Оптимизация технологии производства непрерывнолитой заготовки рельсовой стали с целью повышения чистоты по неметаллическим включениям

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».

1. Грузовой железнодорожный транспорт России в 2010 – 2015 гг.: Аналитический доклад. Институт проблем естественных монополий, май 2016. С. 2–4.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Шур Е.А. Повреждение рельсов. М.: Интекст, 2012. 192 с.

9. Шейнман Е. Износ рельсов // Трение и износ. 2012. Т. 33. № 4. С. 413–422.

10. 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.2020.106685

11. Liu 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/ma14030540

12. Zhang 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.43.271

13. Zhao 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)60038-8

14. Fruehan R.J., Nassaralla C.L. Evaluation of new steelmaking technologies // McLean Symposium Proceedings, Iron & Steel Society, Warrendale, 1998. P. 205–216.

15. 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/s11663-006-0057-0

16. Wijk 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_s132

17. Steelmaking Data Sourcebook. N.Y.-Tokyo: Gordon&Breach Science Publ., 1988. 325 p.

18. 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.

19. 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.199301008

20. Sigworth 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.1974.8.1.298

21. 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.