Технологічний процес прокатки рейок (термообробка, обробка і випробування)
Процес прокатки і подальшої обробки рейок зводиться до наступного. Нагріті до 1180-1200 ° С блюми перетином 250Х250-300Х300 мм видаються з печі і надходять до реверсивної кліті, де дається 5-7 проходів в ящикових і таврових калібрах. Після цього гуркіт надходить на першу і другу чорнові тривалкові кліті, на валках якій є рейкові калібри. Останній прохід виробляють в чистовому калібрі двовалкова кліті. Температура в кінці прокатки складає - 900 ° С.
Після виходу з чистової кліті смуги довжиною до 75 м по рольгангу подають до салазковим пил гарячого різання, розрізають на довжини 12,5 або 25 м з урахуванням усадки їх при охолодженні і припуском на механічну обробку торців на фрезерних верстатах. Після різання рейки проходять клеймовочную машину, де на їх шийку наносять номер плавки та порядковий номер рейки із злитка, вважаючи першим рейок, отриманий з верхньої (головний) частини злитка.
Перед надходженням рейок на холодильник роликового машиною виробляють попередню загину на підошву, т. Е. Так, щоб головка знаходилася на зовнішньої утворює. Та обставина, що за своєю формою головка рейки відрізняється від підошви великим обсягом з меншою поверхнею, призводить в процесі прокатки до появи різниці температури головки і підошви. Температура головки рейки після закінчення прокатки завжди на 50-70 ° С вище температури підошви. Це викликає різну усадку по голівці і підошві, а також викривлення рейки по мірі його охолодження. Якщо ж попередньо виконати загин на підошву, то при охолодженні рейки стають більш прямими, а це спрощує виконання подальшого процесу правки і зменшує при правці в холодному стані поява додаткових напружень, що знижують якість рейок.
Так як рейкова сталь схильна до флокенообразованію, то при виготовленні рейок на це звертають особливу увагу. Поява флокенов пов'язують з наявністю в стали водню, який знаходиться в твердому розчині. У процесі охолодження стали атомний водень виділяється з розчину, переходячи в молекулярний (Н2), при цьому тиск всередині деякого об'єму металу зростає і може досягти значних величин. Одночасно з цим атомарний водень в сталі може досить активно взаємодіяти з цементитом, утворюючи метан. В результаті цього спостерігається різке збільшення внутрішнього тиску в даному обсязі металу. Напруження, що виникають внаслідок цього, підсумовуючись з термічними та структурними напруженнями, які з'являються в ділянках нерівноважних структур при охолодженні стали, викликають утворення флокенов.
Для попередження утворення флокенов застосовують ізотермічну витримку при температурах, що відповідають максимальної рухливості водню. Для рейкової сталі температура ізотермічної витримки протягом 2 ч складає 600-650 ° С. Перед ізотермічної витримкою метал корисно переохолодити до 250-300 ° С на деякий час, а потім знову нагріти до температури ізотермічної витримки. Це скорочує тривалість самої витримки.
Крім ізотермічної витримки, для попередження утворення флокенов застосовують уповільнене охолодження вже з 400-450 ° С протягом 4-5 год. У виробничих умовах уповільнене охолодження здійснюють в коробах або колодязях. У короб, який представляє металевий каркас, футерованих зсередини шамотом, завантажується 40-80 т рейок, після чого короб закривають кришкою. Охолодження триває 7 год; додатково рейки витримують в коробах 30 хв зі знятою кришкою. Уповільнене охолодження не тільки запобігає утворенню в рейках флокенов, але і зменшує можливість появи термічних залишкових напружень.
Надійним способом запобігання рейок від освіти флокенов є процес вакуумування рідкої сталі, що забезпечує зниження вмісту водню в сталі до безпечного, або уповільненої охолодження блюмов після прокатки на блюмінгу. В останньому випадку мають місце втрати тепла в Блюм. Однак відсутність флокенов в Блюм і можливість організації ретельної зачистки поверхневих дефектів на них після охолодження різко збільшує вихід рейок першого сорту, що окупить витрати на додатковий нагрів блюмов в методичних печах.
Поліпшення властивостей стали по довжині рейки забезпечує процес нормалізації і сорбітізаціі, бо це сприяє отриманню дрібнозернистої структури. Отже, дані процеси підвищують в'язкість і міцність від утоми. а бесемерівський сталь втрачає схильність до старіння. Для нормалізації встановлюють прохідні печі, в яких рейки нагрівають до 840-860 ° С, а потім охолоджують на повітрі.
Отримання сорбітной структури в голівці рейки і по всій його довжині проводиться як з прокатного нагріву, так і з нормалізованого. Для забезпечення необхідних структурних перетворень в рейкової сталі, температура металу при загартуванню має бути не нижче 750 ° С. При цьому сам процес гарту виконується або періодичним зануренням головки в воду, або окропленням водою з подальшим самоотпуском, що забезпечує отримання сорбітной структури.
Високі механічні властивості металу можна отримати при об'ємної загартуванню рейок в маслі. При такій обробці необхідні піч швидкісного нагріву, транспортні засоби, гартівна траверса, масляний бак і піч для відпустки. Рейок нагрівається до 890-920 ° С при безперервному зворотно-поступальному русі для більш рівномірного прогріву. Після видачі з печі для вирівнювання температури по довжині рейки дають витримку на повітрі 30-60 с, при цьому рейок охолоджується до 820-840 ° С. Загартування проводиться зануренням рейки в бак з веретенним маслом, що має температуру 120 ° С. Охолодження триває 5-8 хв, після чого дається двогодинний відпустку при 480-500 ° С. Така обробка забезпечує отримання сорбітной структури, а це збільшує межу міцності і текучості, ударну в'язкість і зносостійкість.
Об'ємна гарт в маслі збільшує стійкість по поверхневому зносу в 2,5 і по боковому в 1,9 рази. За висновком ЦНДІ МПС гарт рейок в маслі по всьому об'єму збільшує контактно-втомну міцність рейок в 1,5-2 рази, стійкість в 2 і більше разів, експлуатаційну надійність до 99.9% замість 96% (при пропуску 100 млн. Т брутто), скорочує випадки одиночного вилучення рейок на 1 км шляху.
Перед остаточною обробкою рейок проводиться їх правка в холодному стані на ролікоправільних машинах і вертикальних штемпельних пресах. Виправлені рейки подаються на фрезерні групи, де їх торцюють і надають точні розміри по довжині, а також свердлять отвори в шийці, необхідні для скріплення рейок між собою при їх укладанні в дорозі.
Найбільшим динамічним впливам при експлуатації рейок піддаються їх кінці на стиках. Щоб збільшити довговічність рейки, його кінці гартують струмами високої частоти з метою отримання сорбітной структури.
Заключним етапом підготовки рейок перед здачею замовникові є їх ретельний огляд на інспекторських стелажах. Такі зовнішні дефекти, як тріщини і волосовини, сліди усадочноюраковини і пухкості, розшарування, полон, відхилення в розмірах профілю, наявність заходів тощо. Вважаються неприпустимими. Рейки перед здачею споживачеві проходять ударні випробування, перевірку механічних властивостей, а також відповідність хімічним складом даної партії рейок.