Разработка и освоение новых технологий для текущего и перспективного производства рельсов

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

В результате выполненных исследований и разработок получены научно обоснованные технические и технологические решения по созданию новых эффективных технологий производства высококачественных рельсов для современных и перспективных условий эксплуатации, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте.

1. Сформулированы технические требования к рельсам высшего качества, отвечающим современным и перспективным требованиям железнодорожного транспорта в России.

2. Выполнены исследования эффективности микролегирования рельсовой стали карбонитридообразующими элементами и определена количественная взаимосвязь параметров микроструктуры и механических свойств рельсовой стали. Выбран оптимальный состав рельсовой стали, микролегированной ванадием. Предложен механизм, объясняющий эффективное влияние ванадия на сопротивление усталостному разрушению рельсовой стали и заключающийся в локальном повышении температуры в зоне у вершины трещины до значений, достаточных для выделения карбонитридов ванадия, препятствующих росту усталостной трещины.

3. Разработаны научные основы производства микролегированной ванадием рельсовой стали в мартеновских печах и кислородных конвертерах с использованием ванадиевого чугуна:

— сформулирована и решена задача смешения двух жидкостей применительно к стальному углеродистому расплаву и жидкому чугуну;

— изучено изменение микроструктуры расплава при подливе ванадиевого чугуна. Определены условия получения микрооднородного состояния;

— с использованием метода «меченых атомов» исследовано изменение неметаллической фазы при подливе ванадиевого чугуна;

— установлено количество алюминия, переходящего в виде включений в готовую сталь из жидкого чугуна;

— определены статистические закономерности угара ванадия и углерода при микролегировании жидким ванадиевым чугуном;

— разработаны на уровне изобретений ряд технологических приемов, позволивших уменьшить угар ванадия и расход ванадиевого чугуна для легирования стали.

4. Созданы и внедрены на НТМК промышленные технологии микролегирования рельсовой стали ванадием с использованием промежуточных продуктов ванадиевого передела титаномагнетитовых руд: ванадиевого чугуна и ванадиевого шлака. Из рельсовой стали, выплавленной по новым технологиям с начала периода освоения и по настоящее время произведено более 4500 тыс. т рельсов, в том числе 500 тыс. т высококачественных рельсов из стали, микролегированной ванадиевым чугуном и 4000 тыс. т — ванадиевым шлаком.

Применение новых технологий в сравнении с микролегированием феррованадием уменьшило потери ванадия в 1,6 раза при использовании ванадиевого чугуна, и в 1,25 раза при использовании ванадиевого шлака. Фактический удельный экономический эффект от снижения стоимости микролегирования составил 5,52 руб/т стали для варианта легирования ванадиевым чугуном, и 2,7 руб/т для легирования ванадиевым шлаком (в ценах 1989 г.). Экономическая эффективность за счет повышения потребительских свойств на сети железных дорог рельсов, микролегированных ванадием по новым технологиям, составила 29,16 руб/т рельсов (в ценах 1989 г.).

5. По результатам массового количества промышленных плавок выполнены сравнительные исследования различных вариантов микролегирования стали ванадием: с использованием ванадиевого чугуна, ванадиевого шлака, ванадиевых ферросплавов. Получены количественные характеристики качества и эффективности производства рельсов по каждому из вариантов, что является научной основой для выбора оптимальных вариантов легирования и рациональных объемов их применения для конкретных условий производства рельсов на различных заводах.

6. Разработана и опробована в промышленных условиях перспективная технология выплавки в кислородных конвертерах рельсовой стали из углеродистого полупродукта с подливом природнолегирован-нош ванадием чугуна.

7. Изготовлены опытно-промышленные партии рельсов из стали электрошлакового переплава, полигонные испытания которых показали 20%-ное превышение ресурса рельсов лучших мировых технологий рельсового производства.

8. Установлено, что микролегирование рельсовой стали с 0,85% углерода ванадием при его среднем содержании 0,05% полностью предотвращает образование цементитной сетки, что обеспечило перспективу создания на этой основе рельсов повышенной износостойкости.

Разработана и освоена на НТМК в промышленном масштабе технология производства рельсов повышенной износостойкости Р65К с заэвтектоидным содержанием углерода и микролегированием ванадием. К настоящему времени выпущено свыше 3,0 тыс. т таких рельсов, которые успешно эксплуатируются, преимущественно в кривых малых радиусов, на Южно-Уральской, Горьковской, Октябрьской и других железных дорогах.

9. Исследованы возможности и определены условия эффективного малодеформационного термического упрочнения рельсов с охлаждением движущейся водой или воздухом под давлением. Разработан новый способ термической обработки рельсов при объемном печном нагреве с дифференцированным охлаждением движущейся водой головки и подошвы.

Новые технологии термической обработки рельсов с охлаждением движущейся водой и воздухом под давлением приняты для разрабатываемого в настоящее время проекта реконструкции рельсового производства на НТМК.

1. Цитируемая литература.

2. Смирнов Л. А., Дерябин Ю. А., Филиппенков A.A. и др. // Производство и использование ванадиевых шлаков. М.: Металлургия, 1975. 126 с.

3. Т.Екобори. Физика и механика разрушения твердых тел. М.: Металлургия, 1971. 264 с.

4. Горицкий В. М., Терентьев В. Ф. Структура и усталостное разрушение металлов. М.: Металлургия, 1980. 208 с.

5. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория упругости. М.: Наука, 1987. 248 с.

6. Иванова B.C., Баланкин A.C., Бунин И. Ж., Оксогоев A.A. Синергетика и фракталы в металловедении. М.: РАН, Институт металлургии им. А. А. Байкова, 1993. 337 с.

7. Казачков И. П. Тепловой эффект процессов раскисления и легирования стали в ковше// Изв. вузов. Черная металлургия, 1971, № 1, с. 68−70- № 3, с. 52−56.

8. Ойкс Г. Н., Иоффе Х. М. Производство стали. М.: Металлургия, 1975.480 с.

9. Золотарский А. Ф., РаузинЯ.Р., Шур Е. А., Великанов A.B. и др. Термически упрочненные рельсы. М.: Транспорт, 1976. 264 с.

10. Поляков В. В., Великанов A.B. Основы технологии производства железнодорожных рельсов. М.: Металлургия, 1990. 416 с. 12. Ефимов В. А. Разливка и кристаллизация стали. М.: Металлургия, 1976.552 с.

11. Явойский В. И., Рубенчик Ю. И., ОкенкоА.П. Неметаллические включения и свойства стали. М.: Металлургия, 1980. 173 с.

12. Терзиян С. П., Турлаев В. В., Явойский A.B. Перемешивание жидкой ванны при продувке пульсирующими газовыми струями // Изв. вузов. Черная металлургия, 1982. № 9. С. 34−36.

13. R. Steele, M.Hargrosse. Improving rail hardness and cleanliness, 1994. № 1. p. 19−23.

14. Электрошлаковый переплав / Под ред.Б. Е. Патона, Б. И. Медовара. Киев. Наукова думка, 1981.680 с.

15. Vander Voort, G.F. Inclusion Ratings: Past, Present, and Future // Bearing Steels: Into the 21th Century, ASTM STR1327, 1998. p. 13−26.

16. Раузин Я. Р., Шур Е. А., Зонов П. Н., Великанов A.B. Разработка метода термического упрочнения высокопрочных рельсов // Вестник ВНИИЖТ, 1974. № 3. С. 45−50.

17. Development of NKK-Low alloy Head Hardened rails / M. Veda, K. Fukuda, N. Wada e.a. //Nippon Kokan Technical Report overseas, 1987, N/48. P. 49−58.

18. Шепеляковский К. З. Упрочнение деталей машин поверхностной закалкой при индукционном нагреве. М.: Машиностроение, 1972. 287 с.

19. Новиков И. И. Теория термической обработки. М.: Металлургия, 1986.480 с.

20. Бернштейн М. Л., Капуткина Л. М., Прокошкин С. Д. Отпуск стали. М.: МИСИС, 1997. 336 с.

21. Карпов Л. Л. Закалка в потоке сжатых газов // Металловедение и термическая обработка металлов, 1966. № 7. С. 59−62.

22. Люты В. Закалочные среды. Справочник. Челябинск, «Металлургия» Челябинское отделение, 1990. 190 с.

23.

Литература

опубликованная по теме диссертации.

24. Модифицирование алюминием стали при непрерывной разливке / Фомин H.A., Пан A.B., Белоусов А. И., Стамбульчик М. А., ПонерД.М. // Сталь, 1978 г., № 5. С. 411−413.

25. Совершенствование дутьевого режима в мартеновых печах. / Пан A.B., Исаев Н. И., Кричкер P.M., Гоголев Б. Н., Гейнц Г. Е., Лукьяненко A.A., Волошни-кова А.И. II Тезисы докладов «Четвертой конференции молодых ученых и специалистов Нижнего Тагила». 1980.

26. Улучшение качества стали при разливке. / Паляничка В. А., Гордиен-ко М.С., Исаев Н. И., Пан A.B., Розторгуев В .Д. // Металлург, 1984 г., № 9. С. 20−21.

27. Продувка стали в ковше пульсирующим потоком аргона / А.В.Явойс-кий, С. П. Терзиян, А. В. Пан, В. С. Спирин, В. П. Новолодский, М. А. Третьяков, Б. С. Перевезнюк // Изв. вузов. Черная металлургия, 1984, М°3. С, 40−43.

28. Продувка стали аргоном в ковше под технологическим шлаком. / Маслова И. Л., Власов И. Н., Новолодский В. П., Чечулин И. П., Пан A.B. // Сталь, 1985 г., № 7. С. 23−24.

29. Продувка рельсовой стали аргоном в ковше. / Спирин В. А., Новолодский В. П., Власов H.H., Пан A.B., Исаев Н. И. // Бюллетень 4M, 1985 г., № 2, с. 55.

30. Пан A.B., Кокарев Ю. А. Передел рельсов: что показывает анализ. // Тагильский металлург, НТМК, 1985. № 30.

31. Улучшение технологии раскисления рельсовой стали марганецсодержа-щими сплавами. I Дерябин A.A., Семенков В. Е., Топычканов Б. И., Исаев Н. И., Пан A.B., Дерябин В. А. // Сталь, 1986 г., № 11. С. 16−20.

32. Влияние химического состава на ударную вязкость рельсовой стали. / Добужская А. Б., Сырейщикова В. И., Колосова Э. Л., Щербакова Л. П., Пан A.B. // В сб. Технология производства ж.д. рельсов и колес. Харьков. УкрНИИмет, 1986 г., с. 44.

33. Раскисление рельсовой стали сплавами, содержащими кальций, цирконий, алюминий. / Дерябин A.A., Семенков В. Е., Топычканов Б. И., Винокуров И. Я., Пан A.B. // Бюллетень 4M, 1986 г., № 97, с. 47.

34. Использование природнолегированного чугуна для выплавки ванадий-содержащей рельсовой стали на НТМК / А. В. Пан, Г. С. Гахеладзе, В. А. Паляничка, Б. И. Топычканов // Технология производства железнодорожных рельсов и колес. Харьков. УкрНИИмет, 1986.

35. Выплавка ванадийсодержащей рельсовой стали с использованием природнолегированного чугуна / Б. И. Топычканов, А. А. Дерябин, В. А. Паляничка,.

36. A.В.Пан, Б. А. Бобриков, А. А. Богородский, Г. С. Гахеладзе // Металлургическая переработка комплексных железных руд. Свердловск. УралНИИчермет, 1986.

37. Новая технология микролегирования рельсовой стали / А. В. Пан, Г. С. Гахеладзе, В. А. Паляничка, Б. И. Топычканов, М. С. Гордиенко // Металлургическая и горнорудная промышленность, 1987, № 3. С. 6−8.

38. Разработка технологии производства ванадийсодержащих рельсов на НТМК / Г. С. Гахеладзе, А. В. Пан, В. А. Паляничка // Деп. в ВИНИТИ. «Депонированные научные работы», 1987. № 5. С. 172.

39. Качество стали микролегированной ванадиевым чугуном / А. В. Пан, Г. С. Гахеладзе, В. А. Паляничка, Б. И. Топычканов И Повышение качества железнодорожных рельсов и колес. Харьков, УкрНИИмет, 1987.

40. Выплавка конвертерной рельсовой стали из углеродистого полупродукта с подливом ванадийсодержащего чугуна / Б. Д. Червяков, Б. И. Топычканов,.

41. B.А.Паляничка, А. В. Пан, Г. С.Гахеладзе//Металлург, 1987. № 7. С. 20−21.

42. Совершенствование шиберной разливки рельсовой стали / Г. С.Гахе-ладзе, А. В. Пан, В. А. Паляничка, М. С. Гордиенко, В. Д. Разторгуев // Металлург, 1987. № 4. С. 29.

43. Улучшение качества рельсов путем раскисления стали в печи комплексным железо-кремний-мерганец-атоминиевым сплавом / В. А. Паляничка, А. В. Пан, М. А. Стамбульчик, В. В. Матвеев, М. С. Гордиенко, К. И. Токарева // Черная металлургия, 1988, № 14 (1066). С. 42−43.

44. Варианты раскисления стали, микролегированной ванадиевым чугуном / А. В. Пан, Г. С. Гахеладзе, В. А. Паляничка, Б. И. Топычканов // Качество, надежность и эксплуатационная стойкость железнодорожных рельсов и колес. Харьков. УкрНИИмет., 1988.

45. Технология микролегирования стали ванадиевым чугуном I А. В. Пан, Г. С. Гахеладзе, В. А. Паляничка, Б. И. Топычканов, Е. Л. Белкин // Металлургия и коксохимия, 1988. № 1.

46. Влияние различных раскислителей на механические свойства рельсов из стали, микролегированной ванадием / Б. И. Топычканов, А. В. Пан, В. А. Паляничка, В. А. Стамбульчик // Металлы, 1989. № 2. С. 119−123.

47. Технология микролегирования рельсовой стали ванадиевым чугуном / А. В. Пан, Г. С. Гахеладзе, В. А. Паляничка, Б. И. Топычканов, Е. Л. Беякин // Проблемы металлургического производства. Киев «Тэхника», вып. 99, 1989. С. 45−50.

48. Совершенствование технологии раскисления и модифицирования рельсовой стали / В. А. Паляничка, А. В. Пан, В. Е. Семенов, В. В. Матвеев, М.А.Стам-бульчик, В. Д. Разторгуев // Черная металлургия, 1989. № 8 (1084). С. 56−57.

49. Совершенствование технологии раскисления рельсовой стали силико-марганцем. / Семенков В. Е., Дерябин А. А., Бородин В. И., Исаев Н. А., Пан А. В., Дерябин В. А. // Бюллетень ЧМ, 1989 г., № 20, с. 47.

50. Раскисление и модифицирование рельсовой стали / В. А. Паляничка,.

51. A.В.Пан, В. Е. Семенков, М. С. Гордиенко, В. В. Матвеев, М. А. Стамбульчик // Металлург, 1990. № 1. С. 28.

52. Исследование причен «затягивания» выпускного канала сталеразли-вочного ковша при разливке рельсовой стали / Б. А. Топычканов, А. В. Пан,.

53. B.В.Матвеев, Л. В. Останина и А. А. Богородский // Сталь, 1990. № 5. С. 29−31.

54. Ресурсосберегающая технология выплавки рельсовой стали / В. Е. Семенков, В. А. Паляничка, А. В. Пан, В. В. Матвеев, В. И. Ильин, А. А. Богородский // Тез. докл. Всесоюзной конф. «Совершенствование металлургической технологии в машиностроении». Волгоград, 1991.

55. Production of Wear-Resistant Rails at NTMK / A.V.Pan and E.N.Shumi-lin, Nizhny Tagil, Russia II 36-th Mechanical Working and Steel Processing Conference. Baltimore. October 16−19, 1994.

56. Rails Rolled from Electroslag Remelted (ESR) / E. Shur, A. Pan, T. Trusova // 39-th Mechanical Working and Steel Processing Conference Proceedings. Vol. XXXV. Indianapolis, Oct. 19−22, 1997, p.1071 1082.

57. Rail Steels Microalloyed with Carbonitride Forming Elements / A.V.Pan, A.B.Dobuzhskaya, E.A.Shur // 39-th Mechanical Working and Steel Processing Conference Proceedings. Vol. XXXV. Indianapolis, Oct. 19−22, 1997, p. 1123 1134.

58. Перспективы и особенности технологии производства и термической обработки, основанной на принципах объемно-поверхностной закалки, деталей верхнего строения пути и подвижного состава / В. М. Федин, В. П. Девяткин,.

59. A.В.Пан // Вестник ВНИИЖТ, 1998, № 5, С. 22 -24.

60. Шур Е. А., Пан A.B. Рельсы будущего // Железнодорожный транспорт, 1998. № 4. С. 57−60.

61. Пан A.B. Разработка технологии производства рельсов с использованием природнолегированного ванадием чугуна. Автореферат .канд. техн. наук. М.: ВНИИЖТ. 1994. 33 с.

62. Пан A.B. Разработка технологии производства рельсов с использованием природнолегированного ванадием чугуна. Дисс. .канд. техн. наук. М.: ВНИИЖТ, 1994. 139 с.

63. Разработка технологии производства ванадийсодержащей стали на НТМК для рельсов 1 группы с использованием природнолегированного чугуна // Отчет о НИР. Н. Тагил Свердловск — Харьков. 1986. 159 с.

64. Разработка, освоение и внедрение технологии производства железнодорожных рельсов из стали, раскисленной новыми комплексными ферросплавами, в том числе содержащими цирконий. / Отчет о НИР, 581/86, №ГР3 900 000 458, г. Харьков, УкрНИИМет, 1989 г., 63 с.

65. Исследования эксплуатационной стойкости и надежности объемно-закаленных рельсов производства НТМК. / Отчет о НИР, 927/89 инв. № 28 700 004 907, г. Харьков, УкрНИИМет, 1989 г., 62 с.

66. Отработка технологии микролегирования рельсовой стали ванадием с использованием ванадиевого шлака / Рук. работы: А. В. Пан, В. Е. Семенков,.

67. B.А.Паляничка // Отчет о НИР 1.33-Э-152−90-ВН, УралНИИЧМ, Свердловск, 1990. 46 с.

68. Освоение технологии производства железнодорожных рельсов 1 группы из стали, микролегированной ванадием путем доливки природнолегированного чугуна // Отчет о НИР. 634/87- № ГР 1 870 024 659- инв. № 2 900 039 642 -Н.Тагил Свердловск — Харьков, 1990. 116 с.

69. МенаджиевТ.Я., Бурмасов С. П., ПанА.Б. и др. «Способ обработки жидких металлов». А.С.№ 677 810.

70. Дерябин A.A., Семенков В. Е., Пан A.B. и др. «Способ разливки стали и устройство для его осуществления». А.С.№ 1 034 835.

71. Дерябин A.A., Гоголев Б. Н., Пан A.B. и др. «Способ производства стали». А.С.№ 1 071 644.

72. Спирин В. А., Теризян С. Г1., Пан A.B. и др. «Фурма для продувки расплавов газами». А.С.№ 1 072 469.

73. Сизов A.M., Спирин В. А., Пан A.B. и др. «Фурма для продувки расплава газом». А.С.№ 1 137 108.

74. Третьяков М. А., Червяков Б. Д., Пак A.B. и др. «Устройство для нанесения покрытий на внутренние поверхности полости». А.С.№ 1 215 227.

75. Сырейщикова В. И., Колосова Э. Л., Пан A.B. и др. «Сталь». А.С.№ 1 285 049.

76. Василенко Г. Н., Голов Г. В., Пан A.B. и др. «Смесь для производства теплоизоляционных изделий». А.С.№ 1 313 837.

77. Сизов A.M., Шигач С. И., Пан A.B. и др. «Фурма для продувки расплава». А.С.№ 1 328 387.

78. Паляничка В. А., Пан A.B., Винокуров И. Я. и др. «Способ производства микролегированной стали». A.C. № 1 351 087.

79. Пан A.B., Паляничка В. А., Винокуров Г. И. и др. «Способ производства микролегированной стали». Патент РФ № 1 352 958.

80. Топычканов Б. И., Дерябин A.A., Пан A.B. и др. «Смесь для легирования стали». А.С.№ 1 354 744.

81. Топычканов Б. И., Дерябин A.A., Пан A.B. и др. «Смесь для легирования стали». A.C. № 1 395 686.

82. Пан A.B., Паляничка В. А., Винокуров И. Я. и др. «Способ микролегирования стали ванадием». Патент РФ №?419 156.

83. Сырейщикова В. И., Колосова Э. Л., Пан A.B. и др. «Сталь». A.C.NM 435 650.

84. Сизов A.M., Жигач С. И., Пан A.B. «Устройство для вакуумного рафинирования металла в емкости». A.C. № 1 441 809.

85. Пан A.B., Новолодский В. П., Винокуров И. Я. и др. «Способ производства в мартеновской печи». A.C. № 1 490 972.

86. Сизов A.M., Жигач С. И., Пан A.B. «Способ рафинирования металла». Патент РФ № 1 520 742.

87. Сизов A.M., Жигач С. И., Пан A.B. и др. «Форсунка для распыления жидкости». А.С.№ 1 528 571.

88. Сизов A.M., Жигач С. И., Пан A.B. «Способ внепечного рафинирования металлического расплава». Патент РФ № 1 547 323.

89. Паляничка В. А., Пан A.B., Гордиенко М. С. и др. «Прибыльная надставка». А.С.№ 1 560 369.

90. Сырейщикова В. И., Колосова Э. Л., Пан A.B. и др. «Способ термической обработки рельсов». А.С.№ 1 587 924.

91. Пан A.B., Червяков Б. Д., Одиноков С. Ф. «Способ производства ванадиевой лигатуры». A.C. № 1 607 403.

92. Паляничка В. А., Пан A.B., Одиноков С. Ф. и др. «Способ раскисления и микролегирования рельсовой стали». A.C. № 1 609 157.

93. Пан A.B., Паляничка В. А. и др. «Способ раскисления, модифицирования и микролегирования рельсовой стали». А.С.№ 1 623 211.

94. Паляничка В. А., Новолодский В. П., Пан A.B. и др. «Способ получения рельсовой стали». A.C. № 1 632 052.

95. Сизов A.M., Булгаков В. В., Пан A.B. и др. «Фурма дяя продувки расплава металла газом». А.С.№ 1 650 711.

96. Паляничка В. А., Пан A.B., Матвеев В. В. и др. «Способ получения синтетических шлаков». А.С.№ 1 657 530.

97. Сырейщикова В. И., Добужская А. Б., Пан A.B. и др. «Сталь». А.С.№ 1 659 518.

98. Сизов A.M., Булгаков В. В., Пан A.B. и др. «Фурма для продувки расплава металла газом». А.С.№ 1 673 604.

99. Сизов A.M., Булгаков В. В., Пан A.B. и др. «Фурма для продувки расплава металла газом». А.С.№ 1 673 605.

100. Паляничка В. А., Пан A.B., Винокуров И .Я. и др. «Способ производства рельсовой стали». А.С.№ 1 688 588.

101. Паляничка В. А., Пан A.B., Третьяков М. А. и др. «Способ раскисления стали». А.С.№ 1 691 401.

102. Паляничка В. А., Пан A.B., Третьяков М. А. и др. «Рельсовая сталь». А.С.№ 1 787 326.

103. Федин В. М., Девяткин В. П., Пан A.B. и др. «Способ термической обработки рельсов и установка для его осуществления». Патент РФ № 2 003 705.

104. Внедрение нового способа роликовой правки рельсов / И. В. Недорезов, Б. М. Беккер, В. А. Шохин, А. В. Пан // Современное оборудование цехов горячей и холодной прокатки. Свердловск, НИИТЯЖМАШ, 1989. С.25−29.