Стальное литье и методы повышения качества
23 мая с 14:00 до 16:00 в редакции журнала "Металлоснабжение и сбыт" пройдет онлайн-конференция "Дефицит и проблемы качества вагонного литья". На вопросы посетителей портала ответят Сергей Калетин, заместитель генерального директора ОАО «Первая грузовая компания», и Сергей Палкин, первый заместитель начальника Центра технического аудита ОАО "РЖД", вице-президент НП «Объединение производителей железнодорожной техники». Интересующие вопросы читатели "Металлоснабжение и сбыт" могут задать здесь
Предваряя конференцию, предлагаем вашему вниманию материал "Стальное литье и методы повышения качества" Николая Волченкова, заместителя начальника Центра технического аудита ОАО «РЖД», Валерия Моисеенкова, начальник технического отдела Центра технического аудита ОАО «РЖД», к.т.н., и Елены Сургаевой, главного специалиста технического отдела Центра технического аудита ОАО «РЖД», к.т.н.
Литые несущие элементы тележек грузовых вагонов рамы боковые и балки надрессорные являются особо ответственными деталями грузовых вагонов, в процессе эксплуатации которые воспринимают статические и динамические вертикальные нагрузки (от веса вагона и груза, от ударов при прохождении вагоном неровностей пути), продольные нагрузки (усилия тяги при равномерном движении состава, усилия при соударении вагонов), а также испытывают воздействие крутящего момента при вписывании вагонов в кривые. При этом основная часть динамических вертикальных нагрузок носит циклический характер, и усталостная прочность боковых рам (способность длительно противостоять воздействию циклических нагружений) является основной характеристикой их эксплуатационной надежности, т.е. напрямую влияет на безопасность движения.
Основной причиной отказов рам и балок в эксплуатации является образование и развитие усталостных трещин в местах расположения концентраторов напряжений (литейных дефектов). Особенностью усталостного процесса является его локальность – в результате накопления повреждения в перенапряженной зоне при продолжающемся циклическом нагружении происходит разрушение.
Развитие усталостного процесса определяется не только нагруженностью детали, но и другими внешними воздействиями, в частности, температурой окружающей среды, как правило, ускоряющей развитие усталостного процесса и тесно связано со структурой сплава, наличием дефектов – поверхностных, внутренних и исправленных (в случае, если исправление дефектов было проведено с нарушением).
На сегодняшний день предприятия-изготовители литых деталей тележек грузовых вагонов уверенно движутся по пути совершенствования технологии их изготовления. Приобретается и внедряется современное литейное оборудование (линии АФЛ), внедряются современные способы внепечной обработки стали, приводятся в соответствие с требованиями нормативных документов основные технологические инструкции заводов по идентификации выявленных литейных дефектов и методам их исправления, контролю дефектов визуально и неразрушающими методами, контролю качества стержней и др.
Однако, инспекционные проверки выявляют одни те же повторяющиеся случаи нарушения технологической дисциплины соблюдения требований этих инструкций. Безответственно сокращается продолжительность наиболее важного периода при выплавке стали в электродуговых печах – восстановительного, основной задачей которого является удаление кислорода из металла. Неудаленные окислы загрязняют сталь неметаллическими включениями. Еще одним частым нарушением требований технологического процесса является несоблюдение температурного режима заливки форм, что ведет к увеличению количества литейных дефектов отливок и недоливам. При этом контроль последствий таких отклонений от технологического процесса на заводах отсутствует. Не проводится дополнительно контроль микроструктуры и т.п. Из металла плавок с отклонениями отливаются рамы и балки.
В журналах, паспортах и другой сопутствующей технологическому процессу документации, зачастую отсутствует информация, требуемая для принятия решения о годности деталей, но это не мешает отвечающим за контроль лицам подписывать заключение о годности, что позволяет сделать вывод о формальном контроле со стороны ОТК при отсутствии пооперационной прослеживаемости.
Каждая проверка – это несколько десятков грубейших нарушений технологии. Практика показывает, что работа по корректирующим действиям в этом направлении заводами ведётся чрезвычайно плохо.
Вопрос неразрушающего контроля в обеспечении безопасности литых деталей сегодня стоит очень остро. Призванный расширить возможности оценки качества изготовления литых деталей неразрушающий контроль не обладает должной информативностью. Производители убедились в том, что применяющиеся методы контроля не гарантируют выявление брака. Поэтому назрела необходимость более широко внедрять акустические методы контроля, рентгеноскопию, магнитопорошковые способы с использованием усиливающих люминофоров и т.д. Нужны новые подходы к верификации результативности методов неразрушающего контроля, которые отражены в новых технических требованиях, утверждённых ОАО «РЖД».
Но, даже внедрив эти предложения, нужного качества и безопасности не обеспечить, если не искоренить устаревшую идеологию мотивации персонала на ответственных технологических операциях. При комиссионных проверках выявлены случаи, когда для неразрушающего контроля подаются детали без обязательной зачистки поверхности зон контроля, заключение по результатам контроля выдают специалисты, не сертифицированные на проведение подобных работ. Требуется огромная и постоянная работа с персоналом.
От проверки к проверке мы сталкиваемся со случаями, когда противоречия или нечеткая информация в нормативных документах НБ ЖТ-ТМ-02-98, ОСТ 32.183-2001, ТТ ЦВ-32-695-2006 трактуются заводами в свою пользу. Подобная ситуация возникла с испытаниями на ударный изгиб с определением значений KCV-60 (ударная вязкость на образцах с острым надрезом). Заводы проводят их в соответствии с требованиями ОСТ 32.183-2001 на 10 плавках в месяц, не принимая данный параметр в качестве браковочного признака, несмотря на то, что в нормах безопасности этот показатель присутствует в качестве обязательного. Игнорирование требований НБ ЖТ-ТМ-02-98 на Рубцовском филиале ОАО «Алтайвагон» привело к тому, что несоответствие требованиям ОСТ 32.183-2001 по значениям KCV-60 в январе 2010 г. составило 35,7%; в феврале 2010 г. составило 66,6%%; в мае 2010 г. составило 18,1%; в декабре 2010 г. составило 81,8%; в январе 2011 г. составило 63,6%. А ведь это – основной критерий, характеризующий хладостойкость изделий.
Особо хотелось бы остановиться на этой характеристике металла литых деталей. Так как температуры до -50 °С встречаются на большей территории России, то проблема использования деталей с подходящими свойствами для нас очень актуальна и важна.
Для большинства металлов способность к пластической деформации в значительной степени зависит от температуры. С понижением температуры эта способность, как правило, уменьшается. При критических температурах резко возрастает сопротивление сдвигу, металл переходит в хрупкое состояние и разрушается без признаков пластической деформации.
Установлено, что на хладноломкость оказывает влияние комплекс физико-химических и физико-механических факторов, основными из которых являются следующие:
- качество стали, определяемое металлургическими особенностями производства,
- геометрия изделия,
- вид напряженного состояния, при котором изделие работает в практических условиях, характер нагружения, скорость нагружения и т.д.
Все указанные факторы влияют на хладноломкость самостоятельно и независимо друг от друга.
Для одновременного повышения прочности и хладостойкости стали широко применяют микролегирование стали сильными карбонитридо-образующими элементами, такими как титан и ванадий. Именно поэтому весьма перспективной является использование для литых деталей марки, легированные титаном и ванадием, такие как 20ГФЛ, 20ГТЛ.
Образующиеся включения карбонитридов ванадия обусловливают дисперсионное упрочнение и измельчение зерна стали. Наиболее эффективное их действие на свойства стали достигается при таком содержании легирующего элемента в стали, при котором в раствор переходит упрочняющая фаза в количестве, достаточном для последующего дисперсионного упрочнения, а нерастворенной остается такое ее количество, которое необходимо для создания эффективных барьеров, тормозящих рост зерен при нагреве. Именно поэтому так важно, чтобы при выборе способа легирования были учтены научные основы легирования и не возникал обратный эффект, то есть, при введении легирующего элемента соблюдались бы условия для его максимального усвоения и равномерного распределения в объеме металла. А для этого сталь должна быть хорошо раскислена, иметь достаточную температуру, в ней должны присутствовать модификаторы (силикокальций, как минимум) для создания благоприятной формы и расположения образующихся микровключений и обеспечено полноценное перемешивание для усреднения распределения элементов и температуры по объему металла.
Если требуемые условия легирования не соблюдаются, образующиеся микровключения становятся дополнительными к макродефектам стали (дефекты, образующиеся при заливке форм) концентраторами напряжений, способствуя зарождению трещин и предопределяют температуру перехода стали из вязкого в хрупкое состояние.
Из вышеизложенного видно, что литые детали тележек грузовых вагонов, являясь литыми деталями ответственного назначения, необоснованно были отнесены к первой группе ГОСТ 977-75. Эксплуатация в условиях холодного климата предъявляет к ним повышенные требования по качеству, в том числе по загрязненности неметаллическими включениями. Данные требования учтены в ГОСТ 21357-87 «Отливки из хладостойкой и износостойкой стали. Общие технические условия». В приложении 2 ГОСТ 21357-87 приведена также технология выплавки и раскисления хладостойкой стали, что позволит более обоснованно вносить коррективы в технологию изготовления и оценку надежности отливок.
И в заключении хотелось бы рассмотреть наболевший вопрос стабильности качества, то есть – стабильности производства. Зачастую предприятия выбирают путь селективности готовой продукции, отсеивая большое количество несоответствующих нормативным требованиям изделий на технологических операциях. Это ведет не только к повышению ее себестоимости, но и требует увеличение объема контроля, с жесткой мотивации его проведения, ведь изобличать в этом случае придется не сбои, а нарушения технологической дисциплины, некомпетентность персонала, перебои в снабжении и т.д., то есть, по сути – способность предприятия поставлять продукцию заявленного качества. А это уже область, поднадзорная для органов сертификации. Если окончательный брак при производстве литых деталей на предприятии превышает 7 %, если детали в эксплуатации не выдерживают гарантийного срока и с завидным постоянством выходят из строя – необходимо ставить вопрос об отзыве, или приостановке действия сертификата соответствия. Необходимо, чтобы обследование производства при сертификации продукции перестало быть формальной процедурой, а Регистр сертификации на федеральном железнодорожном транспорте активнее привлекал бы для этих целей независимых технических экспертов, обладающих не только достаточным уровнем знаний, но, что весьма немаловажно, опытом практической работы в области проводимого аудита.
Комментарии могут оставлять только зарегистрированные (авторизованные) пользователи сайта.