На входящем в ЕВРАЗ Западно-Сибирском металлургическом комбинате (Новокузнецк Кемеровской области) завершена реконструкция рельсопрокатного стана. Реконструкция обошлась в $520 млн. Комбинат вышел на плановую мощность 950 тыс. тонн рельсов, включая 450 тыс. тонн стометровых рельсов. В технологии "стометровок" рис. 01 получили воплощение научные разработки Уральского института металлов под руководством академика Леонида Андреевича Смирнова, других научных организаций и самого комбината.
рис. 01 Общая схема производства стометровых рельсов
Новый производственный комплекс имеет длину 1,5 км. Сертификат на производство супердлинных рельсов Западно-Сибирский металлургический комбинат ("ЕВРАЗ ЗСМК") получил в ноябре 2013 года. Перед этим было проведено тестирование на экспериментальном кольце ОАО "Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта". Стендовые и лабораторные испытания рельсов на усталость и трещиностойкость показали, что рельсы соответствуют лучшим мировым образцам. Полигонная наработка рельсов подтвердила положительные результаты испытаний.
В январе нынешнего года поставки "стометровок" были осуществлены в адрес Московского метрополитена. Новые рельсы были уложены на участке Арбатско-Покровской линии между станциями "Киевская" и "Славянский бульвар". Ранее работники метрополитена сваривали 25-метровые рельсы в 125-метровые плети, которые укладывались в путь. Применение 100-метровых рельсов позволит упростить технологию, повысит безопасность, обеспечит плавность и бесшумность движения электропоездов, комфорт для пассажиров.
Еще раньше, летом 2014 года, ЕВРАЗ поставил стометровые рельсы для скоростных дорог РЖД. До этого стометровые рельсы РЖД закупала в Австрии (в России выпускались рельсы длиной не более 25 м). Для организации скоростного движения предпочтительнее использовать именно длинные рельсы, поскольку они уменьшают количество стыков. Поставки стометровых рельсов ЕВРАЗ осуществляет в рамках пятилетнего контракта с РЖД, действующего до 2017 года включительно.
Любопытно, что до пункта назначения стометровые рельсы приходится доставлять на сцепке из семи вагонов.
Помимо ЕВРАЗа, производить стометровые рельсы в России может "Мечел", который летом 2013 года ввел в строй универсальный рельсобалочный стан на Челябинском металлургическом комбинате (ЧМК). На нем можно выпускать в год до 500 тыс. тонн стометровых рельсов. "Мечел" получил сертификат в июне 2015 года. ЧМК планирует в 2016-2018 годах поставить РЖД около 1 млн тонн таких рельсов.
Итак, в нашей стране появилось два крупных конкурента в области крупнотоннажного производства стометровых рельсов. Но перепроизводства вряд ли стоит ожидать — только потребность РЖД в таких рельсах оценивается в 1млн тонн в год. А есть еще другие потребители в России, ЕАЭС, ШОС и БРИКС. Кстати, ЕВРАЗ, по словам вице-президента Ильи Широкоброда, уже нашел первых покупателей в Латинской Америке, на Ближнем Востоке, в Европе и Юго-Восточной Азии (контракты суммарного объема 50-60 тыс. тонн).
Техническая сущность
Дифференцированно-термоупрочненные рельсы типа Р65 ДТ-350 обладают не только повышенной длиной, но и увеличенным жизненным циклом, что позволяет сократить объем ремонтных работ.
Технология основана на дифференцированной двухсторонней закалке головки и подошвы рельса сжатым воздухом с прокатного нагрева с последующим самоотпуском за счет тепла внутренних слоев рельса (без специального нагрева для отпуска) рис. 02. Рельсовая заготовка поступает из электросталеплавильного цеха. Там обеспечивается требуемый химический состав рельсовой стали (дозированное содержание хрома, алюминия, кислорода, водорода, ванадия и некоторых других элементов). Из нагревательной печи заготовка подается на рельсопрокатный стан. В клетях стана формируют геометрический профиль рельса. Установка двухсторонней закалки обеспечивает упрочнение головки рельсов без потери пластичности металла. Далее на холодильнике с помощью системы из 196 вентиляторов температура снижается за 2 часа с 550°С до 60°С с регулируемой переменной скоростью. Охлажденный рельс поступает на роликоправильный комплекс, придающий ему прямолинейность в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Наконец, с помощью методов неразрушающего контроля идет проверка качества рельсов (размеров профиля и прямолинейности рельса, наличия внутренних и поверхностных дефектов).
рис. 02 Дифференцированная закалка воздухом дает дополнительное упрочнение без потери пластичности
Ранее схожая технология была освоена на северо-американском предприятии ЕВРАЗа — EVRAZ Pueblo — на рельсах длиной 25 м.
В результате рельсы категории ДТ-350 имеют более высокий по сравнению с объемнозакаленными рельсами категории Т1 комплекс физико-механических свойств: предел выносливости, циклическую трещиностойкость, прямолинейность, вероятность безотказной работы (эксплуатационную надежность).
Рельсы аналогичны лучшим в мире рельсам производства японской компании Nippon Steel, которые также изготавливаются из стали с повышенным содержанием хрома и термически упрочняются путем закалки сжатым воздухом с прокатного нагрева. Разумеется, рельсы категории ДТ-350 соответствуют требованиям нового ГОСТ Р 51685-2013, введенного взамен ГОСТ Р 51685-2000.
Сравнение характеристик новых и прежних рельсов приведено в таблице 01.
Таб. 01 Сравнение основных показателей новых 100-метровых рельсов ДТ-350 и прежних 25-метровых рельсов Т1
|
Научная новизна
Академик Леонид Смирнов с сотрудниками из Уральского института металлов в 2010-2013 годах провел комплекс исследований для целей производства длинных рельсов. В частности, проведены работы по корректировке химического состава стали, направленной на повышение эксплуатационной стойкости рельсов.
Институт принимал участие в разработке нового способа дифференцированной закалки рельсов воздухом управляемой влажности. Способ не имеет аналогов в мире по широким возможностям термообработки и регулирования скорости охлаждения рельсов из сталей разного химического состава (способ ООО НПП "Томская электронная компания"). Закалка проб рельсов исследовалась на опытной установке ООО НПП "ТЭК" по разработанным в институте технологическим режимам.
Кроме того, разработана новая технология правки рельсов, обеспечивающая существенное повышение их прямолинейности и определившая конструктивные особенности горизонтальной роликоправильной машины в новом роликоправильном комплексе.
Разработан химический состав стали с бейнитной структурой и технология производства из нее рельсов (в настоящее время рельсы производят из стали с перлитной структурой). Они предназначены для эксплуатации в условиях низких температур, сложного плана пути и опасности образования термомеханических повреждений.
Экспортные перспективы
При активном участии института объединенными усилиями научных и производственных коллективов, представляющих металлургические предприятия и железные дороги, была завершена работа по подготовке и введению в действие нового национального стандарта на рельсы — ГОСТ Р 51685-2013. ГОСТ устанавливает повышенные требования к рельсам на уровне мировых стандартов и даже — с учетом климатических условий России — по ряду показателей превосходит их. Этот стандарт послужил основой для разработки межгосударственного стандарта на рельсы для железнодорожного транспорта.
Перспективы
Стратегия развития железнодорожного транспорта России предусматривает увеличение грузоподъемности составов и скорости их движения. Это требует улучшения качества рельсов. Но пока развитие рельсовой науки и техники происходило в догоняющем режиме, в частности, долгие годы ориентиром служили японские рельсопроизводители.
Научной общественностью России в рамках межведомственной "Рельсовой комиссии" поставлена задача к 2020 году обеспечить нормативный срок службы рельсов длиной до 100 м и работоспособностью до 1,5 млрд тонн брутто. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в этом направлении ведутся в нескольких организациях.
В частности, в 2014 г. Уральским институтом металлов проведено сравнительное исследование рельсов, прокатанных из непрерывнолитых заготовок, разлитых на разных машинах непрерывного литья и имеющих разные размеры. Изучено влияние технологических мероприятий, направленных на повышение чистоты стали по неметаллическим включениям, на состав оксидных включений. Выявлены варианты раскисления стали, приводящие к формированию наименее опасных для эксплуатационной стойкости рельсов оксидных включений. Для корректировки технологии термоупрочнения проведено исследование кинетики распада переохлажденного аустенита рельсовой стали с разным содержанием хрома. Путем термометрирования образцов стали определены скорости охлаждения, приводящие к образованию структуры требуемой морфологии и твердости. В результате исследования выявлены условия формирования структур, обеспечивающих оптимальный комплекс механических свойств.
Намечено также проведение исследований по улучшению механических свойств дифференцированно термоупрочненных рельсов путем введения модифицирующих добавок, в частности, редкоземельных металлов.
ОАО "ЕВРАЗ ЗСМК" — дважды лауреат премии правительства России в области качества. Сотрудникам комбината совместно с учеными Уральского института металлов и Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта присуждена также премия правительства России в области науки и техники за разработку и внедрение комплексной технологии производства рельсов нового поколения из электростали.