Способ обработки рельсов

 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к обработке рельсов. Задача изобретения - уменьшить непрямолинейность рельсов без изменения уровня остаточных напряжений. Для этого рельсы, прошедшие объемный нагрев, охлаждение в масле и отпуск, подвергают холодной деформации по крайней мере однократно, подавая в очаг деформации воду при температуре 70-90^oC и расходе 0,5-1,5 л/мин. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к обработке рельсов.

Известен способ изготовления с использованием роликового рихтовочного агрегата стальных рельсов с низким уровнем остаточных напряжений (ФРГ, патент N 3501522, C 21 D 9/04).

Согласно способу охлажденные после горячей прокатки до температуры ниже 100^oC рельс перед введением в агрегат для рихтования роликами нагревают в зоне перемычки до 100-500^oC, а после рихтовки охлаждают на воздухе до комнатной температуры.

Недостатком способа является необходимость использования сложного оборудования, который должен обеспечить заданный интервал температуры в шейке рельса, а также минимальную искривленность рельсов после охлаждения на воздухе.

Известен способ обработки стальных изделий, преимущественно, рельсов, для снижения уровня остаточных напряжений, включающий нагрев выше Ас₃ растяжение путем приложения нагрузки и закалку в растянутом состоянии до температуры 230-270^oC (А.С. СССР, N 1434775, C 21 D 8/00, 1992).

Недостатком этого способа является необходимость проведения дополнительной операции для снижения уровня остаточных напряжений. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является известный способ обработки рельсов, включающий объемный нагрев, охлаждение рельса в масле, отпуск и правку путем холодной деформации (А.С. N 434112, C 21 D 9/04, 1974).

Способ позволяет повысить предел выносливости рельсов за счет снижения уровня остаточных напряжений.

Недостатком данного способа является невозможность его использования для многократной холодной деформации (правки) рельса с целью снижения его непрямолинейности, так как в головке формируется высокий уровень растягивающих напряжений, что снижает предел выносливости при циклическом нагружении. Это связано с тем, что при правке используется сравнительно холодная вода (4 -20^oC). которая плохо смачивает поверхность головки, в результате чего в очаге деформации образуется неоднородная пленка. Поэтому усилие, передаваемое от бандажа правильной машины, распределяется по поверхности головки рельса неравномерно и при повторной правке одного и того же рельса в головке формируется высокий уровень остаточных напряжений.

Поставлена задача снизить непрямолинейность рельсов без изменения уровня остаточных напряжений.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, включающем объемный нагрев, охлаждение в масле, отпуск и холодную деформацию с подачей жидкости в очаг деформации, холодную деформацию (правку) осуществляют по крайней мере однократно, подавая в очаг деформации воду при температуре 70-90^oC и расходе 0,5-1,5 л/мин.

Указанные отличительные признаки способа позволяют осуществлять многократную правку рельсов. Низкий уровень напряжений характеризует возможность осуществления повторной правки. Применение многократной правки обеспечивает снижение непрямолинейности рельсов.

Известно, что поверхностное натяжение воды с повышением температуры уменьшается. Использование воды с температурой 70-90^oC улучшает смачивание поверхности катания головки рельса, что обеспечивает создание однородной тонкой пленки воды и более равномерное распределение усилия по поверхности головки, передаваемое от бандажа правильной машины.

Экспериментально установлено, что оптимальный расход воды при температуре 70-90^oC составляет 0,5 -1,5 л/мин. При этой температуре и расходе не требуется устройства для отвода воды, так как смачиваемая поверхность рельса и температура воды достаточно велики и вся вода испаряется. При расходе воды менее 0,5 л/мин количество воды для образования однородной пленки недостаточно, вследствие этого уровень напряжений возрастает, а следовательно, невозможно проводить повторную правку.

При увеличении расхода воды более 1,5 л/мин выигрыша в уровне напряжений не происходит, однако возникают дополнительные сложности, связанные с организацией отвода воды.

При температуре воды менее 70^oC расход воды должен быть более 1,5 л/мин, правка одного и того же рельса может осуществляться не более двух раз.

При температуре воды более 90^o расход воды может быть снижен до 0,4 л/мин за счет лучшего смачивания головки рельса водой, а правка осуществляется трехкратно. Однако использование воды при этой температуре затруднительно как с точки зрения ее нагрева в условиях цеха, так и образование большого количества пара.

Многократную правку можно осуществлять только при температуре воды 70-90^oC. При этом расход воды составляет 0,5-1,5 л/мин.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ обработки рельсов отличается от прототипа тем, что воду подают в очаг деформации при температуре 70-90^oC это позволяет получить в очаге деформации однородную тонкую пленку при расходе воды 0,5-1,5 л/мин, и что особенно важно, осуществлять многократную правку сильно искривленных рельсов. Это позволяет повысить прямолинейность рельсов без изменения уровня остаточных напряжений.

Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом изобретении по их функциональному назначению.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Примеры конкретного выполнения.

Обработке по предлагаемому способу подвергали рельсы Р65 из стали М76 следующего состава: 0,74% углерода, 0,92% марганца; 0,28% кремния; 0,33% фосфора и 0,027% серы. Температура нагрева рельсов под закалку составляла 840^oC, время выдержки в закаленной печи 55 мин. Закалку осуществляли в масле, а отпуск при температуре 460^oC в течение 2 ч. После охлаждения рельсов на холодильнике до температуры 60^oC осуществляли холодную деформацию рельсов (правку) на горизонтальной и вертикальной роликоправильных машинах. Правка с использованием воды осуществлялась на горизонтальной роликоправильной машине. Результаты испытания представлены в таблице.

Оценка остаточных напряжений производилась по расхождению паза (ГОСТ 18267-82), а измерение непрямолинейности по стрелке прогиба рельса на базе 1 м с помощью набора щупов (0,05 мм).

В качестве прототипа была взята двухкратная правка на горизонтальной роликоправильной машине с подачей воды и очаг деформации при температуре 10^oC и расходе 5 л/мин. Максимальная стрела прогиба составила 0,6 мм. Расхождение паза после первого прохода 2,4 мм. Повторная правка невозможна, так как расхождение паза возросло до 3,4 мм.

Для повышения прямолинейности была осуществлена четырехкратная правка. Максимальная стрела прогиба составила 0,3-0,35 мм. Правку проводили с подачей воды в очаг деформации при температуре 70-90^oC и расходе 0,5-1,5 л/мин. После первого прохода расхождение паза находилось в пределах от 1,2 мм до 1,5 мм, после второго прохода 1,2 1,8 мм, после третьего 1,2 2,1 мм и после четвертого 1,5 2,4 мм.

При правке с подачей воды в очаг деформация с температурой 40^oC и расходом 2 л/мин возможна двухкратная правка. Стрела прогиба составила 0,5 мм. Расхождение паза после первого прохода составляло 1,8 мм, а после второго - 2,9 мм.

При правке с температурой воды 100^oC и расходе 0,4 л/мин возможна трехкратная правка. Стрела прогиба равна 0,4 мм. После первого прохода расхождение паза 1,8 мм, после второго 2,3 мм. после третьего 2,8 мм и после четвертого 3,3 мм.

При температуре воды 100^oC и расходе менее 0,4 л/мин количество воды для образования однородной тонкой пленки в очаге деформации уже недостаточно. С ростом расхода воды расхождение паза уменьшилось и составило 1,2 мм при расходе 0,5-1,0 л/мин.

Дальнейшее увеличение расхода воды не влияет на напряжения однако организация ее отвода затруднена.

Таким образом, заявляемые параметры позволяют применять многократную правку рельсов, что дает возможность получить максимальную стрелу прогиба не более 0,3-0,35 мм без изменения уровня остаточных напряжений. Рельсы, обработанные этим способом, могут быть использованы для высокоскоростных магистралей, где предъявляются повышенные требования к качеству рельсов, особенно к их прямолинейности.

Формула изобретения

1. Способ обработки рельсов, включающий объемный нагрев, охлаждение рельса в масле, отпуск и правку путем холодной деформации, отличающийся тем, что правку осуществляют с одновременной подачей в очаг деформации воды с температурой 70 90^oС, расход которой составляет 0,5 1,5 л/м.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют многократную правку.

РИСУНКИ

Рисунок 1