Спосіб термічної обробки рейок

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к области термической обработки железнодорожных рельсов из углеродистой и легированной до- и заэвтектоидных сталей и может быть использовано на металлургических комбинатах, производящих железнодорожные рельсы или другой прокат. Известен способ термической обработки рельсов [1], заключающийся в том, что после объемного нагрева рельсы охлаждают со скоростью 3-8 град/ч до температуры +550-500°C и далее осуществляют ступенчатый сфероидизирующий отжиг в интервале температур Ас1 - 100-200°C; Ac1 -(10-30)°C, Ас1-(130-150)°C с выдержкой соответственно 1; 2-4; 1-2 ч, а повторную закалку с поверхностного нагрева ТВЧ производят с возрастающей скоростью охлаждения до 350-530°C, после чего скорость охлаждения уменьшают до температуры самоотпуска. У прототипа и заявляемого способа общими являются следующие признаки: сфероидизирующий отжиг в интервале температур Aci-(10-150)°C и последующая закалка с нагрева ТВЧ. Получение требуемого технического результата препятствует то, что данный температурно-времен-нрй режим сфероидизирующего отжига не обеспечивает полного разрушения сплошной цементитной сетки и их сфероидизацию, особенно в низколегированных сталях, содержащих хром и ванадий. Предварительный ступенчатый отжиг на структур у зернистого перлита производится в течение длительного времени (32-36 ч), что при массовом производстве рельсов высокой прочности значительно удлиняет процесс их изготовления и увеличивает стоимость. Кроме того, данный режим отжила практически непригоден для рельсов из эчтектоидной стали, так как не способствует разбиению сплошной цементитной сетки до требуемого уровня в результате чего рельсы в закаленном состоянии, по свойствам, не отвечают требованиям технических условий. В основу изобретения поставлена задача разработать такой способ термической обработки рельсов, в котором введение новых температурно-временных режимов циклического отжига перед закалкой позволило бы обеспечить в рельсовой стали разрушение плотной цементитной сетки и сфероидизацию вторичных карбидов совместно с карбидами перлита в глобулярную форму при однородном и равномерном распределении в матрице и за счет этого повысить после закалки головки рельса с нагрева ТВЧ износостойкость и контактно-усталостную прочность металла закаленного слоя при сокращении продолжительности обработки рельсов. Поставленная задача решается тем, что согласно способу термической обработки рельсов, включающего сфероидизирующий отжиг в три этапа, поверхностную закалку головки ТВЧ и самоотпуск в отличие от прототипа на первом этапе сфероидизирующего отжига проводят нагрев до 200-300°C и выдержку в течение 1-3 часов на втором этапе осуществляют 1-3 цикла нагрева со скоростью 50-100°C/ч до 740-780°C с выдержкой 1-3 часа и последующим охлаждением со скоростью 1 -6 град/с до 520-420°C, на третьем этапе ведут нагрев до 650-700°C с выдержкой при данной температуре в течение 2-4 часов, последующим охлаждением со скоростью 25-50°C/ч до температуры 620-540°C и окончательным охлаждением на воздухе, нагрев под поверхностную закалку осуществляют до 870-&90°C. а последующее охлаждение ведут со скоростью 7-26°C/ч в интервале 720-460°C. В частном случае при содержании углерода в рельсовой стали 0,82-0,85 мае. % второй этап сфероидизирующего отжига осуществляют в один цикл, при содержании 0,86-0.92% едва цикла, при содержании 0,93-0,98 % в три цикла. При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, заключающийся в обеспечении разрушения в рельсовой стали сплошной цементной сетки и сфероидизации вторичных карбидов, совместное карбидами перлита в глобулярную форму при их однородном и равномерном распределении в матрице. Выбор граничных параметров, указанных в формуле изобретения, обусловлен тем, что на первом этапе сфероидизирующего отжига проводят нагрев до +200-300°C и выдержку в течение 1-3 часов (фиг., этап 1-3). р На первом этапе сфероидизирующего отжига рельсов минимальная температура нагрева принята 200°C (фиг. этап 1-2), которая осуществлена соответствием в рельсовой заэвтектоидной стали точки Кюри цементита, равной 198°C, которая в зависимости от содержания в стали легирующи х элементов повышается на 50°C, и составляет 250°C. Кроме того, учитывая тот фактор, что в печи всегда имеет место колебание температуры по зонам нагрева, а также учитывая величину садки рельсов в печи (количество рельсов) максимальная температура нагрева принята 300°C. Время выдержки рельсов в печи в течение 1 ч (фиг., точки 2-3) является минимальным и принимается при отжиге садки рельсов (количества) до 50 т, при котором происходит полный прогрев рельсов по всему сечению. При максимальном объеме садки рельсов в печи 150 т максимальное время выдержки принимается 2 ч, в течение которого происходит полный прогрев рельсов до заданной температуры. Поэтому выдержка рельсов в печи менее 1 ч и более 2ч нецелесообразны по указанным выше причинам. Выбранные температура нагрева и время выдержки рельсов в печи на первом этапе сфероидизирующего отжига являются оптимальными с точки зрения протекания процесса теплосмены в объеме рельса, в результате которой вокруг цементитной сетки создаются напряжения, обусловленные различными коэффициентами расширения металла и различными удельными объемами фаз "перлит-избыточный цементит". Это приводит к тому, что в начале отжига в некоторых местах происходит деформация цементитной сетки, вследствие чего в ней образуются зубцы, а местами разрыв и деление на небольшие участки. На втором этапе осуществляют 1-3 цикла нагрева со скоростью 50-100°C/ч до 740-780°C с выдержкой 1-3 часа и последующим охлаждением со скоростью 1-6 град/с до 520-420°C (фиг., точки 3-9). В результате чего происходит формирование однородного зернистого перлита и выбор на основании применения оптимального теплового режима отжига рельсов из углеродистой и легированной заэвтектидных сталей с учетом использования оптимального теплового режима, обеспечивается прогрев садки рельсов как по всему объему, так и по всему профилю рельсов. Нагрев рельсов в печи со скоростью менее 50 град/ч нецелесообразен, так как задерживается время процесса сфероидизирующего отжига и приводит к увеличению продолжительности обработки, а нагрев рельсов со скоростью более 100 град/ч опасен из-за недостаточного прогрева всей садки рельсов, особенно из легированной стали и наличия значительного перепада температур наружных и внутренних слоев рельсов, где заданная температура не будет достигн ута к концу нагрева. Это приведет к недостаточной однородности" карбидов перлита в завершающей стадии отжига. При этом следует отметить, что начиная с температуры ~ 300°C и ~ до 600°C нагрев можно вести на повышенных скоростях указанного диапазона, а затем, начиная с 600°C и до конца нагрева, т.е. 740-780°C с меньшими скоростями и к концу нагрева довести ее до 50 град/ч. Это позволит к концу нагрева достичь заданную температур у как в наружных, так и в вн утренних слоях садки рельсов при максимальной загрузке. Нагрев рельсов до температуры 740-780°C в течение одного-трех циклов отжига (количество циклов принято от содержания углерода в рельсовой стали и Степени ее легированности), фиг. 1, точки 4 и 7, принят в интервале межкритических температур, которая для рельсовой углеродистой и низколегированной (до 1% Сг) заэвтевктоидных сталей составляет соответственно: начало перлитного превращения AHCl = 720 и 725°C, а конец превращения AKCl = 785-790°C. При нагреве рельсов до температур 740-730°C по границам зерен аустенита происходит "размягчение" цементной сетки и давление ее на фрагменты в местах, где она приобрела зубчатое, пилообразное, строение на подготовительном этапе отжига. Кроме того, в данном интервале температур происходит также частичная и неполная сфероидизация карбидов перлита, а местами и разрыв сетки цементита. Нагрев рельсов до температуры ниже 740°C нецелесообразно, так как в нагревательной печи всегда имеет место колебание температуры в пределах ±10°C, особенно во внутренней части садки рельсов, температура которых может приближаться к началу перлитного превращения, т.е. AHCl. Нагрев рельсов выше точки AKCl, т.е. 780°C также нежелателен, так как будет происходить полная гомогенизация аустенита, при этом уменьшается повышенная концентрация углерода и легирующи х элементов, в результате чего не будет происходить образование зернистого перлита. Выдержка рельсов в печи в течение 1-3 ч (фиг.1, точки 4-5 и 7-8) является оптимальной с точки зрения практически полного растворения в стали углерода, а для легированных сталей и легирующих элементов, в частности хрома, неполного завершения процесса их диффузии. Такое состояние твердого раствора приводит к образованию достаточного количества участков аустенита с повышенной концентрацией углерода и легирующи х элементов. Концентрационные участки являются зародышевыми центрами образования глобулярной карбидной фазы перлита. Кроме того, приданной выдержке рельсов в печи происходит достаточное "размягчение" сплошной цементитной сетки и деление ее на фрагменты. Время выдержки рельсов в печи согласуе тся с количеством принятых циклов; которые в свою очередь зависят от содержания углерода в заэвтектиодной стали. В данном цикле нагрева и охлаждения время выдержки принимается максимальным, согласно^ заявленного предела, т.е. 3 ч и наоборот, при двух и трех циклах отжига время выдержки уменьшается до минимального заявленного значения, Поэтому при выдержке рельсов в печи менее 1 ч описанные процессы в заэв-тектоидной стали не происходят, а при выдержке рельсов в печи более 3 ч полностью завершаются диффузионные процессы, а также выравнивание концентрации углерода и легирующи х элементов в. твердом растворе. При охлаждении рельсов со скоростью 1-6 град/с (фиг., точки 5-6 и 8-9) протекает процесс перлитного превращения с образованием повышенной дисперсности по сравнению с исходным состоянием, а также дальнейшее деление цементитных пластин на небольшие участки и частичная трансформация их в рановесные глобули. Охлаждение рельсов со скоростью 1 град/с соответствует о хлаждению рельсов на воздухе и принят за нижний предел, а охлаждение со скоростью более 1 град/с соответствует принудительному охлаждению, например обдувку рельсов сжатым воздухом. Охлаждение рельсов со скоростью более 6 град/с нецелесообразно, т.к. в диапазоне принятых скоростей охлаждения 1 - 6 град/с достаточно полно протекают вышеописанные процессы. Кроме того, при охлаждении рельсов со скоростью более 6 град/с происходит искривление их в вертикальной и горизонтальной плоскостях, что затруднит дальнейшее протекание технологического процесса отжига. При охлаждении рельсов до температуры 520-420°C в легированной и углеродистой заэвтектоидных сталях согласно термокинетической диаграмме заканчивается перлитное превращение. При охлаждении рельсов до температуры выше 520°C в нижележащих слоях рельсовой садки не до конца произойдет перлитное превращение в результате чего цементитные пластины не полностью будут подвергнуты делению на фрагменты, что приведет к уменьшению степени полной сфероидизации карбидов, Заканчивать охлаждение рельсов ниже температуры 420°C нецелесообразно, так как полностью произойдет перлитное превращение в рельсах во всем объеме садки. На третьем этапе ведут нагрев до 650-700°C с выдержкой при данной температуре в течение 2-4 часов, последующим охлаждением со скоростью 25-50°C/ч до температуры 620-540°C и окончательным охлаждением на воздухе. Нагрев рельсов до температуры в пределах 650-700°C (фиг., точки 9-10) является оптимальным для завершения процесса сфероидизации, как основной карбидной фазы перлита, так и избыточной, то есть бывшей цементитной сетки, разделенной в предыдущи х циклах отжига на отдельные фрагменты. При нагреве рельсов до температуры ниже 650°C процесс сфероидизации разделенных на фрагменты участков бывшей цементитной сетки протекает замедленно. в результате чего потребуется дополнительное время выдержки и тем самым удлиняется процесс отжига, а нагрев рельсов выше температуры 700°C производить нецелесообразно, так как она очень близка к критической точке заэвтектоидной стали. С учетом возможного колебсния температуры по зонам печи в сторону ее повышения возможен случай, когда она будет соответствова ть критической точке A"ci, при которой создаются условия термодинамического равновесия структурных фаз, а следовательно, отсутствие процесса сфероидизации карбидной фазы. Выдержка рельсов в печи на последнем этапе сфероидизирующего отжига в течение 2-4 ч (фиг., точки 1011) является оптимальной с точки зрения полного завершения процесса сфероидизации карбидной фазы перлита и участков бывшей цементитной сетки. При выдержке рельсов в печи менее 2 ч процесс сфероидизации карбидной фазы полностью не завершается, при этом имеются участки цементита не подвергнувшиеся сфероидизации, особенно в легированной заэвтектоидной стали. Выдержка рельсов в печи более 4 ч нецелесообразна, так как в указанное время процесс сфероидизации полностью завершается и начинается укрупнение одних карбидов за счет други х, то есть процесс коагуляции. При этом, образуется зернистый перлит с различной величиной карбидов, что отрицательно сказывается на структуре металла закаленного слоя головки после окончательной термообработки с нагрева ТВЧ. Охлаждение рельсов со скоростью 25-50 град/ч, например вместе с печью (фиг., точки 11-12) на последнем этапе отжига выбрано из условия обеспечения процесса диспергирования и однородного распределения в матрице карбидов перлита и избыточных карбидов бывшей цементитной сетки сферической формы. Меньшая скорость охлаждения рельсов нецелесообразна, так как дисперсность карбидов не изменяется, но зато удлиняется процесс отжига рельсов, а выше 50 град/ч имеет место неравномерное распределение карбидов в матрице. Структура стали с таким распределением карбидов в матрице не явлется оптимальной для последующей закалки головки рельсов с нагрева ТВЧ и повышения комплекса физикомеханических свойств. При охлаждении рельсов до температуры 620-540°C (фиг., точка 12) происходит максимальное растворение углерода в феррите с образованием однородных и равномерно распределенных в матрице основных карбидов перлита и бывшей цементитной сетки, перешедшей в процессе циклического сфероидизирующего отжига в зернистую форму, которая отличается от карбидов перлита наличием ярко выраженного ореола с оставшейся ориентацией по границам зерен. Окончание охлаждения рельсов при температуре более 620°C нецелесообразно, так как имеет место неполная завершенность описанного процесса, а ниже температуры 540°C также нецелесообразно, так как резко снижается диффузия углерода и легирующи х элементов, а следовательно, и сфероидизация карбидной фазы. После охлаждения рельсов вместе с печью они охлаждаются на воздухе. Данное охлаждение рельсов не вызывает искривление их в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Нагрев под поверхностную закалку осуществляют до 870-890°C, а последующее охлаждение ведут со скоростью 7-26 град/с в интервале 720-460°C. Температура нагрева ТВЧ рельсов из углеродистой и легированной заэвтевктоидных сталей в интервале 870-990°C (фиг., точки 13-14) является оптимальной, позволяющая получить достаточные прогрев металла головки и глубину слоя с обеспечением небольшого градиента температур по сечению головки, а следовательно, и невысокие остаточные напряжения. Указанная температура нагрева головки рельсов из углеродистой и легированной заэвтектоидных сталей предварительно термообработанных на зернистый перлит является предельной, ниже которой образуется однородный твердый раствор аустенита, в результате чего прочностные и пластические свойства находятся не на уровне и отсутствуе т однородность структуры металла закаленного слоя. При нагреве головки до температуры 990°C произойдет полное насыщение аустенита углеродом, а для легированной заэвтектоидной стали еще и легирующими элементами. Дальнейший нагрев сверх указанной температуры, то есть 990°C приведет к значительному росту зерна аустенита и огрублению структуры металла закаленного слоя, что приведет к снижению контактно-усталостной прочности. Охлаждение головки рельсов со скоростью 7-26 град/с в интервале заявленных температур 720-460°C (фиг., точки 15-16) обеспечивает получение в закаленном слое головки рельсов однородной перлитной структуры на глубине, достаточно перекрывающей зону действия максимальных контактных напряжений, возникающих от колес подвижного состава в процессе эксплуатации. При этом с повышением скорости охлаждения головки рельсов в пределах 7-26 град/с дисперсность перлитной структуры повышается, а следовательно, повышается и твердость головки рельсов от нижнего уровня НВ 340 до верхнего -НВ 415, что отвечает требованиям технических условий. При охлаждении головки рельсов со скоростью менее 7 град/с в закаленном слое появляются участки ниже требований технических условий, то есть НКС э 33,5, а также всегда обеспечивается глубина закаленного слоя, отвечающая требованиям ТУ, а именно 11 мм. Применение скорости охлаждения головки рельса свыше 26 град/с приведет к получению неоднородной структуры по глубине закаленного слоя, состоящей из троостита и участков нежелательной структуры бейнита, что недопустимо требованиями технических условий. Такая структура металла плохо сопротивляется динамическим нагрузкам, в результате чего на ранней стадии эксплуатации рельсов в головке могут зарождаться микротрещины, приводящие к излому их. Интервал температур 720-4бО°C (фиг., точки 15-16), в котором производится охлаждение головки рельса с заявляемой скоростью, выбран с учетом достаточности условий протекания перлитного превращения и формирования невысоких остаточных напряжений на головке рельса. Охлаждать с указанной скоростью выше температуры 720°C нецелесообразно, так как образование перлитной структуры еще не начинается, а охлаждение с указанными скоростями ниже температуры 460°C не имеет смысла, так как перлитная структура уже образовалась по всей глубине закаленного слоя. Кроме того, при охлаждении с максимально заявленной скоростью, то есть 26 град/с ниже температуры 460°C в закаленном слое головки рельса появится смешанная структура, состоящая из набора структур: в поверхностном слое головки из мартенсита и бейнита, а в нижележащих слоя х головки - из перлита, что недопустимо техническими условиями, При содержании углерода в рельсовой стали 0,82...0,85 мас.% второй этап сфероидизирующего о тжига осуществляют в один цикл, при содержании 0,86-0,92% в два цикла, при содержании 0,93-0,98% в три цикла. Установлено, что в рельсовой заэвтектоидной стали с повышением содержания углерода сверх 0,82% появляется цементит-ная сетка, при этом, чем больше в стали углерода, тем она грубее, а следовательно, труднее поддается разрушению и дроблению на фрагменты во время отжига. Так, для рельсовой зазвтектоидной стали, содержащей 0,82-0,85% C цементитная сетка тонкая и непрерывистая, т.е. незамкнутая вокруг зерен аустенита, а следовательно, более легко поддается дроблению на фрагменты и их сфероидизации. С повышением в стали углерода от 0,87 до 0,92% цементитная сетка утолщается и замыкается вокруг зерен аустенита, а при содержании углерода 0,93-0,98% она заметно утолщается (огрубляется), в результате чего затр удняется ее разрушение, деление ее на фрагменты и сфеоидизация. В связи с изложенным, при сфероидизи-рующем отжиге рельсов из углеродистой и низколегированной заэвтектоидных сталей, в зависимости от содержания в них углеро-ца, применяется термоциклирование в ингервале температур 740-780°C в количестве от одного до трех циклов, и проведением неполных фазовых превращений с последующим охлаждением. При этом, независимо от количества применяемых циклов, завершающим этапом сфероидизирующего отжига рельсов является отжиг при температуре 650-700°C. Таким образом, заявленный режим циклического сфероидизирующего отжига рельсов из углеродистой и легированной заэвтектоидных сталей (0,82-0,98% С) обеспечивает деление сплошной цементитной сетки на фрагменты и их сфероидизацию. Этому способствуют специальные режимы нагрева и охлаждения стали в процессе отжига. При этом на первом этапе сфероидизирующего отжига вокруг цементитной сетки создаются напряжения, обусловленные различными коэффициентами расширения металла и различными удельными объемами фаз "перлит - избыточный цементит". Это приводит к тому, что вначале отжига в некоторых местах происхоидт деформация цементитной сетки, вследствие чего на ней, образуются "пилообразные" зубцы. В процессе дальнейшего отжига происходит разрыв зубцов цементитной сетки, деление ее на небольшие участки, и частичная их сфероидизация. На отдельных этапах отжига при нагреве рельсов выше точки aci наблюдается частичное превращение перлита в аустенит, а в процессе охлаждения - образование перлитных колоний повышенной дисперсности по сравнению с исходным состоянием. Происходит также дальнейшее распределение цементитных пластин на небольшие участки трансформация их в равномерные глобули. На последнем этапе отжига карбиды перлита и избыточные карбиды (цементитная сетка) полностью сфероидизируются, вследствие чего образуется структура зернистого перлита, в котором все глобули дисперсны, однородны и равномерно распределены в матрице. После циклического сфероидизирующего отжига, применяемого в качестве предварительной термообработки всех элементов рельса (головка, шейка и подошва), головку подвергают закалке с нагрева ТВЧ на повышенную прочность. После окончательной термообработки в головке рельсов формируется высокий комплекс физико-механических свойств, а в шейке и подошве - высокие пластические свойства и ударная вязкость. Проведенный анализ заявляемого способа термической обработки рельсов свидетельствует, что положительный эффект при осуществлении изобретения будет получен за счет: применения циклического сфероидизирующего отжига (предварительная термообработка рельсов), приводящего к ускорению процесса разрушения цементитной сетки и ее сфероидизации совместно с карбидами перлита и повышению однородности и дисперсности зернистого перлита. При таком циклическомсфероидизирующем отжиге повышаются пластические свойства и ударная вязкость металла рельсов. Последующая термическая обработка головки рельсов с нагрева ТВЧ приводит к получению в закаленном слое высокой прочности за счет образования мелкого зерна аустени-та и высокодисперсной структуры и тонкой кристаллической структуры. Заявленный способ термической обработки рельсов обеспечивает получение свойств, дифференцированных по сечению профиля рельсов: высокая прочность головки и высокие пластические свойства и ударная вязкость металла шейки и подошвы. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг. 1 показана комплексная технологичекая схема термообработки рельсов; на фиг. 2-6 показан процесс разрушения сплошной цементитной сетки и ее сфероидизация; на фиг. 7-10 показан процесс сферомдизации основной карбидной фазы-перлита: на фиг. 11 показана структура металла закаленного слоя головки рельса после циклического сфероидизирующего отжига и закалки с нагрева ТВЧ. Практическое применение заявленного способа термической обработки рельсов осуществляли в термоотделении рельсоба-лочного цеха меткомбината "Азовсталь". При этом рельсы из углеродистой заэвтекто-идной стали с содержанием углерода 0,92% в количестве 90 т загружали на подину газовой камерной печи в три ряда в положение "стоя на подошве". Затем их нагервали до 250°C, выдерживали 1,5 ч, после чего в течение двух циклов проводили нагрев со скоростью 70±10 град/ч до температуры 760°C, выдерживали 2 ч и охлаждали на выдвинутой с печи подине со скоростью ~ 3 град/с (обдув сжатым воздухом) до температуры 480°C. После чего рельсы подвергали окончательному нагреву со скоростью 70±10 град/ч до температуры 680°C, выдерживали 3 ч и охлаждали вместе с печью со скоростью 35 град/ч до 580°C, затем рельсы выгружали на стеллаж и охлаждали на воздухе. Последующую закалку осуществляли на рельсозакалочной машине, в которой при поступательном движении в упруго-напряженном состоянии головку рельса подвергали нагреву ТВЧ до температуры 930°C и охлаждению водовоздушной смесью со скоростью 18 град/с в интервале температур 710-480°C(фиг.). Установлено, что за счет ускорения процесса полного разрушения сплошной цементитной сетки и сфероидизации избыточных карбмдов совместно с карбоидами перлита, сокращается на 8 часов продолжительность сфероидизирующего отжига по сравнению с отжигом согласно прототипу. По заявленному способу термической обработки рельсов изготовлена опытная партия рельсов в количестве 350 т. которая проходит эксплуатационные испытании в особо тяжелых условия х Крайнего Севера. Циклическому сфероидизирующему отжигу и последующей закалке с нагрева ТВЧ подвергали рельсы из углеродистой заэвтек-тоидной стали состава 0,92% C, 0,88% Mn, 0,36% Si, 0,012% Ti, 0,04% V (плавка 1) и низколегированной заэвтектоидной стали, содержащей 0,90% C, 0,86% Мn, 0,33% SI, 0,011 % Ti, 0,03% V (плавка 2). Для заэвтектоидных сталей с таким содержанием углерода сфероидизирующий отжиг выполняли с учетом двух высокотемпературных циклов (фиг. 1, точки 1-9), при этом полный режим отжига включал точки 1-13. Металлографическим исследованием металла рельсов состава плавки 1 после специального травления шлифов раствором пикриновой кислоты установлено, что в состоянии после прокатки имеет место наличие цементитной сетки балла 5 по ГОСТ 801-78(фиг.2). На первом этапе циклического сфероидизирующего отжига (фиг.1, точки 1-3) происходит деформация цементитной сетки, при этом в некоторых местах она принимает пилообразную форму (фиг. З), После первого цикла отжига (фиг., точки 1-6) происходит деление сплошной цементитной сетки на фрагменты и частичная их сфероидизация (фиг.4). После двух этапов и двух циклов отжига (фиг.1, точки 1-9) цементитная сетка полностью раздроблена и практически засфероидизирована (фиг.5). Полный режим отжига рельсов (фиг. 1. точки 1-13) привел к окончательному дроблению остатков цементитной сетки и ее сфероидизации совместно с карбидами перлита (фиг.6). На фиг. 4-6 бывшая цементитная сетка в виде гло-булей имеет более темный ореол по сравнению с карбидами перлита. Микроструктура стали плавки 1 в состоянии после прокатки состоит из пластинчатого перлита с межпластиночным расстоянием 0,8-1,0 мкм с четко выраженными пластинами цеменчита и ферритных участков (фи г.7). После первого цикла сфероидизирующего отжига, включающего два этапа отжиге (фиг.1, точки 1-6), происходит образование перлитных колоний повышенной дисперсности по сравнению с исходным состоянием, а также деление цементитных пластин на фрагменты и частичная их сфероидиза-ция (фиг.8). После двух циклов первого и второго этапов отжига (фиг.1, точки 1-9), происходит практически полная сфероиди-зация цементных пластин перлита, при этом имеются небольшие участки дисперсных пластин цементита, подготовленных к сфероидизации (фиг.9). На последнем (третьем этапе) отжига (фиг.1, точки 1-13) карбиды перлита и избыточные карбиды (цементитная сетка) полностью сфероидизмруются вследствие чего образуется структура дисперсного зернистого перлита, в котором все глобули однородны дисперсны и равномерно распределены в матрице (фиг. 10). Изредка встречаются следы бывшей цементитной сетки не превышающие балла 1 согласно ГОСТ 801-78, что отвечает требованиям технических условий. После циклического сфероидизирующего отжига и закалки головки с нагрева ТВЧ структура закаленного слоя состоит из троостита закалки (фиг.11) с межпластиночным расстоянием 0,2 мкм. Металлографическое исследование металла рельсов из углеродистой заэвтектоидной стали с содержанием углерода 0,86% после сфероидизирующего отжига по способу, согласно прототипу, показало, что цементитная сетка практически мало разрушается и сфероидизируется. что этом происходит лишь некоторое уменьшение ее с балла 5 до 3 (ГОСТ 8012-78). После закалки головки рельса с нагрева ТВЧ закаленный слой состоит из сорбита закалки с межпластиночным расстоянием 0,4-0,6 мкм. Такое состояние цементитной сетки в металле рельсов, подвергнуты х последующей закалке с нагрева ТВЧ, отрицательно сказывается на ударной вязкости и копровой прочности при низких температурах испытания, начиная с -20°C. Сравнивая результаты механических испытаний металла рельсов из углеродистой и низколегированной сталей по заявляемому способу, и согласно прототипу видно, что в обоих случаях твердость и прочность металла снижаются на 20-25%, связано это с трансформацией пластинчатого перлита в зернистый. Для рельсов после сфероидизирующего отжига по заявленному способу пластические свойства и ударная вязкость металла повышаются: для ds - в три, а для y и KCU - в шесть раз по сравнению с состоянием после прокатки, что очень важно для металлa рельсов шейки и подошвы, которые впоследствии не подвергаются закалке с нагрева ТВЧ в то время, как после отжига по способу согласно прототипу (ds и KCU повышаются всего лишь в два, a y в три раза (таблица). Сравнивая результаты механических испытаний металла рельсов, подвергнутых о тжигу по заявленному способу и согласно прототипу видно, что после отжига углеродистой заэвтектоидной стали по заявленному способу свойства и ударная вязкость на 38%, а для низколегированной стали на 40% больше, чем для этих же марок сталей после отжига согласно прототипу. Повышение пластических свойств и ударной вязкости связано с процессом полного разрушения сплошной цементитной сетки и ее сфероидизации совместно с карбидами перлита и равномерного их распределения в матрице, а также получения однородного и дисперсного зернистого перлита, чего не происходит после отжига согласно прототипу, где цементитная сетка уменьшается всего лишь с балла 5 до 3. Такое структурное состояние металла после сфероидизирующего отжига по заявленному способу оказывает существенное влияние на повышение прочности, а также на пластические свойства и ударную вязкость, которые соответственно на 10%, а также на 25 и 30% выше, чем после термической обработки согласно прототипу (таблица). После закалки головки с нагрева ТВЧ рельсов из заэвтектоидной стали, предварительно подвергнутых сфероидизирующему отжигу по заявленному способу отмечается равномерное распределение твердости по длине головки с перепадом НВ 15, а также равномерное распределение ее по сечению головки с наличием площадки повышенной твердости в пределах HRCэ 41,5-39,0 на глубине 10 мм с последующим плавным снижением до глубины закаленного слоя, составляющего 16-17 мм. После термообработки по способу согласно прототипу, разброс твердости по длине рельса составляет НВ 30-35, а значение максимальной твердости по сечению головки составляет HRCэ 38-36,5, которая распространяется до глубины 7 мм, после чего неплавно снижается до конца закаленного слоя, который составляет 13-14 мм. Такой комплекс физико-механических свойств металла рельсов, термообработанных по заявленному способу приводит к повышению износостойкости и контактно-усталостной прочности металла закаленного слоя на 18-22%, а также долговечности и надежности в 1,6 раза по сравнению с рельсами, термообработанными по способу согласно прототипу. Согласно данным проведенных испытаний металла опытных партий рельсов, заявляемое изобретение обеспечивает получение следующего технического результата: обеспечение разрушения в рельсовой стали сплошной цементитной сетки и сфероидизацию вторичных карбидов совместно с карбидами перлита в глобулярную форму при их однородном и равномерном распределении в матрице. Заявляемый способ термической обработки рельсов представляет значительный интерес для народного хозяйства," так как позволяет: - сократить продолжительность обработки рельсов из углеродистой и легированной заэвтектоидных сталей на 8 ч и тем самым увеличить производительность процесса; - повысить износостойкость и контакт-но-усталостную прочность металла закаленного слоя головки рельсов на 18-22%. а долговечность и надежность на 60% и тем самым повысить общую эксплуатационную стойкость на 80%, то есть в 1,6 раза.