Патент на изобретение №2254941

(54) СПОСОБ ПРОКАТКИ РЕЛЬСОВ ИЗ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области прокатного производства и может быть использовано при прокатке рельсов из непрерывнолитой заготовки. Задача изобретения – улучшение качества рельсов, прокатываемых из непрерывнолитой заготовки. Способ включает прокатку заготовок в системе калибров для черновых пропусков рельсовых профилей с предварительной разрезкой граней, идущих на образование подошвы и головки профиля в разрезном балочном калибре и последним пропуском в трапецеидальном калибре с глубокой разрезкой грани, идущей на образование подошвы рельса, где высота гребня в трапецеидальном калибре определяется в зависимости от минимальной протяженности периферийной зоны и зоны столбчатых кристаллов в непрерывнолитой заготовке и суммарной высоты гребней со стороны подошвы в калибрах для предварительной разрезки и трапецеидальном. Изобретение обеспечивает уменьшение неравномерности распределения значений ударной вязкости по ширине подошвы и улучшение показателей копровых испытаний на прогиб подошвы рельсов. 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при прокатке рельсов из непрерывнолитой заготовки.

Известен способ калибровки рельсов в черновых калибрах с применением схемы Бартшерера, который предложил деформировать исходную заготовку в первом трапециевидном калибре со стороны будущей подошвы высоким разрезным гребнем. Глубокая разрезка заготовки и разгибание будущих фланцев подошвы в последующих калибрах приводит к тому, что подкорковые пузыри и столбчатые кристаллы, расположенные перпендикулярно к граням слитка, изменяют ориентировку и оказываются расположенными параллельно основанию подошвы. Поверхностные дефекты в виде подкорковых пузырей и волосных трещин при этом растягиваются, истираются и в результате исчезают с поверхности прокатываемого рельса. Вследствие этого получаются рельсы с лучшей поверхностью, с более высокими показателями при копровых испытаниях на прогиб подошвы.

Способ предусматривает высоту гребня в трапецеидальном калибре брать равной 50 мм, а угол при вершине гребня в пределах 85-87° [1].

Недостатком данного способа является непроработка металла в ящичных калибрах обычной конструкции в средней части приконтактного слоя, что особенно важно при прокатке рельсов из непрерывнолитой заготовки, имеющей осевую ликвацию и пористость.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ прокатки железнодорожных рельсов, включающий прокатку заготовок в системе калибров для черновых пропусков рельсовых профилей с предварительной разрезкой граней, идущих на образование подошвы и поверхности катания головки рельса в несимметричном калибре типа балочного с разными высотами разрезных гребней с последующим их обжатием до плоскости в ящичном калибре и последним пропуском в трапециевидном калибре с глубокой разрезкой грани, идущей на образование подошвы рельса [2] – прототип.

Недостатки известного способа состоят в следующем.

При проектировании калибровки рельсов из непрерывнолитой заготовки одной из основных задач является уменьшение распространения осевой пористости и ликвационной зоны в процессе деформации металла в калибрах для предотвращения их выхода в головку и подошву рельса. Но при прокатке по вышеизложенному способу высокий и острый гребень первого трапецеидального калибра не разрушает первичную структуру, уплотняя металл, а разрезает тело заготовки. Доказательством этому служат следующие факторы:

1. В работе [3] при сравнении качества рельсов, прокатанных из непрерывнолитой заготовки и из слитка, показан характер распределения твердости по сечению рельса, который косвенно подтверждает разрезающую функцию гребня первого трапецеидального калибра при прокатке рельсов из непрерывнолитой заготовки [3, стр.40, рис.4]. Как видно из рисунка у рельсов, прокатанных из НЛЗ, наблюдается наибольшая твердость поверхностного слоя головки на глубине 10-12 мм, равная 40,1-1 HRC, а наименьшая твердость по подошве рельса против шейки 28,1-32,0 HRC.

2. При копровых испытаниях пиловых проб от рельсов Р65, прокатанных из непрерывнолитой заготовки на Кузнецком металлургическом комбинате, имелись случаи их разрушения. При этом изломы имели однотипный характер и очаг разрушения находился в средней части подошвы, ближе к поверхности (4-6 мм от поверхности подошвы). Результаты металлографического исследования показали, что в зоне очага разрушения имела место структурная неоднородность, не сопровождающаяся повышенной загрязненностью неметаллическими включениями. Вероятной причиной разрушения проб могла быть большая глубина разрезки заготовки со стороны подошвы, в результате чего поверхность центральной ее части формировалась из металла зоны развитой транскристализации.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение качества рельсов.

Технический результат достигается тем, что в способе прокатки железнодорожных рельсов из непрерывнолитых заготовок, включающем прокатку заготовок в системе калибров для черновых пропусков рельсовых профилей с предварительной разрезкой граней, идущих на образование подошвы и поверхностей катания головки рельса в разрезном калибре типа балочного с разными по высоте гребнями с последующим обжатием их до плоскости в ящичном калибре, и последним пропуском в трапецеидальном калибре с глубокой разрезкой грани, идущей на образование подошвы рельса, высоту гребня в трапецеидальном калибре определяют в зависимости от минимальной протяженности периферийной зоны и зоны столбчатых кристаллов в непрерывнолитой заготовке и суммарной высоты гребней со стороны подошвы в калибрах для предварительной разрезки и трапецеидальном по выражению

где h_{гр.под.раз.} – высота гребня со стороны подошвы рельса в калибре для предварительной разрезки;

h_{гр.трап.} – высота гребня в трапециевидной калибре;

Е₁ – минимальная протяженность периферийной зоны кристаллов в НЛЗ;

Е₂ – минимальная протяженность столбчатых кристаллов в НЛЗ.

Угол при вершине гребня трапециевидного калибра берется не менее 120° .

Сущность изобретения состоит в следующем.

При определении оптимального сечения непрерывнолитой заготовки для производства железнодорожных рельсов [4] установлено, что протяженность периферийной зоны кристаллов в этой заготовке составляет 5-10 мм, а зоны столбчатых кристаллов 80÷ 90 мм [4, стр.176, рис.5.13]. Таким образом минимальная величина протяженности периферийной зоны и зоны столбчатых кристаллов в непрерывнолитой заготовке составляет ~85 мм. Рельсы, прокатываемые по способу [2], включающему систему калибров для черновых пропусков с предварительной несимметричной разрезкой граней со стороны подошвы и головки профиля в разрезном калибре типа балочного, в котором высота гребня со стороны подошвы составляет 20 мм, и последним пропуском в трапециевидном калибре с высоким разрезным гребнем, равным 50 мм, и углом при вершине 85° имели случаи разрушения при копровых испытаниях. При этом суммарная разрезка грани заготовки со стороны подошвы рельса гребнями калибров трапецеидального и предварительной разрезки составила 70 мм, т.е. 82% от минимальной величины протяженности периферийной зоны и зоны столбчатых кристаллов НЛЗ.

Уменьшение высоты гребня трапецеидального калибра и увеличение его угла при вершине обеспечивает уменьшение разрезающей функции гребня и увеличивает его функцию разрушения и уплотнения первичной структуры.

Доказательством этому является то, что при проведении промышленных экспериментов прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки с высотой гребня в 1^м трапециевидном калибре, рассчитанной из соотношения

и равной 30 мм и углом при его вершине 120° стандартные копровые испытания нетермообработанных и закаленных рельсов, проведенные на удвоенном количестве проб, показали удовлетворительные результаты. Неравномерность распределения значений ударной вязкости по ширине подошвы в рельсах с уменьшенной высотой гребня в 1^1м трапециевидном калибре, меньше чем в рельсах, прокатанных с высоким разрезным гребнем (табл.1).

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки в черновых пропусках отличается от прототипа тем, что высоту гребня в трапециевидном калибре определяют в зависимости от минимальной протяженности периферийной зоны и зоны столбчатых кристаллов в непрерывнолитой заготовке и суммарной высоты гребней со стороны подошвы в калибрах для предварительной разрезки и трапецеидальном из соотношения

а угол при вершине гребня трапециевидного калибра берется не менее 120° .

Таким образом, заявляемый способ прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки соответствует критерию изобретения новизна . При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию изобретательский уровень .

На фиг.1 предоставлен предлагаемый способ прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки. По этому способу предусмотрены два пропуска в калибре №1 ящичного типа (фиг.1), в котором происходит осадка заготовки по граням, идущим на образование шейки профиля. На фиг.2 представлен калибр №2 типа открытого балочного, где обрабатываются грани, идущие на образование подошвы и поверхности катания головки рельса с последующим обжатием до плоскости в ящичном калибре №3 (фиг.3) и подготовкой в нем раската после кантовки на 90° к прокатке в трапециевидном калибре (фиг.4) на фиг.5 представлен трапециевидный калибр (калибр №4), где происходит разрезка грани, идущей на образование подошвы рельса. Высота гребня этого калибра (h_{гр.трап.}) высчитывается из соотношения

где h _{гр.под.раз.} – высота гребня со стороны подошвы рельса в калибре для предварительной разрезки;

h_{гр.трап.} – высота гребня в трапециевидной калибре;

Е₁ и Е₂ – минимальная протяженность соответственно периферийной зоны и столбчатых кристаллов в НЛЗ.

Угол при вершине гребня ( _тр° ) берется не менее 120° .

Конкретный пример способа прокатки рельсов в черновых калибрах из непрерывнолитой заготовки.

В рельсобалочном цехе ОАО Новокузметкомбината прокатку железнодорожных рельсов типа Р65 осуществляют из непрерывнолитой заготовки с размерами 300× 330 мм по вышеизложенному способу в калибрах клети 900 , которые представляют систему черновых калибров для прокатки рельсов. Прокатка производится по схеме, представленной в таблице 2.

Таблица 2
Пропуск	Калибр	Н, мм	В, мм	Н, мм	B, мм
1	№1	270	340	30	10
2	№1	240	350	30	10
3(к)	№2	280	250	60	10
4	№3	220	260	60	10
5(к)	№3	210	245	50	25
6(к)	№3	160	270	50	25
7	№4	210	200	80	40

Предварительная разрезка выполняется в несимметричном балочном калибре, в котором высота разрезающего гребня со стороны головки рельса принята 40 мм, высота разрезающего гребня со стороны подошвы 20 мм. Последний пропуск осуществляется в трапецеидальном калибре. Высота разрезающего гребня рассчитана из соотношения

Подставляя в выражение известные величины: h_{гр.под.раз.}=20 мм; E₁=5 мм; Е₂=80 мм, находим h_{гp.трап.}=22,5÷ 31 мм. Принимаем h_{гр.трап.}=30 мм. Угол при вершине гребня составляет 120° .

Контроль на предельные значения коэффициентов в выражении для определения высоты разрезного гребня.

Коэффициенты в выражении для определения высоты разрезного гребня должны быть в пределах 0,5÷ 0,6 минимальной величины протяженности периферийной зоны и зоны столбчатых кристаллов НЛЗ. При значениях коэффициента меньше 0,5 высота разрезного гребня будет недостаточной для существенного изменения ориентировки столбчатых кристаллов при разрезке заготовки и разгибании будущих фланцев.

При значениях коэффициента больше 0,6 увеличивается вероятность формирования центральной части подошвы рельса из металла зоны развитой транскристализации.

Применение углов при вершине гребня менее 120° уменьшает его функцию разрушения и уплотнения первичной структуры, увеличивая его разрезающую функцию.

Использование предлагаемого способа прокатки рельсов в черновых пропусках из непрерывнолитой заготовки обеспечивает по сравнению с существующим способом следующие преимущества:

1. Улучшается качество рельсов за счет уменьшения неравномерности распределения значений ударной вязкости по ширине подошвы.

2. Улучшаются показатели копровых испытаний на прогиб подошвы рельсов.

Источники информации

2. Заявка №2001131270/02 от 19.11.2001 г. Положительное решение (от 03.03.2003 г.) Способ прокатки рельсов. Дорофеев В.В., Литвин С.Г., Пятайкин Е.М., Павлов В.В.

4. Поляков В.В., Великанов А.В. Основы технологии производства железнодорожных рельсов. М.: Металлургия, 1990, – 416 С.

Формула изобретения

Способ прокатки железнодорожных рельсов из непрерывнолитых заготовок, включающий прокатку заготовок в системе калибров для черновых пропусков рельсовых профилей с предварительной разрезкой граней, идущих на образование подошвы, и поверхности катания головки рельса в разрезном калибре типа балочного с разными по высоте разрезными гребнями с последующим обжатием до плоскости в ящичном калибре и последним пропуском в трапецеидальном калибре с глубокой разрезкой грани, идущей на образование подошвы рельса, отличающийся тем, что высоту гребня в трапециевидном калибре определяют в зависимости от минимальной протяженности периферийной зоны и зоны столбчатых кристаллов в непрерывнолитой заготовке и суммарной высоты гребней со стороны подошвы в калибрах для предварительной разрезки и трапециевидном по выражению

где h_{гр.под.раз.} – высота гребня со стороны подошвы рельса в калибре для предварительной разрезки;

h_{гр.трап.} – высота гребня в трапециевидном калибре;

E₁ – минимальная протяженность периферийной зоны кристаллов в НЛЗ;

E₂ – минимальная протяженность столбчатых кристаллов в НЛЗ,

а угол _тр. при вершине гребня трапециевидного калибра принимают не менее 120°.

РИСУНКИ