Патент на изобретение №2349675
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) КОЛЕСНАЯ СТАЛЬ
(57) Реферат:
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к стали для изготовления железнодорожных колес. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, ванадий, медь, хром, никель, кальций, азот, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,60-0,73, кремний 0,27-0,35, марганец 0,80-1,05, ванадий 0,07-0,12, хром 0,60-0,90, никель 0,03-0,30, медь 0,03-0,30, азот 0,012-0,020, кальций от более 0,005 до 0,008, в качестве примесей серу – не более 0,020, фосфор – не более 0,020, алюминий – не более 0,005, кислород – не более 0,0025, водород – не более 0,0002, железо остальное. Повышаются механические свойства и твердость стали, а также увеличивается эксплуатационная стойкость железнодорожных колес. 2 табл.
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой для изготовления железнодорожных колес. Известна колесная сталь [1], содержащая (в мас.%):
Существенными недостатками данной колесной стали являются неоднородность структуры по сечению обода колеса за счет образования игольчатых закалочных структур (бейнит и мартенсит), а также низкие эксплуатационная стойкость железнодорожных колес. Известна выбранная в качестве прототипа колесная сталь [2], содержащая (в мас.%):
Недостатком данной стали является то, что для достижения требуемого уровня механических характеристик требуется проведение термической обработки колес. Желаемыми техническими результатами изобретения являются: повышение механических свойств и твердости стали за счет образования однородной структуры пластинчатого перлита без применения термической обработки, а также увеличение эксплуатационной стойкости железнодорожных колес. Для достижения этого колесная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, хром, никель, медь, азот, кальций, железо и примеси серы, фосфора, алюминия, кислорода и водорода, отличается тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении (в мас.%)
Заявляемый химический состав стали подобран исходя из следующих предпосылок. Содержание углерода выбрано исходя из обеспечения повышения твердости и контактной прочности стали. При концентрации его в стали менее 0,60% в структуре уменьшается количество высокодисперсной карбидной фазы пластинчатой формы и увеличивается доля зернограничного феррита, что приводит к снижению контактной прочности железнодорожных колес, а при увеличении концентрации углерода более 0,73% повышается склонность их к хрупким разрушениям и образованию термомеханических повреждений. Соотношение марганца выбрано исходя из того, что при содержании марганца до 1,05% увеличивается прокаливаемость стали, что не требует закалочного водяного охлаждения для обеспечения требуемых механических свойств. Нижний предел выбран исходя из того, что марганец при содержании менее 0,80% слабо оказывает влияние на прокаливаемость стали и соответственно не обеспечивает повышение комплекса механических свойств железнодорожных колес. Кремний в заявляемых пределах обеспечивает повышение ударной вязкости и хладостойкости стали. При концентрации кремния менее 0,27% не достигается повышения указанных характеристик. При содержании кремния более 0,35% значительно снижается пластичность и вязкость феррита, что увеличивает склонность стали к трещинообразованию. При содержании хрома от 0,60 до 0,90% достигается повышение твердости, прочности, пластичности, ударной вязкости стали без закалочного водяного охлаждения за счет распада аустенита в области низких температур перлитного превращения. При содержании хрома менее 0,60% наблюдается уменьшение прокаливаемости стали, и как следствие снижение всего комплекса механических свойств. Установленный предел концентрации никеля (0,03-0,30%) придает стали высокую пластичность и ударную вязкость. Содержание никеля более 0,30% нецелесообразно из экономических соображений. Содержание меди в заявляемых пределах обеспечивает повышение предела временного сопротивления разрыву и относительного удлинения без снижения ударной вязкости, при увеличении концентрации меди более 0,30% резко уменьшаются значения ударной вязкости стали. Содержание алюминия (менее 0,005%) выбрано исходя из исключения образования недопустимых строчечных включений глинозема, увеличивающих склонность железнодорожных колес к образованию контактно-усталостных трещин и выщерблин при эксплуатации. Совместное введение в сталь карбонитридообразующих элементов – ванадия и азота – предусмотрено для стабилизации зерна аустенита при нагреве под нормализацию (или прерывистую закалку воздухом). Исходя из этого установлено оптимальное содержание ванадия 0,07-0,12% и азота 0,012-0,020%. При меньших концентрациях ванадия и азота не обеспечивается требуемое измельчение аустенитного зерна. Верхний предел концентрации ванадия выбран исходя из экономических соображений. При повышении азота более 0,020% возможны случаи возникновения пятнистой ликвации и образования пузырей в стали в результате «азотного кипения». Содержание кальция выбрано исходя из обеспечения требуемой концентрации кислорода в стали, при концентрации до 0,005% не обеспечивается требуемая концентрация кислорода, а при увеличении более 0,008 возрастает загрязненность стали неметаллическими включениями. Ограничение содержания серы, фосфора, кислорода и водорода выбрано исходя из обеспечения качества поверхности и эксплуатационной стойкости железнодорожных колес. Серия опытных плавок с заявляемым химическим составом была выплавлена в 160-тонных кислородных конвертерах. Химический состав приведен в таблице 1. После разливки стали на МНЛЗ, осуществляли прокатку и термообработку железнодорожных колес. Термическая обработка включала нагрев колес в кольцевой печи до температуры 820-850°С, прерывистое охлаждение воздухом поверхности ободьев колес и последующий самоотпуск при температуре 450°С. Результаты испытаний приведены в таблице 2. Таким образом, заявляемый химический состав обеспечивает повышение механических свойств, твердости и износостойкости железнодорожных колес. Список источников 1. А.с СССР №336336, С22С 39/00. 2. US 6663727 В2, С22С 38/40.
Формула изобретения
Колесная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, хром, никель, медь, азот, кальций, железо и примеси серы, фосфора, алюминия, кислорода и водорода, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0,1
в, кгс/мм2
, %
, %