blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2021-5-345-352blackmet-2098Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESОптимизация технологии производства непрерывнолитой заготовки рельсовой стали с целью повышения чистоты по неметаллическим включениямOptimization of production technologyof continuous cast rail steel for increasing its purity by non-metallic inclusionshttps://orcid.org/0000-0001-9317-6491ГригорьевА. М.Grigor’evA. M.

Антон Михайлович Григорьев, аспирант кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов

119049, Москва, Ленинский пр., 4

Anton М. Grigor’ev, Postgraduate of the Chair of Metallurgy of Steel, New Production Technologies and Metal Protection

4 Leninskii Ave., Moscow 119049

antonmgrigoryev@gmail.comКузнецовМ. С.KuznetsovM. S.

Максим Сергеевич Кузнецов, кандидат технических наук, начальник управления технического сопровождения  сталеплавильного  производства

462353, Оренбургская обл., Новотроицк, ул. Заводская, 1

Maksim S. Kuznetsov, Cand. Sci. (Eng.), Head of the Department of Steelmaking Production Technical Support

1 Zavodskaya Str., Novotroitsk, Orenburg Region 462356

m.kuznetsov@uralsteel.comШепелевД. С.ShepelevD. S.

Денис Сергеевич Шепелев, главный специалист по сталеплавильному производству

462353, Оренбургская обл., Новотроицк, ул. Заводская, 1

Denis S. Shepelev, Chief Specialist in Steelmaking

1 Zavodskaya Str., Novotroitsk, Orenburg Region 462356

АлексеевЕ. М.AlekseevE. M.

Евгений Михайлович Алексеев, главный специалист по испытаниям центральной лаборатории комбината

462353, Оренбургская обл., Новотроицк, ул. Заводская, 1

Evgenii M. Alekseev, Chief Specialist on Tests of the Central Laboratory

1 Zavodskaya Str., Novotroitsk, Orenburg Region 462356

https://orcid.org/0000-0002-5669-4262ГригоровичК. В.GrigorovichK. V.

Константин Всеволодович Григорович, академик РАН, доктор технических наук, профессор кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», заведующий лабораторией диагностики материалов, Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова, РАН 

119049, Москва, Ленинский пр., 4; 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Konstantin V. Grigorovich, Academician, Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair of Metallurgy of Steel, New Production Technologies and Metal Protection, National University of Science and Technology “MISIS”, Head of the Laboratory of Materials Diagnostics, Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science

4 Leninskii Ave., Moscow 119049; 49 Leninskii Ave., Moscow 119991

 

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS”Russian FederationАО «Уральская Сталь»РоссияJSC “Ural SteelRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»; Институт металлургии и материаловедения им А.А. Байкова РАНРоссияNational University of Science and Technology “MISIS”; Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of SciencesRussian Federation202102062021645345352Copyright © Григорьев А.М., Кузнецов М.С., Шепелев Д.С., Алексеев Е.М., Григорович К.В., 20212021Григорьев А.М., Кузнецов М.С., Шепелев Д.С., Алексеев Е.М., Григорович К.В.Grigor’ev A.M., Kuznetsov M.S., Shepelev D.S., Alekseev E.M., Grigorovich K.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2098

Целью данного исследования являлось изучение причин образования недеформируемых неметаллических включений в рельсовой стали и пути снижения отбраковки готовых рельсов по дефектам ультразвукового контроля. Исследования проводили в условиях электросталеплавильного цеха АО «Уральская Сталь». В центральной заводской лаборатории комбината был проведен химический анализ неметаллических включений в образцах готовых рельсов, отбракованных на установке ультразвукового контроля при производстве рельсов ТОО «Актюбинский рельсобалочный завод» из заготовки производства АО «Уральская Сталь». По своему составу неметаллические включения представлены оксидами алюминия. Определены наиболее вероятные причины получения неметаллических включений: в результате использования ферросплавов, содержащих в своем составе алюминий, или взаимодействия компонентов расплава с огнеупорными материалами и шлакообразующей смеси. Проведен анализ ферросплавов, применяемых при производстве рельсовой стали. Произведено промышленное опробование технологии производства непрерывнолитой заготовки рельсовой стали с заменой ферросилиция марки ФС65, имеющего в своем составе алюминий, на карбид кремния. Отмечено повышение степени усвоения кремния и углерода на опытных плавках. Оценка загрязненности неметаллическими включениями и оценка механических свойств рельсовой стали, полученной по опытной технологии, показали, что служебные характеристики металла рельсовой стали соответствуют требованиям ГОСТ Р 51685-2013. Промышленным экспериментом подтверждено, что технология легирования карбидом кремния рельсовой стали Э76Ф в условиях АО «Уральская Сталь» технически возможна. На опытной партии металла получено увеличение выхода годных 100-метровых рельсов на 17 %, произведенных из непрерывнолитой заготовки АО «Уральская Сталь».

The purpose of the work was to examine the reasons for formation of non-deformable non-metallic inclusions in rail steel and ways to reduce the rejection of finished rails due to the defects revealed during ultrasonic testing. The study was conducted at the steelmaking plant of JSC “Ural Steel”. In the central laboratory of the combine, a chemical analysis of non-metallic inclusions was carried out in the samples of finished rails produced from blanks manufactured by JSC “Ural Steel” and rejected at the ultrasonic test unit during the rail production at the “Aktobe Rail and Section Works” LLP. Non-metallic inclusions by their composition are represented by aluminium oxides. The most probable reasons for their formation have been determined as following: the use of aluminium containing ferroalloys and interaction of the melt components with refractory materials and casting powder. The authors made analysis of the ferroalloys used in production of rail steel. Industrial trials of the manufacturing process of continuously cast blanks from rail steel were carried out, where FS65 ferrosilicon, which contains aluminium, was replaced with silicon carbide. An increasing degree of silicon and carbon recovery in trial heats was noted. Evaluation of contamination with non-metallic inclusions and mechanical properties of the rail steel manufactured using the experimental technology showed that the service characteristics of the rail steel meet requirements of the state standard GOST R 51685 – 2013. The full-scale experiment has confirmed that the technology of alloying E76F rail steel with silicon carbide at JSC “Ural Steel” is technically feasible. The yield of 100-meter rails was increased by 17 % on a trial batch produced from JSC “Ural Steel” continuously cast blanks.

производство сталирельсовая стальферросплавыраскислениенеметаллические включенияsteel productionrail steelferroalloysdeoxidationnon-metallic inclusionsReferencesГрузовой железнодорожный транспорт России в 2010 – 2015 гг.: Аналитический доклад. Институт проблем естественных монополий, май 2016. С. 2–4.Freight rail transport in Russia in 2010 – 2015: Analytical report. Institute for Natural Monopoly Problems, May 2016, pp. 2–4. (In Russ.).Анисимов Н.К., Зубов С.П., Кузнецов М.С., Шепелев Д.С., Григорович К.В., Григорьев А.М. Оптимизация технологии производства непрерывнолитой заготовки транспортного металла для производства железнодорожных рельс с целью повышения технико-экономической эффективности использования новых материалов // Сбoрник трудов XV Международного конгресса сталеплавильщиков. Тула, 2018. С. 419‒422.Anisimov N.K., Zubov S.P., Kuznetsov M.S. , Shepelev D.S., Grigorovich K.V., Grigor’ev А.М. Optimization of the production technology of continuously cast blanks from transport metal for the production of railway rails in order to increase technical and economic efficiency of the new materials use. In: Proceedings of the XV Int. Congr. of Steelmakers. Tula, 2018, pp. 419–422. (In Russ.).Марочник сталей и сплавов / А.С. Зубченко, М.М. Колосков, Ю.В. Каширский и др. / Под общ. ред. А.С. Зубченко. М.: Машиностроение, 2003. 784 с.Zubchenko A.S., Koloskov M.M., Kashirskii Yu.V., etc. Grade Guide of Steels and Alloys. Zubchenko A.S. ed. Moscow: Mashinostroenie, 2003, 784 p. (In Russ.).Григорович К.В., Трушникова А.С., Арсенкин А.М., Шибаев С.С., Гарбер А.К. Исследование структуры и металлургичес-кого качества рельсовых сталей различных производителей // Металлы. 2006. № 5. C. 1‒16.Grigorovich K.V., Trushnikova А.S., Arsenkin А.М., Shibaev S.S., Garber А.К. Structure and metallurgical quality of rail steels pro-duced by various manufacturers. Russian Metallurgy (Metally). 2006, vol. 2006, no. 5, pp. 427–438.Шур Е.А., Трусова Т.Н., Григорович К.В., Трушевский С.М. Применение фракционного газового анализа для оценки эксплуатационных свойств рельсов // Материалы юбилейной рельсовой комиссии. Новокузнецк, 2002. С. 229‒248.Shur E.A., Trusova Т.N., Grigorovich K.V., Trushevskii S.М. Application of fractional gas analysis to assess rails performance. In: Materials of the Jubilee Rail Commission. Novokuznetsk 2002, pp. 229–248. (In Russ.).Григорович К.В., Арсенкин А.М., Трушникова А.С. и др. Неметаллические включения: оценка и прогноз эксплуатационной стойкости рельсов // Неметаллические включения в рельсовой стали: Сборник научных трудов. Екатеринбург: УИМ, 2005. С. 102‒115.Grigorovich K.V., Arsenkin А.М., Trushnikova А.S., etc. Application of fractional gas analysis to assess the performance properties of rail steel. In: Improving the Quality and Service Life of Rail Steel. Proceedings. Yekaterinburg: UIM, 2005, pp. 102‒115. (In Russ.).Корнева Л.В., Юнин Г.Н., Козырев Н.А., Атконова О.П., Полевой Е.В. Сравнительный анализ показателей качества рельсов ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» и зарубежных производителей // Известия вузов. Черная металлургия. 2010. № 12. С. 38–42.Korneva L.V., Yunin G.N., Kozyrev N.A., Atkonova O.P., Polevoi E.V., Comparative analysis of rail product quality indexes of JSC “Novokuznetsk Metallurgical Plant” and foreign manufacturers. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2010, no. 12, pp. 38–42. (In Russ.).Шур Е.А. Повреждение рельсов. М.: Интекст, 2012. 192 с.Shur E.A. Rail Damage. Moscow: Intekst, 2012, 192 p. (In Russ.).Шейнман Е. Износ рельсов // Трение и износ. 2012. Т. 33. № 4. С. 413–422.Sheinman E. Rail wear. Trenie i iznos. 2012, vol. 33, no. 4, pp. 413–422. (In Russ.).Hu Y., Zhou L., Ding H.H., Lewis R., Liu Q.Y., Guo J., Wang W.J. Microstructure evolution of railway pearlitic wheel steels under rolling-sliding contact loading // Tribology International. 2021. Vol. 154. Article 106685. http://doi.org/10.1016/j.triboint.2020.106685Hu Y., Zhou L., Ding H.H., Lewis R., Liu Q.Y., Guo J., Wang W.J. Microstructure evolution of railway pearlitic wheel steels under rolling-sliding contact loading. Tribology International. 2021, vol. 154, article 106685. http://doi.org/10.1016/j.triboint.2020.106685Liu P., Quan Y., Wan J. Yu L. Experimental investigation on the wear and damage behaviors of machined wheel-rail materials under dry sliding conditions // Materials. 2021. Vol. 14. No. 3. Article 540. http://doi.org//10.3390/ma14030540Liu P., Quan Y., Wan J. Yu L. Experimental investigation on the wear and damage behaviors of machined wheel-rail materials under dry sliding conditions. Materials. 2021, vol. 14, no. 3, article 540. http://doi.org//10.3390/ma14030540Zhang L., Thomas B.G. State of the art in evaluation and control of steel cleanliness // ISIJ International. 2003. Vol. 43. No. 3. P. 271– 291. http://doi.org//10.2355/isijinternational.43.271Zhang L., Thomas B.G. State of the art in evaluation and control of steel cleanliness. ISIJ International. 2003, vol. 43, no. 3, pp. 271–291. http://doi.org//10.2355/isijinternational.43.271Zhao K.-w., Zeng J.-h., Wang X.-h. Nonmetallic inclusion control of 350 km/h high speed rail steel // Journal of Iron and Steel Research International. 2009. Vol. 16. No. 3. P. 20–26. http://doi.org/10.1016/S1006-706X(09)60038-8Zhao K.-w., Zeng J.-h., Wang X.-h. Nonmetallic inclusion control of 350 km/h high speed rail steel. Journal of Iron and Steel Research International. 2009, vol. 16, no. 3, pp. 20–26. http://doi.org/10.1016/S1006-706X(09)60038-8Fruehan R.J., Nassaralla C.L. Evaluation of new steelmaking technologies // McLean Symposium Proceedings, Iron & Steel Society, Warrendale, 1998. P. 205–216.Fruehan R.J., Nassaralla C.L. Evaluation of new steelmaking technologies. In: McLean Symposium Proceedings, Iron & Steel Society, Warrendale, 1998, pp. 205–216.Zhang L., Thomas B.G. State of the art in the control of inclusions during steel ingot casting // Metallurgical and Materials Transactions B. 2006. Vol. 37. No. 5. Р. 733–761. http://doi.org/10.1007/s11663-006-0057-0Zhang L., Thomas B.G. State of the art in the control of inclusions during steel ingot casting. Metallurgical and Materials Transactions B. 2006, vol. 37, no. 5, pp. 733–761. http://doi.org/10.1007/s11663-006-0057-0Wijk O., Brabie V. The purity of ferrosilicon and its influence on inclusion cleanliness of steel // ISIJ International. 1996. No. 36. P. 132–135. https://doi.org/10.2355/isijinternational.36.suppl_s132Wijk O., Brabie V. The purity of ferrosilicon and its influence on inclusion cleanliness of steel. ISIJ International. 1996, no. 36, pp. 132–135. https://doi.org/10.2355/isijinternational.36.suppl_s132Steelmaking Data Sourcebook. N.Y.-Tokyo: Gordon&Breach Science Publ., 1988. 325 p.Steelmaking Data Sourcebook. N.Y.-Tokyo: Gordon&Breach Science Publ, 1988, 325 p.Снитко Ю.П., Суровой Ю.Т., Лякишев Н.П. Соотношение между параметрами взаимодействия и атомными характеристиками компонентов // Доклады АН СССР. 1983. Т. 268. № 5. С. 1154‒1156.Snitko Yu.P., Surovoi Yu.Т., Lyakishev N.P. Relationship between interaction parameters and atomic characteristics of components. Doklady AN SSSR. 1983, vol. 268, no. 5, pp. 1154–1156. (In Russ.).Katsnelson A.M., Dashevskiy V.Ya., Kashin V.I. Carbon activity in Fe-, Co-, Niand Mn-based melts at 1873 K // Steel Research. 1993. Vol. 64. P. 197‒202. http://doi.org/10.1002/srin.199301008Katsnelson A.M., Dashevskiy V.Ya., Kashin V.I. Carbon activity in Fe-, Co-, Niand Mn-based melts at 1873 K. Steel Research. 1993, vol. 64, pp. 197–202. http://doi.org/10.1002/srin.199301008Sigworth G.K., Elliott J.F. The thermodynamics of liquid dilute iron alloys // Metal Science. 1974. Vol. 8. No. 9. P. 298‒308. https://doi.org/10.1179/msc.1974.8.1.298Sigworth G.K., Elliott J.F. The thermodynamics of liquid dilute iron alloys. Metal Science. 1974, vol. 8, no. 9, pp. 298–308. https://doi.org/10.1179/msc.1974.8.1.298The Recommended Values for the Reaction in Steelmaking. 2nd ed., ed. by the 19 Committee (Ironmaking), Japan Soc. Promotion of Sci., Tokyo. 1984. 254 p.The Recommended Values for the Reaction in Steelmaking. 2nd ed., ed. by the 19 Committee (Ironmaking), Japan Soc. Promotion of Sci., Tokyo. 1984, 254 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.