительном их увеличении в направлениях осей У и 2.

Если полагать, что продольные остаточные напряжения оказывают основное влияние на параметры изгиба концов рельса после порезки раската, то их уменьшение в элементах профиля при прокатке в чистовом универсальном калибре приводит к уменьшению кривизны концов рельсов.

Данные выводы -у у

подтверждаются , результатами замеров прямолинейности рельсов, прокатанных в универсальной и двухвалковой чистовой клетях из заготовок одной плавки и при одной настройке роликоправильных ■

машин. Рисунок 5 - Схема прокатки рельса

в универсальном калибре

Улучшение прямолинейности рельсов по длине в горизонтальной и вертикальной плоскостях составило 25 - 35% по сравнению с прокаткой в чистовой клети «дуо». Концевая кривизна в горизонтальной плоскости составила 0,25 - 0,35 мм, что в 1,5 - 2,0 раза меньше допустимого по стандарту и в 2,0 - 3,0 раза меньше чем при прокатке рельсов в чистовой клети «дуо».

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В работе выполнено комплексное исследование, направленное на разработку и внедрение новой технологии прокатки рельсов из непре-рывнолитой заготовки, проанализирован процесс образования концевой кривизны рельсов после прокатки и пути их уменьшения. В результате выполнения поставленной цели исследований и анализа результатов работы можно сделать следующие выводы:

1. Используя метод верхней оценки, приведены теоретические решения оптимизации положения чистового калибра при прокатке рельсового профиля. Установлено, что наклон врезки калибра 16% является оптимальным и снижает энергетические характеристики процесса прокатки.

2. Проведено исследование деформированного состояния металла при двухсторонней и односторонней разрезке применительно к прокатке рельсов. По данным замерам ячеек составного образца построены графики деформации металла при его прокатке в ящичных калибрах с двухсторонней разрезкой, трапецеидальных калибрах и разрезном рельсовом. Установлено, что прокатка рельсов с предварительной разрезкой граней заготовки, идущих на формирование подошвы и головки рельса, улучшает проработку металла в средней части этих поверхностей, а также в большей степени локализует ликвационную зону и осевую рыхлость в центре заготовки. По результатам исследований разработан способ прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки в черновых пропусках, улучшающий проработку грани заготовки, идущей на образование поверхности катания головки профиля.

3. Анализ энергосиловых параметров на стане «900» при прокатке предварительно обжатой заготовки из слитка и непрерывнолитой заготовки сечением 300x330 мм показал их достаточно близкое совпадение, что свидетельствует о том, что наличие ликвационной зоны и центральной пористости непрерывнолитой заготовки практически не влияет на формирование металла при прокатке рельсов. Поэтому при расчетах калибровки прокатных валков возможно использование зависимостей, полученных для предварительно деформированного металла из блюмсов.

4. Методом ультразвукового контроля показано, что в процессе прокатки рельсовой заготовки в черновых калибрах с использованием пред-

лагаемой в работе калибровки происходит заваривание большей части дефектов центральной пористой области непрерывнолитой заготовки.

5. Разработан и внедрен новый способ прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки с высотой гребня в трапецеидальном калибре, определяемой в зависимости от минимальной протяженности периферийной зоны и зоны столбчатых кристаллов заготовки и от суммарной высоты гребней со стороны подошвы в калибрах для предварительной разрезки и трапецеидальном.

Определено, что в рельсах, прокатанных по разработанному способу, разброс значений ударной вязкости по ширине подошвы меньше, чем в рельсах, прокатанных по обычной калибровке, что уменьшает вероятность хрупкого разрушения рельса в условиях динамичного нагружения.

6. Показано, что оптимальным по условиям выработки калибров и распространению осевой пористости в область головки рельса, является ширина разрезного рельсового калибра, при которой суммарное ушире-ние в рельсовых калибрах составляет 19,5 мм.

Разработана калибровка рельсов с суммарным уширенизм в рельсовых калибрах (ЦЛ8 = 19,5мм), уменьшающая трансформацию осевой рыхлости в направлении головки рельса.

7. Разработан новый способ калибровки рельсов, увеличивающий ресурс износостойкости чистового калибра за счет расширения диапазона компенсации выработки шейки калибра. Внедрение разработанного способа калибровки рельсов при прокатке рельсов Р65 в рельсобалочном цехе ОАО «НКМК» позволило повысить точность выполнения геометрических размеров профиля, уменьшить массу погонного метра профиля в процессе работы калибра более чем на 1% и снизить расходный коэффициент на рельсах Р65 на 0,003 т/т.

8. Проведенные промышленные исследования по изучению причин образования концевой кривизны рельсов показали, что основной причиной концевого искривления рельсов при порезке являются осевые сжимающие остаточные напряжения, наведенные за счет неравномерности распределения пластических деформаций между элементами профиля и приводящие к изгибу концов рельсов при релаксации этих напряжений на новых свободных поверхностях.

Разработана новая технология прокатки рельсов с использованием универсальных калибров по схеме: предчистовой трехвалковый и чистовой четырехвалковый. Прокатка в чистовом универсальном калибре привела к снижению неравномерности распределения деформации по элементам профиля и уменьшению остаточных напряжений в рельсах после прокатки.

Улучшение прямолинейности рельсов по длине в горизонтальной и вертикальной плоскостях составило 25 - 35% по сравнению с использо-

24

ванием чистовой клети «дуо». Особое улучшение произошло по концевой кривизне в горизонтальной плоскости, которое составило 0,25 - 0,35 мм, что более чем в 1,5 - 2,0 раза меньше допустимого по стандарту.

Общая экономическая эффективность использования результатов предложенных мероприятий, разработанных в данной работе, составляет 23443000 руб/год при долевом участии автора 4688600 руб/год.

РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дорофеев C.B. Разработка новых способов прокатки и правки железнодорожных рельсов из непрерывнолитых заготовок на ОАО «НКМК» [Текст] / C.B. Дорофеев, В.В. Дорофеев, А.Б. Юрьев и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. - 2008. - № 12. - с. 32 - 35.

2. Дорофеев В.В. Новая технология прокатки рельсов из непрерывно-литой заготовки в черновых калибрах / В.В. Дорофеев, В.В. Кузнецов, C.B. Дорофеев // Перспективные промышленные технологии и материалы: сб. статей. - Новосибирск. - 2004. - с. 93 - 110.

3.Дорофеев В.В. Исследования причин образования концевой кривизны при прокатке и разработка способов ее уменьшения. [Текст] / В.В. Дорофеев, C.B. Дорофеев, А.Б. Юрьев и др. // Проблемы черной металлургам и материаловедения. - 2008. - №3. -с. 12- 77.

4. Дорофеев C.B. Повышение качества железнодорожных рельсов усовершенствованными способами прокатки. [Текст] / C.B. Дорофеев, В.Н. Перетятько, В.В. Дорофеев и др. // Актуальные проблемы производства рельсов. Под. ред. В.Е. Громова: СибГИУ. - Новокузнецк, 2001. с. 54-78.

5. Дорофеев C.B. Уменьшение концевой кривизны рельсов при прокатке. [Текст] / C.B. Дорофеев, В.Н. Перетятько, А.Б. Юрьев и др. // Металлургия: Новые технологии, управление, инновации и качество: тр. Всерос. науч.-практ. конф. / под ред. Е.В. Протопопова; Сиб. гос. ин-дустр. ун-т. - Новокузнецк, 2008. - с. 174 - 176.

6. Дорофеев C.B. Усовершенствование прокатки железнодорожных рельсов. [Текст] / C.B. Дорофеев, В.В. Дорофеев, А.Б. Юрьев и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. - 2009. - №6. - с. 18-20.

7. Дорофеев C.B. Анализ влияния остаточных напряжений от неравномерности деформации на концевую кривизну при прокатке рельсов. [Текст] / C.B. Дорофеев, В.В. Дорофеев, А.Б. Юрьев и др. // Проблемы черной металлургии и материаловедения. - 2009. - №4. - с. 48 -54.

Подписано в печать & .М. 2009 г. Формат бумаги 60x84 1/16 Усл. печ. л. 1.33 Уч.-изд. л. 1.50 Тираж 100 экз. Заказ ££>£> ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42, Типография СибГИУ

Введение.

Раздел 1 Состояние вопроса и постановка задач исследования.

1.1 Схема прокатки рельсов.

1.2 Деформация металла в трапецеидальных калибрах.

1.3 Деформация металла в разрезном рельсовом калибре.

1.4 Особенности деформации металла в рельсовых калибрах.

1.5 Теоретические исследования процессов пластической деформации на основе полей скоростей формоизменения металла.

1.6 Пластичность рельсового металла.

1.7 Прокатка рельсов из непрерывнолитой заготовки.

1.8 Прокатка рельсов в универсальных клетях.

1.9 Исследование качества рельсового металла.

1.10 Причины искривления рельсов в процессе изготовления.

1.11 Формирование остаточных напряжений в материалах.

1.12 Выводы по разделу 1 и задачи исследования.

Раздел 2 Оптимизация процесса прокатки рельсов на основе полей скоростей течения металла.

2.1 Общие энергетические и кинематические соотношения.

2.2 Расчет чистового калибра.

2.2.1 Параметры оптимизации.

2.2.2 Варьируемые параметры.

2.3 Выводы по разделу 2.

Раздел 3 Лабораторные исследования.

3.1 Выбор материала.

3.2 Изготовление составных образцов.

3.3 Обработка результатов.

3.4 Анализ формоизменения металла в черновых ящичных калибрах с предварительной разрезкой поверхностей заготовки.

3.5 Деформация металла при односторонней рарезке в трапецеидальных калибрах.

3.6 Анализ формоизменения металла в разрезном рельсовом калибре.

3.7 Анализ формоизменения осевой пористости и центральной ликвации в процессе прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки.

3.8 Выводы по разделу 3.;.

Раздел 4 Промышленные исследования энергосиловых параметров и изменения макроструктуры непрерывнолитой заготовки при прокатке рельсов в калибрах стана 900.

4.1 Энергосиловые параметры при прокатке непрерывнолитой заготовки.

4.2 Влияние степени деформации на макроструктуру прокатываемого изделия.

4.3 Выводы по разделу 4.

Раздел 5 Разработка новых способов прокатки и совершенствование калибровки рельсов из непрерывнолитой заготовки.

5.1 Новые способы прокатки рельсов из НЛЗ в системе калибров для черновых пропусков.

5.2 Усовершенствование калибровки рельсов из непрерывнолитой заготовки при прокатке в рельсовых калибрах.

5.3 Новая конструкция чистового рельсового калибра.

5.4 Увеличение ресурса износостойкости чистового рельсового калибра.

5.5 Выводы по разделу 5.

Раздел 6 Исследование причин образования концевой кривизны рельсов при прокатке.

6.1 Исследование концевой кривизны рельсов после прокатки.

6.2 Напряженное состояние рельсов после прокатки.

6.3 Пути уменьшения кривизны рельсов.

6.4 Выводы по разделу 6.

Актуальность работы. Надежная работа железных дорог Российской Федерации во многом связана с качеством и эксплуатационной стойкостью одного из основных элементов железнодорожного пути — рельсов. Широкий спектр требований, предъявляемых к железнодорожным рельсам в связи с увеличением интенсивности движения поездов, их скоростей и осевых нагрузок, требует совершенствования технологических процессов, разработки и внедрения новых технологий производства рельсов, обеспечивающих требуемые свойства и параметры рельсов.

Основной объем рельсов до недавнего времени на отечественных металлургических комбинатах производился из мартеновской стали, что ограничивало технологические возможности металлургов для существенного и быстрого повышения ее качества. Новым направлением производства рельсов, позволяющим повысить потребительские свойства, является выпуск рельсовой продукции из электростали, выплавляемой в дуговых электропечах и из стали получаемой конвертерным способом производства.

Отечественные рельсы из мартеновской стали, основным производителем которых являлся Новокузнецкий металлургический комбинат, не отвечали современным требованиям и значительно уступали по работоспособности лучшим образцам зарубежных производителей.

В настоящее время рельсовая сталь на ОАО «НКМК» выплавляется с использованием современных технологий, включающих плавку стали в дуговых электропечах, установку продувки стали азотом, внепечную обработку на агрегате ковш-печь для получения чистой по неметаллическим включениям стали, вакуумирование для получения требуемого низкого содержания водорода и кислорода и разливку на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Более широкие технологические возможности электросталеплавильных печей позволяют организовать производство рельсов улучшенного металлургического качества, в том числе предназначенных для эксплуатации в особо сложных условиях.

При переходе на непрерывную разливку стали снижается ее химическая неоднородность, улучшается макроструктура. Большую роль в повышении качества и эксплуатационной стойкости железнодорожных рельсов играет прокатное производство. Оптимизация прокатки рельсов осуществляется внедрением эффективных технологических режимов нагрева металла и прокатки с использованием теоретически обоснованных с применением моделирования технологий, применением технически совершенного оборудования. Прокатка высококачественных рельсов предусматривает точное выполнение профиля рельса, соблюдение заданных размеров и допусков на них, обеспечение необходимых прочностных свойств и макроструктуры, получение качественной поверхности. Кроме этого, тенденции развития технологии производства железнодорожных рельсов предполагают получение высокопрочных рельсов повышенной прямолинейности, особенно по концам рельса.

Однако структурные особенности непрерывнолитой заготовки предполагают изучение целого комплекса вопросов при ее использовании в прокатном производстве.

Также необходимо отметить, что, несмотря на многочисленные меры, принимаемые для снижения концевой кривизны рельсов, эффективность их реализации явно недостаточна ввиду скрытого влияния ряда неучтенных факторов.

В этой связи при замене слитковой стали на непрерывнолитую заготовку важной является задача установления особенностей ее формоизменения, решение которой позволит эффективно совершенствовать технологию прокатки рельсов из литой заготовки. Не менее важной задачей является выявление причин искривления концов рельсов и разработка мероприятий по их устранению.

Таким образом, исследование формоизменения металла при прокатке, анализ калибровки, разработка и внедрение технологии прокатки рельсов из непрерывно-литой заготовки, а также установление физических и технологических факторов искривления рельсов в процессе прокатки является актуальной задачей, как в научном, так и в практическом плане.

Цель работы. Разработка и внедрение технологии прокатки рельсов из непре-рывнолитой заготовки, обеспечивающей существенное повышение их качества, установление причин образования концевой кривизны рельсов после прокатки и способы их устранения.

Основные задачи.

1. Путем анализа полей скоростей течения металла при деформации в чистовом рельсовом калибре оптимизировать его положение в валках по силовым условиям.

2. Исследовать деформированное состояние металла при двусторонней и односторонней разрезке применительно к прокатке рельсов. Провести исследование формоизменения осевой пористости и центральной ликвации в процессе прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки.

3. Исследовать энергосиловые параметры и изменения макроструктуры непрерывнолитой заготовки при прокатке рельсов в черновых калибрах.

4. На основании проведенных исследований разработать и внедрить новую технологию прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки.

5. Исследовать причины образования концевой кривизны рельсов при прокатке и разработать способы по ее устранению.

Методы выполнения работы. Обобщение отечественного и зарубежного опыта модернизации технологии прокатки железнодорожных рельсов; решение задач по теоретической оценке мощности деформации металла в чистовых рельсовых калибрах в зависимости от их расположения в валках на основе кинематически возможного поля скоростей, (методом верхней оценки); расчет остаточных напряжений по уравнениям, позволяющим оценить значения нормальных напряжений в рельсах после прокатки, лабораторные исследования формоизменения металла в калибрах, промышленные исследования энергосиловых параметров и влияние степени деформации на макроструктуру непрерывнолитой заготовки при прокатке рельсов в черновых калибрах; статические методы обработки данных.

Научная новизна.

1. Получены новые научные знания энергетических характеристик деформирования металла в чистовом двухвалковом рельсовом калибре в зависимости от его наклона в валках путем анализа полей скоростей течения металла.

2. Получены графики распределения высотной и поперечной деформации по сечению металла в ящичных и трапецеидальных калибрах применительно к прокатке рельсов Р65 с предварительной разрезкой заготовки в системе черновых калибров. Получены закономерности формоизменения осевой пористости в процессе прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки.

3. Методом ультразвукового контроля исследовано изменение макроструктуры непрерывнолитой рельсовой заготовки при прокатке в черновых калибрах.

4. Разработаны методики определения размеров разрезных ручьев в черновых калибрах и размеров элементов чистового калибра для прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки.

5. Методом расчета получена сравнительная оценка остаточных напряжений действующих в рельсах после прокатки в чистовом двухвалковом и чистовом универсальном калибрах.

Достоверность результатов и выводы. Анализ деформации металла при прокатке рельсов базируется на фундаментальных положениях теории пластичности, и подтверждаются экспериментальными исследованиями и практическим внедрением в производство.

Практическая значимость.

1. Разработаны два новых способа прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки в черновых калибрах.

2. Разработан новый способ калибровки чистового рельсового калибра.

3. Разработана новая калибровка для прокатки железнодорожных рельсов из непрерывнолитой заготовки с уменьшенным уширением в рельсовых калибрах.

4. Разработана новая технология прокатки рельсов с использованием универсальных калибров.

Реализация результатов работы в промышленности. Новые усовершенствования прокатки железнодорожных рельсов из непрерывнолитой заготовки, разработанные по результатам проведенных исследований внедрены на Новокузнецком металлургическом комбинате с годовой эффективностью 23,4 млн. руб.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту.

1. Оптимизация процесса прокатки рельсов в чистовом рельсовом двухвалковом калибре по силовым условиям путем анализа полей скоростей течения металла.

2. Исследование деформированного состояния металла при двусторонней и односторонней разрезке применительно к прокатке рельсов. Исследование формоизменения осевой пористости и центральной ликвации в процессе прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки.

3. Энергосиловые параметры при прокатке литых и катаных заготовок, изменения макроструктуры непрерывнолитой заготовки при прокатке рельсов в черновых калибрах.

Разработка новой технологии прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки.

4. Исследование причин образования концевой кривизны рельсов. Новая технология прокатки рельсов с использованием трехвалкового предчистового и четы-рехвалкового чистового универсальных калибров.

Личный вклад автора состоит в постановке и анализе решения задачи оптимизации процесса прокатки рельсов на основе полей скоростей течения металла; в сравнительной оценке величин остаточных напряжений в рельсах после прокатки; в разработке новых способов прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки; проведении лабораторных экспериментов по исследованию формоизменения металла при деформации в калибрах; во внедрении результатов в производство.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложны и обсуждены на Ш-ем (г. Липецк, 1999 г.) и 1У-ом (г. Магнитогорск, 2001 г.) Конгрессах прокатчиков; на заседании рельсовой комиссии (1999 - 2002 г.); на международном семинаре по обработке металлов давлением СибГИУ (г. Новокузнецк, 2001 — 2002 г.); межрегиональной конференции «Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов» (г. Новокузнецк, 2001 г.); Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодость: проблемы, поиски, решения» (г. Новокузнецк, 2008 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: технологии, управление, инновации, качество» (г. Новокузнецк, 2008 г.).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 7 научных работах, в том числе в 2 статьях в изданиях, входящих в перечень изданий рекомендованных ВАК для опубликования результатов докторских и кандидатских диссертаций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка литературы и приложения.

Выводы по работе

В работе выполнено комплексное исследование, направленное на разработку и внедрение новой технологии прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки, проанализирован процесс образования концевой кривизны рельсов после прокатки и пути их уменьшения. В результате выполнения поставленной цели исследований и анализа результатов работы можно сделать следующие выводы:

1. Используя метод верхней оценки, приведены теоретические решения оптимизации положения чистового калибра при прокатке рельсового профиля. Установлено, что наклон врезки калибра 16% является оптимальным и снижает энергетические характеристики процесса прокатки.

2. Проведено исследование деформированного состояния металла при двухсторонней и односторонней разрезке применительно к прокатке рельсов. По данным замерам ячеек составного образца построены графики деформации металла при его прокатке в ящичных калибрах с двухсторонней разрезкой, трапецеидальных калибрах и разрезном рельсовом. Установлено, что прокатка рельсов с предварительной разрезкой граней заготовки, идущих на формирование подошвы и головки рельса, улучшает проработку металла в средней части этих поверхностей, а также в большей степени локализует ликвационную зону и осевую рыхлость в центре заготовки. По результатам исследований разработан способ прокатки рельсов из непрерывно-литой заготовки в черновых пропусках, улучшающий проработку грани заготовки, идущей на образование поверхности катания головки профиля.

Экономический эффект от внедрения этого способа составляет 4221000 руб/год.

3. Анализ энергосиловых параметров на стане «900» при прокатке предварительно обжатой заготовки из слитка и непрерывнолитой заготовки сечением 300x330 мм показал их достаточно близкое совпадение, что свидетельствует о том, что наличие ликвационной зоны и центральной пористости непрерывнолитой заготовки практически не влияет на формирование металла при прокатке рельсов. Поэтому при расчетах калибровки прокатных валков возможно использование зависимостей, полученных для предварительно деформированного металла из блюмсов.

4. Методом ультразвукового контроля показано, что в процессе прока-пси: рельсовой заготовки в черновых калибрах с использованием предлагаемой в работе калибровки происходит заваривание большей части дефектов центральной пористой области непрерывиолитой заготовки. ; , Д.

5: Разработан и внедрен новый способ прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки с высотой гребня в трапецеидальном калибре, определяемой в зависимости от минимальной протяженности периферийной! зоны и зоны столбчатых кгри-сталлов заготовки и от суммарной высоты гребней со стороны подошвы в калибрах для предварительной разрезки и трапецеидальном. ;

Определено, что в рельсах, прокатанных; по разработанному способу, разбрюс значений ударной вязкости по ширине подошвы меньше, чем в рельсах, прокатанных по обычной калибровке; что уменьшает вероятность хрупкого разрушения рельса в условиях динамичного нагружения. >.' Экономический эффект от внедрения этого способа за счет увеличения выхода Р651 сорта составляет 7882000 руб/год. . ; г ,: ; ■ ;

6. Показано, что оптимальным по условиям выработки калибров и распространению осевой пористости в область головки рельса является ширина разрезЕз:ого рельсового калибра, при которой суммарное уширение в рельсовых-калибрах: составляет 19,5 мм. :

Разработана калибровка рельсов с суммарным уширением в рельсовых калибрах (IАВ = 19,5 мм), уменьшающая трансформацию осевой рыхлости в направлении головки рельса. /л/

7. Разработан новый способ калибровки рельсов, увеличивающий ресурс износостойкости чистового калибра за счет расширения диапазона компенсации выработки шейки калибра. Внедрение разработанного способа калибровки рельсов при прокатке рельсов Р65 в рельсобалочном цехе ОАО «НКМК» позволило повысить точность выполнения геометрических размеров профиля, уменьшить массу погонного метра профиля в процессе работы калибра более чем на 1% и снизить расходный коэффициент на рельсах Р65 на 0,003 т/т.

Экономический эффект от внедрения способа составляет 11340000 руб/год.

8. Проведенные промышленные исследования по изучению причин образования концевой кривизны рельсов показали, что основной причиной концевого искривления рельсов при порезке являются осевые сжимающие остаточные напряжения, наведенные за счет неравномерности распределения пластических деформаций между элементами профиля и приводящие к изгибу концов рельсов при релаксации этих напряжений на новых свободных поверхностях.

Разработана новая технология прокатки рельсов с использованием универсальных калибров по схеме: предчистовой трехвалковый и чистовой четырехвалко-вый. Прокатка в чистовом универсальном калибре привела к снижению неравномерности распределения деформации по элементам профиля и уменьшению остаточных напряжений в рельсах после прокатки.

Улучшение прямолинейности рельсов по длине в горизонтальной и вертикальной плоскостях составило 25 - 35% по сравнению с использованием чистовой клети «дуо». Особое улучшение произошло по концевой кривизне в горизонтальной плоскости, которое составило 0,25 — 0,35 мм, что более чем в 1,5 — 2,0 раза меньше допустимого по стандарту.

Общая экономическая эффективность использования результатов предложенных мероприятий, разработанных в данной работе, составляет 23443000 руб/год при долевом участии автора 4688600 руб/год.

1. Кучко И.И. О рациональной калибровке рельсов Текст. / И.И. Кучко, М.Г. Серкин, Л.И. Сороко // Сталь. 1956. №5.- с. 438 - 445.

2. Браунштейн Е.Р. Деформация металла в ящичных калибрах при прокатке рельсов Р65 Текст. / Е.Р. Браунштейн, В.Н. Перетятько // Изв. вузов. Черная металлургия. 1997. — №4. с. 32 - 34.

3. Шарапов И.А. Рациональная система калибров для прокатки рельсов в черновых пропусках Текст. / И.А. Шарапов, В.В. Дорофеев, В.А. Бердышев и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. 1997. - №6. — с. 61 - 62.

4. Критинин И.А. Усовершенствование калибровок железнодорожных рельсов на Кузнецком металлургическом комбинате Текст. / И.А. Критинин, Н.П. Кудрявцев и др. // Сталь. 1973. - №2. - с. 144 - 146.

5. Кравченко Е.Л. Прокатка железнодорожных рельсов Р75 Текст. / Е.Л. Кравченко, И.А. Шарапов и др. // Сталь. 1983. - №7. - с. 40 - 42.

6. Полухин П.И. Прокатка и термическая обработка рельсов Текст. / П.И. Полухин, Ю.В. Грдина, Е.Я Зарвин // М.: Металлургиздат. 1962. — с. 510.

7. Александров П.А. Повышение качества рельсов путем улучшения и унификации калибровок Текст. / П.А. Александров, И.С. Тришевский // Сталь. 1954.-№5.-с. 434-441.

8. Александров П.А., Тришевский И.С. // Сталь. 1955. - №12. - с. 11 — 12. (

9. Перетятько В.Н. Формоизменение металла в трапецеидальных калибрахпри прокатке рельсов Р65 Текст. / В.Н. Перетятько, В.М. Пятайкин и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. 1998. - №8. - с. 41 - 43.

10. Шарапов И.А. Рациональная расточка четырехвалкового комплекта валков для прокатки рельсов Текст. / И.А. Шарапов, В.В. Дорофеев // Сталь. -1998.-№5.-с. 45-46.

11. Бахтинов Б.П. Калибровка прокатных валков Текст. / Б.П. Бахтинов, М.М. Штернов // М.: Металлургиздат. 1953. - 783 с.

12. Литовченко Н.В. Калибровка валков сортовых станов Текст. / Н.В. Литов-ченко, Б.Б. Диомидов, В.А. Курдюмова // М.: Металлургиздат. 1963. - 638 с.

13. Диомидов Б.Б. Технология прокатного производства Текст. / Б.Б. Диомидов, Н.В. Литовченко // М.: Металлургия. 1979. - 488 с.

14. Литовченко Н.В. Калибровка профилей и прокатных валков Текст. / Н.В. Литовченко // М.: Металлургия. 1990. - 432 с.

15. Полухин П.И. Прокатное производство Текст. /П.И. Полухин, Н.М. Федосов, A.A. Королев и др. // М.: Металлургия. 1982. - 696 с.

16. Чекмарев А.П. Калибровка прокатных валков Текст. / А.П. Чекмарев, B.C. Мутьев // М.: Металлургия. 1971. - 508 с.

17. Целиков А.И. Теория продольной прокатки Текст. / А.И. Целиков, Г.С. Никитин, С.Е. Рокотян // М.: Металлургия. 1980. — 320 с.

18. Полухин П.И. Деформация и напряжения при обработке металлов давлением Текст. / П.И. Полухин, В.В. Воронцов, А.Б. Кудрин и др. // М.: Металлургия. — 1974. — 336 с.

19. Shield R.T. and Drucker D.C. The application of limit analysis to Punch -indentation Problems. // J. Appl. Mech., 1953, №20, pp. 453 465.

20. Прагер В. Теория идеально пластических тел Текст. / В. Прагер, П.Г. Ходж // М.: Иностранная литература. — 1956. 398 с.

21. Hodge P.G. Approximate solutions of problems of plane blow. // J. Appl. Mech., 1950, №17, pp. 257-267.

22. Хилл P. Математическая теория пластичности Текст. / Р. Хилл // М.: ГНИЛ. 1956.-407 с.

23. Green А.Р. On the Use of Hodographs in Problems of Plane Plastic Strain. J. Mech. Phys. Solids, №2, pp. 73 - 81.

24. Алюшин Ю.А. Кинематически возможные поля скоростей из жестких блоков для процессов трехмерной деформации Текст. / Ю.А. Алюшин, Г.Я. Рудас // Изв. вузов. Черная металлургия. 1973. - №10. - с. 68 - 73. г

25. Алюшин Ю.А. Применение энергетического метода для расчета и анализа процессов пластического формоизменения металлов Текст. / Ю.А. Алюшин, С.А. Еленев // Исследование процессов пластической деформации: Сб. ст. М.: Наука. - 1965. - с. 106 - 133.

26. Томленов А.Д. Приближенный энергетический метод определения усилий, вызывающих пластическое течение металлов Текст. / А.Д. Томленов // Кузнечно-штамповочное производство. 1962. - №8. - с. 8 - 11.

27. Тарновский И.Я. Деформации и усилия при обработке металлов давлением Текст. / И.Я. Тарновский, А.А. Поздеев, О.А. Ганаго // М.: Машгиз. 1959. -304 с.

28. Степанский Л.Г. Расчеты процессов обработки металлов давлением Текст. / Л.Г. Степанский // М.: Машиностроение. 1979. - 215 с.

29. Степанский Л.Г. Пластическое течение металла при двухсторонней закрытой прошивке Текст. / Л.Г. Степанский // Кузнечно-штамповочное производство. 1964. -№3. - с. 8 - 11.

30. Степанский Jl.Г. Расчет «застойных» зон металла при прессовании Текст. / Л.Г. Степанский // Кузнечно-штамповочное производство. — 1963. — №10. — с. 1 -3.

31. Степанский Л.Г. О границах очага пластической деформации при выдавливании Текст. / Л.Г. Степанский // Вестник машиностроения. — 1963. — №9. -с. 59-62.

32. Томсен Э. Механика пластических деформаций при обработке металлов Текст. / Э. Томсен, Ч. Янг, Ш. Кобаяши // М.: Машиностроение. — 1969. — 174 с.

33. Kudo Н. Some analytical and experimental studies of axi-symmetric cold forging and extrusion // Int. J. Sci., 1960, №2, pp. 102 127.

34. Джонсон В. Теория пластичности для инженеров Текст. / В. Джонсон, П. Меллор // М.: Машиностроение. 1979. - 568 с.

35. Johnson W. Cavity Formation and enfolding defects in plain strain extrusion using a shaped punch. // Appl. Sci. Res., Sect. A, 1959, №8, pp. 228 236.

36. Johnson W. An elementary Consideration of Some extrusion defects. // Appl. Sci. Res., Sect. A, 1958, №17, pp. 437 443.

37. Kudo H. Some analytical and experimental studies of Axi-symmetric Cold forging and extrusion II. // Int. J. Mech. Sci., 1961, №3, pp. 91 - 117.

38. Алюшин Ю.А. Определение удельных усилий и минимальных обжатий при прессовании методом верхней оценки Текст. / Ю.А. Алюшин // Кузнечно-штамповочное производство. 1965. - №4. - с. 19-25.

39. Avitzur В/ Strain-Rate Effects in Plastic Flow through Conical Converging Diee. Trans. ASME, 1967, Ser. B, № 89, pp. 556 - 562.

40. Алюшин Ю.А. К возможности использования нелинейного математического программирования в методе верхней оценки Текст. / Ю.А. Алюшин, В.Е. Логинов, В.В. Ерастов // Изв. вузов. Черная металлургия. 1977. - №8. -с. 84-87.

41. Koopan D.C.A. and Lance R.H. On linear programming and plastic limit analysis. // J. Mech. Phys. Solids, 1965, №13, pp. 77 78.

42. Hailing J. and Mitchell L.A. Use of Upper bound Solutions for Predicting the Pressure for the Plane Strain Extrusion of Materiale. // J. Mech. Eng. Sci., 1964, №6, pp. 240 249.

43. Илясов B.B. Вариант метода верхней оценки, учитывающий упрочнение металла Текст. / В.В. Илясов // В кн.: Обработка металлов давлением. Ростов-на-Дону. 1977. - с. 27 - 32.

44. Johnson W. and Kudo Н. The use of Upper-bound Solutions for the determination of temperature distributions in fast hot rolling and axi-symmetric ex rusion processes. // Int. J. Mech. Sci., 1960, №1, pp. 175-191.

45. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов Текст. / А.Д. Томленов // М.: Металлургия. 1972. - 408 с.

46. Бекофен В. Процессы деформации Текст. / В. Бекофен // М.: Металлургия. 1977.-228 с.

47. Янг С.Т. Применение решения по верхнему пределу к задачам о трехмерном выдавливании и прошивке Текст. / С.Т. Янг // Труды американского общества инженеров-механиков. Конструирование и технология машиностроения. 1962. — №4. — с. 3 — 4.

48. Kudo Н. and Tamura К. Analysis and experiment in V-groove forming -1, II, III and IV. // Ann. CIRP, 1969, №917, pp. 297 328.

49. Usui E. and Masuko M. Fundamental study on threedimensional Machining. — I and II. Bull. ISME, 1973, №16. pp. 1214 - 1232.

50. Haddow J.B. and Johnson W. Bounds for the loads to Compress Plastically Square Discs between Rough Dies. // Appl. Sci. Res., Sect. A, 1961, WIG, pp. 471 -473.

51. Ерастов В.В. Алгоритм расчета процессов осесимметричной деформации с учетом инерционных сил на основе полей скоростей из непрерывно деформируемых областей Текст. /В.В. Ерастов // Изв. вузов. Черная металлургия. 1997. - №4. - с. 42-45.

52. Березовский Б.Н. Решение задач о вальцовке с уширением методом верхней оценки Текст. / Б.Н. Березовский, A.A. Пучков // В кн.: Повышение качества и эффективности производства деталей сельскохозяйственных- машин. Ростов-на-Дону. 1983. - с. 146 - 151.

53. Испытания стали методом горячего скручивания. // Бюллетень ЦНИИН. -1947. -№20 (90). с. 25 - 27.

54. Виноградов М.П. Испытания стали на горячее скручивание на заводе «Электросталь» Текст. / М.П. Виноградов // Бюллетень ЦНИИН. 1948. -№7 (99).-с. 48-51.

55. Мошнин E.H. Механические свойства сталей при высоких температурах и различных схемах деформации Текст. / E.H. Мошнин, Д.И. Бережковский // Металловедение и термическая обработка металлов. 1957. - №4. - с. 18 -21.

56. Зуев М.И. Пластичность стали при высоких температурах Текст. / М.И. Зуев, B.C. Култыгин и др. // М.: Металлургиздат. 1954. - 102 с.

57. Tsukatota Fujio, Suzuki Takasi. Tetsu to hagane ouersear. — 1962. T. 2. №2. S. 61.

58. Tobisowa Seidsu. Tetsu to hagane. // J. Iron and steel Inst. Jaran. — 1962. Т. 48.

59. Перетятько B.H. Горячая прокатка листвой нержавеющей стали Текст. / В.Н. Перетятько, А.Ф. Кузнецов // Кемерово. ККИ. 1989. - 252 с.

60. Равицкая Т.М. О механизме и природе образования контактно-усталостных дефектов Текст. / Т.М. Равицкая // Производство, качество и стойкость железнодорожных рельсов: Сб. науч. трудов. М. — 1966. — с. 326 335.

61. Равицкая Т.М. К вопросу о механизме образования дефектов контактного происхождения в головках рельсов Текст. / Т.М. Равицкая, Д.С. Казарновский // Технология производства и свойства черных металлов: Сб. науч. трудов. М. 1965. Вып. XI. - с. 324 - 334.

62. Пашков П.О. Пластичность и разрушение металлов Текст. / П.О. Пашков // Л.: Судпромгиз. 1950. - 264 с.

63. Великанов A.B. Влияние неоднородностей структуры рельсов на образование продольных контактно-усталостных трещин Текст. / A.B. Великанов, Е.А. Шур, И.И. Клещева и др. // Вестник ВНИИЖТ. 1984. - №5. - с. 39 -43.

64. Кислик В.А. Контактные повреждения и поперечные изломы рельсов тяжелого типа Р50 Текст. / В.А. Кислик, А.И. Кармазин, A.M. Самойленко // Повреждение срока службы рельсов и колес: Сб. трудов РИИЖТ. Ростов-на-Дону. 1967. - Вып. 63. - с. 6 - 10.

65. Пастрняк 3. Прокатка непрерывнолитых заготовок Текст. / 3. Пастрняк // М. 1983 (Обзор по системе Информсталь // Ин-т «Черметинформация». Вып. 3 (152).-с. 35).

66. Либерман A.A. Минимальное обжатие непрерывнолитых заготовок для получения качественного проката Текст. / A.A. Либерман // Металлург. -1993.-№4.-с. 31-34.

67. Целиков А.И. Теория расчета усилий при прокатке Текст. / А.И. Целиков // Металлургиздат. 1962. - с. 96.

68. Горенштейн М.М. Энергосиловые параметры прокатки фасонных профилей из литых заготовок Текст. / М.М. Горенштейн, B.C. Рутес, А.И. Манохин и др. // Сталь. 1996. - №8. - с. 725 - 727.

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

70. Нестеров Д.К. Производство железнодорожных рельсов из непрерывноли-тых заготовок Текст. / Д.К. Нестеров, А.Я. Глазков // Сталь. — 1995. — №8. -с. 36-44.

71. Mennel Y. Laminage des rails universel apzeg la modernization du train d'Hayange / Y . Mennel // Der Kalibreur. 81, Heft 35. S. 15 - 64.

72. A.C. 1445823 СССР, МКИ4 В 21 В 1/08. Способ калибровки рельсов Текст. / А.Ф. Кузнецов, И.К. Лысенко, И.А. Шарапов, Е.Л. Кравченко, В.В. Дорофеев (СССР). № 4251369/28-02; заявл. 01.06.87; опубл. 23.12.88, Бюл. № 47.-3 е.: ил.

73. Сорокин В.И. Ультразвуковой контроль макроструктуры рельсов в потоке производства Текст. / В.И. Сорокин, Д.С. Казарновский, В.В. Гаркавый и др. // Черная металлургия: Бюл. ин-та «Черметинформация». М. 1983. Вып. 19.-е. 28-30.

74. Гаркавый В.В. Контроль качества макроструктуры железнодорожных рельсов на металлургических комбинатах Текст. /В.В. Гаркавый, Г.М. Сучков, О.А. Полосухина и др. // Металлург. 1988. - №1. - с. 45 - 47.

75. Производство железнодорожных рельсов и колес. Сб. трудов УкрНИИМет. Харьков. Вып. 8, 1980. с. 5 - 10.

76. Поляничка В.А. Совершенствование технологии производства железнодорожных рельсов Текст. / В.А. Поляничка, М.С. Гордиенко, Н.Ф. Леванко идр. //Металлург. 1981. -№7. - с. 33 -35.I

77. Тиховский В.Т. Отрицательное влияние холодной правки на качество рельсов Текст. / В.Т. Тиховский // Сталь. 1936. - №12. - с. 42 - 45.

78. Федоров М.И. Исследование условий правки объемнозакаленных рельсов, способствующих снижению уровня остаточных напряжений Текст. / М.И. Федоров, А.И. Поздеев, И .Я. Винокуров // Изв. вузов. Черная металлургия.- 1978.- №6. -с. 168- 179.

79. Слоним А.З. Правка листового и сортового металла Текст. / А.З. Слоним, A.JI. Сонин // М.: Металлургия. 1981. - 232 с.

80. Слоним А.З. Машины для правки листового и сортового материала Текст. / А.З. Слоним, A.JI. Сонин // М.: Машиностроение. 1975. - 208 с.

81. Производство железнодорожных рельсов и колес. Сб. трудов. УкрНИИ-Мет. Харьков. Вып. 2. 1974. - с. 52 - 55.

82. Давиденков H.H. Об остаточных напряжениях Текст. / H.H. Давиденков // Зав. лаб. 1935, т. IV. - №6. - с. 688 - 698.

83. Няшин Ю.И. Об управлении уровнем остаточных напряжений в горячека-танных профилях Текст. / Ю.И. Няшин // Изв. вузов. Черная металлургия.- 1980,-№6. -с. 46-49.

84. Няшин Ю.И. Об исследовании остаточных напряжений в горячекатаных двутавровых балках и их влияние на устойчивость Текст. / Ю.И. Няшин // Проблемы прочности. 1982. - №2. - с. 111-114.

85. Няшин Ю.И. К вопросу об определении остаточных напряжений Текст. / Ю.И. Няшин // Изв. АН СССР. Металлы. 1980. - №1. - с. 174 - 176.

86. Скороходов А.Н. Остаточные напряжения в профилях и способы их снижения Текст. / А.Н. Скороходов, A.A. Зудов, A.A. Киричков // М.: Металлургия. 1985. - 184 с.

87. Чекмарев А.П. Методы исследования процессов прокатки Текст. / А.П. Чекмарев, А.П. Ольдзиевский // М.: Металлургия. — 1969. 294 с.

88. Тарновский И .Я. Элементы теории прокатки Текст. / И.Я. Тарновский, А.Н. Скороходов, Б.М. Илюкович // М.: Металлургия. 1972. - 350. с.

89. Kusacade Т., Michara J. Tetsu-to-Hagane, 1979, v. 65, №9, р. 21 - 28.

90. Kusacade Т., Michara J. Tetsu-to-Hagane, 1979, v. 65, №9, p. 35-45.

91. Джонсон В. Кудо X. Механика процесса выдавливания металлов Текст. / В. Кудо X. Джонсон // М.: Металлургия. 1965. - 174 с.

92. Алюшин Ю.А. О возможности расчета осесимметричного выдавливания полых изделий с помощью полей скоростей для плоской деформации Текст. / Ю.А. Алюшин, Б.Н. Березовский, В.В. Ерастов и др. // Сб. науч. трудов. Ростов-на-Дону. РИСХМ. - 1978.

93. Ерастов В.В. Общий алгоритм расчета процессов трехмерной и плоской деформации Текст. / В.В. Ерастов, Е.М. Пятайкин, Е.М. Сергеев // Изв. вузов. Черная металлургия. — 1997. — №2. с. 29 - 32.

94. Чижиков Ю.М. Теория подобия и моделирования процесса обработки металлов давлением. Текст. / Ю.М. Чижиков // — М.: Металлургия. 1970. - 296 с.

95. Чекмарев В.П. Теория прокатки Текст. / В.П. Чекмарев, Г.А. Фень, Г.Г. Шаломчак и др. // М.: Металлургия, 1975. - 248 с.

96. Смирнов-Аляев Г.А. Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением Текст. / Г.А. Смирнов-Аляев, В.Н. Чикидовский // Л.: Машиностроение. 1972. — 360 с.

97. Тарновский И .Я. Формоизменение при пластической обработке металла. Текст. / И.Я. Тарновский // М.: Металлургиздат. 1954. - 532 с.

98. Тарновский И.Я. Деформация металла при прокатке Текст. / И.Я. Тарновский, A.A. Поздеев, В.Б. Ляшков // Свердловск.: Металлургиздат. — 1956.-280 с.

99. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. Текст.: учебник для вузов. / В.Л. Колмогоров // М.: Металлургия. — 1986. — 688 с.

100. Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление металлов пластическому деформированию Текст. / Г. А. Смирнов-Аляев // Л.: Машгиз. 1961. - 462 с.

101. Смирнов-Аляев Г.А. Механическое основы пластической обработки металлов. Текст. / Г.А. Смирнов-Аляев // Л.: Машиностроение. 1968. - 272 с.

102. Чечнев H.A. Методы исследования процессов обработки металлов давлением. Текст. / H.A. Чечнев, А.Б. Кудрин, П.И. Полухин // М.: 1УГеталлур-гия. 1977.-310 с.

103. Гун Г.Я. К методике построения координатной сетки в области течения при решении плоской задачи прессования. Текст. / Г.Я. Гун, П.И. Полухин и др. // Изв. Вузов. Чер. Металлургии. 1972. №7. - с. 61 - 65.

104. Ренне Н.П. Применение делительной координатной сетки при анализе сложной деформации. Текст. / Н.П. Ренне // Изв. вузов. Черн. металлургия. 1971.-№1.-с. 110-113.

105. Дель Г.Д. Метод делительных сеток. Текст. / Г.Д. Дель, H.A. Новиков // М.: Машиностроение. 1979. 144 с.

106. Пашков П.О. Пластичность и разрушение металлов. Текст. / П.О. Пашков // JL: Судпромгиз. 1950. 264 с.

107. Зибель Э. Обработка металлов в пластическом состоянии. Текст.: Пер. с нем. / Э. Зибель // М.: Металлургиздат. 1934 - 186 с.

108. Челышев H.A. Деформация металла при прокатке рельсов типа Р50 Текст. / H.A. Челышев, В.М. Дрощинский, Р.Н. Дарушин и др. // Сталь. -1964. №11.-с. 432-436.

109. Куницкий Н.П. Электрооборудование прокатных цехов Текст. / Н.П. Ку-ницкий // М.: Металлургия. 1969. - 326 с.

110. Дорофеев C.B. Разработка новых способов прокатки и правки железнодорожных рельсов из непрерывнолитых заготовок на ОАО «НКМК» Текст. / C.B. Дорофеев, В.В. Дорофеев, А.Б. Юрьев и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. 2008. - № 12. - с. 32 - 35.

111. Дорофеев B.B. Новая технология прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки в черновых калибрах / В.В. Дорофеев, В.В. Кузнецов, A.B. Дорофеев // Перспективные промышленные технологии и материалы: сб. статей. Новосибирск. - 2004. — с. 93 — 110.

112. Павлов В.В. Разработка прогрессивных калибровок и технологий прокатки на станах Новокузнецкого металлургического комбината. Текст. /В.В. Павлов, В.В. Дорофеев, Е.М. Пятайкин и др. // Новосибирск: Наука, 2006. — 224 с.

113. Ерастов В.В. Оптимизация процесса прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки Текст. / В.В. Ерастов, С.Г. Литвин, Е.М. Пятайкин, В.В. Дорофеев // Изв. вузов. Черная Металлургия. 2002. №8 с. 20 - 22.

114. Дорофеев C.B. Усовершенствование прокатки железнодорожных рельсов. Текст. / C.B. Дорофеев, В.В. Дорофеев, А.Б. Юрьев и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2009. - №6. - с. 18-20.

115. Дорофеев В.В. Исследования причин образования концевой кривизны при прокатке и разработка способов ее уменьшения. Текст. / В.В. Дорофеев, C.B. Дорофеев, А.Б. Юрьев. // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2008. - №3. - с. 72 - 77.

116. Колмогоров В.Л. Основы механики обработки металлов давлением Текст. / В.Л. Колмогоров // М.: Металлургия. 1968. - 688 с.

117. Смирнов B.C. Теория обработки металлов давлением Текст. / B.C. Смирнов // М.: Металлургия. 1973. - 496 с.

118. Казарновский Д.С. Способ термической обработки рельсов Текст. / Д.С. Казарновский, В.Н. Ермолаев, А.П. Бабич и др. // A.c. СССР № 436868, опубл. Б. И. 1974, №26.

119. Поздеев A.A. Остаточные напряжения. Теория и приложение Текст. / A.A. Поздеев, Ю.И. Няшин, П.В. Трусов // М.: Наука. 1982. - 112 с.

120. Кудрин С.Н. Формирование концевой кривизны рельсов после прокатки Текст. / С.Н. Кудрин, Г.А. Червов, В.В. Казаков и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. 1990. -№12. - с. 34 - 36.

121. Пестряк 3. Перспективы развития прокатных станов в мире. Текст. / 3. Пестряк. Обзор по системе Информсталь // Ин-т «Черметинформация». — М., 1984.-вып. 5-53 с.

122. Артамонов Е.А. Производство рельсового проката повышенного качества за рубежом. Текст. / Е.А. Артамонов. // Черная металлургия: Бюл. ин-та «Черметинформация». М., 1984. - №6. - с. 16 - 24.

123. Чабан C.B. Опыт производства рельсов для высокоскоростных магистралей на ОАО «НКМК» Текст. / C.B. Чабан // Материалы юбилейной рельсовой комиссии 2002. Сб. докл. Новокузнецк март - 2002. — с. 174 — 180.