сталь
Классы МПК: | C22C38/46 с ванадием |
Автор(ы): | Мохов Глеб Владимирович (RU), Козырев Николай Анатольевич (RU), Корнева Лариса Викторовна (RU), Атконова Ольга Петровна (RU), Закаулов Евгений Геннадьевич (RU), Бойков Дмитрий Владимирович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-12-30 публикация патента:
20.01.2012 |
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления контррельсовых уголков. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, ванадий, азот, хром, алюминий, никель, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод от более 0,60 до 0,75, марганец 0,70-1,10, кремний от более 0,39 до 0,60, хром 0,20-0,60, алюминий до менее 0,003, ванадий от более 0,07 до 0,15, азот от более 0,015 до 0,020, никель 0,03-0,20, железо и примеси остальное. В качестве примесей сталь содержит серу не более 0,020%, фосфор не более 0,025%, медь не более 0,15%. Повышается комплекс физико-механических свойств и эксплуатационная стойкость контррельсовых уголков. 2 табл.
Формула изобретения
Сталь для изготовления контррельсового уголка, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий, железо и примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит азот, хром, алюминий и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод | от более 0,60 до 0,75 |
марганец | 0,70-1,10 |
кремний | от более 0,39 до 0,60 |
хром | 0,20-0,60 |
алюминий | до менее 0,003 |
ванадий | от более 0,07 до 0,15 |
азот | от более 0,015 до 0,020 |
никель | 0,03-0,20 |
железо и примеси | остальное |
при этом в качестве примесей сталь содержит серу не более 0,020%, фосфор не более 0,025%, медь не более 0,15%.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой для изготовления контррельсового уголка.
Известна сталь марки Э68 [1], имеющая следующий химический состав (в мас.%):
углерод | 0,62-0,73 |
марганец | 0,70-1,00 |
кремний | 0,13-0,28 |
ванадий | 0,03-0,05 |
железо | остальное |
Существенным недостатком данной стали является ее пониженный комплекс физико-механических свойств.
Известна выбранная в качестве прототипа сталь [2], содержащая, мас.%:
углерод | 0,60-0,73 |
марганец | 0,70-1,00 |
кремний | 0,13-0,28 |
ванадий | 0,03-0,07 |
железо | остальное |
Существенным недостатком данной стали является недостаточная износостойкость контррельсового уголка.
Желаемым техническим результатом изобретения является повышение комплекса физико-механических свойств и соответственно эксплуатационной стойкости конррельсового уголка.
Для достижения этого сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий и железо, отличается тем, что она дополнительно содержит азот, хром, алюминий, никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод | от более 0,60 до 0,75 |
марганец | 0,70-1,10 |
кремний | от более 0,39 до 0,60 |
хром | 0,20-0,60 |
алюминий | до менее 0,003 |
ванадий | от более 0,07 до 0,15 |
азот | от более 0,015 до 0,020 |
никель | 0,03-0,20 |
железо | остальное |
При этом в качестве примесей сталь может содержать серу не более 0,020%, фосфора не более 0,025%, меди не более 0,15%.
Заявляемый химический состав стали подобран исходя из следующих предпосылок.
Выбранная концентрация углерода выбрана исходя из необходимости получения необходимого уровня твердости и прочности. При содержании менее 0,60% не достигается требуемого уровеня твердости и прочности, при содержании более 0,75% повышается вероятность хрупких разрушений.
Увеличение кремния до 0,60% повышает пределы текучести и прочности, при снижении кремния менее 0,39% наблюдается резкое снижение данных параметров.
Концентрация хрома выбрана исходя из обеспечения высокого сопротивления износу и высоких прочностных свойств, при этом снижение концентрации хрома менее 0,20% не позволяет обеспечить требуемую стойкость контррельсового уголка, а при повышении концентрации более 0,60% значительно возрастает стоимость стали при постоянных прочностных свойствах стали.
Содержание алюминия обусловлено, с одной стороны, получением мелкого действительного зерна, с другой - исключением недопустимых неметаллических включений.
Концентрация марганца в выбранных пределах обеспечивает достаточную износостойкость уголка. При содержании марганца менее 0,70% не обеспечивается твердость и прочность контррельсового уголка. При содержании марганца более 1,10% возрастает вероятность хрупких разрушений.
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 0,015% невозможно измельчения зерна и, соответственно, не обеспечивается необходимое упрочнение стали, а при более 0,020% возможны случаи пятнистой ликвации и «азотного» кипения (пузыри 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.
Концентрация никеля более 0,20% повышает вероятность получения недопустимых микроструктур, а снижение концентрации менее 0,03% снижает ударную вязкость стали.
Ограничение концентрации фосфора, серы и меди обусловлено улучшением качества поверхности готовой продукции после прокатки и повышения ее физико-механических свойств.
Серия опытных плавок была проведена в дуговых печах ДСП-100И7. Химический состав приведен в таблице 1. После разливки стали на МНЛЗ осуществляли прокатку контррельсового уголка типа СП850. Результаты испытаний механических свойств в горячекатаном состоянии в сравнении с прототипом, представленные в таблице 2, показывают, что заявляемый химический состав обеспечивает повышение механических свойств уголка и соответственно его эксплуатационную стойкость.
Таблица 2 | |||
Механические свойства стали | |||
Состав | Предел прочности, Н/мм2 | Относительное удлинение, % | Твердость, НВ |
1 | 900 | 13 | 300 |
2 | 1100 | 15 | 302 |
3 | 1210 | 14 | 311 |
4 | 980 | 16 | 300 |
5 | 1220 | 14 | 321 |
6 | 1100 | 15 | 302 |
прототип | 900 | 8 | 220-280 |
Источники информации
1. ГОСТ 9960-85 «Остряковые рельсы. Технические условия».
2. ТУ 0921-245-01124323-2007.