RU2241779C1 - Rail steel - Google Patents
Rail steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2241779C1 RU2241779C1 RU2003124404/02A RU2003124404A RU2241779C1 RU 2241779 C1 RU2241779 C1 RU 2241779C1 RU 2003124404/02 A RU2003124404/02 A RU 2003124404/02A RU 2003124404 A RU2003124404 A RU 2003124404A RU 2241779 C1 RU2241779 C1 RU 2241779C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- increase
- vanadium
- content
- niobium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству стали для железнодорожных рельсов.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the production of steel for railway rails.
Известна рельсовая перлитная сталь [1], содержащая 0,71-0,82% С; 0,75-1,05% Mn; 0,25-0,45% Si; 0,05-0,15% V; не более 0,025% Р; не более 0,030% S; не более 0,02% Аl.Known rail pearlitic steel [1], containing 0.71-0.82%; 0.75-1.05% Mn; 0.25-0.45% Si; 0.05-0.15% V; not more than 0.025% P; no more than 0,030% S; not more than 0.02% Al.
Уровень временного сопротивления и твердости объемнозакаленных рельсов из нее не превышает 1320 Н/мм2 и 388 НВ.The level of temporary resistance and hardness of volume-hardened rails from it does not exceed 1320 N / mm 2 and 388 HB.
Увеличение интенсификации эксплуатации рельсов потребовало дальнейшего повышения их прочности. Решение этой задачи на основе структур тонкопластинчатого перлита (сорбита закалки) не представляется возможным ввиду того, что эта структура имеет ограничение по верхнему пределу твердости (НВ 380-400).An increase in the intensification of the operation of rails required a further increase in their strength. The solution to this problem based on the structures of thin-plate perlite (quenching sorbitol) is not possible due to the fact that this structure has a limit on the upper hardness limit (HB 380-400).
Поэтому создание высокопрочных рельсов повышенной эксплуатационной надежности и сопротивляемости образованию дефектов предполагает переход на другую структуру, в частности нижнего бейнита, полученного при охлаждении на воздухе с прокатного или при нормализации с перекристаллизационного нагрева.Therefore, the creation of high-strength rails with increased operational reliability and resistance to defect formation implies a transition to another structure, in particular, lower bainite obtained by cooling in air from a rolling mill or during normalization with recrystallization heating.
Известна выбранная в качестве прототипа рельсовая сталь [2], содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, алюминий, азот и дополнительно содержащая один или несколько элементов, выбранных из группы, включающей редкоземельные элементы, цирконий, кальций, барий при следующем соотношении компонентов (вес.%): 0,32-0,42 С; 0,17-0,37 Si; 0,25-0,55 Mn; 1,8-2,4 Cr; 0,09-0,15 V; 0,02-0,06 Al; 0,02-0,04 N, один или несколько элементов, выбранных из группы, содержащей редкоземельные металлы, 0,0005-0,1; цирконий 0,005-0,1; кальций 0,005-0,05; барий 0,005-0,2; железо - остальное [2].Known selected as a prototype rail steel [2] containing carbon, silicon, manganese, chromium, vanadium, aluminum, nitrogen and optionally containing one or more elements selected from the group comprising rare earth elements, zirconium, calcium, barium in the following ratio of components (wt.%): 0.32-0.42 C; 0.17-0.37 Si; 0.25-0.55 Mn; 1.8-2.4 Cr; 0.09-0.15 V; 0.02-0.06 Al; 0.02-0.04 N, one or more elements selected from the group consisting of rare earth metals, 0.0005-0.1; zirconium 0.005-0.1; calcium 0.005-0.05; barium 0.005-0.2; iron - the rest [2].
Существенными недостатками стали в горячекатаном и нормализованном состояниях являются сравнительно низкие механические свойства и твердость, повышенная склонность к хрупкому разрушению, что связано с низкой концентрацией марганца и кремния и высоким содержанием хрома.The significant disadvantages of steel in hot rolled and normalized conditions are relatively low mechanical properties and hardness, an increased tendency to brittle fracture, which is associated with a low concentration of manganese and silicon and a high chromium content.
Вместе с тем указанное содержание углерода в ней является сравнительно высоким и приводит к снижению пластических (δ , ψ ) и вязкостных свойств рельсов.At the same time, the indicated carbon content in it is relatively high and leads to a decrease in the plastic (δ, ψ) and viscosity properties of the rails.
Высокое содержание хрома в стали, обеспечивающее увеличение прокаливаемости, способствует росту зерна аустенита, особенно при низком содержании марганца и кремния и отсутствии молибдена, делает сталь склонной к хрупкому разрушению, сильно удорожает ее.The high chromium content in steel, which provides an increase in hardenability, promotes the growth of austenite grain, especially with a low content of manganese and silicon and the absence of molybdenum, makes steel prone to brittle fracture, greatly increases its cost.
В рельсах из этой стали, подвергнутой нормализации, образуется многокомпонентная структура, состоящая из феррита, верхнего и нижнего бейнита. Рельсы с такой структурой имеют пониженную износостойкость и контактно-усталостную прочность и повышенную склонность к хрупкому разрушению.In rails of this steel, subjected to normalization, a multicomponent structure is formed, consisting of ferrite, upper and lower bainite. Rails with such a structure have reduced wear resistance and contact fatigue strength and an increased tendency to brittle fracture.
Высокое содержание алюминия, кальция и бария в стали приводит к загрязненности ее строчечными включениями алюминатов (Аl2О3· СаО· ВаО), приводящих при эксплуатации рельсов к зарождению и развитию контактно-усталостных дефектов и преждевременному выходу их из строя. Наличие в этой стали высоких концентраций алюминия, азота приводит к образованию большого количества гексогональных нитридов алюминия, значительно снижающих технологическую пластичность металла при температурах горячей прокатки.The high content of aluminum, calcium and barium in the steel leads to contamination by its line inclusions of aluminates (Al 2 O 3 · CaO · BaO), which, when the rails are used, lead to the initiation and development of contact-fatigue defects and to premature failure. The presence of high concentrations of aluminum and nitrogen in this steel leads to the formation of a large number of hexogonal aluminum nitrides, which significantly reduce the technological plasticity of the metal at hot rolling temperatures.
Наличие в стали серы и фосфора в больших количествах приводит к повышению соответственно красно- и хладноломкости.The presence of sulfur and phosphorus in large quantities in steel leads to an increase in red and cold brittleness, respectively.
Желаемыми техническими результатами изобретения являются повышение комплекса механических свойств и твердости стали, увеличивающих эксплуатационную стойкость рельсов.The desired technical results of the invention are to increase the complex of mechanical properties and hardness of steel, increasing the operational stability of rails.
Для этого сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, алюминий, азот, кальций, дополнительно содержит молибден, ниобий, никель, бор при следующем соотношении компонентов (мас.%):To do this, steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, vanadium, aluminum, nitrogen, calcium, additionally contains molybdenum, niobium, nickel, boron in the following ratio of components (wt.%):
Углерод 0,2-0,31Carbon 0.2-0.31
Кремний 1,0-1,3Silicon 1.0-1.3
Марганец 1,5-1,9Manganese 1.5-1.9
Хром 1,1-1,4Chrome 1.1-1.4
Ванадий 0,09-0,15Vanadium 0.09-0.15
Алюминий Не более 0,005Aluminum Not more than 0.005
Азот 0,012-0,02Nitrogen 0.012-0.02
Кальций 0,0005-0,0049Calcium 0.0005-0.0049
Молибден 0,2-0,5Molybdenum 0.2-0.5
Ниобий 0,003-0,03Niobium 0.003-0.03
Никель 0,05-0,3Nickel 0.05-0.3
Бор 0,0003-0,002Boron 0.0003-0.002
Железо ОстальноеIron Else
Кроме того, в ее составе может быть дополнительно ограничено количество примесей в следующем соотношении (мас.%):In addition, in its composition may be further limited by the amount of impurities in the following ratio (wt.%):
Серы Не более 0,015Sulfur Not more than 0.015
Фосфора Не более 0,020Phosphorus Not more than 0,020
Меди Не более 0,20Copper Not more than 0.20
Заявляемый химический состав выбран исходя из следующих условий.The inventive chemical composition is selected based on the following conditions.
Получение высокопрочной стали с бейнитной структурой связано с уменьшением содержания углерода. Для получения этой структуры необходимо сдвинуть начало превращения вправо (увеличить инкубационный период) и снизить температуру превращения ниже 450° С. Это достигается за счет легирования, обеспечивающего повышение устойчивости аустенита, и приводит к измельчению структуры, дисперсионному твердению и образованию пересыщенного углеродом твердого раствора, повышению прочностных свойств и твердости. Требуемая структура бейнита - реечный (игольчатый) феррит с карбидами внутри реек.The production of high-strength steel with a bainitic structure is associated with a decrease in carbon content. To obtain this structure, it is necessary to shift the beginning of the transformation to the right (increase the incubation period) and lower the transformation temperature below 450 ° C. This is achieved by doping, which increases the stability of austenite, and leads to a refinement of the structure, dispersion hardening and the formation of a solid solution saturated with carbon, strength properties and hardness. The required structure of bainite is rack (needle) ferrite with carbides inside the rails.
Структура нижнего бейнита, имеющая высокую твердость (>НВ 400), обеспечивает наилучшее соотношение прочностных и вязкостных свойств, наибольшую износостойкость и повышенную хладостойкость.The structure of lower bainite, having high hardness (> HB 400), provides the best ratio of strength and viscosity properties, the greatest wear resistance and increased cold resistance.
Известно, что вязкость разрушения бейнитных сталей выше, чем перлитных. Бейнитные стали менее склонны к хрупкому разрушению (допускаемая глубина трещин перед возникновением хрупкого излома на 40% больше, чем в перлитных сталях).It is known that the fracture toughness of bainitic steels is higher than that of pearlitic. Bainitic steels are less prone to brittle fracture (the permissible crack depth before the occurrence of brittle fracture is 40% greater than in pearlitic steels).
Соотношение углерода 0,2-0,31% выбрано исходя из того, что при данной концентрации его и легирующих элементов образуется нижний бейнит, имеющий более высокую твердость, чем сорбит закалки.The carbon ratio of 0.2-0.31% is selected based on the fact that at a given concentration of it and alloying elements lower bainite is formed, which has a higher hardness than quench sorbitol.
Вместе с тем ограничение содержания углерода в рельсовой стали связано с тем, что рельсы подвержены ударным нагрузкам. Оно обеспечит повышение вязкости и сопротивление хрупкому разрушению, что увеличит конструктивную прочность и надежность рельсов при эксплуатации.However, the limitation of the carbon content in rail steel is due to the fact that the rails are subject to shock loads. It will provide an increase in viscosity and resistance to brittle fracture, which will increase the structural strength and reliability of the rails during operation.
Выбранное соотношение Mn, Si, Cr, Мо в стали, содержащей 0,2-0,31% С, обеспечивает увеличение прокаливаемости стали, превращение аустенита в промежуточной области (не выше 400° С) и получение мелкоигольчатой структуры нижнего бейнита, имеющего более высокие прочностные свойства и твердость, а следовательно, износостойкость, чем мелкопластинчатый перлит (сорбит закалки).The selected ratio of Mn, Si, Cr, Mo in steel containing 0.2-0.31% C provides an increase in hardenability of steel, transformation of austenite in the intermediate region (not higher than 400 ° C) and obtaining a fine-needle structure of lower bainite having higher strength properties and hardness, and therefore wear resistance, than fine plate perlite (quench sorbitol).
Кроме того, бейнитные стали заявляемого состава имеют более высокие значения произведения σ в· ψ , чем перлитные стали. Это позволяет рельсам иметь повышенный предел усталости.In addition, bainitic steels of the claimed composition have higher values of the product σ in · ψ than pearlitic steels. This allows the rails to have an increased fatigue limit.
Снижение содержания алюминия до низких значений (0,005%) обеспечивает отсутствие включений глинозема и алюминатов в виде строчек и уменьшение в 2-3 раза содержания корунда в общем составе устойчивых оксидных включений, что приведет к увеличению предела усталости, контактно-усталостной прочности и износостойкости. При низком содержании алюминия (≤ 0,005%) увеличивается эффективность применения ванадия для измельчения зерна, повышения прочностных свойств, ударной вязкости и сопротивления хрупкому разрушению рельсов.A decrease in the aluminum content to low values (0.005%) ensures the absence of alumina and aluminate inclusions in the form of lines and a 2-3-fold reduction in the content of corundum in the total composition of stable oxide inclusions, which will lead to an increase in the fatigue limit, contact fatigue strength and wear resistance. With a low aluminum content (≤ 0.005%), the efficiency of using vanadium for grinding grain, increasing strength properties, impact strength and resistance to brittle fracture of rails increases.
Указанное соотношение марганца выбрано потому, что он при содержании до 2% способствует измельчению зерна, уменьшает отрицательное влияние углерода на порог хладноломкости, модифицируя выделения цементита. Марганец, замедляя перлитное превращение, снижая температуру образования феррита, способствует переохлаждению аустенита до температур промежуточного превращения.The indicated ratio of manganese was chosen because it contributes to grain refinement at a content of up to 2%, reduces the negative effect of carbon on the cold brittleness threshold, modifying cementite precipitates. Manganese, slowing down the pearlite transformation, lowering the temperature of the formation of ferrite, promotes supercooling of austenite to temperatures of the intermediate transformation.
Увеличение содержания марганца способствует повышению упрочняющего эффекта ванадия, температуры растворения нитрида ванадия.An increase in the manganese content increases the hardening effect of vanadium and the dissolution temperature of vanadium nitride.
Верхний предел содержания марганца выбран исходя из того, что при концентрации его до 2% повышаются прочностные свойства, ударная вязкость и сопротивление хрупкому разрушению. Это позволяет снизить содержание углерода до 0,2% с целью повышения пластических свойств и ударной вязкости стали. Марганец уменьшает критическую скорость охлаждения и склонность к деформации изделий при термической обработке.The upper limit of the manganese content is selected based on the fact that when it is concentrated up to 2%, the strength properties, impact strength and brittle fracture resistance increase. This allows you to reduce the carbon content to 0.2% in order to increase the plastic properties and impact strength of steel. Manganese reduces the critical cooling rate and the tendency to deformation of products during heat treatment.
Нижний предел концентрации марганца выбран исходя из того, что он при прочих достоинствах увеличивает растворимость азота в железе.The lower limit of manganese concentration is chosen on the basis that, with all other advantages, it increases the solubility of nitrogen in iron.
Повышение содержания кремния до заявленных пределов обеспечивает увеличение прокаливаемости, повышение прочностных и упругих свойств изделий. При этом показатели пластичности и хладостойкость стали остаются достаточно высокими. В марганцовистой стали кремний несколько измельчает зерно при температуре ниже 1000° С. При выбранном содержании марганца предложенная концентрация кремния является оптимальной. Кремний, повышающий активность углерода в аустените, увеличивает устойчивость карбидной фазы, уменьшая скорость ее коагуляции.Increasing the silicon content to the declared limits provides an increase in hardenability, an increase in the strength and elastic properties of products. At the same time, the ductility and cold resistance of steel remain quite high. In manganese steel, silicon slightly grinds the grain at a temperature below 1000 ° C. At the selected manganese content, the proposed silicon concentration is optimal. Silicon, which increases the activity of carbon in austenite, increases the stability of the carbide phase, reducing its coagulation rate.
Более высокое содержание Mn, Si в стали этого состава приведет при охлаждении на воздухе к образованию мартенсита, имеющего повышенную хрупкость по сравнению с бейнитом, снижению ударной вязкости. При концентрации кремния менее 1,0% значительно снижаются прочностные характеристики, прокаливаемость стали.A higher content of Mn, Si in the steel of this composition will lead to the formation of martensite, which has an increased brittleness compared to bainite, when cooling in air, and reduces the toughness. When the silicon concentration is less than 1.0%, the strength characteristics and hardenability of steel are significantly reduced.
Хром при содержании до 1% и отсутствии молибдена в стали мало влияет на бейнитную прокаливаемость, увеличение его концентрации до 1,4% приводит к повышению прокаливаемости, получению дисперсной структуры, повышению вязкости феррита, прочностных свойств стали.Chrome with a content of up to 1% and the absence of molybdenum in steel has little effect on bainitic hardenability, an increase in its concentration to 1.4% leads to an increase in hardenability, obtaining a dispersed structure, an increase in the viscosity of ferrite, and the strength properties of steel.
При содержании в металле более 1% Сr марганец способствует сдерживанию роста зерна аустенита. Способность Mn, Мо, V, Nb сдерживать рост зерна аустенита увеличивается в присутсвии хрома. Хром, образуя карбиды, увеличивает сопротивление износу.With a metal content of more than 1% Cr, manganese helps to restrain the growth of austenite grain. The ability of Mn, Mo, V, Nb to restrain the growth of austenite grain increases in the presence of chromium. Chrome, forming carbides, increases wear resistance.
Молибден в стали увеличивает эффективность влияния хрома на ее прокаливаемость, замедляет выделение феррита и перлита. Он способствует образованию нижнего бейнита, повышает растворимость азота в железе и сопротивление отпуску, измельчает зерно аустенита, увеличивает прочностные свойства, твердость, ударную вязкость и сопротивление износу в 1,5-2 раза. Измельчающее действие молибдена усиливается в присутствии марганца и хрома. Введение молибдена усиливает действие алюминия, снижение содержания которого не приведет к снижению сопротивления хрупкому разрушению. Увеличение концентрации молибдена в металле более 0,4% уменьшает предельную скорость охлаждения, что обеспечивает снижение растягивающих остаточных напряжений в рельсах и их прямолинейность. Легирование молибденом снижает склонность стали к отпускной хрупкости и порог хладноломкости.Molybdenum in steel increases the effectiveness of the influence of chromium on its hardenability, slows down the release of ferrite and perlite. It promotes the formation of lower bainite, increases the solubility of nitrogen in iron and tempering resistance, crushes austenite grain, increases strength properties, hardness, toughness and wear resistance by 1.5-2 times. The grinding effect of molybdenum is enhanced in the presence of manganese and chromium. The introduction of molybdenum enhances the action of aluminum, the reduction of which does not lead to a decrease in resistance to brittle fracture. An increase in the concentration of molybdenum in the metal of more than 0.4% reduces the ultimate cooling rate, which ensures a decrease in tensile residual stresses in the rails and their straightness. Alloying with molybdenum reduces the tendency of steel to temper brittleness and the cold brittleness threshold.
Таким образом, увеличение содержания Mn, Si, Cr, Мо в рельсовой бейнитной стали, содержащей 0,2-0,31% С, до заявляемых пределов снижает температуру бейнитного превращения и обеспечивает получение структуры нижнего бейнита в рельсах, охлажденных после прокатки на воздухе или подвергнутых нормализации.Thus, an increase in the content of Mn, Si, Cr, Mo in rail bainitic steel containing 0.2-0.31% C to the declared limits reduces the temperature of bainitic transformation and provides the structure of lower bainite in rails cooled after rolling in air or subjected to normalization.
Применение V, Nb в стали обусовлено тем, что они, как Cr, Мо, Mn, увеличивают растворимость азота в железе, связывая его в прочные химические соединения (нитриды и кабонитриды ванадия и ниобия), которые измельчают зерно аустенита.The use of V, Nb in steel is due to the fact that they, like Cr, Mo, Mn, increase the solubility of nitrogen in iron, binding it to strong chemical compounds (nitrides and cabonitrides of vanadium and niobium), which grind austenite grain.
Введение ванадия в сталь, содержащую Cr, Mn, Мо, значительно снижает склонность аустенита к росту при нагреве. Сталь, содержащая 0,09-0,15% V, имеет самую низкую склонность к росту зерна аустенита при нагреве.The introduction of vanadium into steel containing Cr, Mn, Mo, significantly reduces the tendency of austenite to grow when heated. Steel containing 0.09-0.15% V has the lowest tendency to grow austenite grains when heated.
Введение V, Nb, N в заявляемых пределах в сталь приводит к измельчению зерна до баллов 9-12 и снижению склонности его к росту при нагреве за счет образования дисперсных частиц карбонитридов ванадия и ниобия и к повышению прочностных и вязкостных свойств и сопротивления хрупкому разрушению (хладостойкости). Ванадий и азот увеличивают устойчивость аустентита. Однако без использования азота ванадий и ниобий снижают вязкость и увеличивают хладноломкость стали. Ванадий и ниобий повышают предел выносливости, способствуют улучшению свариваемости.The introduction of V, Nb, N within the claimed limits into steel leads to grain refinement to points 9-12 and a decrease in its tendency to grow when heated due to the formation of dispersed particles of vanadium and niobium carbonitrides and to an increase in the strength and viscosity properties and resistance to brittle fracture (cold resistance ) Vanadium and nitrogen increase the stability of austentite. However, without the use of nitrogen, vanadium and niobium reduce the viscosity and increase the cold brittleness of the steel. Vanadium and niobium increase the endurance limit, contribute to the improvement of weldability.
Наиболее целесообразно микролегирование ванадием, ниобием совместно с азотом сталей с содержанием 1,2-1,9% Mn, так как марганец в этом количестве уменьшает активность азота в аустените и увеличивает растворимость нитридов, снижает температуру образования феррита, способствует дополнительному измельчению зерна. Увеличение содержания марганца в стали способствует повышению температуры растворения нитрида ванадия.Microalloying with vanadium and niobium together with nitrogen in steels with a content of 1.2-1.9% Mn is most appropriate, since manganese in this amount reduces nitrogen activity in austenite and increases the solubility of nitrides, reduces the temperature of ferrite formation, and contributes to additional grain refinement. An increase in the manganese content in steel contributes to an increase in the dissolution temperature of vanadium nitride.
В стали, содержащей азот, оптимальная концентрация ванадия и ниобия соответственно составляет 0,09-0,15 и 0,003-0,03%. Нижний предел содержания ванадия в стали выбран потому, что он начинает эффективно измельчать зерно аустенита при концентрации более 0,07%. Верхний предел содержания ванадия установлен исходя из того, что при увеличении его концентрации выше 0,15% относительная доля азота в карбонитриде ванадия падает, образуется карбонитрид, близкий по составу к карбиду ванадия, который снижает ударную вязкость.In steel containing nitrogen, the optimal concentration of vanadium and niobium, respectively, is 0.09-0.15 and 0.003-0.03%. The lower limit of the vanadium content in steel was chosen because it begins to effectively grind austenite grain at a concentration of more than 0.07%. The upper limit of the vanadium content is established based on the fact that with an increase in its concentration above 0.15%, the relative fraction of nitrogen in the vanadium carbonitride decreases, a carbonitride is formed, which is similar in composition to vanadium carbide, which reduces the toughness.
Свойства карбонитрида ниобия также зависят от содержания в нем азота и углерода. С увеличением концентрации ниобия в стали более 0,03% доля азота в карбонитридной фазе уменьшается, а углерода возрастает. Поэтому чем меньше ниобия в стали, имеющего большее сродство к углероду, чем ванадий, тем меньше углерода в карбонитриде и тем выше ударная вязкость стали. С увеличением концентрации ниобия до 0,03% в стали, содержащей азот, ударная вязкость возрастает. Ее рост связан с тем, что ниобий уменьшает содержание углерода в феррите.The properties of niobium carbonitride also depend on its nitrogen and carbon content. With an increase in the concentration of niobium in steel more than 0.03%, the proportion of nitrogen in the carbonitride phase decreases, and the carbon increases. Therefore, the less niobium in steel having a greater affinity for carbon than vanadium, the less carbon in carbonitride and the higher the toughness of steel. With an increase in the concentration of niobium to 0.03% in steel containing nitrogen, the toughness increases. Its growth is due to the fact that niobium reduces the carbon content in ferrite.
Концентрация азота менее 0,012% в стали, содержащей ванадий, ниобий, не обеспечивает требуемый уровень прочностных свойств и измельчение зерна. При увеличении содержания ванадия, ниобия и азота в стали до заявляемых пределов возрастает количество карбонитридов в ней. Однако при повышении азота более 0,02% возможны случаи пятнистой ликвации и "азотного кипения" (пузыри в стали).A nitrogen concentration of less than 0.012% in the steel containing vanadium, niobium does not provide the required level of strength properties and grain refinement. With an increase in the content of vanadium, niobium and nitrogen in steel to the claimed limits, the amount of carbonitrides in it increases. However, with an increase in nitrogen of more than 0.02%, cases of spotted segregation and "nitrogen boiling" (bubbles in steel) are possible.
Ниобий увеличивает устойчивость аустенита за счет подавления ферритных превращений. Введение его совместно с ванадием позволяет снизить расход алюминия при раскислении стали для уменьшения загрязненности ее включениями корунда, снижающими контактно-усталостную прочность рельсов, измельчить аустенитное зерно и повысить прочностные свойства, твердость, а также контактно-усталостную прочность рельсов. Это связано с тем, что карбонитриды ниобия по сравнению с карбонитридами ванадия сдерживают рост зерна аустенита при нагреве до более высоких температур. Поэтому при нагреве стали, содержащей незначительное количество нитридов алюминия, после растворения карбонитридов ванадия рост зерна аустенита будет сдерживаться карбонитридами ниобия. Вместе с тем ниобий увеличивает устойчивость аустенита за счет подавления ферритных превращений.Niobium increases the stability of austenite by suppressing ferrite transformations. Its introduction together with vanadium allows reducing aluminum consumption during steel deoxidation in order to reduce its contamination by corundum inclusions that reduce the contact fatigue strength of rails, grind austenitic grain and increase the strength properties, hardness, and contact fatigue strength of rails. This is due to the fact that niobium carbonitrides in comparison with vanadium carbonitrides inhibit the growth of austenite grain when heated to higher temperatures. Therefore, when steel containing a small amount of aluminum nitrides is heated, after dissolution of vanadium carbonitrides, the growth of austenite grain will be restrained by niobium carbonitrides. At the same time, niobium increases the stability of austenite due to the suppression of ferrite transformations.
В результате растворения карбонитридов ванадия увеличивается содержание ванадия в твердом растворе, что обеспечивает повышение механических свойств и твердости рельсов после термической обработки. Повышение этих характеристик будет дополнительно обеспечено за счет последующего выделения дисперсной фазы при диффузионном γ → α превращении. При этом нерастворившиеся карбонитриды ниобия при нагреве будут контролировать размер зерна аустенита и обеспечат последующее зернограничное упрочнение.As a result of the dissolution of vanadium carbonitrides, the vanadium content in the solid solution increases, which provides an increase in the mechanical properties and hardness of the rails after heat treatment. An increase in these characteristics will be additionally ensured due to the subsequent separation of the dispersed phase upon diffusion γ → α transformation. In this case, insoluble niobium carbonitrides upon heating will control the grain size of austenite and provide subsequent grain boundary hardening.
Введение бора в сталь, содержащую карбидообразующие элементы, резко увеличивает ее прокаливаемость, затрудняет образование структурно-свободного феррита при закалке.The introduction of boron into steel containing carbide-forming elements sharply increases its hardenability and complicates the formation of structurally free ferrite during quenching.
Никель увеличивает прокаливаемость, вязкость и сопротивляемость стали хрупкому разрушению. Его содержание до 0,05% не оказывает положительного влияния на ударную вязкость, а при концентрации более 0,3% эта характеристика не превышает определяемых величин. Увеличение содержания никеля и молибдена сильно удорожает сталь.Nickel increases hardenability, toughness and resistance to brittle fracture. Its content up to 0.05% does not have a positive effect on toughness, and at a concentration of more than 0.3% this characteristic does not exceed the determined values. An increase in the content of nickel and molybdenum greatly increases the cost of steel.
Кальций в заявляемых пределах вводится для модифицирования неметаллических включении: исключает образование опасных строчечных включений сложных хрупкоразрушенных силикатов алюминия, повышает чистоту стали по оксидным и сульфидным включениям, обеспечивает образование глобулярных включений, снижает содержание серы и увеличивает хладостойкость стали.Calcium within the claimed limits is introduced to modify non-metallic inclusions: it eliminates the formation of dangerous line inclusions of complex brittle-broken aluminum silicates, increases the purity of steel by oxide and sulfide inclusions, ensures the formation of globular inclusions, reduces the sulfur content and increases the cold resistance of steel.
Снижение содержания алюминия до 0,005% и модифицирование стали уменьшенным количеством кальция (0,0005-0,005%) обеспечивает получение высокочистого металла по включениям алюминатов, приводит к образованию благоприятной глобулярной формы неметаллических включений, к уменьшению их размеров и количества. Однако введение кальция более 0,005% приводит к загрязнению ее глобулями больших размеров и увеличивает стоимость стали. Кальций при концентрации менее 0,0005% практически не оказывает влияние на модифицирование включений.Reducing the aluminum content to 0.005% and modifying the steel with a reduced amount of calcium (0.0005-0.005%) ensures the production of high-purity metal from inclusions of aluminates, leads to the formation of a favorable globular form of non-metallic inclusions, to a decrease in their size and quantity. However, the introduction of calcium of more than 0.005% leads to contamination with its large globules and increases the cost of steel. Calcium at a concentration of less than 0.0005% practically does not affect the modification of inclusions.
Ограничение содержания меди, серы и фосфора выбрано исходя из требований улучшения качества поверхности рельсов и повышения их пластичности, вязкости и хладостойкости.The limitation of the content of copper, sulfur and phosphorus is selected on the basis of the requirements to improve the surface quality of rails and increase their ductility, viscosity and cold resistance.
Сталь заявляемого состава (таблица 1) выплавляли в дуговой электросталеплавильной печи ДСП-100 И7 и разливали на МНЛЗ. Полученные заготовки нагревали и прокатывали по обычной технологии на рельсы типа Р65.Steel of the claimed composition (table 1) was smelted in an electric arc furnace DSP-100 I7 and cast in a continuous casting machine. The resulting billets were heated and rolled using conventional technology onto P65 rails.
Испытание опытных рельсов в нетермообработанном и нормализованном состоянии показало, что химический состав заявляемой стали обеспечивает получение структуры нижнего бейнита и повышение прочностных свойств, твердости (особенно на поверхности катания), ударной вязкости (таблица 2), что, в свою очередь, увеличивает износостойкость и эксплуатационную надежность рельсов из этой стали.Testing of the experimental rails in a non-heat-treated and normalized state showed that the chemical composition of the inventive steel provides the structure of lower bainite and increases the strength properties, hardness (especially on the rolling surface), impact strength (table 2), which, in turn, increases wear resistance and operational reliability of rails made of this steel.
Список источниковList of sources
1. ГОСТ Р 51685 "Рельсы железнодорожные. Общие технические условия".1. GOST R 51685 "Railroad rails. General specifications."
2. А.с. №603689, МПК5 С 22 C 38/24.2. A.S. No. 603689, IPC 5 C 22 C 38/24.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003124404/02A RU2241779C1 (en) | 2003-08-04 | 2003-08-04 | Rail steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003124404/02A RU2241779C1 (en) | 2003-08-04 | 2003-08-04 | Rail steel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2241779C1 true RU2241779C1 (en) | 2004-12-10 |
| RU2003124404A RU2003124404A (en) | 2005-03-10 |
Family
ID=34388460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003124404/02A RU2241779C1 (en) | 2003-08-04 | 2003-08-04 | Rail steel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2241779C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2746598C1 (en) * | 2020-05-12 | 2021-04-16 | Открытое Акционерное Общество "Тяжпрессмаш" | Cold-resistant high-strength steel |
-
2003
- 2003-08-04 RU RU2003124404/02A patent/RU2241779C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2746598C1 (en) * | 2020-05-12 | 2021-04-16 | Открытое Акционерное Общество "Тяжпрессмаш" | Cold-resistant high-strength steel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003124404A (en) | 2005-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2881485B1 (en) | Abrasion resistant steel plate with high strength and high toughness, and process for preparing same | |
| CN110846580B (en) | high-Mo high-performance Mn-Cr series steel for wind power output gear and production method thereof | |
| CN111479945A (en) | Wear-resistant steel having excellent hardness and impact toughness and method for manufacturing same | |
| CN112877591B (en) | High-strength and high-toughness hardware tool and steel for chain and manufacturing method thereof | |
| JPWO2021054015A1 (en) | Abrasion resistant steel sheet and its manufacturing method | |
| CN112143970B (en) | High-strength high-toughness non-quenched and tempered front axle steel and production method thereof | |
| CN109097664A (en) | A kind of 900MPa grades of thick-specification high-tenacity hot rolled strip and preparation method thereof | |
| RU2368693C2 (en) | Wheel steel | |
| RU2295587C1 (en) | Rail steel | |
| CN111511952B (en) | Wear-resistant steel having excellent hardness and impact toughness and method for manufacturing same | |
| RU2365667C1 (en) | Rail steel | |
| JP3774697B2 (en) | Steel material for high strength induction hardening and method for manufacturing the same | |
| JP2005146346A (en) | Method for manufacturing rail of pearite system having excellent toughness and ductility | |
| RU2241779C1 (en) | Rail steel | |
| CN114875315A (en) | Low-alloy steel for excavator bucket teeth and production method thereof | |
| RU2606825C1 (en) | High-strength wear-resistant steel for agricultural machines (versions) | |
| RU2259416C2 (en) | Rail steel | |
| CN108193133B (en) | A kind of yttrium cerium composite toughening spring steel and preparation method thereof | |
| JP2017071859A (en) | Non-heat-treated steel and method for producing the same | |
| RU2259418C2 (en) | Rail steel | |
| JP3552286B2 (en) | Manufacturing method of machine structural steel having excellent machinability, cold forgeability and fatigue strength after quenching and tempering, and a method of manufacturing the member | |
| RU2365666C1 (en) | Rail steel | |
| RU2809017C1 (en) | Method for producing cold-resistant sheet metal with hardness of 450-570 hbw | |
| RU2806645C1 (en) | Method for production of high-strength cold-resistant sheet metal | |
| RU2484173C1 (en) | Automatic plumbous steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20051013 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120805 |