Прокатка длинномерных рельсов с ускорением

В статье рассматривается новый температурно-скоростной режим прокатки длинномерных рельсов. Рельсы длиной до 50 м прокатывали на линейных станах. Производство рельсов большей длины потребовало использования заготовок большей массы и оборудования новой конструкции. На современных рельсобалочных станах количество клетей увеличено, часть клетей объединена в непрерывную группу, универсальные клети стали применять не только в качестве калибрующих. Рельсы длиной 100 м прокатывают из заготовок большой массы на станах с непрерывной реверсивной группой универсальных клетей. Существенная длина заготовки приводит к образованию «температурного клина» – снижению температуры по длине рельсов во время прокатки в последней клети стана. Расчетом показано, что снижение температуры по длине рельсов может приводить к увеличению их высоты. Аналогичная проблема существует и при производстве тонкого листового проката на непрерывном широкополосном стане горячей прокатки. Прокатка раската в чистовой группе клетей с ускорением позволяет сократить время остывания заднего участка раската и разогреть металл за счет более интенсивной деформации. Ускорение выбирается таким, чтобы на выходе из чистовой группы клетей температура полосы была одинаковой по всей длине. В настоящей работе предлагается прокатка рельсов с ускорением, которое должно обеспечивать одинаковую температуру шейки по длине рельсов в последней клети стана, что снизит разность высоты по длине проката. Одинаковая высота рельсов по длине уменьшит затраты на шлифовку и ускорит монтаж, тем самым повысит потребительский спрос и конкурентоспособность рельсов.

1. Грудев А.П., Машкин Л.Ф., Ханин М.И. Технология прокатного производства. М.: Металлургия, 1994. 656 с.

2. Mauk P.J., Overhagen C., Stellmacher U. Development of rolling technology in the long products sector // Stahl und Eisen. 2010. Vol. 130. No. 6. Р. 24–39.

3. Wang C., Ma Z., Li Y., Zeng J., Jin T., Liu H. Distortion calibrating method of measuring rail profile based on local affine invariant feature descriptor // Measurement. 2017. No. 110. Р. 11–21. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2017.06.015

4. Головатенко А.В., Уманский А.А., Дорофеев В.В. Основные тенденции развития рельсопрокатного производства в России и за рубежом. В кн.: Металлургия: технологии, инновации, качество: труды XIX Международной научно-практической конференции, 15–16 декабря 2015 г. Часть 1. Новокузнецк: ИЦ СибГИУ, 2015. С. 10–16.

5. Белолипецкая Е.С., Соловьев В.Н. Развитие оборудования для производства рельс высокоскоростных железных дорог. В кн.: Материалы областного профильного семинара «Школа молодых ученых» по проблемам технических наук. Липецк, 15 нояб­ря 2019 г. Липецк: изд. Липецкого государственного техничес­кого университета, 2019. С. 9–12.

6. Пат. 2743534 C1 РФ. Способ изготовления железнодорожных рельсов повышенной износостойкости и контактной выносливости / Е.В. Полевой, Г.Н. Юнин, Е.П. Кузнецов, В.В. Дорофеев, А.В. Головатенко; опубл. 19.02.2021. Бюл. № 5.

7. Полевой Е.В., Юнин Г.Н., Темлянцев М.В. Разработка и промышленное освоение технологии дифференцированной термической обработки железнодорожных рельсов с использованием тепла прокатного нагрева // Известия вузов. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 10. С. 704–714. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2016-10-704-714

8. Masoumi M., Tressia G., Centeno D.M.A., Goldenstein H. Improving the mechanical properties and wear resistance of a commercial pearlitic rail steel using a two-step heat treatment // Metallurgical and Materials Transactions A. 2021. Vol. 52. No. 11. P. 4888–4906. https://doi.org/10.1007/s11661-021-06432-0

9. Юрьев А.Б., Юнин Г.Н., Головатенко А.В., Дорофеев В.В., Полевой Е.В. Разработка и внедрение первой в России технологии производства дифференцированно-термоупрочненных рельсов с использованием тепла прокатного нагрева // Сталь. 2016. № 11. С. 33–35.

10. Seo J.-W, Jun H.-K., Kwon S.-J., Lee D.-H. Rolling contact fatigue and wear of two different rail steels under rolling-sliding contact // International Journal of Fatigue. 2016. Vol. 83. Part 2. Р. 323–334. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2015.10.012

11. Sen Р.K., Bhiwapurkar M., Harsha S.P. Rolling contact fatigue behavior of rail weldments under various load conditions: in Indian railways aspect // International Journal of Mechanical and Production Engineering. 2020. Vol. 10. No. 3. Р. 10205–10212.

12. Dong Y.G., Zhang W.Z., Cao H. Determination of forward slip coefficient during heavy rail rolling using universal mill // Journal of Iron and Steel Research International. 2008. Vol. 15. No. 2. P. 32–38. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(08)60027-8

13. Dong Y.G., Zhang W.Z., Song J.F. Theoretical and experimental research on rolling force for rail hot rolling by universal mill // Journal of Iron and Steel Research International. 2010. Vol. 17. No. 1. P. 27–32. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(10)60040-4

14. Shilov V.A., Shvarts D.L., Skosar’ E.O. Aspects of the rolling of long rails on a universal rail-beam mill // Metallurgist. 2016. Vol. 60. No. 3-4. Р. 260–266. https://doi.org/10.1007/s11015-016-0284-9

15. Gelder S., Buchmayr B., Linzer B., Hohenbichler G. Physical simulation of the hot direct rolling of steel // Steel Research International. 2011. Vol. 82. No 10. Р. 1213–1219. https://doi.org/10.1002/srin.201000298

16. Головатенко А.В., Волков К.В., Александров И.В., Кузнецов Е.П., Дорофеев В.В., Сапелкин О.И. Ввод в эксплуатацию универсального рельсобалочного стана и освоение технологии производства рельсов на современном оборудовании в рельсобалочном цехе ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2014. № 6 (1374). С. 32–38.

17. Юрьев А.А., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Рубанникова Ю.А. Структура и свойства длинномерных дифференцированно закаленных рельсов после экстремально длительной эксплуатации. Екатеринбург: Полиграфист, 2020. 253 с.

18. Friebel G., Guriev S., Pittman R., Shevyakhova E., Tomová A. Railroad restructuring in Russia and central and eastern Europe: one solution for all problems? // Transport Reviews. 2007. Vol. 27. No. 3. P. 251–271. https://doi.org/10.1080/01441640600979502

19. ТУ 0921-323-01124323-2012. Рельсы железнодорожные типа Р65 категории ДТ370ИК производства ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК», сваренные электроконтактным способом.

20. Абдурашитов А.Ю., Кузнецов С.В. Влияние неровностей на поверхности катания рельсов на уровень взаимодействия пути и подвижного состава // Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство. 2018. Т. 13. № 13 (13). С. 103–114.

21. Алехин А.Л., Блажко Л.С., Никеров Н.С. Прогнозирование одиночного выхода рельсов, сваренных алюминотермитным способом // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2011. № 4 (29). С. 23–29.

22. Andersson R., Torstensson P.T., Kabo E., Larsson F. The influence of rail surface irregularities on contact forces and local stresses // Vehicle System Dynamics. International Journal of Vehicle Mechanics and Mobility. 2015. Vol. 53. No. 1. P. 68–87. https://doi.org/10.1080/00423114.2014.982890

23. Крысанов Л.Г. Об установлении геометрических нормативов коротких вертикальных неровностей на рельсах для скорости 250 км/ч // Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2009. № 1. С. 15–21.

24. Guo Y.J., Xie Z.J., Wang Y.Z., Tao G.M. Multiplex analytical method for metal three-dimensional flow of heavy rail rolling by universal mill // Chongqing Daxue Xuebao. 2010. Vol. 33. No. 1. P. 31–35.

25. Pei N.N., Zhu G.M., Li B,, Tao G.M., Kang Y.L. 3D thermo-mechanical coupled simulation of whole rolling process for 60 kg/m heavy rail // Journal of Iron and Steel Research International. 2014. Vol. 21. No. 12. Р. 1104–1110. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(14)60190-4

26. Dong Y.G., Zhang W.Z., Song J.F. Theoretical and experimental research on rolling force for rail hot rolling by universal mill // Journal of Iron and Steel Research International. 2010. Vol. 17. No.1. Р. 27–32. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(10)60040-4

27. Скосарь Е.О., Шилов В.А., Шварц Д.Л. Исследование температурных условий прокатки длинномерных рельсов на универсальном рельсобалочном стане // Производство проката. 2012. № 11. С. 7–11.

28. Сорокин В.Г., Волосникова А.В., Вяткин С.А. Марочник сталей и сплавов. М.: Машиностроение, 1989. 640 с.

29. ГОСТ Р 51685–2013. Рельсы железнодорожные. Общие технические условия.

30. Белолипецкая Е.С., Соловьев В.Н. Технологическая причина различия размеров концов рельс длиной 100 метров. В кн.: Материалы областного профильного семинара «Школа молодых ученых» по проблемам технических наук. Липецк, 16 октября 2020 г. Липецк: изд. Липецкого государственного технического университета. 2020. С. 23–26.

31. Технология прокатного производства. Т. 2 / M.A. Беняковский, К.Н. Богоявленский, А.И. Виткин, Э.А. Гарбер, С.А. Голованенко, Н.Ф. Грицук, В.Т. Жадан, Ю.Д. Железнов, В.И. Зюзин, Н.В. Литовченко, А.И. Молчанов, А.Н. Петичев, П.И. Лопухин, М.М. Сафьян, A.B. Третьяков. М.: Металлургия, 1991. 423 с.

32. Рудской А.И., Лунев В.А. Теория и технология прокатного производства. СПб.: Лань, 2020. 528 с.

33. Muhin U., Belskij S., Makarov E., Koynov T. Application of between-stand cooling in the production hot-rolled strips // Frattura ed Integrita Strutturale. 2016. Vol. 10. No. 37. P. 312–317. https://doi.org/10.3221/IGF-ESIS.37.41

34. Wang M.T., Zang X.L, Li X.T., Du F.S. Finite element simulation of hot strip continuous rolling process coupling microstructural evolution // Journal of Iron and Steel Research International. 2007. Vol. 14. No. 3. P. 30–36. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(07)60039-9

35. Zhou S.X. An integrated model for hot rolling of steel strips // Journal of Materials Processing Technology. 2003. Vol. 134. No. 3. P. 338–351. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(02)01118-4

36. Hwang S.M., Sun C.G., Ryoo S.R., Kwak W.J. An integrated FE process model for precision analysis of thermo-mechanical beha­viors of rolls and strip in hot strip rolling // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2002. Vol. 191. No. 37. P. 4015–4030. https://doi.org/10.1016/S0045-7825(02)00298-0

37. Mei R.B., Li C.S., Liu X.H., Han B. Analysis of strip temperature in hot rolling process by finite element method // Journal of Iron and Steel Research International. 2010. Vol. 17. No. 2. P. 17–21. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(10)60052-0

38. Мухин Ю.А., Соловьев В.Н., Шунин А.В., Макаров Е.В. Стабилизация структуры и механических свойств по длине полосы при горячей прокатке слябов большой массы. В кн.: Проблемы фундаментальной механики в теории обработки металлов давлением. Труды расширенного научного семинара. М.: МАМИ, 2008. С. 117–126.