Противофлокенная термическая обработка

Рельсовая сталь, содержащая 0,7—0,8 % С, 0,7—1,0 % Мп и 5—9 см³ Н₂ на 100 г металла, является флокеночувствительной. При охлаж­дении на воздухе после прокатки в централь­ной части головки рельсов могут возникать мелкие внутренние трещины, от которых при эксплуатации развиваются поперечные уста­лостные трещины (дефект 20.1—2), приводящие к полному разрушению рельсов. Образование флокенов связано с одновременным действием двух факторов: повышенным содержанием во­дорода и наличием структурных микронапря­жений. Водород выделяется в микрополостях при резком уменьшении его растворимости в процессе g ® a превращения. Под воздействием водорода происходит снижение прочности и пластичности стали, а также образование ме­тана в результате взаимодействия водорода с цементитом. Структурные микронапряже­ния, увеличивающиеся при ускорении охлаж­дения и усилении дендритной ликвации в свя­зи с неодновременным протеканием превращения аустенита в осях дендритов и межосных пространствах, способствуют образованию фло­кенов.

Для предотвращения образования флоке­нов необходимо удалить значительную часть водорода из стали в жидком состоянии путем вакуумирования или в твердом состоянии пу­тем проведения специальной противофлокенной термической обработки. На отечественных рельсопрокатных заводах борьба с образовани­ем флокенов осуществляется путем противофлокенной термической обработки, заключаю­щейся в замедленном охлаждении или изотер­мической выдержки рельсов после горячей пластической деформации. При этом темпера­тура и продолжительность выдержки должны обеспечивать протекание процесса удаления во­дорода путем диффузии без растрескивания. Полиморфное g®aпревращение должно быть закончено до противофлокенной термической обработки, что резко снижает растворимость водорода в металле.

Замедленное охлаждение рельсов после про­катки проводят в коробах (КМК) или ко­лодцах замедленного охлаждения (завод «Азовсталь»). Колодцы замедленного охлаждения представляют собой бетонные камеры, выло­женные изнутри огнеупорным кирпичом. Раз­меры колодцев следующие: длина 26 м, шири­на 2,3 м, высота 4,4 м. В каждый колодец вмещается по 10—12 рядов рельсов по 8—10 штук в ряду. Между рядами прокладываются прутки из немагнитной стали. После загрузки рельсов колодцы закрываются теплоизолирую­щими крышками с песочным затвором. Короба представляют собой футерованные коробки с крышками.

Основными параметрами технологии замед­ленного охлаждения являются температура, при которой помещают рельсы в колодцы (ко­роба) и продолжительность их охлаждения. Оптимальный уровень этих параметров должен обеспечить максимальное удаление из стали водорода. При этом следует иметь ввиду, что при высоких температурах растворимость во­дорода в твердой стали относительно велика. С понижением температуры растворимость во­дорода в стали уменьшается, и он начинает интенсивно выделяться из стали. Однако с по­нижением температуры уменьшается и ско­рость диффузии водорода. Поэтому должна быть найдена оптимальная температура, обес­печивающая необходимую скорость диффузии для данной степени пересыщения твердого рас­твора водородом.

Определение температуры, при которой на­блюдается это сочетание, привело к разработ­ке следующей технологии замедленного охлаж­дения (УкрНИИмет и завод «Азовсталь»): 1) температура рельсов при посадке в колод­цы не менее 500—530 °С; 2) температура воз­духа в колодцах не менее 350°С; 3) продол­жительность загрузки не более 30—40 мин; 4) продолжительность выдержки рельсов в ко­лодцах до снятия крышек 7 ч; 5) температура воздуха в колодцах перед снятием крышек не менее 150 °С; 6) продолжительность выдержки в колодцах после снятия крышек 1,5—2 ч.

Аналогичная технология остывания приня­та для коробов замедленного охлаждения на КМК.

На заводах, где в качестве противофлокен­ной обработки применяется замедленное ох­лаждение, контроль рельсов на отсутствие флокенов проводят на одном куске рельса длиной 200—250 мм, отрезанного на пилах горячей резки от головного конца рельсовой полосы от каждой плавки. После охлаждения пробы на воздухе из нее вырезается продольный темплет, проходящий через середину рельса в верти­кальной плоскости. Темплет шлифуется и тра­вится в 50 %-ном водном растворе соляной кислоты при температуре 60--65^оС.

Если флокены в пробе не обнаружены, то все рельсы из металла данной плавки, прошед­шие установленное технологией замедленное охлаждение, принимаются. Если же в этой про­бе обнаруживают флокены, то берут повторную пробу от рельсов данной плавки, прошедших замедленное охлаждение. При отсутствии флокенов в этих пробах все рельсы данной плавки принимаются.

При помощи замедленного охлаждения в колодцах (коробах) удается избежать образо­вания флокенов в рельсах, Однако этот техно­логический процесс имеет существенные недо­статки. Основным недостатком процесса явля­ется его нестабильность по температуре рельсов в каждом ряду и скорости охлаждения край­них и средних по ширине и высоте рельсов. Замедленное охлаждение рельсов нарушает по­точность их производства. Операции загрузки в колодцы и выгрузки из колодцев требуют при­менения ручного труда и затрудняет автомати­зацию. Большая продолжительность процесса приводит к необходимости занимать большие производственные площади.

Этих недостатков лишен разработанный СМИ и НТМК способ противофлокенной терми­ческой обработки путем изотермической вы­держки рельсов в печах непрерывного действия.

На НТМК после прокатки, разрезки и клей­мения горячие рельсы собирают в пакеты и подают на специальный рольганг-холодиль­ник, расположенный перед печью для изотерми­ческой выдержки. После охлаждения рельсов до температуры 400—500 °С они автоматичес­ки при помощи шлепперов передаются на цеп­ной конвейер одной из пяти печей, нагретых до 600°С. Цепной конвейер из сети параллель­ных цепей, непрерывно движущейся в нижней части печи по специальным металлическим на­правляющим, перемещает рельсы через нагре­тую печь. Обратное движение цепи совершает­ся под печами.

Ширина печи (26,5 м), равная длине рель­са, позволяет непрерывно протягивать рельсы с автоматически поддерживаемой скоростью, которая обеспечивает пребывание в горячей зо­не печи заданное время (2 ч). Общая длина печи, которую рельсы проходят за это время, составляет 13 м. Эти печи отвечают требовани­ям поточного производства и не требуют кра­новой загрузки и выгрузки. Печи допускают изменение режима изотермической выдержки и автоматическое его поддержание на заданном уровне в зависимости от профиля рельсов и марки стали при помощи оригинальных низко­температурных радиационных пирометров.

После изотермической выдержки рельсы по­ступают на холодильник и затем подверга­ются правке, отделочным операциям (фрезеро­вание торцов, сверление отверстий с фасками) и контролю. Рельсы первого сорта передаются далее на закалку.

Контроль рельсов на флокены на НТМК несколько отличен от контроля, применяемого после замедленного охлаждения. После отрезки пробы на горячих пилах проба охлаждается более ускоренно в потоке воздуха от вентиля­тора, находящегося на расстоянии 700—750 мм от горячей пробы. После проверки наличия флокенов на продольном темплете устанавли­вается следующий порядок контроля рельсов:

<50 (число флокенов в первой контроль­ной пробе) — повторный контроль не проводят; 50—100 — проводят дополнительный конт­роль одного контрольного рельса;

100—150 — проводят дополнительный конт­роль четырех контрольных рельсов;

>150 — проверяют все головные рельсы. Как показал опыт применения изотермичес­кой выдержки на НТМК, флокены в рельсах при таком процессе не образуются. В послед­нее время на заводах внедрен ультразвуковой контроль проб на отсутствие флокенов.

Преимущество данной технологии в боль­шой надежности предотвращения образования флокенов, высокой производительности автома­тизированного поточного процесса термической обработки, исключающего какие бы то ни было ручные или крановые операции.

К недостаткам этого вида противофлокен-ной термической обработки относится некото­рое разупрочнение рельсов, происходящее при изотермической выдержке, в связи с чем нетер-мообработанные рельсы производства НТМК уступают горячекатаным рельсам других заво­дов по сопротивлению контактной усталости и смятию. Введение последующей упрочняющей термической обработки устраняет эту особен­ность рельсов производства НТМК.

Дата добавления: 2015-06-27