CZ2018364A3 - Bainitic steel with increased contact-fatigue resistance - Google Patents

Bainitic steel with increased contact-fatigue resistance Download PDF

Info

Publication number
CZ2018364A3
CZ2018364A3 CZ2018-364A CZ2018364A CZ2018364A3 CZ 2018364 A3 CZ2018364 A3 CZ 2018364A3 CZ 2018364 A CZ2018364 A CZ 2018364A CZ 2018364 A3 CZ2018364 A3 CZ 2018364A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
steel
weight
fatigue
contact
bainitic
Prior art date
Application number
CZ2018-364A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ308108B6 (en
Inventor
Bohumil Culek
Eva SCHMIDOVÁ
Original Assignee
Univerzita Pardubice
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univerzita Pardubice filed Critical Univerzita Pardubice
Priority to CZ2018-364A priority Critical patent/CZ2018364A3/en
Publication of CZ308108B6 publication Critical patent/CZ308108B6/en
Publication of CZ2018364A3 publication Critical patent/CZ2018364A3/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/08Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/14Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/26Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/32Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with boron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/34Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/54Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese

Abstract

Bainitická ocel se zvýšenou kontaktně-únavovou odolností a obsahující C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, B, Nb, Al a Ti, kde podstata vynálezu spočívá v tom, že ocel obsahuje :0,15 až 0,25 % hmotnostních C,1,3 až 1,8 % hmotnostních Si,1,7 až 2,2 % hmotnostních Mn,nejvýše 1,5 % hmotnostních Cr,nejvýše 1,5 % hmotnostních Ni,0,20 až 0,50 % hmotnostních Mo,a dále obsahuje následující prvky mající mikrolegující vlastnosti:0,001 až 0,005 % hmotnostních B,0,02 až 0,06 % hmotnostních Nb,nejvýše 0,04 % hmotnostních Al,nejvýše 0,04 % hmotnostních Ti,zbývající část až do 100 % hmotnostních je železo a nevyhnutelné nečistoty.Bainitic steel with increased contact-fatigue resistance and containing C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, B, Nb, Al and Ti, wherein the steel consists of: 0.15 to 0.25% by weight C, 1.3 to 1.8% Si, 1.7 to 2.2% Mn, at most 1.5% Cr, at most 1.5% Ni, 0.20 to 0.50% Mo and further comprising the following elements having micro-alloying properties: 0.001 to 0.005% by weight of B, 0.02 to 0.06% by weight of Nb, at most 0.04% by weight of Al, at most 0.04% by weight of Ti, the remainder up to 100% weight is iron and unavoidable impurities.

Description

CZ 2018 - 364 A3CZ 2018-364 A3

Bainitická ocel se zvýšenou kontaktně-únavovou odolnostíBainitic steel with increased contact-fatigue resistance

Oblast technikyTechnical field

Předkládaný vynález spadá do oblasti zpracování slitin železa a týká se bainitické oceli se zvýšenou kontaktně-únavovou odolností, určené zejména pro kola kolejových vozidel.The present invention is in the field of processing of iron alloys and relates to bainitic steel with increased contact-fatigue resistance, especially intended for wheels of rail vehicles.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Při provozu kolejových vozidel dochází v místě kontaktu kol a kolejnic ke komplexnímu zatížení materiálů, což způsobuje kombinaci jejich adhesivního, abrazivního a kontaktně-únavového opotřebení. Kritickým mezním stavem materiálu kol z hlediska bezpečnosti provozu je povrchová iniciace únavových trhlin, které jsou dále rozvíjeny do typických kontaktněúnavových vad pojezdových ploch. Další rozvoj těchto vad má za následek vydrolování materiálu z povrchu. Ve větším rozsahu poškození materiálu dochází k příčném větvení povrchově iniciovaných trhlin, následnému radiálnímu rozvoji těchto trhlin a limitně k provozním lomům kol. Potlačení iniciace povrchových trhlin, respektive zpomalení jejich dalšího rozvoje, je proto zásadní otázkou bezpečnosti použitého materiálu v daných provozních podmínkách. Stávající standardizované materiály kol jsou kategorizovány podle statické pevnosti, garantované tažnosti a rázové houževnatosti, přičemž statická pevnost se zvyšuje s rostoucím obsahem uhlíku, a to kupříkladu od 0,48 % C u oceli Bis pevností v rozmezí 600 až 720 MPa do 0,65 % C u oceli B6 s pevností v rozmezí 920 až 1050 MPa. Jedná se o oceli s limitovaným obsahem legujících prvků, například pro variantu s nejvyšší pevností R8T je maximální obsah uhlíku 0,6 %, manganu 0,80 %, křemíku 0,40 % a součet obsahů chrómu, molybdenu a niklu je nejvýše 0,5 %. Všechny pevnostní varianty představují oceli s perlitickou mikrostrukturou, s různým podílem proeutektoidního feritu podle pevnostní kategorie. Zvyšování kontaktně-únavové odolnosti je dosahováno mikrolegováním, nebo tepelným zpracováním pro snížení mezilamelámí vzdálenosti perlitu, které vede ke zvýšení meze únavy, ale principiálně neumožňuje zvýšit houževnatost. Vysoký obsah uhlíku u těchto typů ocelí způsobuje velkou citlivost na teplotní zatížení, kdy nelze zabránit nežádoucímu zakalení povrchových vrstev při prokluzech v kontaktu, které není možné v reálném provozu vyloučit. Obsah uhlíku je rovněž limitující z hlediska svařitelnosti, tj. v dané aplikaci omezuje možnost renovací profilů kupř. tramvajových kol. Současné poznatky ukazují, že perlitické oceli mají z hlediska dalšího zvyšování odolnosti proti opotřebení a současně únavovému poškozování v daných podmínkách principiálně limitované možnosti; řešení problému tedy vyžaduje vývoj alternativních ocelí na jiné strukturní bázi.In the operation of rail vehicles, there is a complex load of materials at the point of contact of the wheels and rails, causing a combination of their adhesive, abrasive and contact-fatigue wear. The critical limit state of the wheel material in terms of operational safety is the surface initiation of fatigue cracks, which are further developed into typical contact-fatigue defects of the running surfaces. Further development of these defects results in peeling of the material from the surface. In a greater extent of material damage transversal branching of surface-initiated cracks occurs, followed by radial development of these cracks and, to a limited extent, to operational wheel fractures. Suppressing the initiation of surface cracks or slowing down their further development is therefore a fundamental question of the safety of the material used under the given operating conditions. Existing standardized wheel materials are categorized according to static strength, guaranteed ductility and impact strength, and the static strength increases with increasing carbon content, for example from 0.48% C for Bis steel with strengths ranging from 600 to 720 MPa to 0.65% C for B6 steel with strength between 920 and 1050 MPa. These are steels with a limited content of alloying elements, for example for the variant with the highest strength R8T the maximum content of carbon is 0.6%, manganese 0.80%, silicon 0.40% and the sum of chromium, molybdenum and nickel content is at most 0.5 %. All strength variants are steels with pearlitic microstructure, with different proportion of proeutectoid ferrite according to strength category. Increasing the contact-fatigue resistance is achieved by microalloying or by heat treatment to reduce the intermellar distance of the perlite, which leads to an increase in the fatigue limit, but in principle does not make it possible to increase the toughness. The high carbon content of these types of steels causes a high sensitivity to thermal load, where it is not possible to prevent undesirable turbidity of the surface layers in contact slippages, which cannot be eliminated in real operation. The carbon content is also limiting in terms of weldability, ie in the application it limits the possibility of renovating profiles, for example. tram wheels. Recent findings show that pearlitic steels have, in principle, limited possibilities in terms of further enhancing wear resistance and fatigue damage under given conditions; solving the problem therefore requires developing alternative steels on a different structural basis.

Zvýšenou odolnost proti kontaktní únavě řeší oceli s bainitickou strukturou. Bainitické karbidické oceli mají ve srovnání s perlitickými podstatně vyšší intenzitu opotřebení, což má pozitivní efekt založený na skutečnosti, že akumulované únavové poškození je průběžně odstraňováno a potlačuje tak extensivní rozvoj únavových trhlin. Materiály tohoto typu mají ale omezené možnosti z hlediska houževnatosti. Aktuální vývoj bainitických ocelí se orientuje na bezkarbidické bainitické oceli, zejména oceli s velice jemnými deskami bainitického feritu a uhlíkem obohaceného austenitu.Steel with a bainitic structure solves increased resistance to contact fatigue. Bainitic carbide steels have a significantly higher wear rate compared to pearlitic steels, which has a positive effect based on the fact that accumulated fatigue damage is continually removed, thus suppressing the extensive development of fatigue cracks. However, materials of this type have limited possibilities in terms of toughness. The current development of bainitic steels is oriented towards carbide-free bainitic steels, especially steels with very fine plates of bainitic ferrite and carbon-enriched austenite.

Patent EP 0804623 Bl představuje vynález bezkarbidické bainitické oceli pro výrobu kolejnic se zvýšenou odolností proti opotřebení a současně kontaktně-únavovou odolností, která obsahuje 0,05 až 0,50 % C; 1,00 až 3,00 % Si a/nebo AI; 0,5 až 2,5 % Mn; 0,25 až 2,5 % Cr; max. 3 % Ni; max. 0,025 % S; max. 1,00 % W; max. 1,00 % Mo; max. 3,00 % Cu; max. 0,10 % Ti; max. 0,50 % V a max. 0,005 % B. Zbytek tvoří Fe a nečistoty. Kontinuálním ochlazováním z válcovacích teplot je dosaženo bezkarbidické struktury se zvýšenou kontaktně-únavovou pevností, tažnosti a lomovou houževnatostí a zároveň obdobné nebo lepší odolností proti opotřebení ve srovnání s tepelně zpracovanými perlitickými kolejnicemi. V dokumentu CN 106191665 je popsán vynález bainitické oceli a výrobního postupu pro kola kolejovýchPatent EP 0804623 B1 discloses an inventive carbide-free bainitic steel for the production of rails with increased wear resistance and at the same time contact-fatigue resistance comprising 0.05 to 0.50% C; 1.00 to 3.00% Si and / or Al; 0.5 to 2.5% Mn; 0.25 to 2.5% Cr; max 3% Ni; max. 0.025% S; max 1.00% W; max 1.00% Mo; max 3.00% Cu; max 0.10% Ti; max. 0.50% V and max. 0.005% B. The rest is Fe and impurities. Continuous cooling from rolling temperatures results in a carbide-free structure with increased contact-fatigue strength, ductility and fracture toughness, as well as similar or better wear resistance compared to heat treated pearlitic rails. CN 106191665 discloses the invention of bainitic steel and a manufacturing process for rail wheels

- 1 CZ 2018 - 364 A3 vozidel se zvýšenou pevností, houževnatostí a odolnosti proti tepelně indukovaným trhlinám, která obsahuje 0,10 až 0,40 % C; 1,00 až 2,00 % Si; 1,00 až 2,50 % Mn; 0,20 až 1,00 % Cu; 0,0001 až 0,035 % B; 0,10 až 1,00 % Ni; max. 0,020 % P a max. 0,020 % S. Zbytek je tvořen Fe a nečistotami. Postup zahrnuje proces tepelného zpracování, zabezpečující cílenou bezkarbidickou strukturu jednotlivých částí profilu kola. Patent EP 2614171 B1 popisuje tzv. super-bainitickou vysokouhlíkovou ocel použitelnou zejména pro pancéřování a způsob její výroby. Pro stejnou aplikaci je určena ocel uvedená ve spise EP 2310545 Bl, kde se jedná o vysokouhlíkovou variantu bainitické oceli s obsahem uhlíku 0,6 až 1,1 %, ve které je superbainitické struktury dosaženo izotermicky při velice dlouhých dobách ohřevu, což je pro aplikaci na kola kolejových vozidel nereálné. Patent EP 1538231 představuje vynález mikrolegované bainitické oceli pro kola kolejových vozidel s vysokou odolností proti únavě a kontaktní únavě, obsahující maximálně 1,2 % Si, maximálně 1,5 % Mn a řadu mikrolegur, kterými jsou Nb, V, Zr, AI, Ti, Ca, B a N.Vehicles with increased strength, toughness and resistance to thermally induced cracks containing 0.10 to 0.40% C; 1.00 to 2.00% Si; 1.00 to 2.50% Mn; 0.20 to 1.00% Cu; 0.0001 to 0.035% B; 0.10 to 1.00% Ni; 0.020% P max and 0.020% S max. The remainder consists of Fe and impurities. The process comprises a heat treatment process ensuring a targeted carbide-free structure of the individual parts of the wheel profile. Patent EP 2614171 B1 discloses so-called super-bainitic high carbon steel, particularly useful for armor plating and a process for its manufacture. For the same application, the steel disclosed in EP 2310545 B1 is a high carbon variant of bainitic steel with a carbon content of 0.6 to 1.1%, in which the superbainitic structure is achieved isothermally at very long heating times, which is on wheels of rail vehicles unrealistic. Patent EP 1538231 represents the invention of microalloyed bainitic steel for wheels of rail vehicles with high resistance to fatigue and contact fatigue, containing a maximum of 1.2% Si, a maximum of 1.5% Mn and a number of micro-steels, which are , Ca, B and N.

Dosud známé materiály na bainitické strukturní bázi jsou vyvinuty přednostně pro kolejnicové profily, kdy jejich chemické složení zohledňuje odpovídající možnosti režimu tváření, resp. tepelného zpracování včetně podmínek ochlazování. Oceli, primárně určené pro výrobu kol kolejových vozidel, svou chemickou podstatou vyžadují komplexní tepelné zpracování pro dosažení požadované struktury a tím i mechanických parametrů materiálu.The previously known bainitic structural-based materials are preferably developed for rail profiles, where their chemical composition takes into account the corresponding possibilities of the forming regime, respectively. heat treatment including cooling conditions. The steels, primarily intended for the production of wheels of rail vehicles, by their chemical nature require a complex heat treatment to achieve the required structure and thus the mechanical parameters of the material.

Cílem předloženého vynálezu je představit novou ocel, vhodnou pro kola kolejových vozidel, která svým chemickým složením v kombinaci s postupem tváření na daný profil zabezpečuje ve srovnání se stávajícími normovanými materiály zvýšení kontaktně-únavové odolnosti ve smyslu potlačení iniciace kontaktně-únavových vad, snížení opotřebení a zvýšení bezpečnosti proti teplotním rázům v kontaktu.It is an object of the present invention to provide a new steel suitable for rail vehicle wheels which, by its chemical composition in combination with the profile forming process, provides an increase in contact-fatigue resistance in comparison with existing standard materials in terms of suppression of contact-fatigue defect Increased safety against contact shock.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Stanoveného cíle je dosaženo vynálezem, kterým je bainitická ocel se zvýšenou kontaktně únavovou odolností a obsahující C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, B, Nb, AI a Ti, kde podstata vynálezu spočívá v tom, že ocel obsahuje 0,15 až 0,25 % hmotnostních C, 1,3 až 1,8 % hmotnostních Si, 1,7 až 2,2 % hmotnostních Mn, nejvýše 1,5 % hmotnostních Cr, nejvýše 1,5 % hmotnostních Ni, 0,20 až 0,50 % hmotnostních Mo, a dále obsahuje následující prvky mající mikrolegující vlastnosti, a to 0,001 až 0,005 % hmotnostních B, 0,02 až 0,06 % hmotnostních Nb, nejvýše 0,04 % hmotnostních AI, nejvýše 0,04 % hmotnostních Ti, a zbývající část až do 100 % hmotnostních je železo a nevyhnutelné nečistoty.This object is achieved by the invention, which is a bainitic steel with increased contact fatigue resistance and containing C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, B, Nb, Al and Ti, wherein the principle of the invention is that the steel contains 0.15 up to 0.25 wt% C, 1.3 to 1.8 wt% Si, 1.7 to 2.2 wt% Mn, not more than 1.5 wt% Cr, not more than 1.5 wt% Ni, 0.20 to 0.2 wt% 0.50% Mo, and further comprises the following elements having micro-alloying properties, namely 0.001 to 0.005% B, 0.02 to 0.06% Nb, at most 0.04% Al, at most 0.04% Those, and the remainder up to 100% by weight are iron and unavoidable impurities.

Předkládaným vynálezem se dosahuje nového a vyššího účinku v tom, že je dosaženo specifické mikrostruktury, sestávající z bainitického feritu, martenzitu a stabilizovaného austenitu, a to v kombinaci vysoce pevné báze a záměrně zvýšeným podílem netransformovaného austenitu, který pod napětím transformuje na martenzit, přičemž podíl uhlíkem stabilizovaného austenitu zvyšuje deformační zpevnění této komplexní struktury při provozním zatížení. Vlivem kontaktně-únavového zatížení tak dochází k podpoře heterogenity struktury, kdy řízenou fázovou změnou bloků uhlíkem obohaceného austenitu na martenzit je vyvoláno průběžné zpevnění povrchové vrstvy. Předkládaná bainitická ocel má možnost regulace citlivosti k opotřebení při vyšší tvrdosti ve srovnání se standardní perlitickou ocelí, přičemž tato regulace vychází z průběžného zpevňování povrchu v závislosti na charakteru zatížení. Se zvyšující se dynamickou (rázovou) složkou pak stoupá deformační zpevnění.The present invention achieves a new and higher effect by providing a specific microstructure consisting of bainitic ferrite, martensite and stabilized austenite, in a combination of a high strength base and a deliberately increased proportion of untransformed austenite, which transforms under tension to martensite, carbon-stabilized austenite increases the strain hardening of this complex structure under operational load. Due to the contact-fatigue load, the heterogeneity of the structure is promoted, whereby a controlled phase change of the blocks of carbon-enriched austenite to martensite induces continuous strengthening of the surface layer. The present bainitic steel has the possibility to control the wear sensitivity at higher hardness compared to standard pearlitic steel, which regulation is based on the continuous hardening of the surface depending on the nature of the load. As the dynamic (impact) component increases, the strain hardening increases.

Takto připravená bainitická ocel vykazuje mez pevnosti Rm minimálně 1200 MPa, mez kluzu RPo,2 minimálně 800 MPa, tažnost A minimálně 16%, houževnatost KU minimálně 25 J a dynamickou lomovou houževnatost KCdyn nejméně 80 MPa*Vňi přičemž vykazuje kontaktně únavové opotřebení za podmínek odpovídajících normálovému kontaktnímu tlaku 950 MPa a podélnému skluzu 2 % o minimálně 60 % nižší ve srovnání se standardní ocelí pro kolaThe bainitic steel prepared in this way has a yield strength Rm of at least 1200 MPa, a yield strength R P0 of 2 of at least 800 MPa, an elongation of A of at least 16%, a KU toughness of at least 25 J and a dynamic fracture toughness of KCdyn of at least 80 MPa. conditions corresponding to a normal contact pressure of 950 MPa and a longitudinal chute of 2% at least 60% lower compared to standard wheel steel

-2CZ 2018 - 364 A3 kolejových vozidel nejvyšší pevnostní kategorie.-2GB 2018 - 364 A3 rolling stock of the highest strength category.

Popsané příklady konkrétního provedení v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, ale jen objasňují podstatu vynálezu.The described examples of a particular embodiment do not in any way limit the scope of protection given in the definition, but merely illustrate the nature of the invention.

Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Příklad 1Example 1

Byla připravena ocel podle vynálezu o složení referenční tavby uvedené v tabulce 1, kdy zbytek do 100 % je tvořen železem a nečistotami.A steel according to the invention was prepared with the composition of the reference melt shown in Table 1, the remainder to 100% being iron and impurities.

Tabulka 1Table 1

prvek element C C Si Si Mn Mn Cr Cr Mo Mo Ni Ni AI AI B (B) Nb Nb Ti Ti hmotn. % wt. % 0,20 0.20 1,52 1.52 1,81 1.81 0,12 0.12 0,42 0.42 0,087 0,087 0,040 0.040 0,003 0.003 0,038 0,038 0,001 0.001

Připravená ocel vykazuje parametry uvedené v tabulce 2, ve které je provedeno srovnání s ocelí ER9 podle požadavků normy EAN 13262, kde Rpo,2 je mez kluzu, Rm je mez pevnosti, A je tažnost, KU je houževnatost, KCdyn je dynamická lomová houževnatost měřená v tahu a Mp je kontaktně - únavové opotřebení.The prepared steel has the parameters given in Table 2, which is compared to the ER9 steel according to the requirements of EAN 13262, where R p o, 2 is the yield strength, Rm is the yield strength, A is the ductility, KU is toughness, KCdyn is dynamic fracture the tensile strength measured and M p is contact - fatigue wear.

Tabulka 2Table 2

Rp0,2 [MPa] Rp0.2 [MPa] Rm [MPa] Rm [MPa] A [%] A [%] KU [J] KU [J] KCdyn [MPa. VmKC dy n [MPa. In m Ocel podle vynálezu Steel according to the invention 806 806 1228 1228 17,6 17.6 29 29 92 92 Ocel ER9 dle ΕΝ 13262+A1 ER9 steel according to EN 13262 + A1 min. 580 min. 580 900-1050 900-1050 min. 12 min. 12 13 13 43143 1 '

υ hodnota z přímého měření výrobku υ value from direct product measurement

Při měření kontaktně-únavového opotřebení Mp referenčních vzorků, vyrobených z oceli podle vynálezu za podmínek odpovídajících normálovému kontaktnímu tlaku 950 MPa a podélnému skluzu 2 % při době zatížení 1 milionu, cyklů byla zjištěna hodnota Mp = 0,12 g/km, přičemž u referenčních vzorků, vyrobených z oceli ER9 byla zjištěna hodnota Mp = 0,34 g/km.When measuring the contact fatigue wear M p of the reference samples made of steel according to the invention under conditions corresponding to a normal contact pressure of 950 MPa and a longitudinal slip of 2% at a load time of 1 million cycles, M p = 0.12 g / km. M p = 0.34 g / km was found for reference samples made of ER9 steel.

Následující dva další příklady referenčních taveb s chemickým složením dle vynálezu (uvedeno v tabulce 3, 5) vykazují parametry, uvedené v tabulkách 4, 6.The following two additional examples of reference melts having a chemical composition according to the invention (shown in Tables 3, 5) show the parameters listed in Tables 4, 6.

Příklad 2Example 2

Tabulka 3Table 3

prvek element C C Si Si Mn Mn Cr Cr Mo Mo Ni Ni AI AI B (B) Nb Nb Ti Ti hmotn. % wt. % 0,198 0.198 1,44 1.44 1,98 1.98 0,18 0.18 0,48 0.48 0,042 0,042 0,028 0,028 0,004 0.004 0,034 0,034 0,012 0.012

-3CZ 2018 - 364 A3-3GB 2018 - 364 A3

Tabulka 4Table 4

Rp0,2 [MPa] Rp0.2 [MPa] Rm [MPa] Rm [MPa] A [%] A [%] KU [J] KU [J] KCdyn [MPa. s/mKC dy n [MPa. s / m Ocel 2 podle vynálezu Steel 2 according to the invention 876 876 1288 1288 18,4 18.4 39 39 87 87

Při měření kontaktně-únavového opotřebení Mp referenčních vzorků, vyrobených z oceli podle vynálezu s chemickým složením dle Tab.3 za podmínek odpovídajících normálovému kontaktnímu tlaku 950 MPa a podélnému skluzu 2 % při době zatížení 1 milionu cyklů byla zjištěna hodnota Mp= 0,116 g/km, přičemž u referenčních vzorků, vyrobených z oceli ER9 byla zjištěna hodnota Mp = 0,34 g/km.When measuring the contact-fatigue wear M of p reference samples made from steel according to the invention with a chemical composition according to Table 3 under conditions corresponding normálovému contact pressure of 950 MPa and a longitudinal slip of 2% at the time of a load of 1 million cycles has been detected value M p = 0.116 g M p = 0.34 g / km was found for reference samples made of ER9 steel.

Příklad 3Example 3

Tabulka 5Table 5

prvek element C C Si Si Mn Mn Cr Cr Mo Mo Ni Ni Al Al B (B) Nb Nb Ti Ti hmotn. % wt. % 0,21 0.21 1,56 1.56 2,01 2.01 0,38 0.38 0,41 0.41 0,013 0.013 0,012 0.012 0,0042 0,0042 0,040 0.040 0,023 0,023

Tabulka 6Table 6

Rp0,2 [MPa] Rp0.2 [MPa] Rm [MPa] Rm [MPa] A [%] A [%] KU [J] KU [J] KCdyn [MPa. s/m KCdyn [MPa. s / m Ocel 3 podle vynálezu Steel 3 according to the invention 920 920 1354 1354 16 16 35 35 97 97

Při měření kontaktně-únavového opotřebení Mp referenčních vzorků, vyrobených z oceli podle vynálezu s chemickým složením dle Tab.5 za podmínek odpovídajících normálovému kontaktnímu tlaku 950 MPa a podélnému skluzu 2 % při době zatížení 1 milionu cyklů byla zjištěna hodnota Mp= 0,104 g/km, přičemž u referenčních vzorků, vyrobených z oceli ER9 byla zjištěna hodnota Mp = 0,34 g/km.When measuring the contact fatigue wear M p of the reference specimens made of the steel of the invention with a chemical composition according to Tab.5 under conditions corresponding to a normal contact pressure of 950 MPa and a 2% longitudinal chute of 1 million cycles, M p = 0.104 g M p = 0.34 g / km was found for reference samples made of ER9 steel.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Vynález je určený pro využití v oblasti dopravy, zejména pro výrobu kol kolejových vozidel pro železniční a tramvajovou dopravu.The invention is intended for use in the field of transport, in particular for the manufacture of wheels of rail vehicles for railway and tramway transport.

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims (1)

1. Bainitická ocel se zvýšenou kontaktně-únavovou odolností a obsahující C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, B, Nb, Al a Ti, vyznačující se tím, že obsahuje:1. Bainitic steel with increased contact-fatigue resistance and comprising C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, B, Nb, Al and Ti, characterized in that it comprises: -4CZ 2018 - 364 A3-4GB 2018 - 364 A3 0,15 až 0,25 % hmotnostních C,0.15 to 0.25% by weight of C, 1,3 až 1,8 % hmotnostních Si,1.3 to 1.8% Si, 1,7 až 2,2 % hmotnostních Mn, nejvýše 1,5 % hmotnostních Cr,1.7 to 2.2% by weight of Mn, not more than 1.5% by weight of Cr, 5 nejvýše 1,5 % hmotnostních Ni,5 not more than 1.5% by weight of Ni, 0,20 až 0,50 % hmotnostních Mo, a dále obsahuje následující prvky mající mikrolegující vlastnosti:0.20-0.50% Mo, and further comprises the following elements having micro-alloying properties: 0,001 až 0,005 % hmotnostních B,0.001 to 0.005% by weight of B, 0,02 až 0,06 % hmotnostních Nb, to nejvýše 0,04 % hmotnostních AI, nejvýše 0,04 % hmotnostních Ti, zbývající část až do 100 % hmotnostních je železo a nevyhnutelné nečistoty.0.02 to 0.06 wt% Nb, not more than 0.04 wt% Al, not more than 0.04 wt% Ti, the remainder up to 100 wt% are iron and unavoidable impurities.
CZ2018-364A 2018-07-20 2018-07-20 Bainitic steel with increased contact-fatigue resistance CZ2018364A3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018-364A CZ2018364A3 (en) 2018-07-20 2018-07-20 Bainitic steel with increased contact-fatigue resistance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018-364A CZ2018364A3 (en) 2018-07-20 2018-07-20 Bainitic steel with increased contact-fatigue resistance

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ308108B6 CZ308108B6 (en) 2020-01-08
CZ2018364A3 true CZ2018364A3 (en) 2020-01-08

Family

ID=69140747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2018-364A CZ2018364A3 (en) 2018-07-20 2018-07-20 Bainitic steel with increased contact-fatigue resistance

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2018364A3 (en)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU663023B2 (en) * 1993-02-26 1995-09-21 Nippon Steel Corporation Process for manufacturing high-strength bainitic steel rails with excellent rolling-contact fatigue resistance
GB2297094B (en) * 1995-01-20 1998-09-23 British Steel Plc Improvements in and relating to Carbide-Free Bainitic Steels
CN101210302B (en) * 2006-12-25 2010-08-18 宝山钢铁股份有限公司 Middle and low carbon bainite high-strength high-ductility steel and manufacturing method thereof
GB2535782A (en) * 2015-02-27 2016-08-31 Skf Ab Bearing Steel
CN107406942B (en) * 2015-03-24 2019-10-18 杰富意钢铁株式会社 Tufftride steel and component and its manufacturing method
PT3168312T (en) * 2015-11-16 2019-07-16 Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steel Gmbh & Co Kg Engineering steel with bainitic structure, forged part produced therefrom and method for making a forged part
CN106755900B (en) * 2016-12-14 2018-10-12 内蒙古包钢钢联股份有限公司 High-strength and high ductility bainite rail and its in the cold technique of line traffic control
WO2018215813A1 (en) * 2017-05-22 2018-11-29 Arcelormittal Method for producing a steel part and corresponding steel part

Also Published As

Publication number Publication date
CZ308108B6 (en) 2020-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sahin et al. Wear behavior of austempered ductile irons with dual matrix structures
KR0157252B1 (en) High toughness and high strength untempered steel and processing method thereof
AU2014265214B2 (en) High strength steel exhibiting good ductility and method of production via quenching and partitioning treatment by zinc bath
EP3719149B1 (en) High-hardness steel product and method of manufacturing the same
AU2016374421A1 (en) Method for selecting rail steel and wheel steel
US9670570B2 (en) High carbon steel rail with enhanced ductility
CA2936780A1 (en) Rail and method for manufacturing same
RU2459009C2 (en) Rail steel with excellent combination of characteristics of wear resistance and fatigue strength at rolling contact
EP2812455A1 (en) Process for making a steel part, and steel part so obtained
US10400296B2 (en) Process of manufacturing a steel alloy for railway components
BR112018077232B1 (en) STEEL FOR SEAMLESS TUBE, SEAMLESS STEEL TUBE OBTAINED FROM THE SAID STEEL AND METHOD FOR PRODUCING THE STEEL TUBE
Prasad et al. Influence of austenitisation temperature on the structure and properties of weather resistant steels
EP1538231B1 (en) A microalloy bainitic steel with high resistance to fatigue and to fretting fatigue
CZ2018364A3 (en) Bainitic steel with increased contact-fatigue resistance
JPS6324045A (en) Wear resistant rail having high performance and superior capacity to stop propagation of unstable rupture
DK2785890T3 (en) RAIL STEEL WITH A UNIQUE COMBINATION OF WEAR PROPERTIES OF FATIGUE STRENGTH BY ROLLER CONTACT AND weldability
KR20110072857A (en) High carbon steel sheet superior in tensile strength and toughness and method for manufacturing the same
BR112019016481A2 (en) steel for the manufacture of a component by hot forming and use of the component
UA80110C2 (en) Steel, continuous wheel and wheel tyre for rail vehicles and method for producing of such construction elements
RU2634522C1 (en) Method for producing plated clad steel
JP7173366B2 (en) RAIL EXCELLENT IN FATIGUE CRACK PROPAGATION RESISTANCE AND PRODUCTION METHOD THEREOF
RU2369790C2 (en) Friction pair containing railroad rail and railroad wheel made out of steel
Morsy et al. Weldability of Dual Phase Steel Containing Boron
RU2633412C1 (en) Method for clad sheet steel production
Prakash et al. Study on Weldability of EN 10025-6 S550 QT Steel.

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20220720