АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ ИЗ ЭЛЕКТРОСТАЛИ

На основании комплексных исследований, проведенных с использованием методов оптической и электронной микроскопии, рентгенофазового анализа, определена природа характерных металлургических дефектов железнодорожных рельсов производства АО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат». Дефекты, являющиеся причиной отбраковки железнодорожных рельсов при ультразвуковом контроле их качества, преимущественно представляют собой расслоения со скоплениями неметаллических включений в виде оксидов кремния и алюминия, алюмосиликатов и сульфидов марганца. Расслоения локализуются в шейке рельсовых профилей, вытянуты в направлении прокатки, имеют длину до 2 мм. На основании статистических исследований, проведенных с использованием методики множественного регрессионного анализа для выборки из 200 плавок рельсовой стали марки Э76ХФ, установлено, что повышение длительности и интенсивности продувки расплава инертным газом при обработке на агрегате ковш-печь, уменьшение окисленности стали на выпуске из дуговой электропечи, снижение содержания серы, фосфора, меди и олова в готовой стали обуславливают уменьшение отбраковки рельсов по внутренним дефектам. Анализ относительной степени и механизмов влияния каждого из перечисленных параметров на вероятность образования внутренних дефектов рельсов позволил установить, что основное влияние на отбраковку рельсов по дефектам металлургического происхождения оказывают окисленность стали на выпуске из печи и параметры (длительность и интенсивность продувки инертным газом) ее продувки инертным газом в ковше. Металлографическими исследованиями проб расплава рассматриваемой рельсовой стали после внепечной обработки и проб, отобранных от непрерывнолитых заготовок, подтверждено, что снижение содержания кислорода в стали на выпуске из печи совместно с увеличением длительности и интенсивности продувки расплава инертным газом в сталеразливочном ковше значительно снижают загрязненность жидкой стали и непрерывнолитых заготовок оксидными, силикатными и сульфидными неметаллическими включениями, то есть потенциально уменьшают интенсивность образования внутренних дефектов рельсов.

1. Головатенко А.В., Коновалов А.Н., Полевой Е.В., Мамонтов М.М., Юнусов А.М. О влиянии условных дефектов, выявленных УЗК, на потребительские свойства рельсов // Сталь. 2019. № 7. С. 72–74.

2. Aglan H., Gan Y.X. Fatigue crack growth analysis of a premium rail steel // Journal of Materials Science. 2001. Vol. 36. No. 2. P. 389–397. http://dx.doi.org/10.1023/A: 1004872427903

3. Franklin F.J., Garnham J.E., Fletcher D.I., Davis C.L., Kapoor A. Modelling rail steel microstructure and its effect on crack initiation // Wear. 2008. Vol. 265. No. 9-10. P. 1332–1341. http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2008.03.027

4. Larijani N., Brouzoulis J., Ekh M., Schilke M. The effect of anisotropy on crack propagation in pearlitic rail steel // Wear. 2014. Vol. 314. No. 1-2. Р. 57–68. http://dx.doi.org/ 10.1016/j.wear.2013.11.034

5. Cen Y., Chen L., Dong R., Zhou Q. Effect of self-tempering on fatigue crack growth of heavy rail steel // Materials Review. 2021. Vol. 35. No. 12. P. 12136 – 12140. http://dx.doi.org/10.11896/j.issn.1005-023X.2017.014.023

6. Cen Ya., Chen L., Chunjiao J., Wang H., Bao X. Fatigue crack growth behavior of eutectoid steel rail // Journal Wuhan University of Technology, Materials Science Edition. 2022. Vol. 37. No. 3. P. 507 – 512. http://dx.doi.org /10.1007/s11595-022-2558-3

7. Shabanov P.A., Volkov K.V., Kuznetsov E.P., Aleksandrov I.V. Changing the Technical-Economic Indices of Rail-Steel Production by Sorting Scrap Based on its Content of Residual Elements // Metallurgist. 2014. Vol. 58. No. 5-6. P. 500 – 503. http://dx.doi.org/ 10.1007/s11015-014-9941-z

8. Umanskii A.A., Boikov D.V., Kuznetsov E.P., Tverskoi A.B., Zakharova T.P. Electrosmelting of rail steel from directly reduced iron // Steel in Translation. 2019. Vol. 49. No. 7. P. 478–480. http://dx.doi.org/10.3103/S0967091219070131

9. Годик Л.А., Козырев Н.А., Гизатулин Р.А., Нохрина О.И., Бойков Д.В. Освоение технологии выплавки рельсовой стали низкотемпературной надежности с пониженным содержанием водорода. В кн.: Вестник Горно-Металлургической Секции Российской Академии Естественных Наук. Отделение Металлургии: Сборник научных трудов. Вып. 27. Новокузнецк: ИЦ СибГИУ, 2011. С. 81–84.

10. Pavlov V.V., Godik L.A., Kozyrev N.A., Tokarev A.V., Timmerman N.N. Ladle treatment of low-temperature rail steel // Steel in Translation. 2008. Vol. 38. No. 3. P. 231–233. http://dx.doi.org/10.3103/S096709120803011X

11. Grigorovich K.V., Garber A.K., Kushnarev A.V., Petrenko Y.P., Kostenko I.V. Optimizing the ladle treatment of rail steel at OAO NTMK // Steel in Translation. 2008. Vol. 38. No. 10. P. 858–863. http://dx.doi.org/10.3103/ S0967091208100161

12. Смирнов Л.А., Ровнушкин В.А., До-бужская А.Б., Юнин Г.Н., Полевой Е.В., Бойков Д.В., Спирин С.А. Влияние модифицирования РЗМ на формирование неметаллических включений в высокоуглеродистых сталях // Сталь. 2016. № 11. С. 21–28.

13. Dementiev V.P., Negoda A.V., Kozyrev N.A., Peretyatko V.N. Slag-forming mixture for continuous casting of rail steel // Steel in Translation. 2002. Vol. 32. No. 6. P. 24–26.

14. Числавлев В.В., Неунывахина Д.Т., Фейлер С.В. Оптимизация процессов рафинирования рель-совой стали в промежуточном ковше машины непрерывного литья заготовок. В кн.: Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения. Ново-кузнецк: ИЦ СибГИУ, 2015. С. 109–112.

15. Числавлев В.В., Фейлер С.В. Иссле-дование гидродинамических процессов в промежуточном ковше методами физического моделирования. В кн.: Кузбасс: образование, наука, инновации. Новокузнецк: ИЦ СибГИУ, 2016. С. 483 – 485.

16. Golovatenko, A.V., Umansky A.A., Dorofeev V.V. Analysis of the main trends in the development of rail production in Russia and abroad // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 150. P. 012002. http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/150/ 1/012002

17. Катунин А.И., Годик Л.А., Обшаров М.В., Козырев Н.А., Тиммерман Н.Н. Примене-ние жидкого чугуна в дуговых электропечах // Металлург. 2000. № 6. С. 32.

18. Годик Л.А., Козырев Н.А., Данилов А.П., Захарова Т.П., Тиммерман Н.Н. Использование жидкого чугуна при выплавке стали в дуговых электропечах // Электрометаллургия. 2002. № 1. С.9–14.

19. Katunin A.I., Godik L.A., Kozyrev N.A., Timmerman N.N., Sychev P.E. Smelting rail steel in arc furnaces using liquid iron // Steel in Translation. 2001. Vol. 31. No. 1. P. 19–21.

20. Волков К.В., Кузнецов Е.П., Бойков Д.В., Сапаев Н.М., Захарова Т.П. Освоение производства рельсовой стали на модернизированной МНЛЗ № 1 ЭСПЦ ОАО ЕВРАЗ ЗСМК // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической ин-формации. 2014. № 6 (1374). С. 25–30.

21. Головатенко А.В., Волков К.В., Алексан-дров И.В., Кузнецов Е.П., Дорофеев В.В., Сапелкин О.И. Ввод в эксплуатацию уни-версального 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.

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

23. Полевой Е.В., Юнин Г.Н., Темлянцев М.В. Разработка и промышленное освоение технологии дифференциро-ванной термической обработки железнодорожных рельсов с ис-пользованием тепла прокатного нагрева // Известия вузов. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 10. С. 704–714.

24. Kuznetsov I.S., Prakhov A.E., Umanskii A.A., Rubtsov Yu.T. Influence of technological factors on the surface quality of structural-steel billet // Steel in Translation. 2008. Vol. 38. No. 4. P. 318–321. http://dx.doi.org/10.3103/ S0967091208040141

25. Жульев С.И., Гузенков С.А., Данилин В.В. Совместное влияние примесных элементов в высокочистой стали на конструкционную прочность металлоизделий // Известия вузов. Черная металлургия. 2004. № 5. С. 48–50.