УДК 669.184,44.66 #МЕТ1НВЕСГ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПАО«МК^<азовсталь»
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ
© Рудюк Алексей Сергеевич1, канд. техн. наук; Азаркевич Анатолий Анатольевич1, канд. техн. наук; Сидорчук Роман Сергеевич2; Кармазин Андрей Викторович2; Кошулэ Игорь Михайлович2
1 ГП «УкрНТЦ «Энергосталь». Украина, г. Харьков. E-mail: niimet@energostal.org.ua
2 ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ». Украина, Донецкая обл., г. Мариуполь Статья поступила 31.07.2013 г.
Разработана технология производства железнодорожных рельсов из конвертерной стали в условиях ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ», включающая в себя выплавку стали в конвертере и обработку на установке ковш-печь, разливку стали в изложницы, прокатку слитков и заготовок, поверхностную закалку рельсов с нагрева ТВЧ.
Испытания установочной партии рельсов типа Р65 из конвертерной стали К76Ф показали, что разработанная технология обеспечивает свойства рельсов в соответствии с требованиями ДСТУ 4344:2004.
Начаты промышленное производство и поставка термоупрочненных рельсов типа Р65 из конвертерной стали марки К76Ф.
Ключевые слова: рельсы; сталь; конвертер; выплавка; внепечная обработка; поверхностная закалка; механические свойства; эксплуатационные испытания.
Рост грузонапряженности железных дорог и скорости движения предъявляют повышенные требования по надежности и эксплуатационной стойкости рельсов, что можно обеспечить только благодаря повышению качества стали.
Сталь для производства железнодорожных рельсов традиционно относят к классу чистых сталей, производство которых требует применения самых современных технологических приемов.
Наличие в рельсовой стали недеформируе-мых неметаллических включений (НВ) глинозема и отчасти твердых алюминатов оказывает вредное влияние на эксплуатационные характеристики углеродистых сталей, особенно на склонность к образованию контактно-усталостных дефектов [1, 2]. Для уменьшения вредного влияния оксидных включений на металлургическое качество рельсов необходимо предотвращать попадание алюминия в сталь и использовать различные методы модифицирования НВ [3, 4].
До начала 2011 г. Украина оставалась единственной страной в мире, где рельсовую сталь £ (М76Т) выплавляли в мартеновских печах, тог™ да как в промышленно развитых странах еще с ® 1960-х годов ее выплавляли в кислородных конвертерах или электродуговых печах. Качество £ термообработанных рельсов из мартеновской 5 стали марки М76Т в основном соответствовало г требованиям ДСТУ 4344:2004, при этом основ-
ной причиной отсортировки рельсов была низкая ударная вязкость стали.
С целью повышения качества рельсов в ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ» совместно со специалистами ГП «УкрНТЦ «Энергосталь» разработали и освоили технологию выплавки и внепечной обработки рельсовой стали К76Ф в условиях кислородно-конвертерного цеха комбината.
Технологический процесс производства стали включает в себя выплавку стали в конвертере вместимостью 350 т, выпуск ее в ковш с отсечкой конвертерного окисленного шлака с последующим раскислением, микролегированием и модифицированием на установке ковш-печь (УКП). Такая технология обеспечивает получение стали требуемого химического состава с заданной температурой, а также уменьшение содержания вредных примесей, газов и НВ. Это гарантирует получение высококачественных рельсов повышенной долговечности и эксплуатационной стойкости.
Температура металла перед выпуском плавки из конвертера в сталеразливочный ковш (СК) находится в пределах 1660-1680 °С, при этом массовая доля углерода в металле после окончания продувки составляет 0,05-0,07%. При выпуске плавки производится отсечка конвертерного шлака.
Науглероживание стали осуществляют жидким чугуном, который предварительно заливают
в СК: для достижения массовой доли углерода 0,50-0,55% требуется чугуна 100 кг/т стали.
Для обеспечения в стали массовой доли углерода 0,75-0,77% в течение первых 2 мин выпуска плавки присаживают уголь марки АС (2,5-3,2 кг/т), на 3-й минуте выпуска для раскисления стали и получения массовой доли марганца 0,80-0,85% - фер-росиликомарганец марки МнС17 (10,8-11,4 кг/т), после ввода легирующих и раскислителей - 2-3 т твердой шлакообразующей смеси (ТШС) на плавку, а после завершения выпуска плавки для снижения окисленности шлака - 80-120 кг углеродсо-держащего материала на шлак.
С целью повышения однородности металла на УКП осуществляют усреднительную продувку аргоном, продолжительность которой составляет не менее 10 мин, после чего производят нагрев металла, по завершении которого присаживают порошковую проволоку с силикокальцием СК30 (удельный расход 0,70-0,80 кг/т). После присадки не менее половины рекомендуемого расхода силикокальция вводят порошковую проволоку с феррованадием (0,65-0,80 кг/т).
Ковшовой шлак в процессе нагрева и доводки стали раскисляют тремя-четырьмя порциями гранулированного алюминия, общий расход которого составляет до 150 кг на плавку.
При активности кислорода свыше 7 ррт или массовой доле кальция менее 0,002% металл дополнительно обрабатывают порошковой проволокой с силикокальцием СК30 в количестве 0,300,45 кг/т.
По окончании внепечной обработки стали зеркало металла в СК утепляют теплоизолирующей смесью ТИС-3П с массовым расходом не менее 600 кг на плавку - температура металла в СК должна находиться в пределах 1530-1540 °С.
Разливку рельсовой стали в изложницы с прибыльными надставками осуществляют сифонным способом (в качестве временной меры до введения сортовой МНЛЗ). Продолжительность наполнения изложницы составляет: 7-8 мин для тела слитка, 2,5-3,0 мин для прибыльной части. Уровень налива в прибыльной надставке должен быть не менее 440 мм. При разливке стали применяют теплоизолирующую смесь. Выдержка составов со слитками в разливочном пролете -не менее 60 мин.
Нагрев и прокатку слитков на заготовки проводят на блюминге -стане 1200, а прокатку заготовок на
рельсы - в обжимной клети 1000 и чистовой линии клетей 800 рельсобалочного стана.
После порезки раскатов и охлаждения на холодильнике рельсы пакетируют и подвергают противофлокенной обработке в колодцах замедленного охлаждения с закрытыми крышками. Пакеты рельсов с температурой не менее 500 оС загружают в колодцы и выдерживают в течение 8-9 ч.
Рельсы из стали К76Ф после отделки и контроля подвергают термической обработке в рельсозакалочной машине (РЗМ). Технология обработки включает в себя: транспортирование рельсов через РЗМ со скоростью 42-46 мм/с, нагрев головки рельсов ТВЧ (поверхностного слоя) до 920-970 °С, регулируемое первичное охлаждение головки водовоздушной смесью, последующий разогрев охлажденного поверхностного слоя головки за счет тепла внутренних слоев (самоотпуск) и окончательное вторичное охлаждение водой.
Технология выплавки и внепечной обработки в ККЦ обеспечила получение рельсовой стали химического состава в более узких пределах по сравнению с требованиями ДСТУ 4344 (табл. 1), а содержание кислорода и водорода в стали не превышает 29 ррт и 2 ррт соответственно.
Исследование качества нетермоупрочнен-ных рельсов из конвертерной стали марки К76Ф показало, что их временное сопротивление разрыву находится в пределах 1000-1079 Н/мм2, а относительное удлинение 5,3-8,7%, что полностью соответствует требованиям ДСТУ 4344. Необходимо отметить, что временное сопротивление нетермоупрочненных рельсов из мартеновской стали М76Т не превышало 1000 Н/мм2. Балл точечной неоднородности, ликвационного квадрата и осевой ликвации макроструктуры не превышает 2,5, что полностью удовлетворяет требованиям ДСТУ 4344 (допускается балл 3). Флокены в рельсах не были обнаружены.
Таблица 1. Химический состав рельсовой стали К76Ф
Содержание элементов, мас. %
C Mn Si V S Р
Фактическое содержание
0,74-0,81 0,86-0,96 0,24-0,36 0,032-0,067 0,002-0,020 0,011-0,025
Требования ДСТУ4344
0,71-0,82 0,80-1,30 0,25-0,45 0,030-0,070 <0,040 <0,035
Таблица 2. Загрязненность рельсовой стали
хрупкоразрушенными оксидами
Средняя длина строчек хрупкоразрушенных
Сталь оксидов, мм
в головных рельсах в донных рельсах
К76Ф 0,59 0,55
М76Т 1,15 0,95
Исследование загрязненности конвертерной стали К76Ф неметаллическими включениями показало, что по длине строчек нитридов рельсы соответствуют требованиям высшей категории ДСТУ 4344, при этом длина строчек не превышает 0,5 мм (допускается длина 1 мм). Длина строчек хрупкоразрушенных оксидов (алюминатов, силикатов, шпинелей и др.) в 60% случаев отвечает требованиям высшей категории качества (<1 мм), в 40% - первой категории ДСТУ 4344 (<4 мм). Следует отметить, что длина строчек хрупкоразрушенных оксидов в рельсах из конвертерной стали К76Ф в 1,7-1,9 раза меньше, чем в рельсах из мартеновской стали К76Т (табл. 2).
В связи с более высокой устойчивостью аустенита микролегированной ванадием стали К76Ф по сравнению со сталью М76Т термическую обработку производят по скорректированному режиму: нагрев до 920-950 °С, температура самоотпуска 480-550 °С, скорость движения рельсов в РЗМ - 42-44 мм/с. Наличие на поверхности катания головки рыхлой легкоотсла-ивающейся окалины приводит к большим колебаниям измеренной температуры самоотпуска (до 100 °С), с целью более точного определения температуры самоотпуска перед входом в РЗМ начали осуществлять очистку поверхности катания головки от окалины, что уменьшило колебания измеренной температуры самоотпуска примерно в 3 раза.
Свойства термоупрочненных рельсов полностью удовлетворяют требованиям категории 1 по
ДСТУ 4344 (табл. 3). Микроструктура представляет собой смесь сорбита и троостосорбита с величиной зерна балла 6-7.
Установочная партия рельсов из конвертерной стали была подвергнута квалификационным испытаниям, включавшим лабораторные испытания в условиях ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ» и стендовые испытания на усталость в ОАО ВНИИЖТ (Москва). Результаты квалификационных испытаний показали, что разработанная технология обеспечивает свойства рельсов в соответствии с требованиями ДСТУ 4344 и высокие значения условного предела выносливости (386 МПа) и циклической трещиностойкости (46-52 МПа-м-0,5).
На основании результатов квалификационных
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.