RU2139946C1 - Rails from low-alloyed heat-treated perilit steel featuring high wear resistance and weldability and method of their production - Google Patents

Rails from low-alloyed heat-treated perilit steel featuring high wear resistance and weldability and method of their production Download PDF

Info

Publication number
RU2139946C1
RU2139946C1 RU97121881A RU97121881A RU2139946C1 RU 2139946 C1 RU2139946 C1 RU 2139946C1 RU 97121881 A RU97121881 A RU 97121881A RU 97121881 A RU97121881 A RU 97121881A RU 2139946 C1 RU2139946 C1 RU 2139946C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rail
steel
hardness
cooling
head
Prior art date
Application number
RU97121881A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97121881A (en
Inventor
Уеда Масахару
Кагеяма Хидеаки
Утино Коуити
Бабазоно Кодзи
Кутараги Кен
Original Assignee
Ниппон Стил Корпорейшн
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
Priority claimed from JP9277296A external-priority patent/JPH09316598A/en
Application filed by Ниппон Стил Корпорейшн filed Critical Ниппон Стил Корпорейшн
Publication of RU97121881A publication Critical patent/RU97121881A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2139946C1 publication Critical patent/RU2139946C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: rails made from perlitic steel featuring considerably improved wear resistance and weldability and meeting requirements of main railroads, and processes of rail production. SUBSTANCE: rail steel contains, wt.%: C 0.85-1.20; Si 0.10-1.00; Mn 0.20-1.50; Cr 0.50-1.00; or contains C 0.85-1.20; Si 0.40-1.00; Mn 0.20-0.40; Cr 0.35-0.50. In this case, total content of Si/4+Mn/2+Cr ranges from 0.8 to 1.8 wt.%. Rail steel contains one or, at least, two elements taken from group including Mo, V, Nb and B, the balance iron and inevitable impurities. Steel rails has perlitic structure to depth of, at least, 20 mm from angle and upper surface of rail head as initial point. Perlitic structure features Vickers hardness of, at least, 320, and difference between Vickers hardness of main metal and metal of welded joint does not exceed 30 to prevent wear depression resulted from local wear of rail upper part in point of weld without affecting its weldability. EFFECT: higher efficiency. 7 cl, 12 dwg, 16 tbl

Description

Изобретение относится к рельсам из перлитной стали, обладающим значительно улучшенными износостойкостью и свариваемостью (выполнение сварки, характеристики сварных соединений), которые требуются для рельсов, применяемых на магистральных железных дорогах, а также способу их производства. The invention relates to pearlitic steel rails having significantly improved wear resistance and weldability (welding performance, weld characteristics), which are required for rails used on main railways, as well as a method for their production.

Настоящее изобретение относится, в частности, к рельсам, в которых можно в заданном диапазоне контролировать различие в твердости между сварным швом рельса и основным металлом рельса так, чтобы можно было не допустить возникновения выемки, вызванной износом поверхности головки рельса в месте сварного соединения, не ухудшая при этом свариваемость рельса, а также к процессу производства этих рельсов. The present invention relates in particular to rails in which a difference in hardness between a rail weld and a base metal of a rail can be controlled in a predetermined range so that recesses can be prevented from being caused by wear of the surface of the rail head at the weld point without compromising while the weldability of the rail, as well as the production process of these rails.

Предпосылки к созданию изобретения
Для дальнейшего повышения эффективности железнодорожных перевозок происходит увеличение скорости и веса поездов. Такие эффективные железнодорожные перевозки означают ужесточение условий эксплуатации рельсов, что требует в свою очередь дальнейшего улучшения материалов, из которых изготавливаются рельсы. В частности, за рубежом у рельсов, уложенных в криволинейных отрезках путей магистральных железных дорог, наблюдалось резкое усиление износа, что вызывало озабоченность сроком службы рельсов. Однако за счет последних достижений в области упрочняющих процессов термообработки были получены описанные ниже высокопрочные (обладающие высокой твердостью) рельсы, в которых используется эвтектоидная сталь с мелкозернистой перлитной структурой. Это привело к значительному увеличению срока службы рельсов на криволинейных участках пути магистральных железных дорог.
BACKGROUND OF THE INVENTION
To further increase the efficiency of rail transportation, an increase in the speed and weight of trains is taking place. Such efficient rail transport means toughening the operating conditions of the rails, which in turn requires further improvement of the materials from which the rails are made. In particular, overseas rails laid in curved sections of the main railway tracks experienced a sharp increase in wear, which caused concern over the service life of the rails. However, due to recent advances in the field of hardening heat treatment processes, the high-strength (high hardness) rails described below were obtained using eutectoid steel with a fine-grained pearlite structure. This led to a significant increase in the service life of rails on curved sections of the track of the main railways.

(1) Термообработанные рельсы для сверхтяжелой нагрузки, имеющие сорбитную структуру или мелкозернистую перлитную структуру головки рельса (Публикация прошедшего экспертизу японского патента (Кококу) N 54-25490); и
(2) Процесс производства высокопрочных рельсов, обладающих прочностью по меньшей мере 130 кгс/мм2, включая операцию ускоренного охлаждения головки рельса, подвергнутой чистовой прокатке или повторному нагреву, от температуры аустенизации до температуры от 850 до 500oC со скоростью от 1 до 4oC/сек (Публикация прошедшего экспертизу японского, патента (Кококу) N 63-23244).
(1) Heat treated rails for extra heavy loads having a sorbitol structure or fine-grained pearlite structure of the rail head (Publication of the Examined Japanese Patent (Kokoku) N 54-25490); and
(2) The manufacturing process of high-strength rails with a strength of at least 130 kgf / mm 2 , including the operation of accelerated cooling of the rail head, subjected to finish rolling or re-heating, from the temperature of austenization to a temperature of from 850 to 500 o C at a speed of from 1 to 4 o C / s (Publication of the Japanese Examined Patent (Kokoku) N 63-23244).

Особенности этих рельсов, являющихся высокопрочными рельсами, связаны с применением для их изготовления эвтектоидной углеродистой стали, а рельсы должны обладать износостойкостью за счет уменьшения расстояний между пластинками в перлитной структуре. The features of these rails, which are high-strength rails, are associated with the use of eutectoid carbon steel for their manufacture, and the rails must have wear resistance by reducing the distance between the plates in the pearlite structure.

С другой стороны, рельсовые стыки сваривают с целью предупреждения возможности разрушения и уменьшения стоимости технического обслуживания и контроля. В результате, на практике рельсы используются в форме длинных рельсов. Однако известно, что в сварном соединении, которое было повторно нагрето до температуры аустенизации, скорость охлаждения после завершения сварки является более медленной, чем скорость охлаждения головки, подвергнутой термообработке в процессе производства рельса, в результате чего понижается твердость сварного соединения с образованием более мягкого участка. Более мягкий участок имеет тенденцию к местному износу при контакте с колесами поездов, что ведет к появлению на верхней поверхности рельса углубления износа. Следствием являются серьезные проблемы, связанные с шумом и вибрацией, возникающими при прохождении поездов, и эти проблемы включают ухудшение качества железнодорожных путей. On the other hand, rail joints are welded in order to prevent the possibility of destruction and reduce the cost of maintenance and control. As a result, in practice, rails are used in the form of long rails. However, it is known that in a welded joint that has been reheated to an austenitizing temperature, the cooling rate after welding is completed is slower than the cooling rate of the head subjected to heat treatment during rail production, resulting in a decrease in the hardness of the welded joint with the formation of a softer section. The softer section has a tendency to local wear upon contact with train wheels, which leads to the appearance of wear depressions on the upper surface of the rail. The consequence is serious problems associated with noise and vibration arising from the passage of trains, and these problems include deterioration in the quality of railway tracks.

В качестве контрмеры применяется следующий способ:
сварное соединение рельса сразу после сварки или после повторного нагрева подвергают термообработке с ускоренным охлаждением так, что его твердость повышается примерно до уровня, присущего основному металлу рельса. Однако при этом возникает новая, связанная с этим способом проблема, заключающаяся в увеличении длительности операции сварки и снижении эффективности производства. Соответственно не допускается образования более мягкого участка на сварном соединении рельса непосредственно после сваривания, как описано ниже. В результате оказалось возможным не только улучшить - износостойкость, но и свариваемость (выполнение сварки).
The following method is used as a countermeasure:
the welded joint of the rail immediately after welding or after reheating is subjected to heat treatment with accelerated cooling so that its hardness rises to approximately the level inherent in the base metal of the rail. However, this raises a new problem associated with this method, which consists in increasing the duration of the welding operation and reducing the production efficiency. Accordingly, a softer portion on the welded joint of the rail immediately after welding is not allowed, as described below. As a result, it was possible not only to improve - wear resistance, but also weldability (welding performance).

(3) Процесс производства термообработанных рельсов из низколегированной стали, обладающих повышенной износостойкостью и улучшенной свариваемостью (выполнение сварки, характеристики сварного соединения) с добавлением легирующих элементов, таких, как Cr, Nb и т.п. (Публикация прошедшего экспертизу японского патента (Кококу) N 59-19173). (3) The production process of heat-treated rails made of low alloy steel with increased wear resistance and improved weldability (welding performance, weld characteristics) with the addition of alloying elements such as Cr, Nb, etc. (Publication of the Examined Japanese Patent (Kokoku) N 59-19173).

Однако в последние годы в связи со стремлением к дальнейшему повышению эффективности железнодорожных перевозок нагрузка на рельсы магистральных железных дорог продолжала расти. В результате даже в случае применения описанных выше рельсов оказывается невозможным обеспечить износостойкость и не допустить возникновения под воздействием местного износа сварных соединений углублений износа на верхней поверхности головок рельсов, что связано с увеличением контактного давления колес. В результате серьезными проблемами вновь становятся сокращение срока службы, возникновение шума и вибрации в сварных соединениях и износ железнодорожных путей. However, in recent years, in connection with the desire to further improve the efficiency of rail transportation, the load on the rails of the main railways continued to grow. As a result, even in the case of using the rails described above, it is impossible to provide wear resistance and prevent the occurrence of wear depressions on the upper surface of the rail heads under the influence of local wear of welded joints, which is associated with an increase in the contact pressure of the wheels. As a result, shortening the service life, the occurrence of noise and vibration in welded joints, and the deterioration of railway tracks become serious problems again.

В таких условиях возникает потребность в создании износостойких рельсов, обладающих такой же износостойкостью, как и существующие высокопрочные рельсы, изготовленные из эвтектоидной углеродистой стали, способных не допустить местного износа сварных соединений и обладающих превосходной свариваемостью. Under such conditions, there is a need to create wear-resistant rails with the same wear resistance as existing high-strength rails made of eutectoid carbon steel, capable of preventing local wear of welded joints and possessing excellent weldability.

Для того, чтобы улучшить износостойкость обычной рельсовой стали, имеющей перлитную структуру с содержанием углерода, соответствующим эвтектоидной углеродистой стали, применяется способ повышения твердости за счет уменьшения расстояний между пластинками в перлитной структуре. In order to improve the wear resistance of ordinary rail steel having a pearlite structure with a carbon content corresponding to eutectoid carbon steel, a method of increasing hardness is applied by reducing the distances between the plates in the pearlite structure.

Однако существующая рельсовая сталь с перлитной структурой при содержании углерода, соответствующем эвтектоидной углеродистой стали, обладает верхним пределом твердости по Виккерсу, равным 420. Когда с целью повышения твердости увеличивают скорость охлаждения при термообработке или количество добавляемых легирующих элементов, в перлитной структуре формируется бейнитная или мартенситная структура, вызывая снижение износостойкости и вязкости рельсов. However, an existing rail steel with a pearlite structure with a carbon content corresponding to eutectoid carbon steel has an upper Vickers hardness of 420. When, in order to increase hardness, the cooling rate is increased during heat treatment or the number of alloying elements added, a bainitic or martensitic structure is formed in the pearlite structure causing a decrease in wear resistance and viscosity of rails.

Кроме того, еще одним способом решения проблемы может быть признан способ применения в качестве рельсовой стали материала, имеющего структуру металла, демонстрирующую более высокую, чем у перлитной структуры, износостойкость. Однако пока не удалось найти материал, который был бы дешевле и превосходил бы по износостойкости мелкозернистую перлитную структуру в условиях износа качением, наблюдающихся на рельсах и колесах. In addition, another way to solve the problem can be recognized as the method of using as a rail steel a material having a metal structure exhibiting higher wear resistance than that of a pearlite structure. However, so far it has not been possible to find material that would be cheaper and superior in wear resistance to a fine-grained pearlite structure under rolling wear conditions observed on rails and wheels.

Перлитная структура, имеющая углеродную составляющую, соответствующую эвтектоидной углеродистой стали обычной рельсовой стали, имеет пластинчатую структуру ферритной фазы, обладающей низкой твердостью, и более твердой цементитной фазы. В результате анализа механизма износа перлитной структуры авторы настоящего изобретения убедились, что улучшение износостойкости происходит следующим образом: сначала колеса, проходящие по рельсам, выдавливают мягкую ферритную фазу, затем оставшаяся твердая цементитная фаза расщепляется на тонкие слои непосредственно под поверхностями качения. A pearlite structure having a carbon component corresponding to eutectoid carbon steel of a conventional rail steel has a lamellar structure of a ferritic phase having low hardness and a harder cementite phase. As a result of the analysis of the wear mechanism of the pearlite structure, the authors of the present invention made sure that the wear resistance is improved as follows: first, the wheels passing along the rails squeeze the soft ferrite phase, then the remaining solid cementite phase is split into thin layers directly under the rolling surfaces.

Авторы настоящего изобретения экспериментально выявили, что износостойкость можно значительно улучшить за счет увеличения в перлите доли более твердого цементита, что ведет к повышению твердости перлита и, следовательно, износостойкости и что вызывает увеличение содержания углерода, увеличивая износостойкость, поскольку возрастает плотность цементитной фазы непосредственно под поверхностью качения. The authors of the present invention experimentally revealed that the wear resistance can be significantly improved by increasing the percentage of harder cementite in pearlite, which leads to an increase in the hardness of pearlite and, therefore, wear resistance and that causes an increase in carbon content, increasing wear resistance, since the density of the cementite phase directly below the surface increases rolling.

На фиг. 1 показано выполненное в ходе опытов сопоставление взаимозависимости между содержанием углерода и степенью износа. Степень износа уменьшается при увеличении содержания углерода, когда твердость стали остается одинаковой. Таким образом подтверждено, что использование высокоуглеродистой стали (заэвтектоидной стали) способствует значительному повышению износостойкости по сравнению с обычными эвтектоидными марками стали (содержание углерода от 0,7 до 0,8%). In FIG. 1 shows a comparison of the relationship between the carbon content and the degree of wear performed during the experiments. The degree of wear decreases with increasing carbon content, when the hardness of the steel remains the same. Thus, it is confirmed that the use of high-carbon steel (hypereutectoid steel) contributes to a significant increase in wear resistance compared to conventional eutectoid steel grades (carbon content from 0.7 to 0.8%).

Обратив внимание на влияние, которое оказывает содержание углерода на характеристики перлитного превращения, авторы настоящего изобретения разработали способ термообработки для устойчивого формирования в высокоуглеродистой стали перлитной структуры. На фиг. 2 показана взаимозависимость между содержанием углерода и характеристиками перлитного превращения со ссылкой на диаграмму превращения при непрерывном охлаждении (термокинетическая диаграмма). Было подтверждено, что при возрастании содержания углерода перегиб кривой перлитного превращения сдвигается влево по сравнению с обычными эвтектоидными сталями (содержание углерода от 0,7 до 0,8%), так что перлитное превращение легко осуществляется в диапазоне быстрого охлаждения. Paying attention to the influence that the carbon content has on the characteristics of pearlite transformation, the inventors of the present invention have developed a heat treatment method for the stable formation of a pearlite structure in high carbon steel. In FIG. 2 shows the relationship between the carbon content and the characteristics of pearlite transformation with reference to the transformation diagram under continuous cooling (thermokinetic diagram). It was confirmed that with increasing carbon content, the inflection of the pearlite transformation curve shifts to the left compared to conventional eutectoid steels (carbon content from 0.7 to 0.8%), so that pearlite transformation is easily carried out in the range of rapid cooling.

Это означает, что способ термообработки, предназначенный для рельсовой стали с высоким содержанием углерода (заэвтектоидная сталь), заключается в следующем: авторы настоящего изобретения обнаружили, что даже при дополнительном увеличении повышенной скорости охлаждения в процессе термообработки по сравнению с обычными эвтектоидными сталями не происходит формирования анормальных структур, таких как мартенсит, при устойчивом формировании перлитной структуры, так что рельсовая сталь может приобрести дополнительную прочность. This means that the heat treatment method designed for high carbon rail steel (hypereutectoid steel) is as follows: the inventors of the present invention have found that even with an additional increase in the increased cooling rate during the heat treatment compared to conventional eutectoid steels, abnormal formation does not occur structures, such as martensite, with the stable formation of a pearlite structure, so that rail steel can acquire additional strength.

Кроме того, обнаружено, что формирование доэвтектоидного цементита, оказывающего отрицательное воздействие на пластичность и вязкость, что является недостатком высокоуглеродистой стали (заэвтектоидной стали), может быть предотвращено с помощью ускоренного охлаждения при термообработке с целью сильного упрочнения стали и что износостойкость можно повысить, не ухудшая пластичности и вязкости при получении стали с высоким содержанием углерода. In addition, it was found that the formation of hypereutectoid cementite, which has a negative effect on ductility and toughness, which is a disadvantage of high-carbon steel (hypereutectoid steel), can be prevented by accelerated cooling during heat treatment with the aim of strong hardening of the steel and that wear resistance can be improved without deteriorating ductility and toughness in the production of high carbon steel.

Сущность изобретения
В дополнение к предыдущему изобретению авторы настоящего изобретения исследовали способ предотвращения выемки износа, вызванной местным износом на головной верхней поверхности сварного соединения, без ухудшения свариваемости (выполнения сварки). Для того, чтобы предотвратить местный износ сварного соединения рельсов, необходимо в максимально возможной степени уменьшить различие в твердости между сварным соединением, нагретым до температуры аустенизации, и основным металлом. Во-первых, авторы настоящего изобретения экспериментально определили влияние, которое оказывают добавки на твердость сварного соединения высокоуглеродистой стали (заэвтектоидной стали). В результате, авторы изобретения подтвердили, что количество добавляемого хрома и кремния оказывает влияние на твердость сварного соединения высокоуглеродистой стали (заэвтектоидной стали), хотя кремний не столь эффективен, как хром, и обнаружили, что контроль количества добавок может предотвратить снижение твердости сварного соединения.
SUMMARY OF THE INVENTION
In addition to the previous invention, the inventors of the present invention investigated a method for preventing wear seizure caused by local wear on a head top surface of a welded joint without impairing weldability (welding performance). In order to prevent local wear of the welded joint of the rails, it is necessary to reduce as much as possible the difference in hardness between the welded joint heated to the austenization temperature and the base metal. First, the authors of the present invention experimentally determined the effect that additives have on the hardness of a welded joint of high carbon steel (hypereutectoid steel). As a result, the inventors confirmed that the amount of added chromium and silicon affects the hardness of the welded joint of high carbon steel (hypereutectoid steel), although silicon is not as effective as chromium, and found that controlling the amount of additives can prevent a decrease in the hardness of the welded joint.

Поэтому авторы изобретения использовали высокоуглеродистые стали (заэвтектоидные стали), в которых количество добавляемого хрома, элемента, наиболее эффективно предотвращающего снижение твердости сварного соединения, варьируется, и в ходе опытов выявили взаимозависимость между количеством добавленного хрома и твердостью сварного рельсового соединения непосредственно после сварки (без термообработки). В результате твердость сварного соединения возросла, когда количество добавляемого хрома превысило 0,50%, причем была обеспечена твердость, сопоставимая с твердостью основного рельса. Therefore, the inventors used high-carbon steels (hypereutectoid steels), in which the amount of added chromium, the element that most effectively prevents a decrease in the hardness of the welded joint, varies, and in the course of the experiments revealed an interdependence between the amount of added chromium and the hardness of the welded rail immediately after welding (without heat treatment ) As a result, the hardness of the welded joint increased when the amount of added chromium exceeded 0.50%, and a hardness comparable to that of the main rail was provided.

Кроме того, поскольку содержание углерода в заэвтектоидной стали высоко, происходит ликвация марганца, хрома и т.п. в дополнение к углероду в колончатой части рельса, и в области ликвации наблюдается тенденция к формированию мартенситной структуры, отрицательно влияющей на вязкость. Авторы настоящего изобретения, таким образом, изучили способ ограничения количества добавляемых марганца и хрома определенными значениями, чтобы устранить ликвацию и предупредить снижение твердости сварного соединения. В результате они обнаружили, что в высокоуглеродистых сталях (заэвтектоидные стали) контролирование количества добавляемого кремния, который по существу не подвергается ликвации, в колончатую часть рельса позволяет предотвратить снижение твердости сварного соединения таким же образом, как и хром. In addition, since the carbon content in the hypereutectoid steel is high, segregation of manganese, chromium, and the like occurs. in addition to carbon in the columnar part of the rail, and in the segregation area, a tendency is observed to form a martensitic structure that adversely affects viscosity. The authors of the present invention, therefore, have studied a method of limiting the amount of added manganese and chromium to certain values in order to eliminate segregation and prevent a decrease in the hardness of the welded joint. As a result, they found that in high-carbon steels (hypereutectoid steels), controlling the amount of added silicon, which is essentially not segregated, in the columnar part of the rail prevents the reduction of the weld hardness in the same way as chromium.

В соответствии с этим авторы настоящего изобретения экспериментально определили взаимозависимость между количеством добавленного кремния и твердостью сварного рельсового соединения непосредственно после сварки (без термообработки) с целью предотвращения ликвации при использовании высокоуглеродистых сталей (заэвтектоидных сталей), в которых количество добавляемого кремния варьируется, в то время как количество добавляемых марганца и хрома ограничено заданными рамками. В результате, когда количество добавленного кремния превышает 0,40%, твердость сварного соединения улучшается даже при незначительном добавлении марганца и хрома, и обеспечивается твердость, сопоставимая с твердостью основного рельса. Accordingly, the authors of the present invention experimentally determined the relationship between the amount of added silicon and the hardness of the welded rail immediately after welding (without heat treatment) in order to prevent segregation when using high-carbon steels (hypereutectoid steels), in which the amount of added silicon varies, while the amount of added manganese and chromium is limited by the specified limits. As a result, when the amount of added silicon exceeds 0.40%, the hardness of the welded joint is improved even with a slight addition of manganese and chromium, and a hardness comparable to that of the main rail is provided.

На основании результатов опытов авторы изобретения обнаружили, что эффективным способом, позволяющим в максимально возможной степени уменьшить различие в твердости между сварным соединением, нагретым до температуры аустенизации, и основным металлом, является следующий способ: в разнообразных марках стали, применяемых в качестве основного материала рельсов и произведенных в условиях термообработки, соответствующих притязаниям, приведенным выше, на твердость главным образом влияет количество добавляемых легирующих элементов хрома, марганца и кремния, а контроль добавляемого количества марганца в дополнение к контролю добавляемых количеств хрома и кремния, который способствует повышению твердости сварных соединений, эффективен при контроле различий в твердости между основным металлом и соответствующими сварными соединениями. Поэтому авторы настоящего изобретения исследовали взаимозависимость между различием в твердости между основным металлом рельса и сварным соединением, с одной стороны, и добавляемыми количествами кремния, хрома и марганца - с другой. Вклад хрома в твердость принят равным 1, а результаты располагаются таким образом, чтобы вывести вклад в нее трех элементов. В результате, когда кремний, марганец и хром добавлены в одинаковых количествах, выяснено, что вклад отдельных элементов является следующим Si: 1/4; Mn: 1/2. Таким образом обнаружено, что для того, чтобы добиться, чтобы различие в твердости между сварным соединением и основным металлом оставалось в определенном диапазоне так, чтобы не допустить разрушения, вызванного местным износом верхней головной поверхности сварного соединения без ухудшения свариваемости (выполнения сварки), общая сумма содержания в весовых процентах хрома, одной четвертой части содержания в весовых процентах кремния и одной второй содержания в весовых процентах марганца должна находится в определенном диапазоне. Based on the results of the experiments, the inventors found that the following method is effective way to reduce the difference in hardness between a welded joint heated to austenitic temperature and the base metal as much as possible: in various grades of steel used as the main material of rails and produced under heat treatment conditions corresponding to the claims stated above, the hardness is mainly affected by the number of added alloying elements of chromium, m manganese and silicon, and the control of the added amount of manganese in addition to the control of the added amounts of chromium and silicon, which helps to increase the hardness of the welded joints, is effective in controlling the differences in hardness between the base metal and the corresponding welded joints. Therefore, the authors of the present invention investigated the relationship between the difference in hardness between the base metal of the rail and the welded joint, on the one hand, and the added amounts of silicon, chromium and manganese, on the other. The contribution of chromium to hardness is taken equal to 1, and the results are arranged in such a way as to bring out the contribution of three elements to it. As a result, when silicon, manganese and chromium are added in equal amounts, it was found that the contribution of individual elements is as follows Si: 1/4; Mn: 1/2. Thus, it was found that in order to ensure that the difference in hardness between the welded joint and the base metal remains in a certain range so as to prevent destruction caused by local wear of the upper head surface of the welded joint without compromising weldability (welding performance), the total the content in weight percent of chromium, one fourth of the content in weight percent of silicon and one second content in weight percent of manganese should be in a certain range.

Объектом настоящего изобретения является создание рельсов, обладающих значительно улучшенной износостойкостью и свариваемостью (выполнение сварки, характеристики сварных соединений), которые, согласно проведенному исследованию, требуются для магистральных железных дорог. The object of the present invention is to provide rails with significantly improved wear resistance and weldability (welding performance, characteristics of welded joints), which, according to the study, are required for main railways.

Настоящее изобретение достигает поставленной задачи, и объектом настоящего изобретения являются:
рельсы из перлитной стали, обладающие превосходной износостойкостью и свариваемостью, полученными так, как описано ниже:
головка горячекатаных стальных рельсов содержит высокотемпературную тепловую энергию или стальной рельс нагрет до высокой температуры с целью термообработки, причем стальной рельс содержит, по весу:
от более чем 0,85 до 1,20% C, от 0,10 до 1,00% Si, от 0,20 до 1,50% Mn, от более чем 0,50 до 1,00% Cr, или
от более чем 0,85 до 1,20% C, от 0,40 до 1,00% Si, от 0,20 до менее чем 0,40% Mn, от 0,35 до 0,50% Cr, причем сумма содержания Si/4 + Mn/2 + Cr должна составлять по весу от 0,8 до 1,8%,
и далее содержит, в весовых процентах, один или по меньшей мере два элемента, выбранных из группы, которая содержит:
от 0,01 до 0,20% Mn, от 0,02 до 0,30% V, от 0,002 до 0,050% Nb, от 0,10 до 2,00% Co и от 0,0005 до 0,005% В, а остальное приходится на долю Fe и неизбежных примесей,
рельсы, подвергнутые ускоренному охлаждению или контролируемому охлаждению одним из следующих способов: (1) головку подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации со скоростью охлаждения в диапазоне от 1 до 10oC/сек, и ускоренное охлаждение прекращается в момент, когда температура стального рельса достигает от 700 до 500oC; (2) головку подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации со скоростью охлаждения в диапазоне от 10 до 30oC/сек, и ускоренное охлаждение прекращается в момент, когда на долю перлитного превращения стального рельса приходится 70% от суммарного превращения; и (3) головку подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации до температуры от 750 до 600oC со скоростью охлаждения более чем от 10 до 30oC/сек, и затем подвергают контролируемому охлаждению со скоростью охлаждения от 1 до менее чем 10oC в диапазоне температур от 750-600oC до 550-450oC;
стальные рельсы, имеющие перлитную структуру до глубины по меньшей мере 20 мм от угла головки и верхней поверхности головки как начальной точки, причем перлитная структура обладает твердостью по Виккерсу, равной по меньшей мере 320, а различие в твердости по Виккерсу основного металла и сварного соединения стального рельса достигает 30; и
способ производства этих рельсов.
The present invention achieves the task, and the object of the present invention are:
pearlitic steel rails with excellent wear resistance and weldability, obtained as described below:
the head of the hot-rolled steel rails contains high-temperature thermal energy or the steel rail is heated to high temperature for the purpose of heat treatment, and the steel rail contains, by weight:
from more than 0.85 to 1.20% C, from 0.10 to 1.00% Si, from 0.20 to 1.50% Mn, from more than 0.50 to 1.00% Cr, or
from more than 0.85 to 1.20% C, from 0.40 to 1.00% Si, from 0.20 to less than 0.40% Mn, from 0.35 to 0.50% Cr, and the sum the content of Si / 4 + Mn / 2 + Cr should be by weight from 0.8 to 1.8%,
and further contains, in weight percent, one or at least two elements selected from the group that contains:
from 0.01 to 0.20% Mn, from 0.02 to 0.30% V, from 0.002 to 0.050% Nb, from 0.10 to 2.00% Co and from 0.0005 to 0.005% B, and the rest is accounted for by Fe and inevitable impurities,
rails subjected to accelerated cooling or controlled cooling in one of the following ways: (1) the head is subjected to accelerated cooling from the austenitizing temperature with a cooling rate in the range from 1 to 10 ° C / sec, and accelerated cooling stops when the temperature of the steel rail reaches from 700 to 500 o C; (2) the head is subjected to accelerated cooling from the austenitizing temperature with a cooling rate in the range of 10 to 30 ° C./sec, and accelerated cooling is stopped at the moment when the pearlite transformation of the steel rail accounts for 70% of the total transformation; and (3) the head is subjected to accelerated cooling from an austenitizing temperature to a temperature of from 750 to 600 ° C. with a cooling rate of more than 10 to 30 ° C./sec, and then subjected to controlled cooling with a cooling rate of from 1 to less than 10 ° C. temperature range from 750-600 o C to 550-450 o C;
steel rails having a pearlite structure to a depth of at least 20 mm from the angle of the head and the upper surface of the head as a starting point, the pearlite structure having a Vickers hardness of at least 320, and the difference in Vickers hardness of the base metal and the welded joint of steel rail reaches 30; and
method of manufacturing these rails.

Краткое описание чертежей
На фиг. 1 графически показана взаимозависимость между содержанием углерода и степенью износа;
на фиг. 2 графически показана взаимозависимость между содержанием углерода и характеристиками перлитного превращения;
на фиг. 3 показано изображение, демонстрирующее наименования позиций поперечного сечения головки рельса, а числовые позиции 1 и 2 обозначают соответственно верхнюю поверхность головки и угол головки, соответственно;
на фиг. 4 показано схематическое изображение прибора измерения износа Нисихара, а числовыми позициями 3, 4 и 5 обозначаются соответственно испытательный образец рельса, дополняющий материал и охлаждающее сопло,
на фиг. 5 графически показана взаимозависимость между твердостью и степенью износа по Примеру 1;
на фиг. 6 графически показано распределение твердости головной части в сварном соединении по Примеру 1;
на фиг. 7 графически показана взаимозависимость между твердостью и степенью износа по Примеру 2;
на фиг. 8 графически показано распределение твердости головной части в сварном соединении по Примеру 2;
на фиг. 9 графически показана взаимозависимость между твердостью и степенью износа по Примеру 3;
на фиг. 10 графически показано распределение твердости головной части в сварном соединении по Примеру 3;
на фиг. 11 графически показана иная взаимозависимость между твердостью и степенью износа по Примеру 3;
на фиг. 12 графически показано иное распределение твердости головной части в сварном соединении по Примеру 2.
Brief Description of the Drawings
In FIG. 1 graphically shows the relationship between the carbon content and the degree of wear;
in FIG. 2 graphically shows the relationship between carbon content and pearlite conversion characteristics;
in FIG. 3 is a view showing the names of the positions of the cross section of the rail head, and numerical positions 1 and 2 indicate the upper surface of the head and the angle of the head, respectively;
in FIG. 4 shows a schematic representation of a Nishihara wear measuring device, and numerical positions 3, 4, and 5 denote a test rail sample, supplementing the material and cooling nozzle, respectively.
in FIG. 5 graphically shows the relationship between hardness and the degree of wear according to Example 1;
in FIG. 6 graphically shows the distribution of hardness of the head in a welded joint according to Example 1;
in FIG. 7 graphically shows the relationship between hardness and the degree of wear according to Example 2;
in FIG. 8 graphically shows the distribution of hardness of the head in a welded joint according to Example 2;
in FIG. 9 graphically shows the relationship between hardness and wear according to Example 3;
in FIG. 10 graphically shows the distribution of hardness of the head in a welded joint according to Example 3;
in FIG. 11 graphically shows a different relationship between hardness and wear according to Example 3;
in FIG. 12 graphically shows a different distribution of hardness of the head in a welded joint according to Example 2.

Наилучший вариант изобретения
По сравнению с обычными рельсовыми сталями рельсовая сталь, являющаяся предметом настоящего изобретения, имеет высокое содержание углерода, демонстрирует уменьшение степени износа при такой же твердости и имеет значительно более высокую износостойкость. Кроме того, возможно устойчивое формирование перлитной структуры с превосходной износостойкостью без одновременного формирования мартенсита, бейнита и доэвтектоидного цементита, способствующих ухудшению пластичности, вязкости и износостойкости рельсов, за счет подбора подходящего химического состава и выбора подходящих условий термообработки.
The best option of the invention
Compared to conventional rail steels, the rail steel of the present invention has a high carbon content, exhibits a reduction in wear at the same hardness, and has significantly higher wear resistance. In addition, stable formation of a pearlite structure with excellent wear resistance is possible without the simultaneous formation of martensite, bainite and hypereutectoid cementite, which contribute to the deterioration of ductility, toughness and wear resistance of rails, by selecting the appropriate chemical composition and choosing suitable heat treatment conditions.

Кроме того, сокращается понижение твердости линии сплавления, и в сварном соединении (области, повторно нагретой до температуры аустенизации) не формируются анормальные структуры, такие как мартенсит. Различие в твердости по Виккерсу между сварным соединением и основным металлом достигает 30, в результате чего можно предотвратить частичный износ, такой как выемка местного износа, вызванный износом верхней поверхности головной части сварного соединения непосредственно после сварки (без термообработки). In addition, the decrease in hardness of the fusion line is reduced, and abnormal structures such as martensite are not formed in the welded joint (region reheated to austenitization temperature). The difference in Vickers hardness between the welded joint and the base metal reaches 30, and as a result, partial wear, such as a notch of local wear caused by wear of the upper surface of the head of the welded joint immediately after welding, can be prevented (without heat treatment).

Согласно настоящему изобретению, в качестве рельсов, предназначенных для больших нагрузок, могут быть предложены рельсы с превосходной износостойкостью и свариваемостью (выполнение сварки, характеристики сварных соединений). According to the present invention, rails with excellent wear resistance and weldability (welding performance, characteristics of welded joints) can be proposed as rails intended for heavy loads.

Далее настоящее изобретение будет описано подробно. The present invention will now be described in detail.

(1) Химические композиции
Будут подробно описаны причины описанных выше ограничений химического состава рельсов согласно настоящему изобретению. C является элементом, эффективно способствующим перлитному превращению и обеспечению износостойкости. Он добавляется в обычную рельсовую сталь в количестве от 0,60 до 0,85%. Однако при содержании C ниже 0,85% нет возможности обеспечить плотность цементитной фазы в перлитной структуре с целью улучшения износостойкости и, кроме того, возникает тенденция к формированию межзеренного феррита, который может стать исходной точкой усталостного разрушения в головке рельса. Более того, когда содержание C превышает 1,20%, в головке рельса после термообработки образуется много доэвтектоидного цементита, что значительно уменьшает пластичность и вязкость. Таким образом, содержание C должно превышать 0,85% но быть меньше 1,20%.
(1) Chemical compositions
The reasons for the above chemical limitations of the rails of the present invention will be described in detail. C is an element that effectively promotes pearlite transformation and ensures wear resistance. It is added to ordinary rail steel in an amount of 0.60 to 0.85%. However, when the C content is below 0.85%, it is not possible to ensure the density of the cementite phase in the pearlite structure in order to improve wear resistance and, in addition, there is a tendency to the formation of intergranular ferrite, which can become the starting point of fatigue fracture in the rail head. Moreover, when the C content exceeds 1.20%, a lot of hypereutectoid cementite is formed in the rail head after heat treatment, which significantly reduces ductility and toughness. Thus, the C content should exceed 0.85% but be less than 1.20%.

Si является элементом, который повышает твердость (прочность) основного металла рельса и сварного соединения, повторно нагретого до температуры аустенизации, путем упрочнения на твердый раствор ферритной фазы в перлитной структуре. Si является также элементом, концентрирующимся в перлитной структуре на границах между ферритом и цементитом, и зона концентрации Si препятствует сфероидизации цементита в зоне термического влияния, нагретой в процессе сварки до температуры аустенизации. В результате Si препятствует снижению твердости в зоне термического влияния, то есть Si повышает сопротивление стали разупрочнению при отпуске. При содержании Si менее 0,10% таких результатов ожидать нельзя. Кроме того, когда содержание Si превышает 1,00%, в процессе горячей прокатки появляется много поверхностных дефектов. Наряду с этим происходит охрупчивание рельса и ухудшение свариваемости. Таким образом, содержание Si ограничивается диапазоном от 0,10 до 1,00%. Кроме того, в системе химического состава рельса, при которой содержание Mn и Cr ограничивается определенными значениями с целью уменьшения ликвации в колончатой части рельса, необходимо, чтобы содержание Si ограничивалось по меньшей мере 0,40%, чтобы обеспечить твердость основного металла рельса и сварных соединений. Si is an element that increases the hardness (strength) of the base metal of the rail and the welded joint, reheated to the temperature of austenization, by hardening a solid solution of the ferrite phase in a pearlite structure. Si is also an element that concentrates in the pearlite structure at the boundaries between ferrite and cementite, and the Si concentration zone prevents the spheroidization of cementite in the heat affected zone, which is heated to the austenization temperature during welding. As a result, Si prevents the decrease in hardness in the heat affected zone, i.e., Si increases the resistance of the steel to softening during tempering. With a Si content of less than 0.10%, such results cannot be expected. In addition, when the Si content exceeds 1.00%, many surface defects appear during hot rolling. Along with this, embrittlement of the rail and deterioration of weldability occur. Thus, the Si content is limited to a range of 0.10 to 1.00%. In addition, in a rail chemical composition system in which the Mn and Cr content is limited to certain values in order to reduce segregation in the columnar portion of the rail, it is necessary that the Si content be limited to at least 0.40% to ensure the hardness of the base metal of the rail and welded joints .

Mn является элементом, способствующим достижению большой твердости (прочности) рельса за счет снижения температуры перлитного превращения и повышения закаливаемости, а также препятствующим формированию доэвтектоидного цементита. При содержании Mn менее 0,20% его влияние незначительно, и наблюдается тенденция к формированию в головке рельса после термообработку доэвтектоидного цементита. С другой стороны, когда содержание Mn превышает 1,50%, возникает тенденция к формированию мартенситной структуры, оказывающей отрицательное воздействие на вязкость рельса. В связи со сказанным, содержание Mn ограничивается диапазоном 0,20-1,50%. Кроме того, для того, чтобы ослабить ликвацию в колончатой части рельса и препятствовать формированию мартенситной структуры, оказывающей отрицательное воздействие на вязкость стали, содержание Mn должно находиться в диапазоне от 0,20 до менее чем 0,40%. Mn is an element that contributes to the achievement of high hardness (strength) of the rail by lowering the temperature of pearlite transformation and increase hardenability, as well as preventing the formation of hypereutectoid cementite. When the Mn content is less than 0.20%, its effect is insignificant, and there is a tendency to form in the rail head after heat treatment of hypereutectoid cementite. On the other hand, when the Mn content exceeds 1.50%, there is a tendency to form a martensitic structure that has a negative effect on the viscosity of the rail. In this regard, the content of Mn is limited to a range of 0.20-1.50%. In addition, in order to weaken the segregation in the columnar part of the rail and prevent the formation of a martensitic structure that has a negative effect on the viscosity of the steel, the Mn content should be in the range from 0.20 to less than 0.40%.

Cr является элементом, способствующим повышению точки равновесия перлитного превращения, что делает перлитную структуру мелкозернистой. Таким образом Cr придает большую твердость (прочность) основному металлу рельса, улучшает твердость сварного соединения, повторно нагретого до температуры аустенизации, и уменьшает различие в твердости между основным металлом рельса и сварным соединением. Кроме того, Cr является элементом, формирующим карбиды Cr и упрочняющим таким образом цементит в перлитной структуре. В результате Cr не только повышает износостойкость, но и препятствует разупрочнению цементита в зоне термического влияния, повторно нагретой в процессе сварки до температуры, близкой к температуре аустенизации. Хотя основной металл рельса может быть значительно упрочнен при содержании Cr менее 0,50%, твердость сварного шва не может быть обеспечена в удовлетворительной степени, и различие в твердости между основным металлом рельса и сварным швом становится значительной. В результате из-за местного износа на сварном соединении формируется выемка износа. Кроме того, при добавлении Cr в количестве, превышающем 1,00%, т.е. в избыточном количестве, формируются бейнитная и мартенситная структуры, снижающие износостойкость и вязкость рельсов. В соответствии с этим содержание Cr ограничивается диапазоном 0,50-1,00%. Кроме того, для того, чтобы устранить ликвацию в колончатой части рельса и препятствовать формированию мартенситной структуры, отрицательно влияющей на вязкость рельса, добавляемое количество Cr может быть ограничено диапазоном от 0,20 до менее чем 0,40% за счет добавления в большом количестве Si. Cr is an element that helps to increase the equilibrium point of pearlite transformation, which makes the pearlite structure fine-grained. Thus, Cr imparts greater hardness (strength) to the base metal of the rail, improves the hardness of the welded joint reheated to the austenization temperature, and reduces the difference in hardness between the base metal of the rail and the welded joint. In addition, Cr is an element that forms Cr carbides and thus hardens cementite in a pearlite structure. As a result, Cr not only increases the wear resistance, but also prevents the softening of cementite in the heat affected zone, which is reheated during the welding process to a temperature close to the austenization temperature. Although the base metal of the rail can be significantly hardened with a Cr content of less than 0.50%, the hardness of the weld cannot be satisfactorily provided, and the difference in hardness between the base metal of the rail and the weld becomes significant. As a result, due to local wear, a wear recess is formed on the weld joint. In addition, when Cr is added in an amount exceeding 1.00%, i.e. in excess, bainitic and martensitic structures are formed, which reduce the wear resistance and viscosity of the rails. Accordingly, the Cr content is limited to a range of 0.50-1.00%. In addition, in order to eliminate segregation in the columnar part of the rail and prevent the formation of a martensitic structure that adversely affects the viscosity of the rail, the added amount of Cr can be limited to a range of 0.20 to less than 0.40% due to the addition of a large amount of Si .

Кроме того, в целях повышения прочности, пластичности и вязкости рельса, который предполагается выпускать с химическим составом, упомянутым выше, дополнительно добавляются один или по меньшей мере два элемента, выбранные из числа следующих элементов:
Mo: от 0,01 до 0,20%, V: от 0,02 до 0,30%, Nb: от 0,002 до 0,050%, Co: от 0,10 до 2,00% и B: от 0,0005 до 0,005%.
In addition, in order to increase the strength, ductility and viscosity of the rail, which is supposed to be produced with the chemical composition mentioned above, one or at least two elements selected from the following elements are additionally added:
Mo: from 0.01 to 0.20%, V: from 0.02 to 0.30%, Nb: from 0.002 to 0.050%, Co: from 0.10 to 2.00%, and B: from 0.0005 up to 0.005%.

Далее будут объяснены причины определения химического состава так, как это описано выше. Next, the reasons for determining the chemical composition as described above will be explained.

Mo сходен с Cr в том отношении, что способствует повышению точки равновесия перлитного превращения и в результате делает перлитную структуру мелкозернистой, что способствует значительному упрочнению рельсовой стали и повышению износостойкости. При его добавлении в количестве менее 0,01% эффект незначителен. Когда Mo добавляется в количестве, превышающем 0,20%, т.е. в избыточном количестве, Mo снижает скорость перлитного превращения и в результате способствует формированию мартенситной структуры, оказывающей отрицательное воздействие на вязкость. В связи с этим содержание Mo ограничивается диапазоном от 0,01 до 0,20%. Mo is similar to Cr in that it increases the equilibrium point of pearlite transformation and as a result makes the pearlite structure fine-grained, which contributes to a significant hardening of rail steel and an increase in wear resistance. When added in an amount of less than 0.01%, the effect is negligible. When Mo is added in an amount in excess of 0.20%, i.e. in excess, Mo reduces the rate of pearlite transformation and, as a result, promotes the formation of a martensitic structure that has a negative effect on viscosity. In this regard, the Mo content is limited to a range from 0.01 to 0.20%.

V является компонентом, способствующим повышению прочности за счет дисперсионного твердения, причем карбонитриды ванадия, образующиеся в ходе охлаждения в процессе горячей прокатки, способствуют измельчению зерен аустенита путем подавления роста зерен во время термообработки в форме нагревания стали до высокой температуры, что способствует повышению прочности, пластичности и вязкости, требующихся от рельсов. Однако результатов трудно ожидать, если содержание V меньше 0,02%. Кроме того, результата нельзя ожидать, если V добавляется в количестве, превышающем 0,30%. Поэтому содержание V ограничивается диапазоном от 0,02 до 0,30%. V is a component that contributes to an increase in strength due to dispersion hardening, and vanadium carbonitrides formed during cooling during hot rolling contribute to the grinding of austenite grains by suppressing grain growth during heat treatment in the form of heating steel to a high temperature, which contributes to an increase in strength and ductility and the viscosity required from the rails. However, results are difficult to expect if the V content is less than 0.02%. In addition, the result cannot be expected if V is added in an amount in excess of 0.30%. Therefore, the content of V is limited to a range from 0.02 to 0.30%.

Nb сходен с V в том отношении, что является элементом, способствующим измельчению зерен аустенита за счет формирования карбонитридов ниобия. Nb оказывает влияние на подавление роста зерен аустенита при более высоких по сравнению с V температурах, приближающихся к 1200oC, и способствует улучшению пластичности и вязкости рельсов. Результата нельзя ожидать, если содержание Nb меньше 0,002%. Кроме того, если Nb добавляют в количестве, превышающем 0,050%, т. е. в избыточном количестве, дополнительного эффекта ожидать нельзя. В соответствии с этим содержание Nb ограничивается диапазоном от 0,002 до 0,050%.Nb is similar to V in that it is an element that contributes to the grinding of austenite grains due to the formation of niobium carbonitrides. Nb affects the suppression of the growth of austenite grains at higher temperatures compared to V, approaching 1200 o C, and helps to improve the ductility and viscosity of the rails. The result cannot be expected if the Nb content is less than 0.002%. In addition, if Nb is added in an amount in excess of 0.050%, i.e. in excess, an additional effect cannot be expected. Accordingly, the Nb content is limited to a range of 0.002 to 0.050%.

Co является элементом, повышающим прочность за счет повышения энергии перлитного превращения с целью измельчения структуры перлита. Однако эффекта нельзя ожидать при его содержании менее 0,10%. Когда Co добавляется в количестве, превышающем 2,00%, т.е. в избыточном количестве, происходит насыщение при отсутствии дополнительного эффекта. В соответствии с этим содержание Co ограничивается диапазоном от 0,10 до 2,00%. Co is an element that increases strength by increasing the energy of pearlite transformation with the aim of grinding the structure of perlite. However, the effect cannot be expected when its content is less than 0.10%. When Co is added in an amount in excess of 2.00%, i.e. in excess, saturation occurs in the absence of an additional effect. Accordingly, the Co content is limited to a range of 0.10 to 2.00%.

B является элементом, который оказывает влияние на подавление формирования доэвтектоидного цементита из прежних границ аустенитного зерна и который способствует устойчивому формированию перлитной структуры. Однако при его содержании менее 0,0005% эффект оказывается слабым. Когда B добавляется в количестве, превышающем 0,0050%, образуются грубые карбиды бора, снижающие пластичность и вязкость рельсов. В соответствии с этим содержание В ограничивается диапазоном от 0,0005 до 0,0050%. B is an element that affects the suppression of the formation of hypereutectoid cementite from the former boundaries of austenitic grain and which contributes to the stable formation of a pearlite structure. However, when its content is less than 0.0005%, the effect is weak. When B is added in an amount in excess of 0.0050%, coarse boron carbides are formed, reducing the ductility and toughness of the rails. Accordingly, the content of B is limited to a range of 0.0005 to 0.0050%.

Кроме того, разъясним причины ограничения суммы показателей содержания Si/4 + Mn/2 + Cr величиной от 0,8 до 1,8 вес.%. Когда величина суммы показателей содержания Si/4 + Mn/2 + Cr меньше 0,8 вес.%, твердость сварного соединения рельсов после сварки, такой как стыковая контактная сварка, значительно снижается по сравнению с твердостью основного металла рельса, и различие в твердости между сварным соединением и основным металлом возрастает, что не позволяет удовлетворить требование, согласно которому различие в твердости по Виккерсу должно не превышать 30, условие, позволяющее не допустить местного износа рельса на верхней поверхности головки в сварном соединении. Кроме того, когда величина суммы показателей содержания Si/4 + Mn/2 + Cr превышает 1,8 вес.%, твердость сварного соединения рельсов значительно возрастает по сравнению с основным металлом, что не позволяет удовлетворить требование, согласно которому различие в твердости по Виккерсу должно не превышать 30, условие, позволяющее не допустить местного износа рельса на верхней поверхности головки в сварном соединении. В дополнение к неудовлетворительности в сварном соединении образуются анормальные структуры, такие как мартенсит, а вязкость и усталостная прочность рельсового сварного соединения значительно понижаются. В соответствии с этим величина суммы показателей содержания Si/4 + Mn/2 + Cr ограничивается диапазоном от 0,8 до 1,8 вес.%. Кроме того, с тем чтобы предупредить ликвацию в колончатой части рельса, в системе компонентов, в которой содержание Mn и Cr уменьшается, a Si добавляется в большом количестве для того, чтобы не допустить ликвации в колончатой части рельса, анормальные структуры типа мартенсита не формируются в сварном соединении даже при максимально допустимом содержании Mn, Cr и Si, а различие в твердости по Виккерсу между сварным соединением и основным металлом не превышает 30. В соответствии с этим величина суммы показателей содержания Si/4 + Mn/2 + Cr ограничивается значением 0,95. In addition, we explain the reasons for limiting the sum of the indicators of the Si / 4 + Mn / 2 + Cr content from 0.8 to 1.8 wt.%. When the sum of the indicators of the Si / 4 + Mn / 2 + Cr content is less than 0.8 wt.%, The hardness of the welded joint of the rails after welding, such as flash butt welding, is significantly reduced compared to the hardness of the base metal of the rail, and the difference in hardness between increases by the welded joint and the base metal, which does not satisfy the requirement that the difference in Vickers hardness should not exceed 30, a condition that allows local rail wear on the upper surface of the head to be prevented in the welded joint . In addition, when the sum of the indicators of the content of Si / 4 + Mn / 2 + Cr exceeds 1.8 wt.%, The hardness of the welded joint of the rails increases significantly compared to the base metal, which does not allow to satisfy the requirement that the difference in Vickers hardness must not exceed 30, a condition that prevents local wear of the rail on the upper surface of the head in a welded joint. In addition to unsatisfactory abnormalities, abnormal structures such as martensite form in the welded joint, and the viscosity and fatigue strength of the rail welded joint are significantly reduced. In accordance with this, the sum of the indicators of the content of Si / 4 + Mn / 2 + Cr is limited to a range from 0.8 to 1.8 wt.%. In addition, in order to prevent segregation in the columnar part of the rail, in a system of components in which the content of Mn and Cr decreases, and Si is added in large quantities in order to prevent segregation in the columnar part of the rail, abnormal structures like martensite are not formed in welded joint even at the maximum permissible content of Mn, Cr and Si, and the difference in Vickers hardness between the welded joint and the base metal does not exceed 30. Accordingly, the sum of the indicators of the content of Si / 4 + Mn / 2 + Cr is limited value of 0.95.

Рельсовую сталь с описанным выше химическим составом выплавляют в обычном сталеплавильном агрегате, таком, как конвертер или электропечь. Полученную жидкую сталь разливают в слитки с последующей прокаткой в блюмы, или непрерывной разливке, а полученные заготовки подвергают затем горячей прокатке в рельсы. Горячекатаные рельсы, обладающие большой тепловой энергией при высокой температуре, или рельсы, нагретые до высокой температуры, в целях термообработки подвергаются ускоренному охлаждению головной части для повышения твердости перлитной структуры головки рельса. Rail steel with the chemical composition described above is smelted in a conventional steelmaking unit, such as a converter or an electric furnace. The resulting liquid steel is poured into ingots, followed by rolling into blooms, or continuous casting, and the resulting billets are then hot rolled into rails. Hot rolled rails with high thermal energy at high temperature, or rails heated to high temperature, are subjected to accelerated cooling of the head part for heat treatment to increase the hardness of the pearlite structure of the rail head.

(2) Твердость перлитной структуры и ее диапазон
Сначала следует объяснить причины ограничения твердости перлитной структуры по Виккерсу уровнем по меньшей мере 320. Когда твердость по Виккерсу ниже 320, возникают следующие проблемы: становится затруднительным обеспечение в данной системе компонентов такой износостойкости, которая требуется для рельсов современных магистральных железных дорог; кроме того, на повороте рельсовой колеи при крутом изгибе под воздействием плотного контакта между рельсом и колесами возникает течение металла, влекущее за собой появление поверхностных дефектов, таких как трещины в головке или отслаивание. В связи с этим твердость по Виккерсу перлитной структуры должна составлять не менее 320.
(2) Hardness of a pearlite structure and its range
First, the reasons for limiting the hardness of a pearlite structure according to Vickers to a level of at least 320 should be explained. When the Vickers hardness is below 320, the following problems arise: it becomes difficult to ensure that the components in this system have the wear resistance that is required for rails of modern main railways; in addition, at a bend of a rail track with a sharp bend under the influence of tight contact between the rail and the wheels, a metal flow occurs, entailing the appearance of surface defects such as cracks in the head or peeling. In this regard, the Vickers hardness of the pearlite structure should be at least 320.

Далее разъясним причины ограничения распространения перлитной структуры, имеющей твердость по Виккерсу не менее 320 глубиной не менее 20 мм от угла головки и верхней поверхности головки. Когда глубина меньше 20 мм, она мала по сравнению с той, которую должна иметь износостойкая область головки рельса, и в связи с продолжением износа рельса оказывается невозможно добиться достаточного продления срока службы рельса. С другой стороны, когда глубина распространения упомянутой выше перлитной структуры достигает по меньшей мере 30 мм от угла головки и верхней поверхности головки, имеет место дальнейшее усиление эффекта увеличения срока службы рельса. В соответствии с этим оказывается желателен указанный диапазон. Next, we explain the reasons for limiting the distribution of a pearlite structure having a Vickers hardness of at least 320 and a depth of at least 20 mm from the angle of the head and the upper surface of the head. When the depth is less than 20 mm, it is small compared to that which the wear-resistant area of the rail head should have, and due to the continued wear of the rail, it is impossible to achieve a sufficient extension of the rail service life. On the other hand, when the propagation depth of the aforementioned pearlite structure reaches at least 30 mm from the angle of the head and the upper surface of the head, there is a further amplification of the effect of increasing the service life of the rail. Accordingly, the indicated range is desired.

На фиг. 3 показаны наименования позиций поверхности поперечного разреза головки рельса, являющегося предметом настоящего изобретения и обладающего превосходными износостойкостью и свариваемостью. В головке рельса числовыми позициями 1 и 2 обозначены верхняя часть головки и углы головки, соответственно. Один из углов 2 головки является углом полотна (G.C.), более всего соприкасающимся с колесами. In FIG. 3 shows the names of the surface positions of the transverse section of the rail head, which is the subject of the present invention and has excellent wear resistance and weldability. In the rail head, numeral positions 1 and 2 indicate the upper part of the head and the angles of the head, respectively. One of the corners of the 2 heads is the corner of the canvas (G.C.), most in contact with the wheels.

Далее будут объяснены причины ограничения разности показателя твердости по Виккерсу между основным металлом рельса и сварным соединением величиной не более 30. Когда различие в твердости по Виккерсу между сварным соединением и основным металлом превышает 30, на верхней поверхности головки рельса в месте сварного соединения происходит частичный износ в форме выемки износа. В результате при прохождении поезда возникают шум и вибрация, и происходит заметное ухудшение качества железнодорожного пути. В связи с этим различие показателя твердости по Виккерсу между основным металлом рельса и сварным соединением ограничивается величиной не более 30. Кроме того, различие в твердости ограничивается различием в распределении твердости головки между сварным соединением рельса, повторно нагретым до температуры аустенизации, и основным металлом. Различие в твердости не означает различия в твердости между зоной термического влияния, образованной вокруг сварного соединения или областью с пониженной твердостью, образованной под воздействием обезуглероживания по линии сварки, и основным металлом. Кроме того, различие в твердости является, в первую очередь, показателем абсолютного понижения твердости сварного соединения по сравнению с твердостью основного металла. Твердость сварного соединения иногда повышается и в зависимости от системы компонентов и условий сварки становится сопоставимой с твердостью основного металла. Однако поскольку достигающая такого высокого уровня твердость не оказывает значительного влияния на характеристики сварного шва, и различие в твердости определяют, когда твердость сварного шва низка по сравнению с основным металлом или когда твердость сварного шва по сравнению с ним велика. Next, the reasons for limiting the difference in Vickers hardness between the base metal of the rail and the welded joint to no more than 30 will be explained. When the difference in Vickers hardness between the welded joint and the base metal exceeds 30, partial wear occurs on the upper surface of the rail head at the place of the welded joint form of notch wear. As a result, noise and vibration occur during the passage of the train, and there is a noticeable deterioration in the quality of the railway track. In this regard, the difference in Vickers hardness between the base metal of the rail and the welded joint is limited to not more than 30. In addition, the difference in hardness is limited by the difference in the distribution of head hardness between the welded joint of the rail reheated to the austenization temperature and the base metal. The difference in hardness does not mean a difference in hardness between the heat affected zone formed around the welded joint or the area with reduced hardness formed by decarburization along the welding line and the base metal. In addition, the difference in hardness is, first of all, an indicator of the absolute decrease in the hardness of the welded joint compared to the hardness of the base metal. The hardness of the welded joint sometimes increases and, depending on the system of components and the welding conditions, becomes comparable with the hardness of the base metal. However, since the hardness reaching such a high level does not significantly affect the characteristics of the weld, and the difference in hardness determines when the hardness of the weld is low compared to the base metal or when the hardness of the weld is large compared to it.

(3) Об условиях производства
Далее будут детально рассмотрены причины ограничения каждого из условий охлаждения в процессе упомянутого выше производства рельсов согласно пунктам 4-6 формулы изобретения.
(3) Production conditions
Next, the reasons for the limitation of each of the cooling conditions during the above-mentioned rail production according to paragraphs 4-6 of the claims will be examined in detail.

Согласно п. 4 стальной рельс подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации при скорости охлаждения от 1 до 10oC/сек, и охлаждение прекращается, когда температура стальных рельсов достигает от 700 до 500oC. Причины ограничения условий охлаждения будут объяснены далее. Кроме того, условия охлаждения являются условиями термообработки, при которой в качестве охлаждающей среды используют воздух или смесь, содержащую главным образом воздух и туман.According to paragraph 4, the steel rail is subjected to accelerated cooling from the temperature of austenization at a cooling rate of from 1 to 10 o C / sec, and cooling stops when the temperature of the steel rails reaches from 700 to 500 o C. The reasons for limiting the cooling conditions will be explained below. In addition, cooling conditions are heat treatment conditions in which air or a mixture containing mainly air and fog is used as the cooling medium.

Сначала объясним причины ограничения температуры прекращения ускоренного охлаждения и скорости ускоренного охлаждения в ходе операции ускоренного охлаждения стального рельса от температуры аустенизации до температуры от 700 до 500oC.First, we explain the reasons for limiting the temperature of termination of accelerated cooling and the speed of accelerated cooling during the operation of accelerated cooling of a steel rail from the temperature of austenization to a temperature of from 700 to 500 o C.

Когда ускоренное охлаждение прекращается при температуре, превышающей 700oC, сразу после ускоренного охлаждения начинается перлитное превращение с образованием большого количества перлитной структуры, обладающей низкой твердостью. В результате твердость по Виккерсу головки рельса оказывается ниже 320, что не позволяет гарантировать необходимую износостойкость. В связи с этим температура прекращения ускоренного охлаждения ограничивается уровнем не более 700oC. Кроме того, в случае если ускоренное охлаждение осуществляется до температуры менее 500oC, после завершения ускоренного охлаждения невозможно ожидать достаточного возвращения энергии из внутренних областей рельса, и в области ликвации происходит формирование мартенситной структуры, оказывающей отрицательное воздействие на вязкость и износостойкость рельса. В связи с этим температура прекращения ускоренного охлаждения должна быть не менее 500oC.When accelerated cooling stops at a temperature in excess of 700 ° C., immediately after accelerated cooling, pearlite transformation begins to form a large amount of pearlite structure having low hardness. As a result, the Vickers hardness of the rail head is below 320, which does not guarantee the necessary wear resistance. In this regard, the termination temperature of accelerated cooling is limited to not more than 700 o C. In addition, if accelerated cooling is carried out to a temperature of less than 500 o C, after the completion of accelerated cooling, it is impossible to expect a sufficient return of energy from the inner regions of the rail, and in the segregation area the formation of a martensitic structure that has a negative effect on the viscosity and wear resistance of the rail occurs. In this regard, the termination temperature of accelerated cooling should be at least 500 o C.

Объясним причины ограничения скорости ускоренного охлаждения диапазоном от 1 до 10oC.Explain the reasons for limiting the speed of accelerated cooling in the range from 1 to 10 o C.

Когда скорость ускоренного охлаждения оказывается меньше 1oC/сек, в ходе ускоренного охлаждения в высокотемпературной области начинается перлитное превращение, и образуется большое количество перлитной структуры, обладающей низкой твердостью. В результате этого твердость головки рельса по Виккерсу оказывается меньше 320, что не позволяет гарантировать необходимую износостойкость. Кроме того, в больших количествах образуется доэвтектоидный цементит, оказывающий отрицательное воздействие на вязкость и пластичность рельса. В связи с этим скорость ускоренного охлаждения должна быть не меньше 1oC/сек. Далее, в случае использования в качестве охлаждающей среды воздуха или среды, содержащей главным образом воздух, туман и т.п., каковая среда обладает при осуществлении термообработки устойчивыми характеристиками, оказывается невозможным обеспечить устойчивую скорость охлаждения, превышающую 10oC/сек. Поэтому скорость ускоренного охлаждения ограничивается диапазоном от 1 до 10oC.When the accelerated cooling rate is less than 1 ° C./sec, during accelerated cooling in the high temperature region, pearlite transformation begins and a large amount of pearlite structure having low hardness is formed. As a result, the hardness of the rail head according to Vickers is less than 320, which does not guarantee the necessary wear resistance. In addition, in large quantities, hypereutectoid cementite is formed, which has a negative effect on the viscosity and ductility of the rail. In this regard, the accelerated cooling rate must be at least 1 o C / sec. Further, in the case of using air or a medium containing mainly air, fog, etc. as the cooling medium, which medium has stable characteristics during the heat treatment, it is not possible to provide a stable cooling rate in excess of 10 ° C./sec. Therefore, the accelerated cooling rate is limited to a range from 1 to 10 o C.

Кроме того, скорость ускоренного охлаждения определяется как средняя скорость охлаждения с момента его начала и до завершения охлаждения. Иногда возможны временные повышения температуры, вызванные выделением тепла при перлитном превращении или естественным переносом тепла в ходе ускоренного охлаждения из внутренней области рельса. Однако, когда средняя скорость охлаждения с начала до завершения ускоренного охлаждения находится в установленных выше рамках, никакого заметного влияния на характеристики рельса из перлитной стали, являющегося предметом настоящего изобретения, не оказывается. Поэтому условия ускоренного охлаждения рельсов согласно настоящему изобретению включают уменьшение скорости охлаждения, вызванное временным повышением температуры в ходе охлаждения. In addition, the accelerated cooling rate is defined as the average cooling rate from the moment it begins to the end of cooling. Temporary temperature rises are sometimes possible due to heat generation during pearlite transformation or natural heat transfer during accelerated cooling from the inner rail region. However, when the average cooling rate from the beginning to the end of accelerated cooling is within the limits set above, there is no noticeable effect on the characteristics of the pearlitic steel rail of the present invention. Therefore, the conditions for accelerated cooling of rails according to the present invention include a decrease in the cooling rate caused by a temporary increase in temperature during cooling.

Заданная скорость охлаждения в диапазоне от 1 до 10oC может быть достигнута с помощью воздуха или охлаждающей среды, содержащей воздух, главным образом, тумана или ему подобного, или комбинации воздуха и охлаждающей среды.A predetermined cooling rate in the range of 1 to 10 ° C. can be achieved using air or a cooling medium containing air, mainly fog, or the like, or a combination of air and cooling medium.

В соответствии со сказанным, для того, чтобы получить рельс с перлитной структурой с твердостью по Виккерсу не менее 320 и превосходной износостойкостью и свариваемостью, головку стального рельса подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации при скорости охлаждения от 1 до 10oC воздухом или охлаждающей средой, состоящей главным образом из воздуха, туманом и т.п., и ускоренное охлаждение прекращается, когда температура стального рельса достигает от 700 до 500oC, так что в головке рельса не допускается формирование перлитной структуры, обладающей низкой твердостью, и не формируются анормальные структуры, такие как доэвтектоидная цементитная структура и мартенситная структура, оказывающие отрицательное воздействие на пластичность, вязкость и износостойкость. В результате может устойчиво формироваться перлитная структура, обладающая большой твердостью.In accordance with the foregoing, in order to obtain a rail with a pearlite structure with a Vickers hardness of at least 320 and excellent wear resistance and weldability, the steel rail head is subjected to accelerated cooling from the austenization temperature at a cooling rate of 1 to 10 ° C. with air or a cooling medium, consisting mainly of air, fog, etc., and accelerated cooling stops when the temperature of the steel rail reaches from 700 to 500 o C, so that the formation of a pearlite page is not allowed in the rail head a low hardness structure and no abnormal structures are formed, such as a hypereutectoid cementite structure and a martensitic structure, which adversely affect ductility, toughness and wear resistance. As a result, a pearlite structure having high hardness can be stably formed.

Хотя перлитная структура является желательной в качестве структуры металла рельса, в ней в зависимости от системы компонентов, скорости ускоренного охлаждения и степени ликвации стального материала иногда формируется незначительное количество доэвтектоидного цементита. Однако даже при формировании незначительного количества доэвтектоидного цементита этот доэвтектоидный цементит не оказывает заметного влияния на пластичность, вязкость, износостойкость и прочность. Структура рельса из перлитной стали, являющегося предметом настоящего изобретения, может, следовательно, содержать в себе некоторое количество доэвтектоидной цементитной структуры. Although a pearlite structure is desirable as a rail metal structure, an insignificant amount of hypereutectoid cementite is sometimes formed depending on the component system, accelerated cooling rate, and segregation rate of the steel material. However, even with the formation of a small amount of hypereutectoid cementite, this hypereutectoid cementite does not have a noticeable effect on ductility, toughness, wear resistance, and strength. The pearlitic steel rail structure of the present invention may therefore comprise a certain amount of hypereutectoid cementite structure.

Объясним далее причины определения следующих условий охлаждения по п. 5: головку стального рельса подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации со скоростью охлаждения от более чем 10 до 30oC/сек, и ускоренное охлаждение прекращают в тот момент, когда на перлитное превращение стального рельса приходится 70% всего превращения. Кроме того, настоящие условия охлаждения являются условиями термообработки, при которых используется охлаждающая среда, которая содержит главным образом воду, такая, как туман или водяные брызги.We will further explain the reasons for determining the following cooling conditions according to claim 5: the steel rail head is subjected to accelerated cooling from the austenization temperature with a cooling rate of more than 10 to 30 ° C / sec, and accelerated cooling is stopped at the moment when the pearlite transformation of the steel rail accounts for 70% of the total conversion. In addition, these cooling conditions are heat treatment conditions in which a cooling medium is used that contains mainly water, such as fog or water spray.

Как показано на фиг. 2, упомянутом выше, когда скорость ускоренного охлаждения меньше 10oC/сек, кривая охлаждения постоянно пересекает точку перегиба кривой перлитного превращения и перлитное превращение в большинстве случаев завершается во время непрерывного охлаждения. Однако, когда скорость ускоренного охлаждения превышает 10oC/сек, обнаруживается, что кривая охлаждения пересекает точку перегиба кривой перлитного превращения только тогда, когда используются стали, содержащие по меньшей мере определенное количество С. Кроме того, когда скорость ускоренного охлаждения превышает 10oC/сек, продолжение охлаждения до температур, составляющих всего порядка 300oC, ведет к формированию в перлитной структуре большого количества мартенситной структуры. Это оказывает отрицательное влияние на износостойкость и вязкость рельса.As shown in FIG. 2 mentioned above, when the accelerated cooling rate is less than 10 ° C./sec, the cooling curve constantly crosses the inflection point of the pearlite transformation curve and the pearlite transformation in most cases is completed during continuous cooling. However, when the accelerated cooling rate exceeds 10 o C / sec, it is found that the cooling curve crosses the inflection point of the pearlite transformation curve only when steels containing at least a certain amount of C are used. In addition, when the accelerated cooling rate exceeds 10 o C / sec, continued cooling to temperatures of only about 300 ° C. leads to the formation of a large amount of martensitic structure in the pearlite structure. This has a negative effect on the wear resistance and toughness of the rail.

Однако, когда стальной рельс охлаждается с такой высокой скоростью охлаждения, во время перлитного превращения становится значительной степень переохлаждения. Когда в ходе охлаждения в определенных размерах происходит перлитное превращение, прекращение ускоренного охлаждения в определенной температурной области в ходе превращения вызывает выделение тепла при перлитном превращении и естественный перенос тепла из внутренней области головки рельса, что ведет к временному возникновению состояния, сходного с изотермическим превращением. В результате перлитное превращение может быть завершено во всей головке рельса. However, when the steel rail is cooled at such a high cooling rate, a significant degree of subcooling becomes during pearlite transformation. When pearlite transformation occurs during cooling in certain sizes, the cessation of accelerated cooling in a certain temperature region during the transformation causes heat to be released during pearlite transformation and natural heat transfer from the inner region of the rail head, which leads to the temporary occurrence of a state similar to isothermal transformation. As a result, the pearlite transformation can be completed in the entire rail head.

Были выполнены детальные опыты, которые подтвердили, что для того, чтобы завершить перлитное превращение в головке рельса за счет использования тепла перлитного превращения и естественного переноса тепла из внутренней области головки рельса, после ускоренного охлаждения минимальное необходимое перлитное превращение составляет по меньшей мере 70% от всего превращения. Detailed experiments were carried out, which confirmed that in order to complete the pearlite transformation in the rail head by using the heat of pearlite transformation and the natural heat transfer from the inner region of the rail head, after accelerated cooling, the minimum required pearlite transformation is at least 70% of the total transformations.

Концепция упомянутого выше производственного процесса показана на диаграмме превращения при непрерывном охлаждении (термокинетической диаграмме), причем в качестве примера взяли сталь с фиг. 2, содержащую 1,0% C. В этом примере сталь подвергают ускоренному охлаждению (от более чем 10 до 30oC) от температуры аустенизации, и ускоренное охлаждение прекращается, когда величина перлитного превращения становится равной по меньшей мере 75% от всего превращения. Скорость охлаждения становится меньше 10oC/сек после прекращения ускоренного охлаждения в связи с выделением тепла перлитного превращения и естественного переноса тепла из внутренней области самого рельса. Таким образом может устойчиво завершаться перлитное превращение.The concept of the aforementioned manufacturing process is shown in the continuous cooling transformation diagram (thermokinetic diagram), the steel of FIG. 2 containing 1.0% C. In this example, the steel is subjected to accelerated cooling (from more than 10 ° C. to 30 ° C.) of the austenitizing temperature, and accelerated cooling is stopped when the pearlite transformation becomes at least 75% of the total transformation. The cooling rate becomes less than 10 o C / sec after the termination of accelerated cooling due to the heat of pearlite transformation and natural heat transfer from the inner region of the rail itself. Thus, the pearlite transformation can be stably completed.

Сначала разъясним причины ограничения скорости ускоренного охлаждения диапазоном от более чем 10 до 30oC/сек.First, we explain the reasons for limiting the speed of accelerated cooling to a range of more than 10 to 30 o C / sec.

Когда стальной рельс охлаждают охлаждающей средой, иной, чем воздух, и главным образом содержащей воду, такой как туман и водяные брызги, при высокой скорости охлаждения ниже 10oC/сек, равномерность охлаждения оказывается совершенно недостаточной в области таких низких скоростей охлаждения, что связано с очень высокой охлаждающей способностью, что затрудняет контроль охлаждения. Кроме того, при неустойчивом охлаждении варьируется твердость и становится затруднительным устойчиво добиваться, чтобы твердость по Виккерсу головки рельса равнялась по меньшой мере 320. В связи с этим скорость ускоренного охлаждения должна превышать 10oC/сек. Кроме того, как показано на диаграмме превращения при непрерывном охлаждении (термокинетической диаграмме) на фиг. 2, когда скорость ускоренного охлаждения превышает 30oC/сек, кривая охлаждения не пересекает во время ускоренного охлаждения в достаточной степени точку перегиба кривой перлитного превращения и происходит образование мартенситной структуры, оказывающей отрицательное влияние на вязкость и износостойкость рельса. Кроме того, даже когда во время ускоренного охлаждения кривая охлаждения пересекает точку перегиба кривой перлитного превращения в достаточной степени, невозможно ожидать перлитного превращения, соответствующего по меньшей мере 70% всего превращения, и в результате перлитное превращение во всей головке рельса не завершается. В результате происходит образование мартенситной структуры, оказывающей отрицательное влияние на вязкость и износостойкость рельса. Поэтому скорость ускоренного охлаждения ограничивается диапазоном от более чем 10 до 30oC/сек.When the steel rail is cooled with a cooling medium other than air, and mainly containing water, such as fog and water spray, at a high cooling rate below 10 o C / sec, the uniformity of cooling is completely insufficient in the region of such low cooling rates, which with very high cooling capacity, which makes cooling control difficult. In addition, with unstable cooling, the hardness varies and it becomes difficult to consistently achieve that the Vickers hardness of the rail head is at least 320. In this regard, the accelerated cooling rate must exceed 10 o C / sec. In addition, as shown in the continuous cooling transformation diagram (thermokinetic diagram) in FIG. 2, when the accelerated cooling rate exceeds 30 o C / sec, the cooling curve does not sufficiently intersect the inflection point of the pearlite transformation curve during accelerated cooling, and a martensitic structure is formed that adversely affects the viscosity and wear resistance of the rail. In addition, even when the cooling curve crosses the inflection point of the pearlite transformation curve sufficiently during accelerated cooling, it is not possible to expect a pearlite transformation corresponding to at least 70% of the entire transformation, and as a result, the pearlite transformation in the entire rail head does not complete. The result is the formation of a martensitic structure that has a negative effect on the viscosity and wear resistance of the rail. Therefore, the accelerated cooling rate is limited to a range of from more than 10 to 30 o C / sec.

Кроме того, скорость ускоренного охлаждения определяется как средняя скорость охлаждения с момента его начала и до завершения охлаждения. Иногда возможны временные повышения температуры, вызванные выделением тепла при перлитном превращении или естественным переносом тепла в ходе ускоренного охлаждения из внутренней области рельса. Однако, когда средняя скорость охлаждения с начала до завершения ускоренного охлаждения находится в установленных выше рамках, никакого заметного влияния на характеристики рельса из перлитной стали, являющегося предметом настоящего изобретения, не оказывается. Условия ускоренного охлаждения рельсов согласно настоящему изобретению включают уменьшение скорости охлаждения, вызванное временным повышением температуры в ходе охлаждения. In addition, the accelerated cooling rate is defined as the average cooling rate from the moment it begins to the end of cooling. Temporary temperature rises are sometimes possible due to heat generation during pearlite transformation or natural heat transfer during accelerated cooling from the inner rail region. However, when the average cooling rate from the beginning to the end of accelerated cooling is within the limits set above, there is no noticeable effect on the characteristics of the pearlitic steel rail of the present invention. The conditions for accelerated cooling of the rails according to the present invention include a decrease in the cooling rate caused by a temporary increase in temperature during cooling.

Далее, к способам достижения заданной скорости охлаждения в диапазоне от более чем 10 до 30oC/сек относятся следующие: инжекционное охлаждение смесью воды и воздуха или их сочетанием, головку рельса или весь рельс погружают в масло, горячую воду, смесь полимера и воды или солевую ванну.Further, methods for achieving a predetermined cooling rate in the range of more than 10 to 30 ° C./sec include the following: injection cooling with a mixture of water and air or a combination thereof, the rail head or the entire rail is immersed in oil, hot water, a mixture of polymer and water or salt bath.

Теперь разъясним причины прекращения ускоренного охлаждения в момент достижения 70% всего перлитного превращения. Now we will explain the reasons for the cessation of accelerated cooling at the moment of achieving 70% of the entire pearlite transformation.

Если в момент прекращения ускоренного охлаждения достигается менее 70% всего перлитного превращения, количество тепла, выделяющегося при перлитном превращении после прекращения охлаждения оказывается мало, и в результате перлитное превращение не может быть завершено по всей головке рельса. В связи с этим в головке рельса формируется большое количество мартенсита. Более того, при наличии в головке рельса участков микроликвации эти участки охлаждаются далее без превращения, что ведет к возникновению островков, каждый из которых имеет мартенситную структуру. Все это ведет к значительному ухудшению вязкости и износостойкости рельса. If less than 70% of the total pearlite transformation is achieved at the time of termination of accelerated cooling, the amount of heat generated during pearlite transformation after the termination of cooling is small, and as a result, pearlite transformation cannot be completed along the entire rail head. In this regard, a large amount of martensite is formed in the rail head. Moreover, if there are sections of microliquation in the rail head, these sections are cooled further without transformation, which leads to the appearance of islands, each of which has a martensitic structure. All this leads to a significant deterioration in the viscosity and wear resistance of the rail.

Развитие перлитного превращения в момент прекращения ускоренного охлаждения ограничивается поэтому значением не более 70%. Развитие перлитного превращения можно определять по изменению температуры головки рельса во время ускоренного охлаждения. При начале перлитного превращения отчетливо наблюдается участок выделения тепла, вызванного превращением. Согласно результатам детальных опытов, состояние рельса непосредственно перед завершением подъема температуры на участке выделения тепла соответствует температуре, при которой завершается 70% всего перлитного превращения. Кроме того, в качестве простого способа контроля величины превращения наиболее желательным является контроль этой величины, исходя из длительности охлаждения в процессе ускоренного охлаждения. The development of pearlite transformation at the moment of termination of accelerated cooling is therefore limited by a value of not more than 70%. The development of pearlite transformation can be determined by the change in temperature of the rail head during accelerated cooling. At the beginning of the pearlite transformation, a site of heat generation caused by the transformation is clearly observed. According to the results of detailed experiments, the state of the rail immediately before the completion of the temperature rise in the heat generation area corresponds to the temperature at which 70% of the entire pearlite transformation is completed. In addition, as a simple way to control the amount of conversion, it is most desirable to control this value based on the duration of cooling during accelerated cooling.

В соответствии со сказанным, для того, чтобы изготовить рельс с перлитной структурой и с твердостью по Виккерсу не менее 320, а также с превосходными износостойкостью и свариваемостью, головную часть рельса подвергают ускоренному охлаждению со скоростью охлаждения от более чем 10 до 30oC/сек охлаждающей средой, иной чем воздух и содержащей главным образом воду, такой, как туман и водяные брызги, и ускоренное охлаждение прекращается в момент, когда перлитное превращение в стальном рельсе достигает 70% всего превращения. В результате оказывается возможным устойчивое формирование перлитной структуры, обладающей большой твердостью.In accordance with the foregoing, in order to produce a rail with a pearlite structure and with a Vickers hardness of at least 320, as well as excellent wear resistance and weldability, the rail head is subjected to accelerated cooling with a cooling rate of more than 10 to 30 o C / sec cooling medium other than air and containing mainly water, such as fog and water sprays, and accelerated cooling stops at the moment when the pearlite transformation in the steel rail reaches 70% of the total transformation. As a result, it is possible the stable formation of a pearlite structure with high hardness.

Хотя перлитная структура является желательной в качестве структуры металла рельса, в ней в зависимости от системы компонентов, скорости ускоренного охлаждения и степени ликвации стального материала иногда формируется незначительное количество доэвтектоидного цементита. Однако даже при формировании незначительного количества доэвтектоидного цементита этот доэвтектоидный цементит не оказывает заметного влияния на пластичность, вязкость, износостойкость и прочность. Структура рельса из перлитной стали, являющегося предметом настоящего изобретения, может, следовательно, содержать в себе некоторое количество доэвтектоидной цементитной структуры. Although a pearlite structure is desirable as a rail metal structure, an insignificant amount of hypereutectoid cementite is sometimes formed depending on the component system, accelerated cooling rate, and segregation rate of the steel material. However, even with the formation of a small amount of hypereutectoid cementite, this hypereutectoid cementite does not have a noticeable effect on ductility, toughness, wear resistance, and strength. The pearlitic steel rail structure of the present invention may therefore comprise a certain amount of hypereutectoid cementite structure.

Объясним далее причины ограничения следующих условий охлаждения по п. 6: головку стального рельса подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации до температуры от 750 до 600oC со скоростью охлаждения от более чем 10 до 30oC/сек и последующему контролируемому охлаждению со скоростью охлаждения от 1 до менее 10oC/сек в диапазоне температур от 750-600oC до 550-450oC. Кроме того, условия охлаждения являются условиями термообработки в случаях, когда при начальном охлаждении используют воду в форме тумана или водяных брызг, а при последующем охлаждении - охлаждающую среду, содержащую воздух или, главным образом, воздух и туман.Let us further explain the reasons for limiting the following cooling conditions according to claim 6: the steel rail head is subjected to accelerated cooling from the austenization temperature to a temperature of 750 to 600 o C with a cooling rate of more than 10 to 30 o C / sec and subsequent controlled cooling with a cooling rate of 1 to less than 10 o C / s in the temperature range from 750-600 o C to 550-450 o C. In addition, the cooling conditions are heat treatment conditions when water is used in the form of fog or water spray during initial cooling, and when subsequent cooling - a cooling medium containing air or, mainly, air and fog.

Как показано на фиг. 2, когда скорость ускоренного охлаждения меньше 10oC/сек, кривая охлаждения постоянно пересекает точку перегиба кривой перлитного превращения, и перлитное превращение завершается большей частью во время непрерывного охлаждения. Когда скорость ускоренного охлаждения превышает 10oC/сек, обнаруживается, что кривая охлаждения пересекает точку перегиба кривой перлитного превращения только тогда, когда используются стали, содержащие по меньшей мере определенное количество углерода. Кроме того, когда скорость ускоренного охлаждения превышает 10oC/сек, продолжение охлаждения до температур, составляющих всего порядка 300oC, ведет к формированию в перлитной структуре большого количества мартенситной структуры. Это оказывает отрицательное влияние на износостойкость и вязкость рельса.As shown in FIG. 2, when the accelerated cooling rate is less than 10 ° C./sec, the cooling curve constantly crosses the inflection point of the pearlite transformation curve, and the pearlite transformation is completed mostly during continuous cooling. When the accelerated cooling rate exceeds 10 ° C./sec, it is found that the cooling curve crosses the inflection point of the pearlite transformation curve only when steels containing at least a certain amount of carbon are used. In addition, when the accelerated cooling rate exceeds 10 o C / sec, continued cooling to temperatures of only about 300 o C leads to the formation of a large amount of martensitic structure in the pearlite structure. This has a negative effect on the wear resistance and toughness of the rail.

Однако при ускоренном охлаждении со скоростью, превышающей 10oC/сек, перлитное превращение может быть завершено во всей головке рельса путем прекращения ускоренного охлаждения в температурной области, в которой устойчиво формируется перлитная структура, обладающая большой твердостью, и начала процесса охлаждения, допускающего последующий контроль выделения тепла при перлитном превращении при возможности естественного переноса тепла из внутренней области головки рельса.However, with accelerated cooling at a rate exceeding 10 o C / sec, pearlite transformation can be completed in the entire rail head by stopping the accelerated cooling in the temperature region in which the pearlite structure with high hardness is stably formed and the cooling process is started, which allows subsequent control heat generation during pearlitic transformation with the possibility of natural heat transfer from the inner region of the rail head.

В качестве примера взяли сталь с фиг. 2, содержащую 1,0% C, а концепция упомянутого выше производственного процесса показана на диаграмме превращения при непрерывном охлаждении (термокинетической диаграмме). Причем в этом примере сталь подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации со скоростью от более чем 10 до 30oC, и перлитное превращение может быть устойчиво завершено путем дальнейшего контроля последующего выделения тепла перлитного превращения и естественного переноса тепла из внутренней области самого рельса (1-10oC/сек).As an example, the steel of FIG. 2 containing 1.0% C, and the concept of the aforementioned manufacturing process is shown in a continuous cooling transformation diagram (thermokinetic diagram). Moreover, in this example, the steel is subjected to accelerated cooling from the temperature of austenization at a rate of from more than 10 to 30 o C, and pearlite transformation can be stably completed by further monitoring the subsequent heat generation of pearlite transformation and natural heat transfer from the inner region of the rail itself (1-10 o C / sec).

Объясним сначала причины ограничения температуры прекращения ускоренного охлаждения и скорости ускоренного охлаждения в способе, предусматривающем ускоренное охлаждение стали от температуры аустенизации до температуры от 750 до 600oC со скоростью охлаждения от более чем 10 до не более 30oC/сек.First, we explain the reasons for limiting the termination temperature of accelerated cooling and the accelerated cooling rate in a method involving accelerated cooling of steel from an austenization temperature to a temperature of 750 to 600 o C with a cooling rate of more than 10 to no more than 30 o C / sec.

Когда ускоренное охлаждение прекращают при температуре, превышающей 750oC, в ходе последующего контролируемого охлаждения в области высоких температур происходит формирование доэвтектоидного цементита, что ведет к значительному снижению пластичности и вязкости рельса. В связи с этим температура прекращения ускоренного охлаждения не должна быть выше 750oC. Когда ускоренное охлаждение осуществляют до температур менее 600oC, в ходе последующего контролируемого охлаждения не завершается перлитное превращение. В результате возникает тенденция к формированию анормальных структур, таких как бейнит и мартенсит, которые оказывают отрицательное воздействие на вязкость и износостойкость рельса. В связи с этим температура прекращения ускоренного охлаждения не должна быть ниже 600oC.When accelerated cooling is stopped at a temperature in excess of 750 ° C., subsequent controlled cooling at high temperatures results in the formation of hypereutectoid cementite, which leads to a significant decrease in the ductility and viscosity of the rail. In this regard, the termination temperature of accelerated cooling should not be higher than 750 o C. When accelerated cooling is carried out to temperatures less than 600 o C, during subsequent controlled cooling does not end pearlite transformation. As a result, there is a tendency to the formation of abnormal structures, such as bainite and martensite, which have a negative effect on the viscosity and wear resistance of the rail. In this regard, the termination temperature of accelerated cooling should not be lower than 600 o C.

Когда стальной рельс охлаждают охлаждающей средой, иной, чем воздух и главным образом содержащей воду, такой как туман и водяные брызги, при высокой скорости охлаждения ниже 10oC/сек, равномерность охлаждения оказывается совершенно недостаточной в области таких низких скоростей охлаждения, что связано с очень высокой охлаждающей способностью, что затрудняет контроль охлаждения. Кроме того, при неустойчивом охлаждении варьируется твердость и становится затруднительным устойчиво добиваться, чтобы твердость по Виккерсу головки рельса равнялась по меньшей мере 320. В связи с этим скорость ускоренного охлаждения должна превышать 10oC/сек. Кроме того, когда скорость ускоренного охлаждения превышает 30oC/сек, перлитное превращение во время контролируемого охлаждения, следующего за ускоренным охлаждением, не завершается, и возникает тенденция к образованию анормальных структур, таких как бейнит и мартенсит, оказывающих отрицательное влияние на вязкость и износостойкость рельса. Поэтому скорость ускоренного охлаждения ограничивается диапазоном от более чем 10 до 30oC/сек.When the steel rail is cooled by a cooling medium other than air and mainly containing water, such as fog and water spray, at a high cooling rate below 10 o C / sec, the uniformity of cooling is completely insufficient in the region of such low cooling rates, which is associated with very high cooling capacity, which makes it difficult to control cooling. In addition, with unstable cooling, the hardness varies and it becomes difficult to steadily achieve that the Vickers hardness of the rail head is at least 320. In this regard, the accelerated cooling rate must exceed 10 o C / sec. In addition, when the accelerated cooling rate exceeds 30 ° C./sec, the pearlite transformation during controlled cooling following the accelerated cooling does not end, and there is a tendency to form abnormal structures such as bainite and martensite, which adversely affect viscosity and wear resistance. rail. Therefore, the accelerated cooling rate is limited to a range of from more than 10 to 30 o C / sec.

Кроме того, скорость ускоренного охлаждения определяется как средняя скорость охлаждения с момента его начала и до завершения охлаждения. Иногда возможны временные повышения температуры, вызванные выделением тепла при перлитном превращении или естественным переносом тепла в ходе ускоренного охлаждения из внутренней области рельса. Однако, когда средняя скорость охлаждения с начала до завершения ускоренного охлаждения находится в установленных выше рамках, никакого заметного влияния на характеристики рельса из перлитной стали, являющегося предметом настоящего изобретения, не оказывается. Условия ускоренного охлаждения рельсов согласно настоящему изобретению включают, следовательно, уменьшение скорости охлаждения, вызванное временным повышением температуры в ходе охлаждения. In addition, the accelerated cooling rate is defined as the average cooling rate from the moment it begins to the end of cooling. Temporary temperature rises are sometimes possible due to heat generation during pearlite transformation or natural heat transfer during accelerated cooling from the inner rail region. However, when the average cooling rate from the beginning to the end of accelerated cooling is within the limits set above, there is no noticeable effect on the characteristics of the pearlitic steel rail of the present invention. The conditions for accelerated cooling of the rails according to the present invention include, therefore, a decrease in the cooling rate caused by a temporary increase in temperature during cooling.

Далее, к способам достижения заданной скорости охлаждения в диапазоне от более чем 10 до 30oC/сек относятся следующие: инжекционное охлаждение смесью воды и воздуха или их сочетанием; головку рельса или весь рельс погружают в масло, горячую воду, смесь полимера и воды или солевую ванну.Further, methods for achieving a predetermined cooling rate in the range of more than 10 to 30 ° C./sec include the following: injection cooling with a mixture of water and air, or a combination thereof; the rail head or the entire rail is immersed in oil, hot water, a mixture of polymer and water, or a salt bath.

Теперь разъясним причины ограничения температуры прекращения контролируемого охлаждения и скорости контролируемого охлаждения при способе контролируемого охлаждения со скоростью охлаждения от 1 до менее 10oC/сек в диапазоне температур от 750-600oC до 550-450oC.Now we explain the reasons for limiting the temperature of termination of controlled cooling and the speed of controlled cooling with a controlled cooling method with a cooling rate of 1 to less than 10 o C / s in the temperature range from 750-600 o C to 550-450 o C.

Когда контролируемое охлаждение прекращается при температуре, превышающей 550oC, сразу после контролируемого охлаждения образуется большое количество перлитной структуры, обладающей низкой твердостью. В результате твердость по Виккерсу головки рельса оказывается ниже 320, что не позволяет гарантировать необходимую износостойкость головки. В связи с этим температура прекращения контролируемого охлаждения ограничивается уровнем не более 550oC. Кроме того, в случае если контролируемое охлаждение осуществляется до температуры менее 450oC, после завершения ускоренного охлаждения невозможно ожидать достаточного возвращения энергии из внутренних областей рельса, и в области ликвации происходит формирование мартенситной структуры, оказывающей отрицательное воздействие на вязкость рельса. В связи с этим температура прекращения контролируемого охлаждения должна быть не менее 450oC.When controlled cooling is stopped at a temperature in excess of 550 ° C., immediately after controlled cooling, a large amount of a pearlite structure having low hardness is formed. As a result, the Vickers hardness of the rail head is below 320, which does not guarantee the necessary wear resistance of the head. In this regard, the termination temperature of controlled cooling is limited to not more than 550 o C. In addition, if controlled cooling is carried out to a temperature of less than 450 o C, after the completion of accelerated cooling, it is impossible to expect a sufficient return of energy from the inner regions of the rail, and in the segregation area the formation of a martensitic structure that has a negative effect on the viscosity of the rail occurs. In this regard, the termination temperature of controlled cooling should be at least 450 o C.

Объясним причины ограничения скорости ускоренного охлаждения диапазоном от 1 до 10oC. Когда скорость контролируемого охлаждения оказывается меньше 1oC/сек, в ходе контролируемого охлаждения в высокотемпературной области начинается перлитное превращение, и образуется большое количество перлитной структуры, обладающей низкой твердостью. В результате этого твердость головки рельса по Виккерсу оказывается меньше 320, что не позволяет гарантировать необходимую износостойкость. В связи с этим скорость ускоренного охлаждения должна быть не меньше 1oC/сек. Кроме того, когда контролируемое охлаждение осуществляется со скоростью охлаждения не менее 10oC/сек, перлитное превращение в ходе охлаждения не завершается, и в процессе контролируемого охлаждения и последующего охлаждения происходит формирование анормальных структур, таких как бейнит и мартенсит, оказывающих отрицательное влияние на вязкость и износостойкость рельсов. Поэтому скорость ускоренного охлаждения ограничивается диапазоном от 1 до 10oC.Let us explain the reasons for limiting the speed of accelerated cooling to a range of 1 to 10 o C. When the controlled cooling rate is less than 1 o C / sec, during controlled cooling in the high-temperature region, pearlite transformation begins and a large amount of pearlite structure with low hardness is formed. As a result, the hardness of the rail head according to Vickers is less than 320, which does not guarantee the necessary wear resistance. In this regard, the accelerated cooling rate must be at least 1 o C / sec. In addition, when controlled cooling is carried out with a cooling rate of at least 10 ° C / sec, pearlite transformation during cooling does not complete, and during controlled cooling and subsequent cooling, abnormal structures such as bainite and martensite are formed that have a negative effect on viscosity and wear resistance of rails. Therefore, the accelerated cooling rate is limited to a range from 1 to 10 o C.

Кроме того, скорость контролируемого охлаждения определяется как средняя скорость охлаждения с момента его начала и до завершения охлаждения. Иногда возможно временное повышение температуры, вызванное выделением тепла при перлитном превращении или естественным переносом тепла в ходе ускоренного охлаждения из внутренней области рельса. Однако, когда средняя скорость охлаждения с начала до завершения контролируемого охлаждения находится в установленных выше рамках, никакого заметного влияния на характеристики рельса из перлитной стали, являющегося предметом настоящего изобретения, не оказывается. Поэтому условия контролируемого охлаждения рельсов согласно настоящему изобретению включают уменьшение скорости охлаждения, вызванное временным повышением температуры в ходе охлаждения. In addition, the rate of controlled cooling is defined as the average cooling rate from the moment it begins to the end of cooling. Sometimes a temporary increase in temperature is possible, caused by heat generation during pearlite transformation or natural heat transfer during accelerated cooling from the inner region of the rail. However, when the average cooling rate from the beginning to the end of controlled cooling is within the limits set above, there is no noticeable effect on the characteristics of the pearlitic steel rail of the present invention. Therefore, the controlled cooling conditions of the rails of the present invention include a decrease in the cooling rate caused by a temporary increase in temperature during cooling.

Заданная скорость охлаждения в диапазоне от 1 до 10oC может быть достигнута с помощью охлаждающей среды, содержащей воздух, главным образом, тумана или ему подобного, или комбинации этих сред.A predetermined cooling rate in the range of 1 to 10 ° C. can be achieved by using a cooling medium containing air, mainly fog or the like, or a combination of these media.

В соответствии со сказанным, для того, чтобы получить рельс с перлитной структурой с твердостью по Виккерсу не менее 320 и превосходной износостойкостью и свариваемостью, головку стального рельса подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации при скорости охлаждения от более чем 10 до 30oC с последующим контролируемым охлаждением со скоростью охлаждения от 1 до менее 10oC/сек в диапазоне температур от 750-600oC до 550-450oC с использованием охлаждающей среды, иной, чем воздух, и содержащей главным образом воду, такую как туман и водяные брызги. В результате может устойчиво формироваться перлитная структура, обладающая большой твердостью.In accordance with the foregoing, in order to obtain a rail with a pearlite structure with a Vickers hardness of at least 320 and excellent wear resistance and weldability, the steel rail head is subjected to accelerated cooling from the austenization temperature at a cooling rate of from more than 10 to 30 o C followed by controlled cooling at a cooling rate of 1 to less than 10 o C / sec within a temperature range of 750-600 o C to 550-450 o C using a cooling medium other than air and containing mainly water, such as fog and leading s spray. As a result, a pearlite structure having high hardness can be stably formed.

Хотя перлитная структура является желательной в качестве структуры металла рельса, в ней в зависимости от системы компонентов, скорости ускоренного охлаждения и степени ликвации стального материала иногда формируется незначительное количество доэвтектоидного цементита. Однако даже при формировании в перлитной структуре незначительного количества доэвтектоидного цементита этот доэвтектоидный цементит не оказывает заметного влияния на пластичность, вязкость, износостойкость и прочность рельса. Структура рельса из перлитной стали, являющегося предметом настоящего изобретения, может, следовательно, содержать в себе некоторое количество доэвтектоидной цементитной структуры. Although a pearlite structure is desirable as a rail metal structure, an insignificant amount of hypereutectoid cementite is sometimes formed depending on the component system, accelerated cooling rate, and segregation rate of the steel material. However, even when a small amount of hypereutectoid cementite is formed in the pearlite structure, this hypereutectoid cementite does not have a noticeable effect on ductility, viscosity, wear resistance, and rail strength. The pearlitic steel rail structure of the present invention may therefore comprise a certain amount of hypereutectoid cementite structure.

Примеры
Далее настоящее изобретение будет объяснено со ссылками на примеры.
Examples
The present invention will now be explained with reference to examples.

Пример 1
Данный пример относится к объекту изобретения, раскрытому в пунктах 1-3 формулы изобретения.
Example 1
This example relates to the subject matter disclosed in claims 1-3.

В табл. 1 и 2 (табл. 1-16 см. в конце описания) приведены химический состав, данные о твердости и микроструктуре основного металла рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, а также приведенных для сравнения рельсовых сталей, а также степень износа после повторения при форсированных условиях 700000 циклов испытаний на показанном на фиг. 4 приборе измерения износа Нисихара. In the table. 1 and 2 (table. 1-16 see the end of the description) shows the chemical composition, data on the hardness and microstructure of the base metal of rail steels, which are the subject of the present invention, as well as comparison for rail steels, as well as the degree of wear after repetition under forced 700,000 test cycles as shown in FIG. 4 Nishihara wear instrument.

Остальная часть химического состава приходится на Fe и неизбежные примеси. The remainder of the chemical composition is Fe and inevitable impurities.

Кроме того, в табл. 1 и 2 ясно показано различие в твердости между полученным стыковой сваркой сварным соединением и основным металлом любой из рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, и рельсовых сталей, приведенных для сравнения. Кроме того, показатели твердости металла основы и сварного шва любой из рельсовых сталей, указанных в табл. 1 и 2, являются средними значениями для головки и не представляют собой ни максимальных, ни минимальных значений. In addition, in table. 1 and 2, the difference in hardness between the butt welded joint and the base metal of any of the rail steels of the present invention and the rail steels for comparison is clearly shown. In addition, the hardness indicators of the base metal and the weld of any of the rail steels indicated in the table. 1 and 2 are mean values for the head and do not represent either maximum or minimum values.

Наряду с этим на фиг. 5 показана взаимозависимость между твердостью и величиной износа рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, и рельсовых сталей, приведенных для сравнения (эвтектоидные углеродистые стали: порядковые номера от 10 до 13), перечисленных в табл. 1 и 2 для сопоставления результатов испытаний на износ. На фиг. 6 показаны примеры распределения твердости в сварных соединениях в головках рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения (порядковые номера: 2, 3), и рельсовых сталей, приведенных для сравнения (порядковые номера: 17, 18), показанных в примерах в табл. 1 и 2. Кроме того, ниже описаны рельсы, использованные в примерах. Along with this in FIG. 5 shows the relationship between hardness and wear of rail steels that are the subject of the present invention and rail steels shown for comparison (eutectoid carbon steels: serial numbers from 10 to 13), listed in table. 1 and 2 to compare wear test results. In FIG. 6 shows examples of the distribution of hardness in welded joints in the heads of rail steels that are the subject of the present invention (serial numbers: 2, 3) and rail steels shown for comparison (serial numbers: 17, 18) shown in the examples in table. 1 and 2. In addition, the rails used in the examples are described below.

Рельсы, являющиеся предметом настоящего изобретения (9 штук) с порядковыми номерами от 1 до 9: стальные рельсы, являющиеся термообработанными рельсами, имеющие каждый химический состав, описанный выше, и перлитную структуру на глубину по меньшей мере 20 мм от поверхности головки как начальной точки, причем перлитная структура имеет твердость по Виккерсу не менее 320 и головка была подвергнута ускоренному охлаждению. The rails that are the subject of the present invention (9 pieces) with serial numbers from 1 to 9: steel rails, which are heat-treated rails, having each chemical composition described above, and a pearlite structure to a depth of at least 20 mm from the surface of the head as a starting point, moreover, the pearlite structure has a Vickers hardness of at least 320 and the head was subjected to accelerated cooling.

Рельсы, приведенные для сравнения (9 штук):
рельсы, приведенные для сравнения (4 штуки), с порядковыми номерами от 10 до 13: изготовлены из эвтектоидных углеродистых сталей, химический состав которых выходит за рамки пунктов настоящего изобретения; и
рельсы, приведенные для сравнения (5 штук) с порядковыми номерами от 14 до 18: изготовлены из заэвтектоидных углеродистых сталей, химический состав которых выходит за рамки пунктов настоящего изобретения.
Rails shown for comparison (9 pieces):
rails shown for comparison (4 pieces), with serial numbers from 10 to 13: made of eutectoid carbon steels, the chemical composition of which is beyond the scope of the points of the present invention; and
rails shown for comparison (5 pieces) with serial numbers from 14 to 18: made of hypereutectoid carbon steels, the chemical composition of which is beyond the scope of the points of the present invention.

Условия проведения испытаний на износ были следующими:
испытательный прибор: прибор измерения износа Нисихара, форма испытательного образца: дисковидный образец
наружный диаметр: 30 мм, толщина: 8 мм;
испытательная нагрузка: 686 Н;
коэффициент скольжения: 20%;
противоположный материал: перлитная сталь (твердость по Виккерсу 390);
атмосфера: на воздухе;
охлаждение: принудительное охлаждение сжатым воздухом (при расходе 100 нл/мин), и
количество циклов: 700000
Условия стыковой контактной сварки оплавлением были следующими:
сварочный аппарат: К-355 (изготовлен в СССР);
мощность: 150 кВА;
вторичный ток: 20000 А (макс);
усилие зажима: 125 тонн (макс) и величина осадки: 10 мм.
The conditions for the wear tests were as follows:
testing device: Nishihara wear measuring device, test sample form: disk-like sample
outer diameter: 30 mm; thickness: 8 mm;
test load: 686 N;
slip coefficient: 20%;
opposite material: pearlitic steel (Vickers hardness 390);
atmosphere: in the air;
cooling: forced cooling with compressed air (at a flow rate of 100 nl / min), and
number of cycles: 700,000
The conditions for flash butt welding were as follows:
welding machine: K-355 (made in the USSR);
power: 150 kVA;
secondary current: 20000 A (max);
clamping force: 125 tons (max) and draft value: 10 mm.

Пример 2
Данный пример относится к пределам применения пунктов 2-3 формулы изобретения.
Example 2
This example relates to the application of claims 2-3.

В табл. 3 и 4 приведены химический состав, данные о твердости и микроструктуре основного металла рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, а также приведенных для сравнения рельсовых сталей, а также степень износа после повторения при форсированных условиях 700000 циклов испытаний на показанном на фиг. 4 в примере 1 приборе измерения износа Нисихара в условиях принудительного охлаждения. In the table. Figures 3 and 4 show the chemical composition, data on the hardness and microstructure of the base metal of rail steels that are the subject of the present invention, as well as rail steels given for comparison, and the degree of wear after repeating under forced conditions 700,000 test cycles in FIG. 4 in Example 1 of a Nishihara Wear Measurement Instrument under forced cooling.

Кроме того, в табл.3 и 4 ясно показано различие в твердости между полученным стыковой сваркой сварным соединением и основным металлом любой из рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, и рельсовых сталей, приведенных для сравнения. Кроме того, показатели твердости металла основы и сварного шва любой из рельсовых сталей, указанных в табл.3 и 4, являются средними значениями для головки и не представляют собой ни максимальных, ни минимальных значений. In addition, Tables 3 and 4 clearly show the difference in hardness between the butt welded joint and the base metal of any of the rail steels that are the subject of the present invention and the rail steels for comparison. In addition, the hardness indicators of the base metal and the weld of any of the rail steels listed in Tables 3 and 4 are average values for the head and do not represent either maximum or minimum values.

Наряду с этим на фиг. 7 показана взаимозависимость между твердостью и величиной износа рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, и рельсовых сталей, приведенных для сравнения (эвтектоидные углеродистые стали: порядковые номера от 28 до 31), перечисленных в табл.3 и 4, для сопоставления результатов испытаний на износ. На фиг. 8 показаны примеры распределения твердости в сварных соединениях в головках рельсовой стали, являющейся предметом настоящего изобретения (порядковый номер 21), и рельсовой стали, приведенной для сравнения (порядковый номер 35), показанных в примерах в табл. 3 и 4. Along with this in FIG. 7 shows the relationship between hardness and wear of rail steels that are the subject of the present invention and rail steels shown for comparison (eutectoid carbon steels: serial numbers 28 to 31) listed in Tables 3 and 4 to compare the results of wear tests . In FIG. 8 shows examples of the distribution of hardness in welded joints in the heads of the rail steel of the present invention (serial number 21) and the rail steel shown for comparison (serial number 35) shown in the examples in table. 3 and 4.

Кроме того, ниже описаны рельсы, использованные в примерах. In addition, the rails used in the examples are described below.

Рельсы, являющиеся предметом настоящего изобретения (9 штук) с порядковыми номерами от 19 до 27:
стальные рельсы, являющиеся термообработанными рельсами, имеющие каждый химический состав, описанный выше, и перлитную структуру на глубину по меньшей мере 20 мм от поверхности головки как начальной точки, причем перлитная структура имеет твердость по Виккерсу не менее 320, и головка была подвергнута ускоренному охлаждению.
Rails that are the subject of the present invention (9 pieces) with serial numbers from 19 to 27:
steel rails, which are heat-treated rails, having each chemical composition described above, and a pearlite structure to a depth of at least 20 mm from the surface of the head as the starting point, the pearlite structure having a Vickers hardness of at least 320, and the head was subjected to accelerated cooling.

Рельсы, приведенные для сравнения (9 штук):
рельсы, приведенные для сравнения (4 штуки), с порядковыми номерами от 28 до 31: изготовлены из эвтектоидных углеродистых сталей, химический состав которых выходит за рамки пунктов настоящего изобретения; и
рельсы, приведенные для сравнения (5 штук) с порядковыми номерами от 32 до 36: изготовлены из заэвтектоидных углеродистых сталей, химический состав которых выходит за рамки пунктов настоящего изобретения.
Rails shown for comparison (9 pieces):
rails shown for comparison (4 pieces), with serial numbers from 28 to 31: made of eutectoid carbon steels, the chemical composition of which is beyond the scope of the points of the present invention; and
rails shown for comparison (5 pieces) with serial numbers from 32 to 36: made of hypereutectoid carbon steels, the chemical composition of which is beyond the scope of the points of the present invention.

Условия проведения испытаний на износ и стыковой контактной сварки были такими же, как и в примере 1. The conditions for the wear tests and butt contact welding were the same as in example 1.

Пример 3
Данный пример относится к объекту изобретения, раскрытому в пунктах 4-6 формулы изобретения.
Example 3
This example relates to the subject matter disclosed in claims 4-6.

В табл. 5-10 и 11-16 приведены химический состав, условия термической обработки (диапазоны температур термической обработки, скорости охлаждения и показатели формирования перлита), данные о твердости и микроструктуре основного металла рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, а также приведенных для сравнения рельсовых сталей, а также степень износа после повторения при форсированных условиях 700000 циклов испытаний на показанном на фиг. 4 в примере 1 приборе измерения износа Нисихара в условиях принудительного охлаждения. Кроме того, в табл. 5-8 и 11-14 ясно показано различие в твердости между полученным стыковой сваркой оплавлением сварным соединением и основным металлом рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения и рельсовых сталей, приведенных для сравнения. In the table. 5-10 and 11-16 show the chemical composition, heat treatment conditions (temperature ranges of heat treatment, cooling rates and perlite formation indicators), data on the hardness and microstructure of the base metal of rail steels that are the subject of the present invention, as well as rail steels for comparison as well as the degree of wear after repetition under forced conditions of 700,000 test cycles shown in FIG. 4 in Example 1 of a Nishihara Wear Measurement Instrument under forced cooling. In addition, in table. 5-8 and 11-14, the difference in hardness between the flash butt weld obtained by welding and the base metal of the rail steels of the present invention and the rail steels for comparison is clearly shown.

Кроме того, показатели твердости металла основы и сварного шва любой из рельсовых сталей, указанных в табл. 5-8 и 11-14, являются средними значениями для головки и не представляют собой ни максимальных, ни минимальных значений. In addition, the hardness indicators of the base metal and the weld of any of the rail steels indicated in the table. 5-8 and 11-14, are average values for the head and do not represent either the maximum or minimum values.

Наряду с этим на фиг. 9 показана взаимозависимость между твердостью и величиной износа рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения и рельсовых сталей, приведенных для сравнения (эвтектоидные углеродистые стали: порядковые номера от 64 до 67), перечисленных в табл. 5-10 для сопоставления результатов испытаний на износ. На фиг. 10 показаны примеры распределения твердости в сварных соединениях в головках рельсовой стали, являющейся предметом настоящего изобретения (порядковые номера: 41, 44), и рельсовых сталей, приведенных для сравнения (порядковые номера 71, 72), показанных в примерах в табл. 5-10. Along with this in FIG. 9 shows the relationship between hardness and wear of rail steels that are the subject of the present invention and rail steels shown for comparison (eutectoid carbon steels: serial numbers from 64 to 67), listed in table. 5-10 to compare wear test results. In FIG. 10 shows examples of the distribution of hardness in welded joints in the heads of rail steel that is the subject of the present invention (serial numbers: 41, 44), and rail steels shown for comparison (serial numbers 71, 72) shown in the examples in table. 5-10.

Кроме того, на фиг. 11 показана взаимозависимость между твердостью и величиной износа рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, и рельсовых сталей, приведенных для сравнения (эвтектоидные углеродистые стали: порядковые номера от 112 до 115), перечисленных в табл. 11-16 для сопоставления результатов испытаний на износ. На фиг. 12 показаны примеры распределения твердости в сварных соединениях в головках рельсовой стали, являющейся предметом настоящего изобретения (порядковый номер 91), и рельсовой стали, приведенной для сравнения (порядковый номер 120), показанных в примерах в табл. 11-16. In addition, in FIG. 11 shows the relationship between hardness and wear of rail steels that are the subject of the present invention and rail steels shown for comparison (eutectoid carbon steels: serial numbers 112 to 115) listed in Table 1. 11-16 for comparing wear test results. In FIG. 12 shows examples of the distribution of hardness in welded joints in the heads of the rail steel of the present invention (serial number 91) and the rail steel shown for comparison (serial number 120) shown in the examples in the table. 11-16.

Кроме того, ниже описаны рельсы, использованные в примерах. In addition, the rails used in the examples are described below.

(Примеры из табл. 5-10)
Рельсы, являющиеся предметом настоящего изобретения (27 штук) с порядковыми номерами от 37 до 63:
стальные рельсы, являющиеся термообработанными рельсами, имеющие каждый химический состав, описанный выше, и перлитную структуру на глубину по меньшей мере 20 мм от поверхности головки как начальной точки, причем перлитная структура имеет твердость по Виккерсу не менее 320 и головка была подвергнута ускоренному охлаждению.
(Examples from table. 5-10)
The rails that are the subject of the present invention (27 pieces) with serial numbers from 37 to 63:
steel rails, which are heat-treated rails, having each chemical composition described above, and a pearlite structure to a depth of at least 20 mm from the surface of the head as the starting point, the pearlite structure having a Vickers hardness of at least 320 and the head was subjected to accelerated cooling.

Рельсы, приведенные для сравнения (21 штука):
рельсы, приведенные для сравнения (4 штуки) с порядковыми номерами от 64 до 67: изготовлены из эвтектоидных углеродистых сталей, химический состав которых выходит за рамки пунктов настоящего изобретения;
рельсы, приведенные для сравнения (5 штук) с порядковыми номерами от 68 до 72: изготовлены из заэвтектоидных углеродистых сталей, химический состав которых выходит за рамки пунктов настоящего изобретения;
и рельсы, приведенные для сравнения (12 штук) с порядковыми номерами от 73 до 84: изготовлены в условиях термообработки, выходящих за рамки пунктов настоящего изобретения.
Rails shown for comparison (21 pieces):
rails shown for comparison (4 pieces) with serial numbers from 64 to 67: made of eutectoid carbon steels, the chemical composition of which is beyond the scope of the points of the present invention;
rails shown for comparison (5 pieces) with serial numbers from 68 to 72: made of hypereutectoid carbon steels, the chemical composition of which is beyond the scope of the points of the present invention;
and rails shown for comparison (12 pieces) with serial numbers from 73 to 84: manufactured under heat treatment conditions that are beyond the scope of the paragraphs of the present invention.

(Примеры из табл. 11-16)
Рельсы, являющиеся предметом настоящего изобретения (8 штук) с порядковыми номерами от 85 до 111:
стальные рельсы, являющиеся термообработанными рельсами, имеющие каждый химический состав, описанный выше, и перлитную структуру на глубину по меньшей мере 20 мм от поверхности головки как начальной точки, причем перлитная структура имеет твердость по Виккерсу не менее 320 и головка была подвергнута ускоренному охлаждению.
(Examples from tab. 11-16)
The rails that are the subject of the present invention (8 pieces) with serial numbers from 85 to 111:
steel rails, which are heat-treated rails, having each chemical composition described above, and a pearlite structure to a depth of at least 20 mm from the surface of the head as the starting point, the pearlite structure having a Vickers hardness of at least 320 and the head was subjected to accelerated cooling.

Рельсы, приведенные для сравнения (21 штука):
рельсы, приведенные для сравнения (4 штуки) с порядковыми номерами от 112 до 115: изготовлены из эвтектоидных углеродистых сталей, химический состав которых выходит за рамки пунктов настоящего изобретения;
рельсы, приведенные для сравнения (5 штук) с порядковыми номерами от 116 до 120: изготовлены из заэвтектоидных углеродистых сталей, химический состав которых выходит за рамки пунктов настоящего изобретения; и
рельсы, приведенные для сравнения (12 штук) с порядковыми номерами от 121 до 132: изготовлены в условиях термообработки, выходящих за рамки пунктов настоящего изобретения.
Rails shown for comparison (21 pieces):
rails shown for comparison (4 pieces) with serial numbers from 112 to 115: made of eutectoid carbon steels, the chemical composition of which is beyond the scope of the points of the present invention;
rails shown for comparison (5 pieces) with serial numbers from 116 to 120: made of hypereutectoid carbon steels, the chemical composition of which is beyond the scope of the points of the present invention; and
rails shown for comparison (12 pieces) with serial numbers from 121 to 132: manufactured under heat treatment conditions that are beyond the scope of the paragraphs of the present invention.

Как показано на фиг. 5, 7, 9 и 11, любая из рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, демонстрирует уменьшение степени износа по сравнению с любой имеющей такую же твердость соответствующей сталью, взятой для сравнения, за счет более высокого содержания углерода, что ведет к значительному улучшению износостойкости даже в том случае, когда рельсовая сталь, являющаяся предметом настоящего изобретения, имеет такую же твердость, как и обычная сталь. Кроме того, возможно устойчивое формирование обладающей превосходной износостойкостью перлитной структуры без образования мартенсита, бейнита и доэвтектоидного цементита, оказывающих отрицательное воздействие на вязкость, износостойкость и пластичность, за счет удерживания химического состава в приемлемых рамках и выбора подходящих условий термообработки, как показано в табл. 1-4. As shown in FIG. 5, 7, 9, and 11, any of the rail steels that are the subject of the present invention shows a decrease in the degree of wear compared to any corresponding steel having the same hardness, taken for comparison, due to the higher carbon content, which leads to a significant improvement in wear resistance even in the case where the rail steel of the present invention has the same hardness as ordinary steel. In addition, it is possible to stablely form a pearlite structure with excellent wear resistance without the formation of martensite, bainite and hypereutectoid cementite, which have a negative effect on viscosity, wear resistance and ductility, by keeping the chemical composition within an acceptable framework and choosing suitable heat treatment conditions, as shown in Table 1. 1-4.

Как показано на фиг. 6 и 10, снижение твердости сварного соединения, которое имеет место в то время, когда содержание Cr меньше 0,50% (взятые для сравнения рельсы с порядковыми номерами 17, 71) или когда при содержании Cr не менее 1,00% происходит образование анормальных структур, таких как мартенсит (взятые для сравнения рельсы с порядковыми номерами 18, 72), можно предупредить, установив содержание Cr в диапазоне от более 0,50 до 1,00%, не допуская, чтобы различие в твердости между основным металлом рельса и сварным соединением превысило 30. Таким образом можно не допустить частичного износа, такого как выемка местного износа, вызванная износом сварного шва на верхней поверхности головки в состоянии непосредственно после сварки (без термообработки). As shown in FIG. 6 and 10, a decrease in the hardness of the welded joint, which occurs when the Cr content is less than 0.50% (rails taken with reference numbers 17, 71 taken for comparison) or when abnormal formation occurs with a Cr content of at least 1.00% structures such as martensite (taken for comparison rails with serial numbers 18, 72) can be prevented by setting the Cr content in the range from more than 0.50 to 1.00%, not allowing the difference in hardness between the base metal of the rail and the welded connection exceeded 30. In this way, partial wear, such as local wear, caused by wear of the weld on the upper surface of the head in the state immediately after welding (without heat treatment).

Как показано на фиг. 8 и 12, снижение твердости сварного соединения, которое имеет место в то время, когда содержание Si меньше 0,40% (взятые для сравнения рельсы с порядковыми номерами 35, 120), можно предупредить, установив содержание Si в диапазоне от 0,40 до 1,00%, не допуская, чтобы различие в твердости между основным металлом рельса и сварным соединением превысило 30. Таким образом можно не допустить частичного износа, такого, как выемка местного износа, вызванная износом сварного шва на верхней поверхности головки в состоянии, непосредственно после сварки (без термообработки). As shown in FIG. 8 and 12, the decrease in the hardness of the welded joint, which takes place at a time when the Si content is less than 0.40% (taken for comparison rails with serial numbers 35, 120), can be prevented by setting the Si content in the range from 0.40 to 1.00%, not allowing the difference in hardness between the base metal of the rail and the weld to exceed 30. In this way, partial wear, such as a notch of local wear caused by wear of the weld on the top surface of the head, in the state immediately after welding (without thermoset Botko).

Промышленная применяемость
Как показано на фиг. 5, 7, 9 и 11, любая из рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, демонстрирует уменьшение степени износа по сравнению с любой имеющей такую же твердость соответствующей сталью, взятой для сравнения, за счет более высокого содержания углерода, что ведет к значительному улучшению износостойкости. Кроме того, возможно устойчивое формирование обладающей превосходной износостойкостью перлитной структуры без образования мартенсита, бейнита и доэвтектоидного цементита, оказывающих отрицательное воздействие на вязкость, износостойкость и пластичность, за счет удерживания химического состава в приемлемых рамках и выбора подходящих условий термообработки, как показано в табл. 11-16.
Industrial applicability
As shown in FIG. 5, 7, 9, and 11, any of the rail steels that are the subject of the present invention shows a decrease in the degree of wear compared to any corresponding steel having the same hardness, taken for comparison, due to the higher carbon content, which leads to a significant improvement in wear resistance . In addition, it is possible to stablely form a pearlite structure with excellent wear resistance without the formation of martensite, bainite and hypereutectoid cementite, which have a negative effect on viscosity, wear resistance and ductility, by keeping the chemical composition within an acceptable framework and choosing suitable heat treatment conditions, as shown in Table 1. 11-16.

Кроме того, настоящее изобретение имеет следующие преимущества, показанные на фиг. 6, 8, 10 и 12: сокращается снижение твердости сварного шва, вызванное обезуглероживанием; в сварном соединении (в части, подвергающейся повторному нагреву до температуры аустенизации) отсутствуют анормальные структуры, такие как мартенсит, различие в твердости по Виккерсу между основным металлом и сварным соединением не превышает 30 и могло не допустить частичного износа, такого, как выемка местного износа, вызванная износом сварного шва на верхней поверхности головки в состоянии непосредственно после сварки (без термообработки). In addition, the present invention has the following advantages shown in FIG. 6, 8, 10, and 12: the reduction in weld hardness caused by decarburization is reduced; in the welded joint (in the part subjected to reheating to the austenitization temperature) there are no abnormal structures such as martensite, the difference in Vickers hardness between the base metal and the welded joint does not exceed 30 and could prevent partial wear, such as excavation of local wear, caused by wear of the weld on the upper surface of the head in a state immediately after welding (without heat treatment).

Согласно настоящему изобретению, описанному выше, для магистральных дорог с большой нагрузкой могут быть предложены рельсы, обладающие превосходной износостойкостью и свариваемостью (выполнение сварки, характеристики сварных соединений). According to the present invention described above, rails having excellent wear resistance and weldability (welding performance, characteristics of welded joints) can be proposed for high-load trunk roads.

Claims (7)

1. Рельс из стали с повышенной износостойкостью и свариваемостью, содержащей углерод, кремний, марганец, железо и неизбежные примеси, имеющий структуру перлита, отличающийся тем, что рельс выполнен из стали, дополнительно содержащей хром, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод от более чем 0,85 до 1,20; кремний от 0,10 до 1,00; марганец от 0,20 до 1,50; хром от более чем 0,5 до 1,00, причем величина суммы показателей содержания кремний / 4 + марганец / 2 + хром составляет от 0,80 до 1,80, железо и неизбежные примеси остальное, структура перлита на глубине не менее 20 мм от угла и верхней поверхности головки рельса имеет твердость не менее 320 HV с разницей твердости между основным металлом и сварным соединением рельса, не превышающей 30 HV. 1. Rail made of steel with increased wear resistance and weldability, containing carbon, silicon, manganese, iron and inevitable impurities having a perlite structure, characterized in that the rail is made of steel additionally containing chromium, in the following ratio, wt.%: Carbon from more than 0.85 to 1.20; silicon from 0.10 to 1.00; manganese from 0.20 to 1.50; chrome from more than 0.5 to 1.00, and the sum of indicators of the content of silicon / 4 + manganese / 2 + chromium is from 0.80 to 1.80, iron and inevitable impurities are the rest, the structure of perlite at a depth of not less than 20 mm from the angle and the upper surface of the rail head has a hardness of at least 320 HV with a difference in hardness between the base metal and the welded joint of the rail not exceeding 30 HV. 2. Рельс по п.1, отличающийся тем, что рельс выполнен из стали, дополнительно содержащей один или по меньшей мере два элемента, выбранных из числа следующих элементов, мас.%:
Молибден - 0,01 - 0,20
Ванадий - 0,02 - 0,30
Ниобий - 0,002 - 0,050
Кобальт - 0,10 - 2,00
Бор - 0,0005 - 0,005
Железо и неизбежные примеси - Остальное
структура перлита на глубине не менее 20 мм от угла и верхней поверхности головки рельса имеет твердость не менее 320 HV с разницей твердости между основным металлом и сварным соединением стального рельса, не превышающей 30 HV.
2. The rail according to claim 1, characterized in that the rail is made of steel, optionally containing one or at least two elements selected from among the following elements, wt.%:
Molybdenum - 0.01 - 0.20
Vanadium - 0.02 - 0.30
Niobium - 0.002 - 0.050
Cobalt - 0.10 - 2.00
Boron - 0.0005 - 0.005
Iron and Inevitable Impurities - Else
the pearlite structure at a depth of not less than 20 mm from the angle and upper surface of the rail head has a hardness of at least 320 HV with a difference in hardness between the base metal and the welded joint of the steel rail not exceeding 30 HV.
3. Рельс из стали с повышенной износостойкостью и свариваемостью, содержащей углерод, кремний, марганец, железо и неизбежные примеси, имеющий структуру перлита, отличающийся тем, что рельс выполнен из стали, дополнительно содержащей хром, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод от более чем 0,85 до 1,20; кремний от 0,40 до 1,00; марганец от 0,20 до менее чем 0,40; хром от 0,35 до 0,50, причем величина суммы показателей содержания кремния / 4 + марганец / 2 + хром составляет от 0,80 до 0,95 железо и неизбежные примеси остальное, структура перлита на глубине не менее 20 мм от угла и верхней поверхности головки рельса имеет твердость не менее 320 HV с разницей твердости между основным металлом и сварным соединением стального рельса, не превышающей 30 HV. 3. A rail made of steel with increased wear resistance and weldability containing carbon, silicon, manganese, iron and inevitable impurities having a perlite structure, characterized in that the rail is made of steel additionally containing chromium, in the following ratio, wt.%: Carbon from more than 0.85 to 1.20; silicon from 0.40 to 1.00; manganese from 0.20 to less than 0.40; chrome from 0.35 to 0.50, and the sum of the indicators of the content of silicon / 4 + manganese / 2 + chromium is from 0.80 to 0.95 iron and the inevitable impurities are the rest, the structure of perlite at a depth of at least 20 mm from the angle the upper surface of the rail head has a hardness of at least 320 HV with a difference in hardness between the base metal and the welded joint of the steel rail not exceeding 30 HV. 4. Рельс по п.3, отличающийся тем, что рельс выполнен из стали, дополнительно содержащей один или по меньшей мере два элемента, выбранных из числа следующих элементов, мас.%:
Молибден - 0,01 - 0,20
Ванадий - 0,02 - 0,30
Ниобий - 0,002 - 0,050
Кобальт - 0,10 - 2,00
Бор - 0,0005 - 0,005
Железо и неизбежные примеси - Остальное
структура перлита на глубине не менее 20 мм от угла и верхней поверхности головки имеет твердость не менее 320 HV с разницей твердости между основным металлом и сварным соединением стального рельса, не превышающей 30 HV.
4. The rail according to claim 3, characterized in that the rail is made of steel, optionally containing one or at least two elements selected from among the following elements, wt.%:
Molybdenum - 0.01 - 0.20
Vanadium - 0.02 - 0.30
Niobium - 0.002 - 0.050
Cobalt - 0.10 - 2.00
Boron - 0.0005 - 0.005
Iron and Inevitable Impurities - Else
the perlite structure at a depth of at least 20 mm from the angle and the upper surface of the head has a hardness of at least 320 HV with a difference in hardness between the base metal and the welded joint of the steel rail not exceeding 30 HV.
5. Способ производства рельса из стали с повышенной износостойкостью и свариваемостью, включающий получение рельса из стали, аустенитизацию с использованием тепловой энергии горячекатаного рельса или с дополнительного нагрева, ускоренное охлаждение головки рельса с температуры аустенитизации и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что рельс получают из стали, имеющей химический состав по любому из пп.1 - 4, ускоренное охлаждение ведут со скоростью 1 - 10oС от температуры аустенитизации до 700 - 500oС, стальной рельс имеет перлитную структуру на глубине не менее 20 мм от угла и верхней поверхности головки рельса с твердостью не менее 320 HV с разницей твердости между основным металлом и сварным соединением стального рельса, не превышающей 30 HV.5. A method of manufacturing a rail from steel with increased wear resistance and weldability, including obtaining a rail from steel, austenitization using the heat energy of a hot-rolled rail or from additional heating, accelerated cooling of the rail head from the austenitization temperature and final cooling, characterized in that the rail is made from steel having the chemical composition according to any of claims 1 - 4, are accelerated cooling rate of 1 - 10 o C from austenitizing temperature to 700 - 500 o C, the steel rail is pearlite p Keturah at a depth of at least 20 mm from the corner and the upper surface of the rail head having a hardness of at least 320 HV with a difference of hardness between the base metal and the weld of the steel rail, not exceeding 30 HV. 6. Способ производства рельса из стали с повышенной износостойкостью и свариваемостью, включающий получение рельса из стали, аустенитизацию с использованием тепловой энергии горячекатаного рельса или с дополнительного нагрева, ускоренное охлаждение головки рельса с температуры аустенитизации и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что получают рельс из стали, имеющей химический состав по любому из пп.1 - 4, ускоренное охлаждение ведут со скоростью 10 - 30oС/с от температуры аустенитизации до получения 70% перлита от всего превращения, стальной рельс имеет перлитную структуру на глубине не менее 20 мм от угла и верхней поверхности головки рельса с твердостью не менее 320 HV, с разницей твердости между основным металлом и сварным соединением стального рельса, не превышающей 30 HV.6. A method of manufacturing a rail of steel with increased wear resistance and weldability, including obtaining a rail of steel, austenitization using the thermal energy of a hot-rolled rail or with additional heating, accelerated cooling of the rail head from the austenitization temperature and final cooling, characterized in that the rail is made of steel having a chemical composition according to any one of claims 1 to 4, accelerated cooling is carried out at a rate of 10 - 30 o C / s from the temperature of austenitization to obtain 70% perlite from the entire transformation, the steel rail has a pearlite structure at a depth of at least 20 mm from the angle and upper surface of the rail head with a hardness of at least 320 HV, with a difference in hardness between the base metal and the welded joint of the steel rail not exceeding 30 HV. 7. Способ производства рельса из стали с повышенной износостойкостью и свариваемостью, включающий получение рельса из стали, аустенитизацию с использованием тепловой энергии горячекатаного рельса или с дополнительного нагрева, ускоренное охлаждение головки рельса с температуры аустенитизации и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что получают рельс из стали, имеющей химический состав по любому из пп.1 - 4, ускоренное охлаждение ведут со скоростью 10 - 30oС/с от температуры аустенитизации до 750 - 600oС, затем ведут контролируемое охлаждение головки рельса со скоростью охлаждения от 1 до менее чем 10oС/с в диапазоне температур от 750 - 600 до 550 - 450oС, стальной рельс имеет перлитную структуру на глубине не менее 20 мм от угла и верхней поверхности головки рельса с твердостью не менее 320 HV, с разницей твердости между основным металлом и сварным соединением стального рельса, не превышающей 30 HV.7. A method of manufacturing a rail from steel with increased wear resistance and weldability, including obtaining a rail from steel, austenitization using the heat energy of a hot-rolled rail or from additional heating, accelerated cooling of the rail head from the austenitization temperature and final cooling, characterized in that the rail is made of steel having a chemical composition according to any one of claims 1 to 4, accelerated cooling is carried out at a rate of 10 - 30 o C / s from the temperature of austenitization to 750 - 600 o C, then controlled cooling rail head with a cooling rate of 1 to less than 10 o C / s in the temperature range from 750 - 600 to 550 - 450 o C, the steel rail has a pearlite structure at a depth of at least 20 mm from the angle and upper surface of the rail head with hardness not less than 320 HV, with a hardness difference between the base metal and the welded joint of the steel rail not exceeding 30 HV.
RU97121881A 1996-04-15 1996-05-14 Rails from low-alloyed heat-treated perilit steel featuring high wear resistance and weldability and method of their production RU2139946C1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8/72049 1996-03-27
JP9277296A JPH09316598A (en) 1996-03-27 1996-04-15 Pearlitic rail, excellent in wear resistance and weldability, and its production
JP8/92772 1996-04-15
PCT/JP1996/001265 WO1997036016A1 (en) 1996-03-27 1996-05-14 Low-alloy heat-treated pearlitic steel rails with excellent wear resistance and welding characteristics and process for production thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU97121881A RU97121881A (en) 1999-09-10
RU2139946C1 true RU2139946C1 (en) 1999-10-20

Family

ID=14063720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97121881A RU2139946C1 (en) 1996-04-15 1996-05-14 Rails from low-alloyed heat-treated perilit steel featuring high wear resistance and weldability and method of their production

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2139946C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2485187C2 (en) * 2009-03-30 2013-06-20 Ниппон Стил Корпорейшн Cooling method of rail welding zone, cooling device for rail welding zone, and weld joint of rail
RU2519180C1 (en) * 2010-06-07 2014-06-10 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Steel rail and method of its production
US9127409B2 (en) 2012-04-23 2015-09-08 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Rail
RU2678854C1 (en) * 2018-02-22 2019-02-04 Публичное акционерное общество "Северсталь" Method of producing low-alloy steel flat stock to manufacture wear-resistant parts
CN115558847A (en) * 2022-09-22 2023-01-03 珠海格力电器股份有限公司 Alloy material and preparation method thereof, sliding vane, compressor and air conditioner

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2485187C2 (en) * 2009-03-30 2013-06-20 Ниппон Стил Корпорейшн Cooling method of rail welding zone, cooling device for rail welding zone, and weld joint of rail
US8557064B2 (en) 2009-03-30 2013-10-15 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Method of cooling rail weld zone, and rail weld joint
RU2519180C1 (en) * 2010-06-07 2014-06-10 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Steel rail and method of its production
US8980019B2 (en) 2010-06-07 2015-03-17 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Steel rail and method of manufacturing the same
US9127409B2 (en) 2012-04-23 2015-09-08 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Rail
RU2561947C1 (en) * 2012-04-23 2015-09-10 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Rail
RU2678854C1 (en) * 2018-02-22 2019-02-04 Публичное акционерное общество "Северсталь" Method of producing low-alloy steel flat stock to manufacture wear-resistant parts
CN115558847A (en) * 2022-09-22 2023-01-03 珠海格力电器股份有限公司 Alloy material and preparation method thereof, sliding vane, compressor and air conditioner

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2112051C1 (en) Rail from perlitic steel with high wear resistance and method of rail manufacture
RU2086671C1 (en) Method of manufacturing high-strength rail (versions) and high- strength rail
AU2016200056B2 (en) High-Strength and Highly Fatigue-Resistant Steel Rail and Production Method Thereof
JP4039474B2 (en) Specially formed rolling material and manufacturing method thereof
CA2222281C (en) Low-alloy heat-treated pearlitic steel rail excellent in wear resistance and weldability and process for producing the same
US4082577A (en) Process for the heat treatment of steel
KR0157252B1 (en) High toughness and high strength untempered steel and processing method thereof
AU2016210110A1 (en) Rail
RU2139946C1 (en) Rails from low-alloyed heat-treated perilit steel featuring high wear resistance and weldability and method of their production
JPS631369B2 (en)
JP2002363702A (en) Low segregation pearlite-based rail having excellent wear resistance and ductility
US7374622B2 (en) Bainitic steel alloy
JP2004204306A (en) High carbon pearlitic rail having excellent wear resistance and toughness
JPS5919173B2 (en) Manufacturing method of weldable low-alloy heat-treated hard-headed rail
US20120241053A1 (en) Use of intermediate piece for connecting molded articles of manganese steel with carbon steel, and method for connecting austenitic manganese steel casting pieces with standard rails
JP2002363698A (en) Rail having excellent rolling fatigue damage resistance and wear resistance, and production method therefor
JP3522613B2 (en) Bainitic rails with excellent rolling fatigue damage resistance, internal fatigue damage resistance, and welded joint characteristics, and manufacturing methods thereof
JP3117916B2 (en) Manufacturing method of pearlitic rail with excellent wear resistance
JP3950212B2 (en) Manufacturing method of high-strength pearlitic rail with excellent wear resistance
AU2018280322A1 (en) Track part and method for producing a track part
JPH1192867A (en) Low segregation pearlitic rail excellent in wear resistance and weldability and its production
KR20230090416A (en) Steel plate having excellent hydrogen induced craking resistance and low-temperature impact toughness, and method for manufacturing the same
JP2001049393A (en) Tempered martensitic rail excellent in wear resistance, and its manufacture
JPH09137227A (en) Production of high wear resistant pearlite rail
JPH06336614A (en) Production of bainitic steel rail excellent in surface flaw resistance

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner