рельсовая сталь

Классы МПК:C22C38/46 с ванадием
Автор(ы):, , , , , , ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2005-05-04
публикация патента:

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.

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.%:

Углерод0,71-0,82
Марганец0,75-1,05
Кремний0,30-0,60
АлюминийНе более 0,005
Азот0,005-0,015
Ванадий0,05-0,15
Хром0,40-0,80
Никель0,03-0,30
Кальций0,0001-0,005
Барий0,0001-0,005
ЖелезоОстальное

при этом примеси содержатся в следующих количествах: сера не более 0,020, фосфор не более 0,025, медь не более 0,20.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов.

Известна рельсовая сталь марки Э76Ф [1], содержащая (в мас.%):

углерод0,71-0,82
марганец0,75-1,05
кремний0,25-0,45
ванадий0,03-0,15
хромне более 0,15
никельне более 0,15
медьне более 0,15
железо- остальное

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.%):

углерод0,71-0,82
марганец0,75-1,05
кремний0,45-0,80
алюминий0,005-0,015
азот0,0005-0,015
ванадий0,03-0,09
хром0,35-0,70
никель0,03-0,20
железо- остальное

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.%):

углерод0,71-0,82
марганец0,75-1,05
кремний0,30-0,60
алюминийне более 0,005
азот0,005-0,015
ванадий0,05-0,15
хром0,40-0,80
никель0,03-0,30
кальций0,0001-0,005
барий0,0001-0,005
железо- остальное

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.

Таблица 1.

Химический состав стали
Состав СSiMn CrVAl NСаВа NiSP CuFe
1 0,710,30 0,750,400,05 0,0020,005 0,00010,0030,03 0,0050,015 0,05ост
2 0,760,48 0,820,400,09 0,0050,012 0,0030,00010,14 0,0080,009 0,06ост
3 0,710,40 0,760,420,13 0,0050,010 0,0040,0030,30 0,0060,019 0,07ост
4 0,880,53 0,890,750,10 0,0010,012 0,0020,0040,28 0,0050,025 0,12ост
5 0,750,34 1,030,790,11 0,0030,015 0,0050,0030,15 0,0140,018 0,15ост
6 0,820,60 1,050,800,15 0,0040,016 0,0050,0050,20 0,0200,023 0,20ост
прототип                    
Э76Ф по ГОСТ Р 5168520000,71-0,82 0,25-0,450,75-1,05 рельсовая сталь, патент № 2291221 0,150,03-0,15 рельсовая сталь, патент № 2291221 0,020--  рельсовая сталь, патент № 2291221 0,15рельсовая сталь, патент № 2291221 0,030рельсовая сталь, патент № 2291221 0,025рельсовая сталь, патент № 2291221 0,15ост

Таблица 2

Механические свойства стали
Состав Предел текучести, Н/мм 2Предел прочности, Н/мм 2Относительное удлинение, %Относительное сужение, % KCU ударная вязкость, Дж/см 2
+2°С -60°С
1 1200133010 320,380,28
21110 14801131 0,450,34
311001390 15380,48 0,45
41210 155012 370,380,38
51220 14501732 0,460,40
69001350 19310,47 0,36
прототип Э76Ф 880-12001350-1550 10-1730-340,33-0,44 0,18-0,35

Класс C22C38/46 с ванадием

высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь -  патент 2510424 (27.03.2014)
способ производства штрипсов -  патент 2499843 (27.11.2013)
низкоуглеродистая низколегированная сталь для изготовления крупного горячекатаного сортового и фасонного проката -  патент 2495148 (10.10.2013)
двухслойный стальной прокат -  патент 2487959 (20.07.2013)
способ производства штрипсов из низколегированной стали -  патент 2484147 (10.06.2013)
супербейнитная сталь и способ ее получения -  патент 2479662 (20.04.2013)
рельсовая сталь -  патент 2457272 (27.07.2012)
рельсовая сталь -  патент 2449045 (27.04.2012)
литейная сталь -  патент 2448193 (20.04.2012)
теплостойкая сталь -  патент 2441092 (27.01.2012)
Наверх