сталь

Формула изобретения

1. Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий, кальций и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,15-0,19

Марганец 0,40-0,60

Кремний 0,25-0,37

Хром 0,20-0,35

Ванадий 0,05-0,09

Кальций 0,0005-0,004

Азот 0,004-0,020

Железо Остальное

2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что в её составе дополнительно ограничено количество примесей в следующем соотношении, мас.%:

Сера Не более 0,025

Фосфор Не более 0,025

Никель Не более 0,30

Медь Не более 0,30

Алюминий 0,005-0,035

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изысканию высокопрочных сталей для болтовых креплений рельсов.

Известна в качестве прототипа сталь [1], содержащая: углерод 0,12-0,19%, кремний 0,17-0,37%, марганец 0,35-0,65%, хром не более 0,25%, железо - остальное.

Существенным недостатком стали являются низкие механические свойства, приводящие к низкому качеству болтов и выходу последних из строя.

Задачей изобретения является повышение комплекса механических свойств стали.

Для достижения этого сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, дополнительно содержит ванадий, кальций, алюминий и азот при следующем соотношении компонентов (в мас.%):

Углерод - 0,15-0,19

Марганец - 0,40-0,60

Кремний - 0,25-0,37

Хром - 0,20-0,35

Ванадий - 0,05-0,09

Кальций - 0,0005-0,004

Азот - 0,004-0,020

Железо - Остальное

Кроме того, в ее составе дополнительно ограничено количество примесей в следующем соотношении (в мас.%):

Сера - Не более 0,025

Фосфор - Не более 0,025

Никель - Не более 0,30

Медь - Не более 0,30

Алюминий - 0,005-0,035

Заявляемый химический состав стали выбран с учетом нижеизложенных предпосылок.

Выбранное содержание углерода обеспечивает повышение предела текучести и временного сопротивления разрыву болтовых изделий.

Соотношение марганца и кремния в заявляемых пределах обеспечивает, с одной стороны, требуемую вязкость и износостойкость, с другой стороны, - твердость стали.

Повышение содержания хрома по сравнению с прототипом позволяет значительно повысить прочностные характеристики стали, твердость и износостойкость стали. При получении в стали концентрации хрома менее 0,20% не обеспечиваются требуемые значения предела текучести и временного сопротивления разрыву, а при увеличении более 0,35% увеличивается твердость стали, что затрудняет получение качественной резьбы на болтах.

Микролегирование стали кальцием оказывает положительное влияние на микроструктуру - происходит изменение зерна и получение благоприятной (глобулярной) формы сульфидных, оксидных и оксисульфидных включений. При введении кальция более чем на 0,004% значительно увеличивается стоимость стали без повышения механических свойств. Введенный в состав стали ванадий повышает твердость, прочность и незначительно пластичность. Алюминий, введенный в заявляемых пределах, обеспечивает получение мелкого зерна; повышение концентрации выше верхнего заявляемого предела приводит к повышению отбраковки стали по поверхностным дефектам и снижению ударной вязкости стали. Снижение содержания алюминия менее 0,005% значительно укрупняет зерно стали, что не обеспечивает требуемые мехсвойства. При концентрации алюминия выше 0,035% возможно загрязнение стали глиноземсодержащими неметаллическими включениями, резко увеличивающими вероятность образования трещин на болтах. Азот, соединяясь с нитридообразующими элементами (ванадием и алюминием), измельчает зерно и обеспечивает нитридное упрочнение стали. При содержании азота более 0,020% повышается отбраковка стали по дефектам макроструктуры (пузыри, трещины) и поверхности (трещины, волосовины), при этом снижается прочность стали. Снижение содержания азота ниже 0,004% не обеспечивает требуемой прочности стали.

Ограничение содержания никеля и меди выбрано, исходя из обеспечения качественной поверхности после прокатки (исключение образования горячих трещин).

Для определения механических свойств заявляемой стали была выплавлена серия плавок (с заявляемыми пределами химического состава стали) в 100-тонных дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП-100И7. Химический состав приведен в таблице 1.

Прокатка стали осуществлялась на прутки диаметром 21 мм. Механические испытания согласно требованиям Государственных стандартов приведены в таблице 2.

Согласно полученным результатам заявляемая сталь в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами: возрастают механические свойства стали.

Литература

1. ГОСТ 1050-88 "Прокат сортовой, калиброванный, со специальной, отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали. Общие технические условия".