Патент на изобретение №2291221
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) РЕЛЬСОВАЯ СТАЛЬ
(57) Реферат:
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов. Предложена рельсовая сталь, содержащая в мас.%: углерод 0,71-0,82, марганец 0,75-1,05 кремний 0,30-0,60, алюминий не более 0,005, азот 0,005-0,015, ванадий 0,05-0,15, хром 0,40-0,80, никель 0,03-0,30, кальций 0,0001-0,005, барий 0,0001-0,005, железо – остальное, при этом в качестве примесей сталь может содержать серу не более 0,020, фосфор не более 0,025, медь не более 0,20. Техническим результатом изобретения является повышение комплекса физико-механических свойств и эксплуатационной стойкости. 2 табл.
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов. Известна рельсовая сталь марки Э76Ф [1], содержащая (в мас.%):
Существенным недостатком данной стали является низкая стойкость железнодорожных рельсов без термической обработки и необходимость термообработки стали для повышения эксплуатационных свойств. Известна выбранная в качестве прототипа рельсовая сталь [2], содержащая (в мас.%):
Существенным недостатком данной стали является низкая эксплуатационная стойкость, обусловленная пониженным комплексом физико-механических свойств. Желаемым техническим результатом изобретения является повышение комплекса физико-механических свойств и эксплуатационной стойкости. Для достижения этого рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, азот, ванадий, кальций, барий, железо и в качестве примесей серу, фосфор и медь, дополнительно содержит хром и никель при следующем соотношении компонентов (в мас.%):
при этом примеси содержатся в следующих количествах: сера – не более 0,020%, фосфор – не более 0,025%, медь не более 0,20%. Заявляемый химический состав стали подобран исходя из следующих предпосылок: Увеличение кремния до 0,60% повышает пределы текучести и прочности, при снижении кремния менее 0,30% наблюдается резкое снижение данных параметров. Концентрация хрома выбрана исходя из обеспечения высокого сопротивления износу и высоких прочностных свойств, при этом снижение концентрации хрома менее 0,40% не позволяет обеспечить требуемую стойкость рельсов в пути, а при повышении концентрации более 0,80% значительно возрастает стоимость стали при постоянных прочностных свойствах стали. Содержание алюминия выбрано исходя, с одной стороны, из получения мелкого действительного зерна, с другой – исключения получения недопустимых глиноземистых неметаллических включений. Концентрация марганца в выбранных пределах обеспечивает достаточную износостойкость рельсов. Марганец увеличивает устойчивость переохлажденного аустенита и обеспечивает образование дисперсного тонкопластинчатого перлита, имеющего хорошее сочетание прочности, пластичности и вязкости. Поскольку марганец смещает точку фазовых превращений к более низким температурам, с дальнейшим увеличением его концентрации более 1,05% в стали с высоким содержанием углерода возрастает вероятность образования недопустимой структуры верхнего бейнита. Введение азота позволяет получить измельченное зерно аустенита, что обеспечивает повышение прочностных свойств и увеличение сопротивляемости хрупкому разрушению. Наличие ванадия при этом позволяет добиваться необходимой растворимости азота в соединениях. При наличии азота менее 0,005% невозможно измельчение зерна и соответственно не обеспечивается необходимое упрочнение стали, а более 0,015% приводит к получению нерастворившегося азота и возможного образования недопустимых пузырей в стали. Выбранное содержание и соотношение азота и ванадия обеспечивает получение требуемой ударной вязкости (в том числе и при отрицательных температурах) за счет карбонитридного упрочнения. Повышение концентрации никеля до 0,30% связано с повышением уровня ударной вязкости при отрицательных температурах, при дальнейшем повышении концентрации никеля возможно получение недопустимых бейнитных структур. Введение кальция и бария позволяет модифицировать источники концентраторов напряжений – неметаллические включения, исключить образование «опасных» включений глинозема, повысить чистоту стали по оксидным и сульфидным включениям, обеспечить образование глобулярных включений и исключить образование строчечных включений алюминатов. При введении более 0,005% кальция (или бария) в сталь возможно получение грубых барий- кальцийсодержащих неметаллических включений, загрязняющих сталь, вследствие чего снижаются физико-механические свойства стали. Ограничение концентрации фосфора, серы и меди обусловлено улучшением качества поверхности готовой продукции после прокатки и повышения ее физико-механических свойств. Серия опытных плавок с заявляемым химическим составом была выплавлена в дуговых печах ДСП-100И7. Химический состав приведен в таблице 1. После разливки стали на МНЛЗ осуществляли прокатку железнодорожных рельсов типа Р65. После прокатки рельсов термообработка не проводилась. Результаты испытаний механических свойств в горячекатанном состоянии в сравнении с рельсовой сталью Э76Ф (после объемной закалки в масле и отпуске) приведены в таблице 2. Таким образом, заявляемый химический состав обеспечивает повышение механических свойств рельсовой стали по всему спектру контролируемых физико-механических параметров. Источники информации 1. А.С.Зубченко. Марочник сталей и сплавов – М.: Машиностроение, 2003. – 713 с. 2. Патент РФ №2131946, С 22 С 38/46.
Формула изобретения
Рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, азот, ванадий, кальций, барий, железо и в качестве примесей серу, фосфор и медь, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хром и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
при этом примеси содержатся в следующих количествах: сера не более 0,020, фосфор не более 0,025, медь не более 0,20.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0,15