Способ термической обработки рельсов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РЕЛЬСОВ(57) 1. Способ термической обработки рельсов, включающий охлаждение рельса с температуры аустенизации путем погружения его в охлаждающую жидкость с синтетическими добавками, отличающийся тем, что в охлаждающую жидкость погружают головку рельса и охлаждение в жидкости ведут до тех пор, пока температура поверхности головки рельса не достигнет 550-450 С и при этой температуре рельс извлекают из охлаждающей жидкости для исключения выравнивания температуры по сечению. 2041 1 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей жидкости используют водный раствор гликоля или полигликоля с концентрацией последнего, обеспечивающей при температуре жидкости 35-55 С переход от пленочного кипения к пузырьковому при температуре поверхности рельса 550-450 С. 3. Способ по пп.1 или 2, отличающийся тем, что подошву рельса охлаждают сжатым воздухом и/или водовоздушной смесью. 4. Способ по пп.1, или 2 или 3, отличающийся тем, что охлаждению подвергают рельс, изготовленный из стали следующего химического состава, мас. углерод 0,65-0,85 кремний 0,01- 1,2 хром 0,01 - 1,0 железо остальное(56) 1. Патент ЕР 0088746, МКИ С 21 9/04, 1983. Изобретение относится к способу термической обработки рельсов, в частности, головки рельса, при котором охлаждение проводится в содержащем синтетическую добавку охлаждающем веществе, начиная с температур выше 720 С. Способ упомянутого вначале типа описан в 1. В известном способе синтетические добавки к охлаждающему веществу используются в количестве от 20 до 50 весовых процентов и, в частности, полигликоли, причем синтетическая добавка к охлаждающему веществу обеспечивает в первую очередь соразмерность условий охлаждения при соблюдении пониженной скорости охлаждения. Обычно синтетическая закалочная среда используется в технике, где соблюдение минимальной скорости охлаждения требуется для установления мартенситной структуры. Целью подобного рода закалки является сквозная закалка максимально возможного поперечного сечения, и в случае с деталями, с различным поперечным сечением, естественно считается, что зоны с меньшими поперечными сечениями также закаливаются насквозь. При подобного рода применениях заготовка может находиться в ванне или в закалочной среде до выравнивания температуры. При этом при использовании синтетических закалочных сред в сочетании с термической обработкой рельсов ни в коем случае нежелательно повышение твердости шейки рельса. Помимо этого стремятся к отжигу на мелкозернистый перлит и при подобного рода отжиге на мелкозернистый перлит необходимо соблюдение максимальной скорости охлаждения. Однако если, как в известном способе, в головке рельса устанавливается оптимальная скорость охлаждения, которая обеспечивает мелкозернистую перлитную структуру без мартенсита и перлита, это означало бы, что скорость охлаждения для значительно более тонкой шейки рельса уже слишком высока. Задачей изобретения является создание способа упомянутого вначале типа, с помощью которого могут соблюдаться оптимальные скорости охлаждения для головки рельса и одновременно предотвращается нежелательное повышение твердости значительно более тонкой шейки рельса. Для решения этой задачи способ в соответствии с изобретением заключается в основном в том, что обработка путем погружения в охлаждающее вещество осуществляется до тех пор, пока после извлечения погруженных зон не будет получена температура поверхности от 450 до 550 С без выравнивания температуры по всему поперечному сечению. Вследствие того, что извлечение осуществляется тогда, когда температура поверхности погруженных зон достигла величины от 450 до 550 С без выравнивания температуры по всему поперечному сечению, оно является несколько преждевременным, чтобы можно было надежно исключить образование твердой структуры в шейке. В случае выдержки для выравнивания температуры, это наверняка привело бы к нежелательному повышению твердости в шейке, причем предложение согласно изобретению использовать в качестве критерия своевременности извлечения достижение температуры поверхности 450550 С приводит в данном случае при одновременном использовании синтетической добавки к охлаждающему веществу, к тому, что скорость охлаждения в головке достаточно низка, чтобы надежно избежать повышения твердости в шейке. В связи с применением синтетической добавки к охлаждающему веществу скорость охлаждения хотя и уменьшается, однако она является достаточно высокой для обеспечения образования высокопрочной, мелкозернистой перлитной структуры в головке рельса. При этом способ в соответствии с изобретением реализуется с преимуществом таким образом, что к охлаждающему веществу добавляются синтетические добавки, как, например, гликоли или полигликоли, в таком количестве, которое при температуре ванны от 35 до 55 С имеет переход от пленочного кипения в фазу варки при температуре поверхности около 500 С, при которой создается момент времени извлечения рельсов. В частности, благодаря использованию синтетических добавок, предпочтительно гликолей и полигликолей, в количестве,обеспечивающем установление на основе кипения ванны точного момента времени извлечения рельса, достигается получение неизменных и оптимальных результатов как для головки рельса, так и для шейки. Ибо если на поверхности рельса при соответствующем выборе синтетических добавок наступает точка кипения,2 2041 1 более глубоко расположенные зоны надежно еще не преобразованы в перлит. До достижения точки кипения происходит относительно медленное охлаждение по сравнению с охлаждением в ванне без синтетических добавок к охлаждающему веществу. Лишь с момента достижения фазы варки скорость охлаждения быстро возрастает, так что точка кипения сигнализирует об характерной границе перехода от относительно медленного охлаждения к относительно быстрому охлаждению в ванне. При достижении или сразу после достижения точки кипения заготовку необходимо извлекать, если необходимо избежать чрезмерно быстрого охлаждения, и установления пленочного кипения таким образом, что зона головки рельса до глубины от 20 до 25 мм позволяет добиться оптимального образования перлита, приводит после извлечения к тому, что расположенные более глубоко зоны впоследствии преобразуются в перлит, и наоборот, если заготовка после достижения пленочного кипения выдерживается в ванне, по причине происходящего при этом быстрого охлаждения это привело бы к образованию мартенсита. После достижения точки кипения дальнейшее охлаждение может осуществляться достаточно медленно вне ванны, чтобы обеспечить полное образование перлита, что, как уже упоминалось, не может быть обеспечено после достижения кипения в результате значительно более быстрого охлаждения в ванне. Следствием подобного рода более высокой скорости охлаждения в ванне было бы помимо всего прочего более быстрое повышение твердости на имеющей меньшее поперечное сечение шейке, что вызвало бы нежелательное образование мартенсита, вследствие чего, естественно, повышается опасность разрушения. Существенным для способа согласно изобретению является таким образом управление способом путем выбора надлежащего количества синтетического хладагента в охлаждающем веществе и точное определение момента времени, к которому должно осуществляться извлечение погруженных зон, чтобы предотвратить нежелательное повышение твердости других зон. Доля синтетических добавок в охлаждающем веществе определяет момент времени перехода от пленочного кипения к фазе варки, причем установление конформации осуществляется таким образом, что фаза варки достигается лишь в последней фазе охлаждения перед извлечением заготовки, чтобы обеспечить равномерное охлаждение. При этом установленная концентрация должна непрерывно поддерживаться постоянной с помощью соответствующей системы регулирования, что не требуется при обычном применении средства в соответствии с известным уровнем техники, для обеспечения того, чтобы в процессе реализации способа эта концентрация, которая является важной для распознавания своевременного извлечения, не была подвержена колебаниям. Аналогичное относится к температуре ванны. Вопреки известному уровню техники циркуляция ванны должна поддерживаться постоянной. Относительно скорости набегания потока среды на охлаждаемый прокат или рельс необходимо констатировать, что эта скорость в реальном случае по возможности должна быть постоянной по всей длине проката или рельса и в течение всей продолжительности термической обработки. При известном способе закалки, где полностью исходят из аустенитного состояния структуры, достаточно соблюдать только нижнюю границу этого параметра, чтобы получить эффект закалки. Напротив, способ согласно изобретению касается оптимальной для частичного погружения комбинации между температурой погружения и временем погружения, причем рельс в конце охлаждения имеет температуру поверхности от 450 до 550 С, причем это не приводит к выравниванию температуры по всему поперечному сечению. Во время частичного погружения рельса и окунания головки рельса можно поступать таким образом,чтобы подошва рельса охлаждалась сжатым воздухом и/или водовоздушной смесью. Способ в соответствии с изобретением применяется с преимуществом к стали с контрольным анализом 0,65-0,85 С, 0,01-1,2 ,0,5-3,5 , 0,1-1,0 , остальное е и прочие примеси. Выбор правильной концентрации синтетической добавки в охлаждающем веществе и мера осуществления извлечения к определенному моменту времени, а именно к моменту перехода от пленочного кипения в фазу варки,дают в целом даже при различных профилях рельсов соответственно оптимальные результаты относительно образования структуры после термической обработки. Ниже изобретение более подробно поясняется с помощью примера выполнения способа в соответствии с изобретением, причем на чертеже более подробно представлены достигаемые с помощью способа термической обработки в соответствии с изобретением величины твердости. На этом чертеже фиг.1 показывает разрез обработанного согласно способу в соответствии с изобретением рельса, причем представлено распределение твердости НВ для различных зон фиг.2 показывает диаграмму распределения твердости в зависимости от удаления от середины ходовой поверхности в направлении шейки рельса. При реализации способа термической обработки рельсов, в частности, головки рельса, соблюдаются, например, следующие параметры. Рельс или головка рельса погружаются в содержащее синтетическую добавку охлаждающее вещество при температуре 820 С, причем глубина погружения головки составляет примерно 37 мм. При температуре ванны 50 С и выбранной концентрации ванны 35 по истечении времени погружения 150 с получается температура поверхности или остаточная температура 505 С, причем эта температура поверхности сохраняется или извлечение погруженных зон осуществляется к моменту времени, чтобы не происходило выравнивание температуры по всему поперечному сечению рельса или головки рельса. 3 2041 1 Достигаемое с помощью подобного рода способа распределение твердости для профиля рельса 60 представлено на фиг.1, причем указано распределение твердости по Бринелю НВ для различных зон. Отчетливо явствует, что головка рельса имеет соответственно более высокие показатели твердости, чем шейка и подошва рельса . На представленной на фиг.2 диаграмме в зависимости от удаления от середины ходовой поверхности в миллиметрах показано достигаемое с помощью способа термической обработки рельсов распределение твердости по Бринелю НВ 30. В целом получается, что благодаря тому факту, что извлечение погруженной заготовки или головки рельса осуществляется до момента времени, пока не произошло выравнивание температуры по всему поперечному сечению, с надежностью удается избежать нежелательной твердости шейки, в то время как головка рельса имеет желательную твердость или желательное распределение твердости. оставитель В.М. Картузов Редактор В.Н. Позняк Корректор Т.Н. Никитина Заказ 0022 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4