Патент на изобретение №2397271
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) РЕЛЬСОВАЯ СТАЛЬ
(57) Реферат:
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов, предназначенных для движения в кривых участках малого радиуса в условиях Сибири и Крайнего Севера. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, алюминий, кальций, азот, ванадий, стронций, медь, никель, хром, барий, цирконий, церий, железо и примеси, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,75-0,90, марганец 0,70-1,25, кремний 0,25-0,55, алюминий не более 0,005, кальций 0,0001-0,005, азот 0,006-0,015, ванадий 0,05-0,15, стронций 0,0001-0,001, медь 0,03-0,30, никель 0,03-0,30, хром 0,03-0,30, барий 0,0001-0,001, цирконий 0,0001-0,001, церий 0,0001-0,001, железо и примеси – остальное. В качестве примесей сталь содержит не более 0,020 мас.% серы и не более 0,025 мас.% фосфора. Повышается износостойкость рельсов при отрицательных температурах и повышается чистота стали по неметаллическим включениям. 3 табл.
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов, предназначенных для движения в кривых участках малого радиуса в условиях Сибири и Крайнего Севера. Известна рельсовая сталь [1], содержащая (в мас.%):
Существенным недостатком данной стали является низкая эксплуатационная стойкость железнодорожных рельсов, обусловленная недостаточной износостойкостью и чистотой стали по неметаллическим включениям. Известная также рельсовая сталь[2], содержащая (мас.%):
один из элементов, выбранных из группы, включающей цирконий и РЗМ:
Основным недостатком данной стали является повышенная хрупкость рельсов в зоне болтовых отверстий из-за образования цементитной сетки в осевой зоне шейки. В качестве наиболее близкого аналога авторами принята за прототип рельсовая сталь [3], содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, кальций, азот, ванадий, стронций, медь, никель, хром, барий, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: содержащая углерод 0,71-0,82, марганец 0,75-1,1, кремний 0,4-0,6, алюминий не более 0,005, кальций 0,0001-0,005, азот 0,005-0,02, ванадий 0,05-0,15, стронций 0,0001-0,005, медь не более 0,15, никель 0,03-0,2, хром 0,7-1,2, барий 0,0001-0,005, железо и примеси – остальное. Желаемым техническим результатом изобретения является повышение чистоты стали по неметаллическим включениям и износостойкости рельсов при отрицательных температурах применительно к условиям Сибири и Крайнего Севера. Рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, кальций, азот, ванадий, стронций, медь, никель, хром, барий, железо и примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит цирконий и церий при следующем соотношении компонентов (в мас.%):
при этом в качестве примесей сталь может содержать серу не более 0,020%, фосфора не более 0,025%. Заявляемый химический состав стали подобран исходя из следующих предпосылок: Выбранные концентрационные пределы углерода обеспечивают повышение твердости и износостойкости рельсов исключая вероятность образования цементитной сетки в осевой зоне шейки. Увеличение марганца до 1,25% повышает сопротивление износу и прочностные свойства рельсовой стали. При снижении марганца менее 0,70% снижаются указанные параметры. Установленные концентрационные пределы кремния обеспечивают упрочнение феррита, тем самым, повышая пределы текучести и прочности рельсовой стали в термоупрочненном состоянии. При снижении кремния менее 0,25% наблюдается резкое снижение данных параметров. Повышение концентрации кремния свыше 0,55% возрастает вероятность образования игольчатой микроструктуры с поверхности объемно-закаленных рельсов. Содержание алюминия выбрано исходя из, с одной стороны, получения мелкого действительного зерна, с другой – исключения получения недопустимых глиноземистых неметаллических включений. Введение азота позволяет получить измельченное зерно аустенита, что обеспечивает повышение прочностных свойств и увеличение сопротивляемости стали хрупкому разрушению. Наличие ванадия при этом позволяет добиваться необходимой растворимости азота в соединениях. При наличии азота менее 0,006% невозможно измельчения 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. Ограничение концентрации меди, хрома, никеля, фосфора и серы обусловлено улучшением качества поверхности рельсов. Совместное введение стронция, церия, 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 0,001% кальция, бария, стронция и церия в сталь возможно получение грубых барий-кальций-стронций-церийсодержащих неметаллических включений, загрязняющих сталь, и вследствие чего снижается ударная вязкость стали. Дополнительное введение в сталь стронция обеспечивается повышение жидкотекучести шлака, тем самым, способствуя наиболее эффективной очистке металла от неметаллических включений. 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 рельсы подвергались термической обработке путем объемной закалки в масле. Результаты замера длины строчки хрупкоразрушенных неметаллических включений в горячекатаном состоянии в сравнении с рельсовой сталью стандартного производства [4], близкой к используемому прототипу, приведены в таблице 2. Результаты испытаний механических свойств рельсов в термообработанном состоянии в сравнении с рельсовой сталью Э76Ф стандартного производства приведены в таблице 3. Таким образом, заявляемый химический состав обеспечивает повышение чистоты стали по хрупкоразрушенным неметаллическим включениям, а также повышение уровня прочности и твердости рельсов. Список источников 1. Патент РФ 2. Патент РФ 3. RU 2291218 С1, С22С 38/24. 4. ГОСТ Р 51685-2000. Рельсы железнодорожные. Технические условия.
Формула изобретения
Рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, кальций, азот, ванадий, стронций, медь, никель, хром, барий, железо и примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит цирконий и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
при этом в качестве примесей она содержит не более 0,020 мас.% серы и не более 0,025 мас.% фосфора. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2161210 С1.