О факторах, влияющих на качество рельсовой стали и рельсов
На основании результатов тонких металлофизических исследований металла рельсов установлены причины их отсортировки по неудовлетворительным значениям относительного сужения из-за локальной химической и структурной неоднородности, а также образования на них поверхностных дефектов как сталеплавильного,...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2013
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/140509 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | О факторах, влияющих на качество рельсовой стали и рельсов / А.И. Троцан, В.В. Каверинский , И.М. Кошулэ, А.О. Носоченко // Металл и литье Украины. — 2013. — № 6. — С. 9-15. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-140509 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Троцан, А.И. Каверинский, В.В. Кошулэ, И.М. Носоченко, А.О. 2018-07-07T19:51:00Z 2018-07-07T19:51:00Z 2013 О факторах, влияющих на качество рельсовой стали и рельсов / А.И. Троцан, В.В. Каверинский , И.М. Кошулэ, А.О. Носоченко // Металл и литье Украины. — 2013. — № 6. — С. 9-15. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/140509 539.214:519.257 На основании результатов тонких металлофизических исследований металла рельсов установлены причины их отсортировки по неудовлетворительным значениям относительного сужения из-за локальной химической и структурной неоднородности, а также образования на них поверхностных дефектов как сталеплавильного, так и прокатного происхождения. Разработаны рекомендации для оптимизации технологий производства стали и рельсов на ПАО «МК «Азовсталь». На підставі результатів тонких металофізичних досліджень металу рейок встановлено причини їх відсортовування по незадовільних значеннях відносного звуження через локальну хімічну та структурну неоднорідність і утворення на них поверхневих дефектів як сталеплавильного, так і прокатного походження. Розроблено рекомендації для оптимізації технологій виробництва сталі та рейок на ПАТ «МК «Азовсталь». On the basis of the results obtained in the studies of mechanical properties of the rails the reasons of their rejection due to the undesired values of their relative contraction due to the local and structural heterogeneity and the formation of surface defects of both steelmaking and rolling origin have been determined. Recommendations for optimization of steelmaking technologies and production of rails at «Azovstal» have been worked out. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины О факторах, влияющих на качество рельсовой стали и рельсов Про фактори, що впливають на якість рейкової сталі та рейок On factors affecting the quality of rail steel and rails Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
О факторах, влияющих на качество рельсовой стали и рельсов |
| spellingShingle |
О факторах, влияющих на качество рельсовой стали и рельсов Троцан, А.И. Каверинский, В.В. Кошулэ, И.М. Носоченко, А.О. |
| title_short |
О факторах, влияющих на качество рельсовой стали и рельсов |
| title_full |
О факторах, влияющих на качество рельсовой стали и рельсов |
| title_fullStr |
О факторах, влияющих на качество рельсовой стали и рельсов |
| title_full_unstemmed |
О факторах, влияющих на качество рельсовой стали и рельсов |
| title_sort |
о факторах, влияющих на качество рельсовой стали и рельсов |
| author |
Троцан, А.И. Каверинский, В.В. Кошулэ, И.М. Носоченко, А.О. |
| author_facet |
Троцан, А.И. Каверинский, В.В. Кошулэ, И.М. Носоченко, А.О. |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Металл и литье Украины |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Про фактори, що впливають на якість рейкової сталі та рейок On factors affecting the quality of rail steel and rails |
| description |
На основании результатов тонких металлофизических исследований металла рельсов установлены причины их отсортировки по неудовлетворительным значениям относительного сужения из-за локальной химической и структурной неоднородности, а также образования на них поверхностных дефектов как сталеплавильного, так и прокатного происхождения. Разработаны рекомендации для оптимизации технологий производства стали и рельсов на ПАО «МК «Азовсталь».
На підставі результатів тонких металофізичних досліджень металу рейок встановлено причини їх відсортовування по незадовільних значеннях відносного звуження через локальну хімічну та структурну неоднорідність і утворення на них поверхневих дефектів як сталеплавильного, так і прокатного походження. Розроблено рекомендації для оптимізації технологій виробництва сталі та рейок на ПАТ «МК «Азовсталь».
On the basis of the results obtained in the studies of mechanical properties of the rails the reasons of their rejection due to the undesired values of their relative contraction due to the local and structural heterogeneity and the formation of surface defects of both steelmaking and rolling origin have been determined. Recommendations for optimization of steelmaking technologies and production of rails at «Azovstal» have been worked out.
|
| issn |
2077-1304 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/140509 |
| citation_txt |
О факторах, влияющих на качество рельсовой стали и рельсов / А.И. Троцан, В.В. Каверинский , И.М. Кошулэ, А.О. Носоченко // Металл и литье Украины. — 2013. — № 6. — С. 9-15. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT trocanai ofaktorahvliâûŝihnakačestvorelʹsovoistaliirelʹsov AT kaverinskiivv ofaktorahvliâûŝihnakačestvorelʹsovoistaliirelʹsov AT košuléim ofaktorahvliâûŝihnakačestvorelʹsovoistaliirelʹsov AT nosočenkoao ofaktorahvliâûŝihnakačestvorelʹsovoistaliirelʹsov AT trocanai profaktoriŝovplivaûtʹnaâkístʹreikovoístalítareiok AT kaverinskiivv profaktoriŝovplivaûtʹnaâkístʹreikovoístalítareiok AT košuléim profaktoriŝovplivaûtʹnaâkístʹreikovoístalítareiok AT nosočenkoao profaktoriŝovplivaûtʹnaâkístʹreikovoístalítareiok AT trocanai onfactorsaffectingthequalityofrailsteelandrails AT kaverinskiivv onfactorsaffectingthequalityofrailsteelandrails AT košuléim onfactorsaffectingthequalityofrailsteelandrails AT nosočenkoao onfactorsaffectingthequalityofrailsteelandrails |
| first_indexed |
2025-11-26T00:08:32Z |
| last_indexed |
2025-11-26T00:08:32Z |
| _version_ |
1850592998398623744 |
| fulltext |
9МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 6 (241) ’2013
удлинения и сужения) исследовали недостаточно.
При совершенствовании технологии производства
рельсов внимание уделяют не только обеспечению
высоких механических свойств металла, но и сниже-
нию количества дефектов, образующихся в процессе
их изготовления [8]. В связи с этим выяснение причин
неудовлетворительных значений ψ и повышения ча-
стоты образования поверхностных дефектов, а также
поиск путей их предотвращения приобрели высокую
актуальность.
Цель работы – выяснение причин снижения от-
носительного сужения металла рельсов до неудов-
летворительных значений и повышения частоты об-
разования поверхностных дефектов проката, а также
разработка рекомендаций, направленных на умень-
шение указанных недостатков.
Для производства железнодорожных рельсов ти-
па Р65 на металлургическом комбинате «Азовсталь»
применяют сталь конвертерной выплавки марки
К76Ф, химический состав которой приведен в табл. 1.
В табл. 2 представлены как требуемые соглас-
но действующим ТИ и ТУ механические свойства
данной стали, так и фактические после термообра-
ботки (ТВЧ закалки от температуры 900-950 °С и само-
отпуска при температуре 420-480 °С).
Как следует из приведенных данных, прочность,
твердость, относительное удлинение и ударная вяз-
кость удовлетворяют действующие требования, в
то же время относительное сужение варьировалось
в широких пределах и нередко оказывалось зна-
чительно ниже необходимого уровня. Количество
партий рельсов с неудовлетворительным (<25 %)
УДК 539.214:519.257
А. И. Троцан, В. В. Каверинский, И. М. Кошулэ*, А. О. Носоченко*
Институт проблем материаловедения НАН Украины, Киев
*ПАО «МК «Азовсталь», Мариуполь
О факторах, влияющих на качество рельсовой стали
и рельсов
На основании результатов тонких металлофизических исследований металла рельсов установлены причины
их отсортировки по неудовлетворительным значениям относительного сужения из-за локальной химической и
структурной неоднородности, а также образования на них поверхностных дефектов как сталеплавильного, так
и прокатного происхождения. Разработаны рекомендации для оптимизации технологий производства стали и
рельсов на ПАО «МК «Азовсталь».
Ключевые слова: рельсы, дефекты, локальная химическая неоднородность, относительное сужение, струк-
турная неоднородность, статистический анализ, тонкие металлофизические исследования, термообработка,
науглероживание, кислород
З
начительный объем грузоперевозок, строитель-
ство высоконагруженных железных дорог нала-
гают все более высокие требования к качеству
рельсов и стали для их изготовления. При со-
вершенствовании технологии производства большое
внимание уделяется обеспечению высокого уровня
твердости и прочности при сохранении пластических
свойств и ударной вязкости на достаточном уров-
не [1]. Однако в некоторых случаях в металле термо-
обработанных рельсов наблюдали низкие значения
относительного сужения при растяжении (ψ), что при-при растяжении (ψ), что при-растяжении (ψ), что при-
водило к переводу их в низшую категорию качества.
Кроме того, нередко отмечалось возрастание часто-
ты обнаружения на рельсовом прокате поверхност-
ных дефектов.
Немало исследований посвящено совершенство-
ванию технологии производства рельсов и повыше-
нию их качества. Современным и высокоэффектив-
ным способом упрочнения является поверхностная
закалка головки рельсов токами высокой частоты с
охлаждением водовоздушной смесью [2] или сжатым
воздухом [3]. Разработаны технологии, позволяющие
упрочнять не только верхнюю, но и боковую поверх-
ность головки рельса [4]. Достаточно внимания уде-
лялось также повышению качества рельсовой стали
и оптимизации ее химического состава [4, 5]. Суще-
ствуют также исследования, посвященные снижению
отрицательного влияния на свойства рельсовой ста-
ли неметаллических включений [6, 7]. Основная мас-
са разработок направлена на повышение прочности,
твердости, износостойкости рельсов, тогда как вопро-
сы улучшения пластических свойств (относительного
Таблица 1
Химический состав рельсовой стали марки К76Ф
С Mn Si Cr Ni Cu V S P N2 O2
% ppm
0,72-0,81 0,84-1,05 0,24-0,40 0,02-0,08 0,010-0,015 0,01-0,08 0,031-0,070 0,001-0,017 0,001-0,031 50-80 18-31
10 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 6 (241) ’2013
значением ψ в период с 28.02.2011 по 25.09.2011 г.
было весьма велико и составляло около 40 % от вы-
пускаемой продукции, а максимум распределения
приходился на критические значения (ψ = 24-27 %).
Методы оптической металлографии не позволяли
выявить существенной разницы в микроструктуре
металла с удовлетворительными и неудовлетвори-
тельными значениями ψ. Таким образом, для более
глубокого исследования причин возникновения про-
валов по ψ задействовали современные методы
тонких металлофизических исследований, такие как
просвечивающая и растровая электронная микроско-
пия, микрорентгеноспектральный анализ, оже-спек-
троскопия.
С помощью просвечивающего электронного ми-
кроскопа JEM-100CXII при ускоряющем напряжении
100 кВ методом фольг провели детальные исследо-
вания микроструктуры перлита, результаты которых
представлены на рис. 1. Тонкие фольги приготавли-
вали из интересующего участка рабочей части об-
разцов по стандартной методике: вырезанные фраг-
менты утоняли механически до толщины 0,12 мм,
затем с помощью электроискровой установки из них
вырезали диски диаметром 3 мм, которые в дальней-
шем подвергали двухсторонней электролитической
струйной полировке на установке «�������-2» про-�������-2» про--2» про-
изводства фирмы «S������». У электролита был сле-S������». У электролита был сле-». У электролита был сле-
дующий состав: 40 мл хлорной кислоты, 400 мл ме-
тилового спирта, 240 мл бутилового спирта. Темпе-
ратуру электролита при полировке поддерживали с
помощью термостата на уровне меньше минус 30 °С.
Исследование тонких фольг, приготовленных от
образцов обоих типов, показало, что в образцах с
ψ > 25 % микроструктура имеет равновесный ха-
рактер, цементитные пластинки достроены. Меж-
пластинчатое расстояние перлита лежит в интер-
вале 0,13-0,19 мкм. В образцах с ψ < 25 % участков
вырожденного перлита больше, а микроструктура
имеет неравновесный характер, который проявля-
ется в незавершенности цементитных пластин из-за
нехватки углерода. Причиной этого может быть не-
равномерное распределение углерода в аустените
и недостаточность времени и температуры для его
диффузионного перераспределения.
Рентгенографические исследования показали вза-
имосвязь значений относительного сужения с ушире-
нием линии 110 феррита. Установлено, что, чем вы-
ше значение относительного сужения, тем меньше
ширина линии. Так, для образцов с ψ = 15 % уши-
рение линии 110 составляет 0,21 град., с ψ = 25 % –
0,189 град., а с ψ = 31 % – 0,100 град. Кроме того,
увеличивается параметр решетки феррита для об-
разцов с низкими значениями ψ: афер. = 0,28717 нм
для образцов с ψ = 31 %, а для образцов с ψ = 15 %
афер. = 0,28790 нм. Увеличение параметра решетки
может быть следствием повышенного содержания
углерода. С помощью программного обеспечения
LEASQUAR проанализированы профили линии 110
для образцов с разным ψ. Установлено отклоне-
ние в малых углах профиля этой линии от Гауссова
распределения для образцов с ψ = 15 %. Одной из
возможных причин такого отклонения может быть
наличие остаточного аустенита, что указывает на не-
завершенность феррито-перлитного превращения.
Поверхность разрушения образцов исследовали
с использованием растровой электронной микроско-
пии. Микрофотографии изломов (×350) приведены
на рис. 2; результаты микрорентгеноспектрального
анализа с указанных участков даны в табл. 3.
На рис. 3 и 4 показаны микрофотографии и рент-
геновские спектры включений, обнаруженных на по-
верхности разрушения образцов с ψ = 28 (рис. 3) и
ψ = 18 (рис. 4). На поверхности разрушения образ- = 18 (рис. 4). На поверхности разрушения образ-
цов с ψ > 25 % проявляются преимущественно гло-
булярные включения сложного состава: сложные ок-
сисульфиды, содержащие кальций, серу, алюминий;
следы марганца, титана, ванадия размером менее
2 мкм; сульфиды кальция CaS; оксиды на основе
марганца и железа; отдельные крупные (до 15 мкм)
включения сложного состава, содержащие кальций,
серу, кремний, алюминий, марганец; следы углерода
и кислорода.
а
в
б
г
Микроструктура рельсовой стали (просвечивающая элек-
тронная микроскопия, ×19808): ψ > 25 % (а, б); ψ < 25 % (в, г)
Рис. 1.
Электронное изображение 1
Спектр
Спектр 1
Спектр 2
Электронное изображение 1
а б
Типичные поверхности разрушения разрывных образцов:
ψ < 25 % (а); ψ > 25 % (б)
Рис. 2.
Таблица 2
Механические свойства рельсовой стали после термо-
обработки
σт, Н/мм2 σв, Н/мм2
Твердость,
HRC
δ, % ψ, %
Aн,
Дж/см2
Требуемый уровень
>800 >1196 33,0-43,5 >8 >25 >25
Фактический уровень
850-1100 1202-1379 33-44 8,5-15,0 10-54 27-58
11МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 6 (241) ’2013
Чаще встречаются глобулярные глиноземистые
силикаты с оболочкой из сульфида кальция. На по-
верхности разрушения образцов с ψ < 25 % наблюда-
ются следующие типы включений: оксиды марганца
и алюминия; сульфиды марганца M�S; оксиды, со-
держащие кремний и алюминий; марганец и крем-
ний; марганец и алюминий; сложные оксиды, со-
держащие марганец, кремний, алюминий и кальций;
сложные оксисульфиды, содержащие кальций, серу,
марганец, алюминий и кремний. Особенностью этих
поверхностей разрушения является наличие крупных
(10,0-14,5 мкм) скоплений глиноземистых силикатов
без оболочки сульфида кальция, которые встречают-
ся чаще, чем в случае образцов с высоким уровнем
ψ. Преобладает остроугольная форма включений.
Методами оже-спектроскопии установлена зави-
симость ψ от соотношения содержаний углерода и
кислорода: С/О = ½ (в образцах с ψ < 25 %) и С/О =
= 1,5/1,0 (в образцах с ψ > 25 %). Корреляция меж-
ду содержанием кислорода в металле и значени-
ем ψ подтверждена статистически,
а именно: чем больше кислорода в
металле, тем меньше ψ. Оже-спек-
тры рельсовой стали с ψ > 25 % (а)
и ψ < 25 % (б) показаны на рис. 5.
С применением статистики опре-
делена зависимость относитель-
ного сужения рельсовой стали от
технологических факторов и хи-
мического состава. При помощи
многофакторного регрессионного
анализа получено уравнение зависимости ψ от тех-ψ от тех- от тех-
нологических факторов производства рельсов и хи-
мического состава стали:
ψ = 149,84 – 22,65M� + 74,6C� – 6,29V –
– 2,61( tн /vдв. р) – 0,096tн + 0,092tс. о,
где M� – содержание марганца, %; C� – содержание
хрома, %; V – содержание ванадия, %; tн – температу-
ра нагрева под закалку, °С; vдв. р – скорость движения
рельсов в закалочной машине, мм/с; tс. о – температу-
ра самоотпуска, °С.
Установлено влияние содержания кислорода на
возникновение низких значений ψ (рис. 6, а). На по-
казатели относительного сужения оказывают влия-
ние температура самоотпуска (рис. 7, а) и отношение
температуры нагрева под закалку к скорости дви-
жения рельсов в закалочной машине (рис. 7, б). На
рис. 6, б показана зависимость ψ от суммы (C + M�/5).
Проведенные исследования дают возможность
Таблица 3
Результаты микрорентгеноспектрального анализа с поверхности разру-
шения для участков, указанных на рис. 2
Номер
спектра
Элемент, %мас.
O Al Ca Fe С N Ti V Nb Si Итого
Спектр 1, а 9,96 65,25 3,36 21,44 100,00
Спектр 1, б 10,16 16,27 17,82 49,37 3,88 2,50 100,00
Спектр 2, б 72,43 27,02 0,55 100,00
а
б
Неметаллическое включение на поверхности разруше-
ния (а); рельсовой стали с ψ = 28 % и его элементный состав (б)
Рис. 3.
а
б
Неметаллическое включение на поверхности разруше-
ния (а) рельсовой стали с ψ = 18 % и его элементный состав (б)
Рис. 4.
12 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 6 (241) ’2013
заключить, что несколько повышенная степень за-
грязненности оксидными включениями (большая
средняя длина строчек) стали с неудовлетворитель-
ными значениями ψ, а также микронеоднородность
по углероду и кислороду указывают не только на не-
обходимость оптимизации технологии раскисления и
науглероживания рельсовой стали, но и увеличения
длительности внепечной обработки.
В ходе исследований поверхностных дефектов
рельсового проката одна из основных задач заклю-
чалась в установлении того, на каком этапе произ-
водства рельсов они формируются – при производ-
стве слитков (сталеплавильное происхождение) или
в процессе прокатки (прокатное происхождение), что
необходимо для выдачи конкретных технологических
рекомендаций по их предотвращению. Для исследо-
вания применяли методы оптической и электронной
микроскопии, а также микрорентгеноспектрального
анализа.
Металлографическими исследованиями рельсов
с дефектами установлено, что дефекты, локализо-
ванные в головке рельса, составили 55 % от общего
числа, локализованные в подошве – 40 %, в шейке –
5 %. Дефекты сталеплавильного происхождения на-
блюдали в 37 %, дефекты прокатного производства –
в 56 %, общие – в 7 %. Дефекты, локализованные на
поверхности катания головки и в шейке рельса, чаще
всего представляли собой раскатанные загрязнения
и трещины (то есть дефекты сталеплавильного про-
исхождения), локализованные в крайней трети подо-
швы (на кромке пера) и на боковой поверхности го-
ловки, в большинстве случаев являлись прокатными
пленами.
Микрофотографии по месту дефектов прокатного
0 200 400 600 800 1000
-2000000
-1000000
0
1000000
2000000
3000000
4000000
5000000
Fe
O
C
dN
(E
)/d
E
E(eV)
Tr456-12
0 200 400 600 800 1000
-4000000
-2000000
0
2000000
4000000
Fe
O
C
DN
(E
)/d
E
E(eV)
Tr365-3
а б
Оже-спектры рельсовой стали (по оси X – dN(E)/dE; по оси Y – E(�V): ψ > 25 % (а); ψ < 25 % (б) Рис. 5.
0 400200 600
Энергия (эВ), при которой наблюдаются спектры
��456-12 ��365-3
И
нт
ен
си
вн
ос
ть
с
пе
кт
ра
в
от
но
си
те
ль
ны
х
ед
ин
иц
ах
800 1000
1000000
2000000
2000000
4000000
3000000
-2000000 -4000000
4000000
-1000000
-2000000
5000000
0
0
0 400200 600
Энергия (эВ), при которой наблюдаются спектры
800 1000
И
нт
ен
си
вн
ос
ть
с
пе
кт
ра
в
от
но
си
те
ль
ны
х
ед
ин
иц
ах
а
15
17
19
21
23
25
27
29
31
17 19 21 23 25 27 29 31 33
О, ppm
О
тн
ос
ит
ел
ьн
ое
су
ж
ен
ие
, %
О
тн
ос
ит
ел
ьн
ое
су
же
ни
е,
%
23
15
17 19 21 23 25
O, ��m
27 29 31
27
19
31
б
20
22
24
26
28
30
32
88 90 92 94 96 98 100 102 104 106
(C+Mn/5) x100
О
тн
ос
ит
ел
ьн
ое
су
ж
ен
ие
, %
О
тн
ос
ит
ел
ьн
ое
су
же
ни
е,
%
24
88 90 92 94 96
(C + M�/5), ×100
98 100 102 104
28
20
32
Изменение относительного сужения от факторов химиче-
ского состава: содержания кислорода (а); суммы содержания угле-
рода и содержания марганца, деленного на 5 (б)
Рис. 6.
а
10
15
20
25
30
35
40
420 440 460 480 500 520 540 560
Температура самоотпуска, ОС
О
тн
ос
ит
ел
ьн
ое
с
уж
ен
ие
, %
О
тн
ос
ит
ел
ьн
ое
су
же
ни
е,
%
20
25
30
35
10
15
420 440 460 480 500
Температура самоотпуска, °С
520 540
б
15
20
25
30
35
40
45
50
20,5 21 21,5 22 22,5 23
Tн./vр.
О
тн
ос
ит
ел
ьн
ое
с
уж
ен
ие
, %
О
тн
ос
ит
ел
ьн
ое
су
же
ни
е,
% 35
40
15
45
20
25
30
20,5 21 21,5 22 22,5
Тн./vр.
Изменение относительного сужения от параметров тер-
мообработки: температуры самоотпуска (а); отношения темпера-
туры нагрева под закалку к скорости движения рельсов в закалоч-
ной машине (б)
Рис. 7.
13МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 6 (241) ’2013
происхождения представлены на рис. 8 (оптическая
металлография и растровая электронная микроско-
пия). Усредненные результаты микрорентгеноспек-
трального анализа окислов и основного металла по
месту прокатных дефектов приведены в табл. 4.
Вид дефектов указывает на то, что они представ-
ляют собой плены. Отсутствие значительных скопле-
ний неметаллических включений и сильного диффу-
зионного окисления отслоившегося металла дает
возможность предположить, что образование этих
плен произошло в процессе про-
катного передела.
Микрофотографии по месту де-
фектов сталеплавильного проис-
хождения показаны на рис. 9. Усред-
ненные результаты микрорентге-
носпектрального анализа окислов
и основного металла по месту де-
фектов сталеплавильного проис-
хождения приведены в табл. 5.
Согласно результатам микро-
рентгеноспектрального анализа
окислы, заполняющие трещины,
имеют сложный состав (содержат
кислород, алюминий, кремний, ка-
лий, марганец) и представляют со-
бой оксиды железа и алюмосили-
каты. Окисел имеет два слоя: слой,
прилегающий к металлу, содер-
жит кислород, железо и некоторое
Электронное изображение 130 мкm
а
б
Микрофотографии типичных прокатных дефектов: опти-
ческая металлография, ×500 (а); растровая электронная микро-
скопия (б)
Рис. 8.
Таблица 4
Усредненные результаты микрорентгеноспектрального анализа окислов и
основного металла по месту прокатных дефектов
C O Mn Al Si P S Ca Ti V Cr Fe Ni
Окисел
0 27,72 0,62 0,03 0,07 0 0 0 0,02 0,09 0,18 71,23 0,04
Основной металл
1,82 1,01 0,69 0,12 0,19 0,05 0,02 0,01 0,08 0,05 0,04 95,85 0,07
Таблица 5
Усредненные результаты микрорентгеноспектрального анализа окислов и
основного металла по месту дефектов сталеплавильного происхождения
C O Mn Al Si P S Ca Ti V Cr Fe Ni Na K
Окисел, прилегающий к металлу
10,95 34,57 0,48 0,06 0,41 0,07 0,51 0,11 0,06 0,05 0,08 52,53 0,10 0 0,02
Окисел, отстоящий от металла
9,94 43,27 2,83 6,85 29,72 0,05 0,05 0,55 0,22 0,07 0,02 0,51 0,03 2,24 3,47
Основной металл
0,95 1,88 0,61 0,12 0,31 0,08 0,03 0,03 0,06 0,07 0,20 96,50 0,06 0 0,05
а
Электронное изображение 130 мкm
б
Микрофотографии дефектов сталеплавильного проис-
хождения: оптическая микроскопия, ×500 (а); растровая электрон-
ная микроскопия (б)
Рис. 9.
14 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 6 (241) ’2013
количество серы, фосфора, кальция, калия и угле-
рода, он представляет собой окалину; слой окисла,
отстоящий далее от металла, не содержит железа,
но содержит кислород, алюминий, кремний и калий,
а также значительно большее количество марганца,
некоторое количество натрия, меньшую долю серы и
является алюмосиликатом. Подобный многослойный
характер заполняющих дефект окислов выявили и на
других дефектах, локализованных в шейке рельса, а
это свидетельствует о вероятном сталеплавильном
происхождении этих дефектов.
На основании проведенных исследований мож-
но заключить, что поверхностные дефекты рельсов
имеют как сталеплавильное (37 %), так и прокатное
происхождение (56 %). К сталеплавильным дефек-
там можно отнести плены, раскатанные трещины,
раскатанные неметаллические включения, газовые
пузыри. К прокатным дефектам относятся плены, за-
полненные окалиной и алюмосиликатами, которые
образуются вследствие механического травмирова-
ния заготовки в процессе прокатного передела.
Выводы
1. Одной из причин снижения относительного су-
жения может быть недостаточная раскисленность
стали ввиду низкого содержания углерода (около
0,05 %) на ее выпуске из конвертера. Последующее
науглероживание стали до 0,7-0,8 % С в процессе
внепечной обработки не всегда дает возможность
обеспечить однородность распределения углерода
(и кислорода) в микромасштабе.
2. Для снижения частоты возникновения неудов-
летворительных значений относительного сужения
металла рельсов необходимо: оптимизировать тех-
нологию раскисления и науглероживания рельсовой
стали, а также увеличить длительность внепечной
обработки; повысить температуру самоотпуска рель-
сов до 520-540 °С с целью ускорения диффузионных
процессов для снижения микронеоднородности по
углероду; оптимизировать температуру нагрева (tн) и
скорость движения рельса в закалочной машине (vр)
до соотношения tн/vр < 21,5.
3. Для предотвращения формирования дефектов
сталеплавильного характера необходимо в процес-
се сталеплавильного передела уделять внимание
соблюдению технологии разливки, подготовки из-
ложниц (применение высококачественных сухих си-
фонных припасов, правильно смазанных изложниц),
использовать шихтовые материалы, легирующие
добавки и теплоизолирующие смеси с влажностью,
не превышающей допустимый уровень (не более
1,5 ��m).
4. Для предотвращения формирования дефектов
прокатного характера рекомендуют использование
бездефектных валков и транспортных устройств, ис-
правных прокатных калибров и правильных настроек
привалковой арматуры.
1. Совершенствование сортамента и технологии производства железнодорожных рельсов / Д. В. Сталинский, А. С. Ру-
дюк, И. В. Ганошенко и др. // Металлургическая и горнорудная пром-сть. – 2010. – № 6. – С. 66-68.
2. Разработка оптимальных режимов поверхностной закалки головки рельсов с нагрева токами высокой частоты /
Д. В. Сталинский, А. С. Рудюк, В. Е. Сапожков и др. // Там же. – 2009. – № 5. – С. 65-70.
3. Сталинский Д. В., Нестеров Д. К., Сапожков В. Е. Улучшение качества рельсов при закалке с нагрева токами высокой
частоты (ТВЧ) // Там же. – 2006. – № 1. – С. 66-71.
4. Износостойкость закаленных рельсов и совершенствование технологии их производства / Д. В. Сталинский, Д. К. Не-
стеров, А. С. Рудюк, В. Е. Сапожков // Там же. – 2009. – № 4. – С. 64-69.
5. Оптимизация химического состава стали и технологии для производства рельсов низкотемпературной надежности /
А. А. Дерябин, И. Г. Горшенин, В. В. Могильный и др. // Сталь. – 2005. – № 6. – С. 134-136.
6. Левченко Н. В. Изменение неметаллических включений в процессе производства рельсов // Металлургическая и гор-
норудная пром-сть. – 2006. – № 2. – С. 63-65.
7. Новый методический подход к оценке загрязненности рельсов включениями кислородной группы / А. А. Дерябин,
А. Б. Добужская, Л. В. Минаева и др. // Сталь. – 2001. – № 1. – С. 70-73.
8. Дефекты и качество рельсовой стали: Справ. / В. В. Павлов, М. В. Темлянцев, Л. В. Корнева и др. – М.: Теплотехник,
2006. – 218 с.
ЛИТЕРАТУРА
На підставі результатів тонких металофізичних досліджень металу рейок встановлено причини їх відсортовування по
незадовільних значеннях відносного звуження через локальну хімічну та структурну неоднорідність і утворення на них
поверхневих дефектів як сталеплавильного, так і прокатного походження. Розроблено рекомендації для оптимізації
технологій виробництва сталі та рейок на ПАТ «МК «Азовсталь».
Троцан А. І., Каверинський В. В., Кошуле І. М., Носоченко О. О.
Про фактори, що впливають на якість рейкової сталі та рейокАнотація
Ключові слова
рейки, дефекти, локальна хімічна неоднорідність, відносне звуження, структурна неод-
норідність, статистичний аналіз, тонкі метало-фізичні дослідження, термообробка, на-
вуглецьовування, кисень
15МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 6 (241) ’2013
Trotsan A. I., Kaverinsky V. V., Koshulе I. M., Nosochenko A. O.
On factors affecting the quality of rail steel and railsSummary
On the basis of the results obtained in the studies of mechanical properties of the rails the reasons of their rejection due to
the undesired values of their relative contraction due to the local and structural heterogeneity and the formation of surface
defects of both steelmaking and rolling origin have been determined. Recommendations for optimization of steelmaking
technologies and production of rails at «Azovstal» have been worked out.
rails, defects, local chemical heterogeneity, relative narrowing, structural heterogeneity, statis-
tical analysis, thin metallo-physical study, heat treatment, carburizing, oxygenKeywords
Поступила 14.05.13
Ж
елезнодорожные колеса являются одним из
наиболее ответственных элементов подвижно-
го состава железнодорожного транспорта, ко-
торые в процессе эксплуатации подвергаются
воздействию статических, циклических и динамиче-
ских нагрузок при движении состава, а в локальных
областях при его торможении – циклическим воз-
действиям высоких температур [1, 2]. Важный этап
в повышении качества отечественной металлопро-
дукции для железнодорожного транспорта – ввод
в эксплуатацию в 2012 г. электросталеплавильного
комплекса «ИНТЕРПАЙП СТАЛЬ», который обеспе-
чил производство железнодорожных колес в Украине
из собственной непрерывнолитой заготовки (НЛЗ).
При освоении производства колес из НЛЗ в соот-
ветствии с требованиями межгосударственного стан-
дарта ГОСТ 10791-2011 «Колеса цельнокатаные»
специалисты ИЧМ НАН Украины и ПАО «ИНТЕР-
ПАЙП НТЗ» провели комплексные сравнительные
исследования макро-, микро-, дендритной структуры,
загрязненности неметаллическими включениями ста-
ли для железнодорожных колес марки 2, разлитой
в слитки Ø 485 мм (мартеновская сталь) и в непре-
рывнолитую заготовку Ø 470 мм (электросталь),
а также железнодорожных колес, изготовленных из
этих заготовок.
Материалом исследования являлись темплеты
слитка и НЛЗ и вырезанные из них образцы для ме-
таллографического анализа, а также образцы гото-
вых колес, отобранных в соответствии с требования-
ми ГОСТ 10791-2011, для исследования микрострук-
туры и проведения механических испытаний (рис. 1).
Химический состав исследованных плавок колесной
стали марки 2 приведен в табл. 1.
УДК 621.771.294.04:621.746.004.12
А. И. Бабаченко, А. В. Рослик*, Е. Г. Демина, А. В. Кныш, Ж. А. Дементьева, Е. А. Шпак
Институт черной металлургии им. З. И. Некрасова НАН Украины, Днепропетровск
*ПАО «ИНТЕРПАЙП НТЗ», Днепропетровск
Перспективы повышения качества железнодорожных колес,
изготовленных из непрерывнолитой заготовки
Показано, что использование для производства железнодорожных колес непрерывнолитой заготовки обес-
печивает получение в них более плотной макроструктуры и однородной феррито-перлитной структуры, снижает
загрязненность неметаллическими включениями и повышает ударную вязкость и усталостную прочность
металла колес по сравнению с колесами, изготовленными из мартеновского слитка.
Ключевые слова: железнодорожные колеса, непрерывнолитая заготовка, микроструктура, механические
свойства
п
½ R
ц 2
1
3
Схема вырезки образцов для металлографического ана-
лиза из слитка и НЛЗ (а); из готовых колес (б)
Рис. 1.
а б
|