КОТЁЛ ВАГОНА-ЦИСТЕРНЫ

Полезная модель относится к котлу вагона-цистерны, в частности к материалу, из которого выполнен котёл вагона-цистерны.
Известен котёл вагона-цистерны, содержащий обечайку и днища, эксплуатируемый при температуре до минус 60°С, сваренный из листов стали, произведённых прокаткой с термообработкой, RU 167 268, B61D 5/00, B65D 88/06, опубл. 27.12.2016 (прототип).
Главная техническая проблема, присущая данному устройству, заключается в низкой надёжности котла вагона-цистерны по причине использования материала, не обладающего свойствами, предъявляемыми к материалам для котла вагона-цистерны.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надёжности котла вагона-цистерны.
с3
Указанный результат обеспечивается котлом вагона-цистерны, содержащим обечайку и днища, эксплуатируемым при температуре до минус 60°С, сваренным из листов стали, произведённых прокаткой с термообработкой, в котором листы из стали для котла вагона-цистерны представляют собой листы из доэвтектоидной стали, имеющие мелкодисперсное зерно и равномерно распределенные структурные составляющие, выполненные с помощью термообработки, а именно подверженные операции нормализации, заключающейся в нагреве до температуры критической точки А для доэвтектоидной стали с последующим охлаждением, при этом листы из стали для котла вагона-цистерны, произведенные прокаткой с термообработкой, имеют следующие механические свойства:
2
- ударная вязкость KCU в пределах от 590 до 640 кДж/м,
в
- предел кратковременной прочности δ в диапазоне от 430 до 490 МПа,
т
- предел пропорциональности δ (предел текучести для остаточной деформации) в диапазоне от 265 до 345 МП.
Листы стали могут содержать в массовых долях следующие элементы:
С – до 0,12 %,
Si – от 0,5 до 0,8 %,
Mn – от 1,3 до 1,7 %,
Ni – до 0,3 %,
S – до 0,04 %,
P – до 0,035 %,
Cr – до 0,3 %,
N – до 0,008 %,
Cu – до 0,3 %,
As – до 0,08 %,
Fe – остальное.
Толщина листов из стали для котла вагона-цистерны может быть выполнена из диапазона от 16 до 22 мм для обечайки и от 18 до 28 мм для днищ.
с3
Заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что листы из стали для котла вагона-цистерны представляют собой листы из доэвтектоидной стали, имеющие мелкодисперсное зерно и равномерно распределенные структурные составляющие, выполненные с помощью термообработки, а именно подверженные операции нормализации, заключающейся в нагреве до температуры критической точки А для доэвтектоидной стали с последующим охлаждением, при этом листы из стали для котла вагона-цистерны, произведенные прокаткой с термообработкой, имеют следующие механические свойства:
2
- ударная вязкость KCU в пределах от 590 до 640 кДж/м,
в
- предел кратковременной прочности δ в диапазоне от 430 до 490 МПа,
т
- предел пропорциональности δ (предел текучести для остаточной деформации) в диапазоне от 265 до 345 МПа;
Листы стали могут содержать в массовых долях следующие элементы:
С – до 0,12 %,
Si – от 0,5 до 0,8 %,
Mn – от 1,3 до 1,7 %,
Ni – до 0,3 %,
S – до 0,04 %,
P – до 0,035 %,
Cr – до 0,3 %,
N – до 0,008 %,
Cu – до 0,3 %,
As – до 0,08 %,
Fe – остальное;
Толщина листов из стали для котла вагона-цистерны может быть выполнена из диапазона от 16 до 22 мм для обечайки и от 18 до 28 мм для днищ.
Полезная модель представлена на чертеже.
Котёл вагона-цистерны для перевозки сжиженных газов содержит обечайку 1 и днища 2.
Обечайку 1 и днища 2 формируют из листов, полученных прокаткой, включающей операцию нормализации, выполненную, например, нормализующей прокаткой. Полученные таким образом листы стального проката соединяют между собой сваркой.
с3
Для получения мелкодисперсного зерна и равномерного распределения структурных составляющих в качестве термообработки листов из стали для котла вагона-цистерны проводят операцию нормализации, заключающуюся в нагреве до температуры критической точки А для доэвтектоидной стали с последующим охлаждением, при этом листы из стали для котла вагона-цистерны, произведенные прокаткой с термообработкой, получают следующие механические свойства:
2
- ударная вязкость KCU в пределах от 590 до 640 кДж/м,
в
- предел кратковременной прочности δ в диапазоне от 430 до 490 МПа,
т
- предел пропорциональности δ (предел текучести для остаточной деформации) в диапазоне от 265 до 345 МПа.
Листы из стали для котла вагона-цистерны выполнены из доэвтектоидной стали, содержащей в массовых долях следующие элементы:
С – до 0,12 %,
Si – от 0,5 до 0,8 %,
Mn – от 1,3 до 1,7 %,
Ni – до 0,3 %,
S – до 0,04 %,
P – до 0,035 %,
Cr – до 0,3 %,
N – до 0,008 %,
Cu – до 0,3 %,
As – до 0,08 %,
Fe – остальное.
Для получения более тонкого строения структуры металла, для уменьшения внутреннего напряжения, для устранения пороков, возникших в процессе предшествующих обработок, для максимального измельчения зерна, сокращения энерго-временных затрат и, в конечном итоге, для повышения надёжности котла вагона-цистерны, операцию нормализации осуществляют на заключительном этапе прокатки, например, с помощью нормализующей прокатки с последующим охлаждением на воздухе.
Нормализующая прокатка — это прокатка стальных листов, где заключительная стадия процесса прокатки проводится в области температур нормализации, при этом достигается структура и комплекс свойств, близкие к уровню качества металла, обработанного операцией нормализации с отдельным нагревом и последующим охлаждением.
В результате проведения нормализующей прокатки стальные листы одновременно с температурным воздействием подвергаются и пластическому воздействию, что приводит к разбивке зерна эвтектоида и получению в результате этого более тонкого зерна стального листа. То есть структура металла после нормализующей прокатки за счёт высокотемпературного пластического воздействия содержит более тонкую и равномерно распределённую структуру, уменьшаются внутренние напряжения, устраняются многие пороки, возникающие в процессе предшествующих обработок изделий. Стальной лист, обработанный с нормализующей прокаткой, имеет лучшее качество поверхности.
После нормализации сталь обладает более высокими пластическими показателями, сохраняет прочностные характеристики при работе под давлением в широком температурном интервале, долговечна, устойчива к нагрузкам с переменным вектором силы. Сварка деталей, выполненных из предлагаемой стали, может быть выполнена без ограничений, при сварке стальные детали не подвергаются закалке и перегреву, что не увеличивает зернистость и не снижает уровень пластичности стали.
Для обеспечения необходимой прочности и жёсткости котла вагона-цистерны толщина листов может быть выполнена из диапазона от 16 мм до 22 мм для обечайки котла вагона-цистерны и от в диапазоне от 18 мм до 28 мм для днищ котла вагона-цистерны. При выходе за нижние границы интервалов толщины листов не обеспечивается необходимая прочность котла при перевозке грузов под давлением, например, сжиженных углеводородных газов. При выходе за верхние границы интервалов толщины листов начинает существенно возрастать масса котла без пропорционального роста прочности и жёсткости.
Все эти факторы позволяют существенно повысить надёжность котла вагона-цистерны.