PL234098B1 - Stal wielofazowa zwłaszcza do produkcji szyn normalnotorowych - Google Patents
Stal wielofazowa zwłaszcza do produkcji szyn normalnotorowych Download PDFInfo
- Publication number
- PL234098B1 PL234098B1 PL417742A PL41774216A PL234098B1 PL 234098 B1 PL234098 B1 PL 234098B1 PL 417742 A PL417742 A PL 417742A PL 41774216 A PL41774216 A PL 41774216A PL 234098 B1 PL234098 B1 PL 234098B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- steel
- less
- mass
- ferrite
- content
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 57
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 7
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 20
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims description 5
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 3
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 10
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 10
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 9
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QFGIVKNKFPCKAW-UHFFFAOYSA-N [Mn].[C] Chemical compound [Mn].[C] QFGIVKNKFPCKAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLOIXGFLXPCOGW-UHFFFAOYSA-N [Ti].[Sn] Chemical compound [Ti].[Sn] BLOIXGFLXPCOGW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 assuming that (wt% Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001887 electron backscatter diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/04—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rails
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest stal wielofazowa, przeznaczona zwłaszcza na szyny normalnotorowe, której głównym składnikiem strukturalnym jest bezwęglikowy ferryt bainityczny i związany z nim austenit resztkowy, a także ferryt allotrimorficzny, martenzyt samo - odpuszczony, charakteryzująca się tym, że zawartość ferrytu bainitycznego jest powyżej 70% obj. stali, ferrytu allotrimorficznego poniżej 10% obj. stali, martenzytu samo – odpuszczonego poniżej 10% obj. stali, austenitu resztkowego związanego z ferrytem bainitycznym - o zawartości węgla min. 1.25% mas. - powyżej 10% obj. stali. Ponadto ferryt bainityczny umacniany jest nano - cząstkami węglika TiC, a zawartość podstawowych pierwiastków w stali jest nie mniejsza niż: C - 0.15% mas., Si - 0.60% mas., Mn - 1.20% mas., Cr - 1.20% mas., Ni - 0.20% mas., Mo - 0.10% mas., a ponadto zawiera ona: Ti - 0.01 - 0.25% mas., przy spełnieniu zależności (% mas. Mo)/(%mas. Ti) > 1; Al - 0.01 - 0.80% mas; B - 0.001 - 0.003% mas., H2 ≤ 2 ppm, N ≤ 80 ppm, przy czym ilość poszczególnych składników jest w stosunku całkowitej masy stali wielofazowej.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest stal wielofazowa, której najważniejszym składnikiem strukturalnym jest bainit. Stal wielofazowa według wynalazku przeznaczona jest zwłaszcza do produkcji szyn normalnotorowych o podwyższonej trwałości eksploatacyjnej, oraz o podwyższonej odporności na rozwój wad kontaktowo-zmęcze niowych.
Sposób otrzymywania stali wielofazowej i jej skład został ujawniony na przykład w japońskim zgłoszeniu JP2009221909A, w którym zakres zawartości pierwiastków jest następujący: C mieści się w przedziale 0,01-0,3%, 0,01-0,5% Si, 0,01-3,0% Mn, 0,001-0,01% B, 0,001-0,01% N, 0,01-0,5% Al, 0,01-0,10% Ti, a także P, S i O w ilości nie większej niż 0,03%, 0,01% i 0,01% odpowiednio, wyrażone w % masowych, natomiast resztę składu stanowią nieuniknione zanieczyszczenia i Fe. Stal o takim składzie stosuje się do produkcji szyn normalnotorowych, łączonych z wykorzystaniem dyfuzji z udziałem fazy ciekłej. Skład stali wielofazowej, przeznaczonej na szyny kolejowe, został także ujawniony w japońskim zgłoszeniu JPH02133544A, w którym opisany został skład stali o wysokiej wytrzymałości, ciągliwości, odporności na zużycie, dobrej spawalności, odporności na pękanie i wysokiej hartowności kształtowanej poprzez dodatek składników stopowych oraz Ti, w celu wiązania N z uwagi na zawartość w stali B. Stal według wynalazku zawiera w % mas.: 0,50-0,85% C, 0,10-1,00% Si, 0,50-1,50% Mn, <0,035% P, <0,035% S, 0,05% Al i 0,0005-0,005% B, reszta Fe, z dodatkiem co najmniej jednego składnika poprawiającego hartowność, tj.: 0,05-1,50% Cr, 0,02-0,20% Mo, 0,01-0,10% V, 0,10-1,00% Ni oraz 0,005-0,50% Nb i 0,003-0,1% Ti niezależnie lub w kombinacji.
W związku ze wzrastającym obciążeniem torów i dużymi prędkościami ruchu, a więc i intensywnym zużywaniem się szyn, konieczna jest częsta ich wymiana ze względu na zachodzące procesy zużycia i inicjowanie wad kontaktowo-zmęczeniowych. Dla poprawy efektywności transportu kolejowego poprzez ograniczenie ilości wymienianych szyn, konieczne jest podwyższenie ich odporności na wyżej wymienione procesy.
W dotychczas ujawnionych rozwiązaniach wzrost odporności na zużycie samych szyn osiągano poprzez zastosowanie do ich wytwarzania stali bainitycznych oraz stali o składzie nadeutektoidalnym. Stosowano również obróbkę cieplną szyn ze stali perlitycznych węglowo-manganowych, powodującą zmniejszenie odległości międzypłytkowej cementytu, a także modyfikowano skład chemiczny tych stali, co również powoduje zmniejszenie odległości między płytkami cementytu.
Każda z wymienionych metod charakteryzuje się zaletami, jak i ograniczeniami. Szyny ze stali perlitycznych i nadeutektoidalnych wykazują dużą odporność na procesy zużycia, w mniejszym stopniu natomiast są odporne na powstawanie i rozwój wad kontaktowo-zmęczeniowych. Z kolei szyny ze stali bainitycznych charakteryzują się doskonałą odpornością na powstawanie i rozwój wad kontaktowo-zmęczeniowych, jednak ich odporność na procesy zużycia jest mniejsza w porównaniu z szynami o strukturze perlitycznej po obróbce cieplnej.
Celem wynalazku było zaprojektowanie składu oraz struktury stali wielofazowej przeznaczonej do produkcji szyn, poprzez odpowiedni dobór składu jakościowo-ilościowego stali, która to stal po chłodzeniu w powietrzu, bezpośrednio po procesie walcowania, wykazywałaby dużą odporność na powstawanie wad kontaktowo-zmęczeniowych i jednocześnie odporność na zużycie, pofałdowania oraz płynięcie plastyczne w obszarach główki szyny.
Przedmiotem wynalazku jest stal wielofazowa przeznaczona zwłaszcza do produkcji szyn normalnotorowych, charakteryzująca się tym, że zawartość wagowa poszczególnych pierwiastków wynosi: nie mniej niż 0,24% C, nie mniej niż 0,6% Si, nie mniej niż 1,2% Mn, nie mniej niż 1,2% Cr, nie mniej niż 0,2% Ni, nie mniej niż 0,10% Mo, 0,01-0,25% Ti przy założeniu, że (% wag, Mo)/(% wag. Ti) > 1, 0,01-0,80% Al, 0,001-0,003% B, H2 < 2 ppm oraz N < 80 ppm, przy czym zawartości dodatków stopowych i węgla spełnia następującą zależność 0,15 < C < 0, 77 · CE, gdzie CE jest stężeniem węgla w punkcie eutektoidalnym określonym następującą zależnością:
CE = 0,768 - 0,0522(%Mn) - 0,037(%Cr) - 0,113(%Si) - 0,012(%Mo) - 0,068(%Ni) - 0,006(%Cu) zaś zawartości Al, Si, Ti, C i N spełniają następujące ograniczenia:
[(%Al) + (%Si)]/%C > 2,5 oraz (%Ti)/[(%C) + 12/14(%N)] > 0,03.
Korzystnie, stal wielofazowa ma następujący objętościowy skład strukturalny: powyżej 70% ferrytu bainitycznego, poniżej 10% ferrytu allotrimorficznego, poniżej 10% martenzytu samoodpuszczonego, powyżej 10% austenitu resztkowego związanego z ferrytem bainitycznym - o zawartości C min. 1,25%, oraz nanocząstki węglika tytanu TiC, jako faza umacniająca ferryt bainityczny.
PL 234 098 B1
Korzystnie, temperatura początku przemiany bainitycznej Bs stali wielofazowej według wynalazku jest nie wyższa niż 460°C, a temperatura początku przemiany martenzytycznej Ms jest nie niższa niż 300°C.
Powyższe wzory określające zależności pomiędzy zawartościami poszczególnych składników mają na celu wyznaczenie konkretnych ilości pierwiastków w stali wielofazowej według wynalazku, i zostały opracowane w oparciu o badania doświadczalne przeprowadzone na grupie 30 wytopów.
Wynikiem spełnienia założeń zdefiniowanych za pomocą uprzednio wymienionych wzorów jest konkretne rozwiązanie techniczne stanowiące przykład rozwiązania według wynalazku.
Doświadczalnie ustalono, że spełnienie kryterium wynikającego ze wzoru 0,15 < C < 0,77 · CE zapewnia uzyskanie struktury bainitu ziarnistego (dolna granica) lub zdegenerowanego bainitu górnego (górna granica), z austenitem resztkowym występującym między listwami ferrytu bainitycznego o zawartości węgla powyżej 1,25% wag., co gwarantuje umacnianie się warstwy tocznej główki szyny podczas kontaktu z kołem, a tym samym spowalnia proces inicjowania i wzrostu wad kontaktowo-zmęczeniowych.
Spełnienie warunku wynikającego ze wzoru [(%AI) + (%Si)]/%C > 2,5 pozwala przeciwdziałać wydzielaniu się w stali cząstek cementytu, a tym samym powoduje powstawanie tzw. bainitu bezwęg likowego. Ponadto, dodatek glinu ogranicza segregację składników stopowych stali w procesie krzepnięcia, oraz szczególnie korzystnie wpływa na stabilność austenitu resztkowego w warunkach kontaktu koło-szyna.
Z kolei warunek wynikający ze wzoru (%Ti)/[(%C) + 12/14(%N)] > 0,03 pozwala, dla dolnej granicy, ochronić bor przed tworzeniem się azotku boru (BN), a przy wartości powyżej 0,03% mas. powoduje uzyskanie małego ziarna austenitu w procesie walcowania szyn oraz zapewnia umocnienie osnowy ferrytu bainitycznego nanocząstkami TiC. Doświadczalnie ustalono, że rozdrobnienie ziarna austenitu podnosi również odporność na procesy zużycia stali wielofazowych. Natomiast zachowanie proporcji między zawartością molibdenu i tytanu pozwala kontrolować rozrost cząstek TiC w procesach technologicznych.
Nikiel stosowany jest do stabilizacji austenitu resztkowego oraz do podwyższenia odporności na propagację pęknięć.
Ostateczną zawartość dodatków stopowych w stali według wynalazku ustala się tak, aby osiągnąć określone wartości temperatur: początku przemiany bainitycznej Bs i początku przemiany martenzytycznej Ms. Na skład chemiczny stali według wynalazku dodatkowo nakładany jest warunek, by temperatura Bs (temperatura przemiany bainitycznej) była niższa od 460°C, zaś temperatura M s (temperatura przemiany martenzytycznej) była wyższa od 300°C.
Temperatury Bs i Ms oblicza się z wykorzystaniem poniższych wzorów, opracowanych przez K.W. Andrewsa (K.W. Andrews: J. Iron and Steel Inst., 1965, 203, 721-729):
Bs(°C) = 844 - 597(%C) - 63(%Mn) - 16(%Ni) - 78(%Cr)
Ms(°C) = 512 - 453(%C) - 16,9(%Ni) - 15(%Cr) - 9,5(%Cr) - 9,5(%Mo) + 217C2 - 71,5(%Mn) x χ (%C) - 67,7(%Cr) · (%C).
Zaprojektowanie składu chemicznego stali z wykorzystaniem wzoru na Bs(°C) pozwala uzyskać założony poziom twardości, bowiem obniżenie temperatury Bs powoduje wzrost twardości. Z kolei wzrost różnicy pomiędzy Bs a Ms ogranicza udział martenzytu w strukturze stali, w szczególności w postaci bloków o wymiarach powyżej 5 gm.
Szyny normalnotorowe ze stali wielofazowej według wynalazku charakteryzują się podwyższoną, w stosunku do stali perlitycznych, odpornością na rozwój wad kontaktowo-zmęczeniowych oraz porównywalną odpornością na zużycie, pofałdowania oraz ograniczone płynięci e plastyczne w obszarach główki szyny. Taką kombinację właściwości użytkowych uzyskuje się poprzez wytworzenie drobnoziarnistej struktury austenitu w procesie walcowania, oraz odpowiedniego składu fazowego struktury szyny po chłodzeniu, a w szczególności poprzez udział stabilnego na obciążenia cieplno-mechaniczne austenitu resztkowego. Drobnoziarnistą strukturę austenitu zapewnia obecność w stali drobnych cząstek azotku tytanu TiN (o wymiarach poniżej 20 nm) oraz dynamiczne wydzielanie podczas walcowania cząstek węglika tytanu TiC, a także wydzielanie nanocząstek TiC w osnowie bainitycznej podczas chłodzenia. Kontrolę wielkości cząstek azotku tytanu TiN uzyskuje się poprzez zastosowanie warunków chłodzenia w krystalizatorze, podczas ciągłego odlewania stali, zapewniających uzyskanie szybkości chłodzenia w narożu wlewka w przedziale 12-15°C/s oraz w warstwie przypowierzchniowej na bokach w przedziale 8-10°C/s.
PL 234 098 Β1
Kluczowym składnikiem fazowym stali jest austenit resztkowy o odpowiedniej stabilności, kształtowanej poprzez zawartość węgla powyżej 1,25% wag, w jego sieci krystalicznej, który podczas eksploatacji podlega przemianie w martenzyt (efekt TRIP), co powoduje stopniowe umocnienie warstwy tocznej powierzchni główki. Struktura stali wielofazowej według wynalazku zapewnia uzyskanie podwyższonej trwałości eksploatacyjnej szyn normalnotorowych w porównaniu do szyn ze stali perlitycznej, chłodzonych w sposób naturalny w spokojnym powietrzu po procesie walcowania.
Skład chemiczny stali według wynalazku pozwala na otrzymanie w strukturze szyny austenitu resztkowego o następujących parametrach:
- zawartość węgla min. 1,25%,
- udział objętościowy min. 10%,
- jednorodne rozmieszczenie w strukturze w postaci drobnych wysp (o wymiarach poniżej 5 μΠΊ) lub warstewek między płytkami ferrytu bainitycznego o grubości poniżej 1 μΠΊ.
Austenit resztkowy w warstwie tocznej główki szyny o powyższych parametrach podlega podczas eksploatacji początkowo stopniowej fragmentacji i przemianie w martenzyt, a następnie martenzyt podlega przemianie do ferrytu zawierającego drobne wydzielenia cementytu. Kontrolowana, stopniowa przemiana austenitu w martenzyt powoduje umacnianie się warstwy tocznej podczas eksploatacji, co spowalnia procesy zużycia i inicjowania wad kontaktowo-zmęczeniowych.
Rozwiązanie według wynalazku zostało bliżej objaśnione w przykładach realizacji wraz z rysunkiem, na którym poszczególne figury przedstawiają: fig. 1 - wykres OCTPc stali, fig. 2 - zależność wielkości ziarna austenitu od wartości odkształcenia i temperatury, fig. 3 - strukturę główki szyny, fig. 4 obrazy nanocząstek TiC badanych metodą prześwietleniowej mikroskopii elektronowej, fig. 5 - rozkład twardości HB na przekroju szyny, fig. 6 - schemat urządzenia do badania procesów zużycia, fig. 7 mikrostrukturę próbki w obszarze przy powierzchni po przeprowadzonej próbie zużycia, zaś fig. 8 - rozkład ferrytu i austenitu resztkowego w próbce po teście zużycia.
Przykład 1
Skład chemiczny stali wielofazowej (% mas.) według wynalazku przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1
| Wytop | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Mo | Ti | B | Al | N |
| S383 | 0,34 | 1.01 | 1.09 | 0,011 | 0,008 | 1,51 | 0,40 | 0,30 | 0.20 | 0,170 | 0,0023 | 0,420 | 0,006 |
Fig. 1 przedstawia wykres OCTPc dla stali według wynalazku z wytopu oznaczonego jako S383, która to stal charakteryzuje się słabą wrażliwością mikrostruktury austenitu na parametry odkształcenia, co pozwala kształtować drobne ziarno po obróbce cieplno-plastycznej, natomiast fig. 2 przedstawia zależność wielkości ziarna austenitu od wartości odkształcenia i temperatury. Przed odkształceniem próbki wytrzymywano w temperaturze 1200°C przez 10 minut, zaś prędkość odkształcenia wynosiła 1 s 1 , przy czym ec oznacza tu odkształcenie krytyczne dla zainicjowania rekrystalizacji dynamicznej, zaś sP oznacza odkształcenie do piku na krzywej naprężenie-odkształcenie. Badanie przeprowadzono z wykorzystaniem symulatora Gleeble 3800.
Z fig. 1 wynika, że w zakresie szybkości chłodzenia 0,2-1,0°C/s w strukturze stali występuje bainit i niewielkie ilości martenzytu. Obraz struktury główki szyny 60E1 (10 mm pod powierzchnią) przedstawiono na fig. 3, zaś rozkład twardości HB na przekroju tejże szyny ilustruje fig. 5. W mikrostrukturze występuje około 6% ferrytu allotrimorficznego, reszta to bainit ziarnisty i zdegenerowany bainit górny. Udział austenitu szczątkowego w strukturze, określony za pomocą metody rentgenowskiej, wynosi 18%. Fig. 4 przedstawia natomiast obrazy nanocząstek TiC badanych metodą prześwietleniowej mikroskopii elektronowej, przy czym (a) to obraz w jasnym polu widzenia, (b) to dyfrakcja elektronowa z wywskaźnikowanymi refleksami od TiC, zaś obraz (c) to wysokorozdzielcza mikroskopia transmisyjna z zaznaczonymi cząstkami TiC.
Właściwości mechaniczne szyny 60E1 przedstawiono w tabeli 2.
Tabela 2
| Wytop | Rp02, MPa | Rm, MPa | Aw,% | Z | BH |
| S383 | 775 | 1330 | 11.5 | 25,9 | 405 |
PL 234 098 Β1
Próbkę pobraną z główki szyny 60E1 poddano badaniom zużycia przy zastosowaniu urządzenia, którego schemat ideowy ilustruje fig. 6, oraz następujących warunków testowych:
- obroty przeciwpróbki wynosiły 3,33 obr/s,
- wartość siły nacisku wynosiła około 500 N,
- całkowita droga tarcia wynosiła 2000 m,
- temperatura próbki podczas badań wahała się w przedziale 127-155°C.
Dla porównania przeprowadzono również badania procesu zużycia próbki pobranej z główki szyny perlitycznej ze stali w gatunku R260. Stopień zużycia tej próbki przy zastosowanych warunkach próby był około 50% wyższy od próbki ze stali bainitycznej.
Fig. 7 przedstawia mikrostrukturę próbki ze stali według wynalazku z wytopu oznaczonego jako S383 po próbie zużycia. Widać na niej, że obszar przypowierzchniowy podlegał silnemu płynięciu plastycznemu, przy czym zdeformowane włókna austenitu resztkowego początkowo układały się równolegle do powierzchni, a następnie podlegały fragmentacji. Badanie metodą EBSD wykazało, że opisanym procesom towarzyszyła stopniowa przemiana austenitu w martenzyt, co ilustruje fig. 8, na której zaznaczono obszary występowania austenitu resztkowego i ferrytu.
Przykład 2
W tabeli 3 podano skład chemiczny stali wielofazowej według wynalazku, zaś w tabeli 4 uzyskane właściwości mechaniczne.
Tabela 3
| Wytop | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo | Ti | B | Al | N |
| S381 | 0,24 | 0,99 | 1,55 | 0,009 | 0,007 | 1.52 | 0,08 | 0,04 | 0,020 | 0,0025 | 0,021 | 0,005 |
Tabela 4
| Wytop | Rp02, MPa | Rm, MPa | Aw,% | Z | HB |
| 381 | 720 | 1255 | 13,0 | 37.6 | 362 |
Przykład 3
W tabeli 5 podano skład chemiczny stali wielofazowej według wynalazku, zaś w tabeli 6 uzyskane właściwości mechaniczne.
Tabela 5
| Wytop | C | Si | Mn | P | s | Cr | Ni | Mo | Ti | B | Al | N |
| S382 | 0,34 | 1,01 | 1,17 | 0,011 | 0,007 | 1,50 | 0,08 | 0,04 | 0,021 | 0,0020 | 0,007 | 0,006 |
Tabela 6
| Wytop | Rp02, MPa | Rm, MPa | Aio,% | Z | HB |
| S382 | 717 | 1307 | 14,4 | 29,4 | 387 |
Przykład 4
W tabeli 7 podano skład chemiczny stali wielofazowej według wynalazku, zaś w tabeli 8 uzyskane właściwości mechaniczne.
Tabela 7
| Wytop | C | Si | Mn | P | s | Cr | Ni | Mo | Ti | B | Al | N |
| S470 | 0,35 | 1,07 | 1,41 | 0,010 | 0,008 | 1,50 | 0,40 | 0,25 | 0,22 | 0,0025 | 0,008 | 0,007 |
PL 234 098 Β1
Tabela 8
| Wytop | Rp02, MPa | Rm, MPa | Aio,% | Z | HB |
| S470 | 881 | 1393 | 10,7 | 36,1 | 430 |
Przykład 5
W tabeli 9 podano skład chemiczny stali wielofazowej według wynalazku, zaś w tabeli 10 uzyskane właściwości mechaniczne.
Tabela 9
| Wytop | C | Si | Mn | P | s | Cr | Ni | Mo | Ti | B | Al | N |
| S471 | 0,36 | 1,05 | 1,44 | 0,010 | 0,008 | 1,50 | 0,42 | 0,26 | 0,21 | 0,0031 | 0,39 | 0,007 |
Tabela 10
| Wytop | Rp02, MPa | Rm, MPa | Aio,% | Z | HB |
| S471 | 853 | 1379 | 11,2 | 30,0 | 415 |
Claims (3)
- Zastrzeżenia patentowe1. Stal wielofazowa zwłaszcza do produkcji szyn normalnotorowych, znamienna tym, że zawartość wagowa poszczególnych pierwiastków wynosi: nie mniej niż 0,24% C, nie mniej niż 0,6% Si, nie mniej niż 1,2% Mn, nie mniej niż 1,2% Cr, nie mniej niż 0,2% Ni, nie mniej niż 0,10% Mo, 0,01-0,25% Ti przy założeniu, że (% wag. Mo)/(% wag. Ti) > 1, 0,01-0,80% Al, 0,001-0,003% B, H2 — 2 ppm oraz N < 80 ppm, przy czym zawartości dodatków stopowych i węgla spełnia następującą zależność 0,15 < C < 0,77 · CE, gdzie CE jest stężeniem węgla w punkcie eutektoidalnym określonym następującą zależnością:CE = 0,768-0,0522(%Mn) - 0,037(%Cr) - 0,113(%Si) - 0,012(%Mo) - 0,068(%Ni) - 0,006(%Cu), zaś zawartości Al, Si, Ti, C i N spełniają następujące ograniczenia:[(%AI) + (%Si)]/%C >2,5 oraz (%Ti)/[(%C) +12/14(%N)j > 0,03.
- 2. Stal wielofazowa według zastrz. 1, znamienna tym, że ma następujący objętościowy skład strukturalny: powyżej 70% ferrytu bainitycznego, poniżej 10% ferrytu allotrimorficznego, poniżej 10% martenzytu samoodpuszczonego, powyżej 10% austenitu resztkowego związanego z ferrytem bainitycznym - o zawartości wagowej C min. 1,25%, oraz nanocząstki węglika tytanu TiC, jako faza umacniająca ferryt bainityczny.
- 3. Stal wielofazowa według zastrz. 1, znamienna tym, że temperatura początku przemiany bainitycznej Bs jest nie wyższa niż 460°C, a temperatura początku przemiany martenzytycznej Ms jest nie niższa niż 300°C.PL 234 098 Β1RysunkiFig. 1Temperatura [°C]Fig. 2Fig. 3PL 234 098 Β1Fig. 4PL 234 098 Β1Fig. 5Fig. 6Fig. 7PL 234 098 Β1Fig. 8
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL417742A PL234098B1 (pl) | 2016-06-27 | 2016-06-27 | Stal wielofazowa zwłaszcza do produkcji szyn normalnotorowych |
| EP16907462.2A EP3500688A4 (en) | 2016-06-27 | 2016-12-23 | MULTI-PHASE STEEL, IN PARTICULAR FOR THE PRODUCTION OF RAILS WITH NORMAL GAUGE |
| US16/312,528 US20190226062A1 (en) | 2016-06-27 | 2016-12-23 | Multi-phase steel especially for production of standard-gauge rails |
| PCT/PL2016/000155 WO2018004363A1 (en) | 2016-06-27 | 2016-12-23 | Multi-phase steel especially for production of standard-gauge rails |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL417742A PL234098B1 (pl) | 2016-06-27 | 2016-06-27 | Stal wielofazowa zwłaszcza do produkcji szyn normalnotorowych |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL417742A1 PL417742A1 (pl) | 2018-01-03 |
| PL234098B1 true PL234098B1 (pl) | 2020-01-31 |
Family
ID=60786486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL417742A PL234098B1 (pl) | 2016-06-27 | 2016-06-27 | Stal wielofazowa zwłaszcza do produkcji szyn normalnotorowych |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20190226062A1 (pl) |
| EP (1) | EP3500688A4 (pl) |
| PL (1) | PL234098B1 (pl) |
| WO (1) | WO2018004363A1 (pl) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108546873A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-09-18 | 包头钢铁（集团）有限责任公司 | 高耐磨性钢板和高耐磨性钢板的制造方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02133544A (ja) | 1988-11-14 | 1990-05-22 | Nkk Corp | 耐焼割れ性に優れたレール鋼 |
| FR2840628B1 (fr) * | 2002-06-05 | 2004-08-13 | Cogifer | File de rail comportant un element d'appareil de voie et un troncon de rail soudes sans apport de matiere |
| FR2847271B1 (fr) * | 2002-11-19 | 2004-12-24 | Usinor | Procede pour fabriquer une tole en acier resistant a l'abrasion et tole obtenue |
| CZ14602U1 (cs) * | 2004-06-22 | 2004-08-16 | Dtávýhybkárnaáaámostárnaáa@Ás | Ocel pro odlitky srdcovek železničních a tramvajových výhybek |
| JP4740274B2 (ja) | 2008-03-14 | 2011-08-03 | 新日本製鐵株式会社 | コモンレールの製造方法および部分強化されたコモンレール |
| JP5483859B2 (ja) * | 2008-10-31 | 2014-05-07 | 臼井国際産業株式会社 | 焼入性に優れた高強度鋼製加工品及びその製造方法、並びに高強度かつ耐衝撃特性及び耐内圧疲労特性に優れたディーゼルエンジン用燃料噴射管及びコモンレールの製造方法 |
| CN103966520B (zh) * | 2014-05-08 | 2016-07-06 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种含有微量碳化物的贝氏体钢轨及其生产方法 |
-
2016
- 2016-06-27 PL PL417742A patent/PL234098B1/pl unknown
- 2016-12-23 WO PCT/PL2016/000155 patent/WO2018004363A1/en unknown
- 2016-12-23 US US16/312,528 patent/US20190226062A1/en not_active Abandoned
- 2016-12-23 EP EP16907462.2A patent/EP3500688A4/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018004363A1 (en) | 2018-01-04 |
| US20190226062A1 (en) | 2019-07-25 |
| EP3500688A4 (en) | 2020-11-11 |
| EP3500688A1 (en) | 2019-06-26 |
| PL417742A1 (pl) | 2018-01-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hasan et al. | Development of continuously cooled low-carbon, low-alloy, high strength carbide-free bainitic rail steels | |
| CN105102657B (zh) | 钢材及氢用容器、以及它们的制造方法 | |
| JP4938158B2 (ja) | 鋼レールおよびその製造方法 | |
| Bartlett et al. | High manganese and aluminum steels for the military and transportation industry | |
| EP3026138B1 (en) | High-strength steel material for oil well use, and oil well pipe | |
| Gao et al. | Concurrent enhancement of ductility and toughness in an ultrahigh strength lean alloy steel treated by bainite-based quenching-partitioning-tempering process | |
| Golchin et al. | Effect of 10% ausforming on impact toughness of nano bainite austempered at 300 C | |
| Ramirez et al. | Effects of different cooling rates on the microstructure, crystallographic features, and hydrogen induced cracking of API X80 pipeline steel | |
| JP5042914B2 (ja) | 高強度鋼およびその製造方法 | |
| BR112018070771B1 (pt) | Placa de aço resistente à abrasão e seu método de produção | |
| EP3249069B1 (en) | Rail | |
| TW201432061A (zh) | 低合金－高強度鋼用的鋼合金組成 | |
| EP3778950A1 (en) | Austenitic wear-resistant steel sheet | |
| KR20130025947A (ko) | 용접부 인성과 내지연 파괴 특성이 우수한 내마모 강판 | |
| KR20170038071A (ko) | 다층 용접 조인트 ctod 특성이 우수한 후강판 및 그의 제조 방법 | |
| Putatunda et al. | Influence of austempering temperature on the mechanical properties of a low carbon low alloy steel | |
| BR112019004312B1 (pt) | Material de camada exterior para cilindros de laminação e cilindros de compósitos para laminação | |
| EP3147379A1 (en) | Thick steel plate | |
| Najafi et al. | Mechanical properties of as-cast microalloyed steels produced via investment casting | |
| Luo et al. | Modifying of microstructure and toughness in the weld metal prepared by welding wire containing nanosized titanium oxides | |
| KR101365351B1 (ko) | 인장 강도 980ＭＰａ 이상이고 다층용접 이음의 저온 인성이 우수한 고강도 강판 | |
| JP6228491B2 (ja) | 疲労特性に優れた厚鋼板およびその製造方法 | |
| JP6211946B2 (ja) | 疲労特性に優れた厚鋼板およびその製造方法 | |
| PL234098B1 (pl) | Stal wielofazowa zwłaszcza do produkcji szyn normalnotorowych | |
| Grajcar | Segregation behaviour of third generation advanced high-strength Mn-Al steels |