Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Обработка металлов давлением

Диссертационная работа:

Мухатдинов, Насибулла Хадиатович. Совершенствование базовых элементов технологии прокатки и освоение производства железнодорожных рельсов повышенной эксплуатационной стойкости : диссертация ... кандидата технических наук : 05.16.05, 05.16.01 / Мухатдинов Насибулла Хадиатович; [Место защиты: Центр. науч.-исслед. ин-т чер. металлургии им. И.П. Бардина].- Москва, 2011.- 191 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/2125

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность проблемы

Стратегия развития железнодорожного транспорта России предусматривает увеличение грузоподъемности составов и скорости их движения. Все это требует улучшения качества и повышения уровня механических свойств рельсов как основного элемента железнодорожного пути. Для повышения качества и уровня эксплуатационных характеристик рельсов необходимо освоение на металлургических заводах-производителях рельсов (ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» и ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат») новых металлургических технологий и оборудования. В частности, освоение новых технологий производства рельсов из конвертерной и электростали, обеспечивающих повышенную степень чистоты по примесям и неметаллическим включениям, а также совершенствование технологии прокатки.

Это связано с тем, что эксплуатационные свойства рельсов зависят не только от качества стали, но и в значительной мере от стабильности и точности геометрических параметров готовых рельсов – прямолинейности, точности профиля, концевой кривизны и др. Улучшение геометрических параметров рельсов может быть осуществлено только путем совершенствования технологии горячей деформации, в процессе которого происходит формирование профиля проката.

Решение этой актуальной проблемы возможно путем разработки новых и совершенствования существующих технологий горячей деформации и прокатного оборудования с использованием современных средств математического моделирования для оптимизации технологических режимов прокатки и охлаждения в зависимости от марочного сортамента стали для железнодорожных рельсов. Моделирование режимов прокатки, в основу которого заложены современные представления по вопросам формоизменения (калибровки), формирования структуры и механических свойств, позволит оперативно управлять технологическими параметрами прокатки и охлаждения и производить рельсы с гарантированным уровнем качества. Повышение качества проката, как основополагающего фактора развития производства рельсов, является актуальным направлением работы, поскольку позволит обеспечить снижение материальных затрат, рост металло- и энергосбережения при производстве готовой продукции, повысить ее конкурентоспособность на мировом рынке.

С другой стороны, повышение эксплуатационных свойств рельсов в условиях повышенных нагрузок и скоростей движения может быть осуществлено за счет создания новых марок рельсовых сталей, обеспечивающих, прежде всего, требуемый уровень механических свойств (твердости, пластичности, вязкости). Для этого необходима разработка химического состава рельсовой стали по легирующим и микролегирующим элементам, обеспечивающим получение мелкодисперсной структуры.

Цель работы и задачи исследования

Целью данной диссертационной работы является разработка технологических режимов и узлов оборудования, обеспечивающих массовое производство железнодорожных рельсов, в том числе и из новых марок стали. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  1. На базе анализа и обобщения опыта производства рельсовой продукции разработать методы повышения операционной эффективности технологических процессов, обеспечивающих получение заданного профиля рельса и его прямолинейности, качества поверхности и необходимых механических свойств при снижении затрат на производство.

  2. Разработать эффективную технологическую схему прокатки при снижении температуры нагрева заготовки на 300С с использованием математической модели определения энергосиловых и температурно-скоростных параметров прокатки заготовки в реверсивной клети.

  3. Разработать новую технологию упрочнения чистового калибра с изменением калибровки чистовой клети рельсобалочного стана, обеспечивающую стабильность профиля рельса, повышение ресурса валков и снижение веса погонного метра рельса.

4. Разработать и опробовать новые составы рельсовых сталей с повышенными эксплуатационными характеристиками:

- высокоуглеродистая (заэвтектоидная) рельсовая сталь повышенной износостойкости с содержанием углерода до 0,90%;

- микролегированная ванадием и азотом сталь для рельсов повышенной хладостойкости;

- низколегированная рельсовая сталь типа Э75ХГФ, обеспечивающая в горячекатаном состоянии уровень механических свойств термообработанных рельсов.

Методы исследования

Экспериментальная часть работы выполнена с применением методов металлографии, электронной микроскопии, методов логистического и математического моделирования процесса на базе современных средств вычислительной техники, а также проведения промышленного опробования различных марок стали и новых конструкций узлов оборудования в условиях действующего производства. Основными методами исследования опытных и новых разработок явились испытания механических свойств (ударной вязкости, работы разрушения, вязкости разрушения и усталостной прочности), в том числе полнопрофильных рельсовых проб на копре и усталостном стенде.

Научная новизна

На базе анализа и обобщения опыта производства качественной металлопродукции разработана комплексная методика операционных улучшений металлургического процесса для повышения эффективности технологических режимов и параметров оборудования. Показано, что в условиях устойчивой современной технологии металлургического передела рельсов определяющим и ключевым процессом является прокатное производство, обеспечивающее получение рельсов с заданными геометрическими параметрами прямолинейности, профиля и др.

В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

- разработаны математические модели для определения энергосиловых параметров и температуры в реверсивной клети и непрерывной группе клетей рельсобалочных станов, что позволило провести анализ процесса прокатки рельсов при различных температурах и снизить температуру деформации в клети «900» в среднем на 30С;

- разработана новая форма чистового калибра рельсобалочного стана, позволяющая обеспечить стабильность размера профиля рельса, снижение погонного веса рельса и повышение стойкости калибра;

- по результатам исследования структуры и механических свойств разработаны и опробованы составы новых рельсовых сталей с повышенными эксплуатационными характеристиками:

- высокоуглеродистая (заэвтектоидная) рельсовая сталь с содержанием углерода до 0,90% повышенной износостойкости;

- микролегированная ванадием и азотом рельсовая сталь для рельсов повышенной хладостойкости;

-низколегированная рельсовая сталь типа Э75ХГФ, обеспечивающая в горячекатаном состоянии уровень механических свойств термообработанных рельсов;

- показано, что по комплексу характеристик рельсы из новых марок сталей превосходят показатели стандартных рельсов общего назначения: износостойкость рельсов из высокоуглеродистой стали на 35…40%, хладостойкость рельсов низкотемпературной надежности в 1,5…2,0 раза, усталостная прочность рельсов из низколегированной стали на 10%.

Практическая ценность и реализация работы. По результатам проведенных исследований в массовое производство на ОАО «НТМК» и ОАО «НКМК» внедрен комплекс технологических ресурсо- и энергосберегающих мероприятий в области сталеплавильного производства, непрерывной разливки и прокатки рельсовой стали, обеспечивший снижение энергозатрат на 1,7%, увеличение ресурса прокатных валков на 0,2 кг/т, уменьшение отбраковки рельсов по поверхностным дефектам на 0,7%, снижение технологических отходов на 0,3 кг/т, а также повышение уровня механических свойств готовых рельсов.

Внедрение новых марок рельсовых сталей специального назначения с повышенной износостойкостью, хладостойкостью и низколегированных без финишной термообработки позволило повысить уровень твердости головки рельса до 400-415 НВ, увеличить износостойкость на 35-40%, хладостойкость до KCU = 25-60 Дж/см2 при -600С, усталостную прочность на 10%, а также довести срок эксплуатации рельсов до уровня мировых стандартов, т.е. обеспечить наработку более 1 млрд. т брутто.

Суммарный экономический эффект от внедрения разработок составил более 150млн. рублей.

Основные научные положения, выносимые на защиту

1.Результаты разработки технологии прокатки рельсов на базе математической модели процесса горячей деформации заготовки.

2. Расчеты новых калибровок, обеспечивающих улучшение геометрических параметров профиля рельса и повышение ресурса калибров.

3. Технологические элементы совершенствования процессов выплавки и непрерывной разливки новых марок рельсовой стали.

4. Создание или исследование новых марок рельсовых сталей специального назначения, обеспечивающих при дальнейшем переделе формирование структуры, стойкой к разрушению при повышенных механических нагрузках и низких температурах, а также обеспечивающих требуемый уровень свойств рельсов без термообработки.

Апробация работы

Основные результаты и положения диссертационной работы доложены и обсуждены на ежегодных конференциях Некоммерческого партнерства «Рельсовая комиссия», состоявшихся 26-27 октября 2007 года в г. Новокузнецке (ОАО «НКМК»), 25-26 июня 2008 года в г. Нижнем Тагиле (ОАО «НТМК»), 01-02 октября 2009 года в г. Калуге (ОАО «Калужский завод «Ремпутьмаш»), 26-29 октября 2010 года в г. Новокузнецке (ОАО «НКМК»), ХП Международном конгрессе сталеплавильщиков 2-6 октября 2010 года в г. Магнитогорске (ОАО «ММК»), а также отраслевых конференциях и координационных совещаниях.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в трех учебных пособиях, 14 журналах и сборниках научных трудов, в том числе опубликовано пять статей в журналах, входящих в список изданий, рекомендованных ВАК. Получено 19 патентов РФ на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 112 наименований. Работа изложена на 193 страницах машинописного текста, содержит 62 рисунка и 35 таблиц.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net