CZ156894A3

CZ156894A3 - Steel for railway vehicle wheels, particularly for railway wheel tyres

Info

Publication number: CZ156894A3
Application number: CZ941568A
Authority: CZ
Inventors: Jiri Ing Jurecek; Rudolf Faja
Original assignee: Zdb
Priority date: 1994-06-27
Filing date: 1994-06-27
Publication date: 1996-01-17
Also published as: WO1996000311A3; WO1996000311A2

Description

Oblast techniky

	C	Ό		o>
“O	r~‘	oo	řo
Xk	>	ca		CJ
r*'	co	2 C-	>1;
	—(	.??	σ < o czx		o<
	o	c 0	r—
	—i	< m	lD ⁰
	<	OH	r-	ro

Řešeni se týká chemického složení oceli pro kola kolejových vozidel, zejména pak pro obruče železničních kol a následného tepelného zpracování této oceli, kterým se dosahuje požadovaných mechanických a metalografických vlastností konečného výrobku. Jednotlivé jakosti ocelí přitom musí splňovat požadavky dané pro tuto oblast mezinárodními předpisy.

Dosavadní stav techniky obsahuj icích elezníčních kol jsou doposud kromě železa v % hmotnosti 0 vy rá bé ny z ocelí .60 % nebo 0,65 % uhlíku, 0,30 manganu, 0,40 % křemíku, 0

030 % íos íoru,

0,03 0 % s í ry, 0,30 : molybdénu a 0,080 % rn=í.X í HlÁl Γί$ P'~-'VOÍ % chrómu vanadu, obsah je , 0,30 % niklu, přičemž všechny dnot1 ivých prvků

0,30 % médi, 0,080 údaj e představuj i . Způsob tepelného '•3 zpracováni je závislý na obsahu uhlíku a manganu v oceli. Doposud se u oceli s obsahem uhlíku maximáiné 0,60 % hmotnosti provádí ohřev ná kalicí teplotu 820 až 370 °C, po kterém následuje chlazeni ve vodě po dobu 50 až 120 sekund a popouštění po dobu 4 až 5 hodin na teploté 500 až 610 °C.

Ocel s tímto sloužením a tepelným zpracováním má mez pevnosti 800 až 920 MPa, tažnost minimálně 14 % a vrubovou houževnatost¹'

J.

U oceli s obsahem uhlíku maximáiné 0,65 % hmotnosti je kalicí teplota 370 °C, doba ochlazování ve vodé se pohybuje v rozmezí od 110 do 220 sekund a popoušténí probíhá po dobu 4 až 5 hodin na teploté 490 až 510 °C. U této oceli je mez pevnosti 920 až 1050 MPa, tažnost minimálně 12 % a vrubová houževnatost 10 J.

Nevýhodou těchto doposud používaných tepelně zpracovaných ocelí je, že mají vlivem malé prokalitelnosti značný gradient mechanických a metalografických vlastností, například rozdíl tvrdosti materiálu v hloubce 5 mm a 35 mm pod povrchem je 45 až 50 HB. Při současném způsobu namáhání kol, to je při vysokých rychlostech, velkých nápravových tlacích, intenzivním brzděni, tepelném namáhání a podobně již vlastnosti doposud používáných ocelí nevyhovují. Dochází k vydrolování materiálu z vnějšího obvodu obruče kola, které způsobuje kontaktní únava materiálu, mechanické opotřebení kol je vysoké, materiál má náchylnost k lomu a zkracuje se tak životnost součásti i bezpečnost provozu.

Při zvýšení obsahu uhlíku u kalených ocelí nad hodnotu 0,60 hmotnosti a při mezi pevnosti nad 1030 MPa se zvyšuje riziko lomů materiálu, což nevyhovuje bezpečnostnímu hledisku a naopak, při snížení obsahu uhlíku pod 0,50 % hmotnosti a mezi pevnosti pod 850 MPa se podstatně snižuje kontaktní únava materiálu a odolnost proti opotřebeni.

*

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky ocelí pro kola kolejových vozidel, zejména pro obruče železničních kol, do značné míry odstraňuje ocel, jejiž podstata spočívá v tom, že obsahuje kromě železa v % hmotnosti 0,53 až 0,65 % uhlíku, 0,75 až 0,90 % manganu,

0,25- 'ažO7-40-:%-’'křemí’ku’r^,maximál'ně⁼OTO03⁼?á ”í os i ořů; “maximálně 0,005 % siry, 0,10 až 0,20 % niklu, 0,90 až 1,10 % chrómu,

0,070 až 0,150 % molybdénu, 0,070 až 0,120 % vanadu, minimálně 0,014 % hliníku a která je tepelně zpracována tak, že po ohřevu po dobu 4 až 5 hodin na teplotu 300 až 315 °C a výdrži 2 hodiny na této teplotě je po dobu 120 až 150 sekund ochlazována v cirkulující vodě o teplotě 50 až 70 °C a poté je popouštěna po dobu 4 až 4,5 hodin na teplotě 630 až 650 °C s konečným dochlazením rychlostí 50 °C za hodinu. Konkrétní způsob tepelného zpracování oceli závisí na jejím konkrétním chemickém složení, zejména na obsahu uhlíku, manganu, chrómu, molybdénu a vanadu.

Výhodou této oceli, po jejimž tepelném zpracování je výsledná mikrostruktura tvořena bainitem a zčásti eutektoidním perlitem, jsou její mechanické a metalografické vlastnosti, které zvyšují kontaktní únavu materiálu a odolnost proti opotřebení, ale zároveň nezvyšují náchylnost k lomu materiálu. Zvyšuje se tak jak životnost součástí, tak i bezpečnost celého zařízení, kde jsou kola používaná.

Tyto výhodné vlastnosti jsou dány rovnoměrností struktury mezi povrchem materiálu a jeho středem, kde například rozdíl tvrdosti v hloubce 5 mm a 35 mm pod povrchem je maximálně 20 KB.

Mez kluzu dosahuje úrovně 75 až 30 % meze pevnosti, která je závislá na obsahu uhlíku v oceli a tepelném zpracování. Při obsahu uhlíku 0,53 až 0,62 .¾ hmotnosti dosahuje mez pevnosti hodnot 300 až 1000 MPa a při obsahu uhlíku 0,60 až 0,65 % hmotnosti pak hodnot 330 až 1030 MPa, přičemž vrubová houževnatost je vždy minimálně 20 J a tažnost minimálně 14

Příklady provedení vynálezu

Příkladem provedeni vynálezu je ocel, která obsahuje kromě železa-v^procentech^hmotnost i₌,0, &4_jfe__uhl iku, 0,31 SS manganu,

0,33 % křemíku, 0,003 íosíoru, 0,005 .¾ síry, 0,12 % niklu,

1,08 % chrómu, 0,03 % molybdénu, 0,11 % vanadu, 0,018 % hliníku a která je tepelně zpracována tak, že po ohřevu po dobu 4 hodin na teplotu 300 °C a výdrži 2 hodiny na této teplotě je ochlazována v cirkulující vodě o teplotě 50 °C po dobu 150 sekund a poté

popouštěna po dobu 4 hodin na teplotě 650 °C s konečným dochiazením rychlosti 50 °C za hodinu.

Tato ocel má výslednou mez pevnosti 1036 MPa. mez klusu 315 MPa. tažnost 16 %. vrubovou houževnatost 21 J a rozdíl tvrdosti v hloubce 5 mm a 35 mm pod povrchem 3 HB.

Dalším příkladem provedeni je ocel, kt-erá obsahuje kromě železa v procentech hmotnosti 0,60 % uhlíku, 0,85 % manganu,

0,33 % křemíku, 0,008 % fosforu, 0,005 % síry, 0,12 % niklu,

0,95 & chrómu, 0,11 % molybdénu, 0,09 % vanadu, 0,014 % hliníku. Ocel je tepelně zpracována tak, že po ohřevu po dobu 4,5 hodiny na teplotu 810 °C a výdrži 2 hodiny na této teplotě je ochlazována v cirkulující vodě o teplotě 60 °C po dobu 120 sekund a F-oté popouštěna po dobu 4 hodin na teplotě 640 °C s následným dochlazenim rychlostí 50 °C za hodinu.

Tato ocel má výslednou mez pevnosti 990 MPa, mez klusu 780 MPa, tažnost 16 %, vrubovou houževnatost 22 J a rozdíl tvrdosti v hloubce 5 mm a 35 mm pod povrchem 10 HB.

Průmyslová využitelnost

Tepelně zpracovaná ocel daného chemického složeni podle vynálezu je vhodná pro výrobu kol kolejových vozidel, hlavně však na obruče železničních kol, to je na tu část kol, přichází do styku s kolejnicemi.

která

Claims

NÁROKY

Ocel pro kola kolejových vozidel; zejména pro obruče železničních kol, vyznačující se -tím, že obsahuje kromě železa v % hmotnosti 0,53 až 0,55 uhlíku; 0,75 až 0,90 % manganu;

0,25 až 0,40 & křemíku; maximálně 0,008 % fosforu; maximálně

0,070 až 0,150 % molybdénu; 0,070 až 0,120 % vanadu; minimálně 0,014 % hliníku a je tepelně zpracována tak, že po ohřevu po dobu 4 až 5 hodin na teplotu 800 až 815 °C a výdrži 2 hodiny na této teplotě je po dobu 120 až 150 sekund ochlazována v cirkulující vodě o teplotě 50 až 70 °C a poté popouštěna po dobu 4 až 4,5 hodiny na teplotě 630 až 650 °C s následným dochlazenim rychlostí 50 °C za hodinu.