Технология контроля неметаллических включений и решение по повышению чистоты для рельсов национального стандарта
Каковы основные типы и опасности не-неметаллических включений в рельсах национальных стандартов?
Не-металлические включения в рельсах национальных стандартов в основном делятся на три категории:оксиды, сульфиды и силикаты. Оксиды представляют собой преимущественно глинозем, сульфиды — преимущественно сульфид марганца, а силикаты — алюмосиликатные композиционные включения. Размер и распределение этих включений напрямую влияют на механические свойства рельса. Крупные-включения глинозема разрушают непрерывность матрицы рельса и становятся точками концентрации напряжений. При многократном действии поездных нагрузок на границе включений и матрицы склонны возникать микротрещины, а расширение трещин приведет к усталостному разрушению рельса. Хотя сульфидные включения обладают хорошей пластичностью, они становятся хрупкими в условиях низких-температур, увеличивая риск хрупкого разрушения рельса. Силикатные включения тверды и хрупки, что ускоряет износ зоны контакта колеса с рельсом, сокращает цикл шлифования рельса и увеличивает затраты на техническое обслуживание линии.
Каковы основные меры по сокращению не-неметаллических включений в рельсах национальных стандартов в процессе плавки?
Основными мерами по сокращению не-металлических включений в рельсах национального стандарта в процессе плавки являются:внедрение процесса вторичной переработки и технологии вакуумной дегазации. Во-первых, на более поздней стадии конвертерной плавки добавляют шлакообразователи, такие как известь, для образования щелочного шлака, который может адсорбировать оксидные включения, такие как оксид алюминия, в расплавленной стали. Затем расплавленную сталь направляют в рафинировочную печь LF, где перемешивание аргона используется для ускорения всплытия включений. Скорость потока аргона контролируют на уровне 0,5-1,0 л/мин, а время перемешивания составляет не менее 20 минут, чтобы обеспечить полную агрегацию и выгрузку включений. Технология вакуумной дегазации позволяет поместить расплавленную сталь в вакуумную среду, чтобы снизить содержание кислорода и серы в расплавленной стали и уменьшить образование оксидов и сульфидов. Степень вакуума должна контролироваться на уровне менее или равной 67 Па, а время выдержки должно быть больше или равно 15 минутам. Кроме того,обработка подачи алюминиевой проволоки и кальциевой проволокипринят. В результате реакции между кальцием и алюминием образуется алюминат кальция с низкой-точкой плавления-, что позволяет избежать образования включений оксида алюминия высокой-твердости. В процессе плавки необходимо контролировать содержание кислорода в расплавленной стали в режиме реального времени и контролировать общее содержание кислорода менее или равное 20 ppm, чтобы уменьшить образование включений из источника.
Как дополнительно оптимизировать распределение включений рельсов национального стандарта в процессе прокатки?
Основой оптимизации распределения включений рельсов национального стандарта в процессе прокатки являетсяулучшение морфологии включений за счет пластической деформации. Во-первых,контролируемая прокатка и контролируемый процесс охлажденияпринимается, а температура прокатки контролируется в зоне рекристаллизации аустенита, так что рельс подвергается достаточной деформации при высокой температуре, а первоначально неправильные включения удлиняются и ломаются. Величина деформации на этапе черновой прокатки должна быть больше или равна 40 %, а крупные-включения разбиваются на мелкие-включения за счет большой деформации, уменьшая их повреждение матрицы. На этапе чистовой прокатки применяется низкотемпературная -прокатка, а температура контролируется на уровне 800-850 градусов. В это время пластичность расплавленной стали хорошая, и включения будут распределяться полосами вдоль направления прокатки, избегая образования кластерных включений. После прокатки,технология ламинарного охлажденияпринят, а скорость охлаждения контролируют на уровне 5-10 град/с, чтобы обеспечить равномерную внутреннюю структуру рельса и предотвратить агрегацию включений из-за неравномерного охлаждения. Кроме того,онлайн ультразвуковой контрольнастраивается в процессе прокатки для контроля распределения включений внутри рельса в режиме реального времени, а также своевременной маркировки и обработки неквалифицированных деталей.
Каковы методы обнаружения и стандарты оценки не-металлических включений в рельсах национальных стандартов?
Методы обнаружения не-металлических включений в рельсах национальных стандартов в основном включают:метод металлографического микроскопа и метод ультразвуковой дефектоскопии. Для метода металлографического микроскопа необходимо отобрать образцы из рельса, отполировать, полировать и подвергнуть коррозии, а затем наблюдать под микроскопом при увеличении в 100-500 раз тип, размер и количество включений. При обнаружении следует выделить три части головки рельса, стенки рельса и основания рельса и наблюдать не менее 5 полей зрения для каждой части для подсчета среднего размера и плотности включений. В ультразвуковом методе дефектоскопии используется высокочастотный-зонд с частотой 5–10 МГц. О положении и размере включений судят по отражению сигнала ультразвуковых волн на границе раздела включений и матрицы. Этот метод является неразрушающим контролем и подходит для серийных испытаний на производственных линиях. Стандарт суждения основан на GB/T 10561-2005. Рейтинг включений рельсов национального стандарта должен быть меньше или равен 2 классу, среди которых максимальный размер включений глинозема меньше или равен 50 мкм, а плотность количества сульфидных включений меньше или равна 10 шт./мм². Рельсы, превышающие стандарт, должны быть признаны неквалифицированными.
Как повышение чистоты рельсов национального стандарта повлияет на затраты на техническое обслуживание линии?
Повышение чистоты рельсов национального стандарта может значительно снизить затраты на техническое обслуживание линии. Рельсы высокой чистоты имеют мало внутренних включений, вероятность возникновения усталостных трещин значительно снижается, срок службы рельса может быть продлен более чем на 30 %, а частота замены рельса снижена. Рельсы высокой чистоты имеют более равномерный износ в части, контактирующей с колесом-рельсом, и не вызывают аномального износа из-за концентрации напряжений, вызванной местными включениями. Цикл измельчения можно продлить с 6 до 12 месяцев, что снижает трудозатраты и затраты на оборудование для измельчения. Кроме того, рельсы высокой чистоты обладают хорошей усталостной стойкостью и не подвержены авариям изломов, что позволяет избежать потерь из-за простоя линии, вызванных переломом рельса, которые часто намного превышают затраты на приобретение и техническое обслуживание рельсов. На горных и тяжелых-магистральных линиях рельсы высокой-чистоты имеют более очевидные преимущества, могут адаптироваться к суровым условиям эксплуатации и еще больше снижают сложность обслуживания и стоимость специальных линий.