RU2259416C2 - Rail steel - Google Patents
Rail steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2259416C2 RU2259416C2 RU2003124407/02A RU2003124407A RU2259416C2 RU 2259416 C2 RU2259416 C2 RU 2259416C2 RU 2003124407/02 A RU2003124407/02 A RU 2003124407/02A RU 2003124407 A RU2003124407 A RU 2003124407A RU 2259416 C2 RU2259416 C2 RU 2259416C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- rails
- vanadium
- increase
- resistance
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству стали для железнодорожных рельсов повышенной износо- и хладостойкости и контактной выносливости.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the production of steel for railway rails of increased wear and cold resistance and contact endurance.
Известны стали, имеющие следующий химический состав (мас.%):Known steels having the following chemical composition (wt.%):
1. 0,65-0,8 С; 0,18-0,40 Si; 0,6-1,2 Mn; 0,001-0,01 Zr; 0,005-0,04 Al; 0,004-0,011 N; один элемент из группы, содержащей Са и Mg 0,0005-0,015; 0,004-0,040 Nb; 0,05-0, 3 Сu; Fe-ост. [1].1. 0.65-0.8 C; 0.18-0.40 Si; 0.6-1.2 Mn; 0.001-0.01 Zr; 0.005-0.04 Al; 0.004-0.011 N; one element from the group consisting of Ca and Mg 0.0005-0.015; 0.004-0.040 Nb; 0.05-0, 3 Cu; Fe-ost. [1].
2. 0,69-0,82 С; 0,45-0,65 Si; 0,6-0,9 Mn; 0,004-0,011 N; 0,005-0,009 Ti; 0,005-0,009 Al; 0,02-0,10 V; 0,0005-0,004 Са; 0,0005-0,005 Mg; 0,15-0,4 Cr; Fe-ocт. [2].2. 0.69-0.82 C; 0.45-0.65 Si; 0.6-0.9 Mn; 0.004-0.011 N; 0.005-0.009 Ti; 0.005-0.009 Al; 0.02-0.10 V; 0.0005-0.004 Ca; 0.0005-0.005 Mg; 0.15-0.4 Cr; Fe-oct. [2].
Существенными недостатками сталей №1 и №2 являются низкая ударная вязкость и хладостойкость, пониженная надежность и эксплуатационная стойкость.Significant disadvantages of steels No. 1 and No. 2 are low toughness and cold resistance, reduced reliability and operational stability.
В стали 1 это определяется отсутствием ванадия и низким содержанием азота. Она имеет сравнительно крупное зерно аустенита (баллы 7-8). Высокое содержание алюминия в ней приводит к загрязнению ее грубыми строчечными включениями глинозема, значительно снижающими контактно-усталостную прочность рельсов.In steel 1, this is determined by the absence of vanadium and a low nitrogen content. It has a relatively large austenite grain (grades 7-8). The high aluminum content in it leads to contamination with coarse line inclusions of alumina, which significantly reduces the contact fatigue strength of rails.
Указанные недостатки стали 2 связаны с наличием в ней титана, низким содержанием ванадия и азота. Образующиеся в жидкой стали при ее охлаждении карбонитриды титана резко снижают ударную вязкость и сопротивление хрупкому разрушению рельсов.These disadvantages of steel 2 are associated with the presence of titanium in it, a low content of vanadium and nitrogen. Titanium carbonitrides formed in liquid steel during its cooling sharply reduce the toughness and resistance to brittle fracture of rails.
Сравнительно низкое содержание ванадия и азота не обеспечивает образование требуемого количества нитридов алюминия и карбонитридов ванадия, необходимых для измельчения аустенитного зерна и одновременного повышения прочностных свойств и хладостойкости стали. Аустенитное зерно в этой стали сравнительно крупное и составляет баллы 7-8.The relatively low content of vanadium and nitrogen does not provide the formation of the required amount of aluminum nitrides and vanadium carbonitrides necessary for grinding austenitic grain and at the same time increase the strength properties and cold resistance of steel. The austenitic grain in this steel is relatively large and is 7-8 points.
Наиболее близким аналогом изобретения является рельсовая сталь, состав которой раскрыт в авторском свидетельстве СССР №1633008 А1 от 07.03.1991 г., С 22 С 38/28 [3]. Указанная сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:The closest analogue of the invention is rail steel, the composition of which is disclosed in the USSR copyright certificate No. 1633008 A1 of 03/07/1991, C 22 C 38/28 [3]. The specified steel contains components in the following ratio, wt.%:
Существенными недостатками стали являются низкая ударная вязкость, повышенная склонность к хрупкому разрушению и пониженная эксплуатационная стойкость, что обусловлено наличием титана в стали, низким содержанием ванадия, высокой концентрацией алюминия. Образующиеся карбонитриды титана резко снижают ударную вязкость и сопротивление хрупкому разрушению.Significant disadvantages of steel are low toughness, increased tendency to brittle fracture and reduced service life, due to the presence of titanium in steel, low vanadium content, and high aluminum concentration. The resulting titanium carbonitrides sharply reduce the toughness and resistance to brittle fracture.
Низкая концентрация ванадия не обеспечивает образование требуемого количества карбонитридов ванадия, необходимого для дополнительного измельчения зерна и повышения прочностных свойств и хладостойкости стали.The low concentration of vanadium does not provide the formation of the required amount of vanadium carbonitrides, necessary for additional grinding of grain and increase the strength properties and cold resistance of steel.
Применение большого количества алюминия для раскисления стали совместно с кальцием приводит к загрязнению ее скоплениями алюминатов кальция, богатых глиноземом, снижающих контактно-усталостную прочность.The use of a large amount of aluminum for deoxidation of steel together with calcium leads to its contamination with accumulations of calcium aluminates, rich in alumina, which reduce contact fatigue strength.
Наличие в стали серы и фосфора в больших количествах приводит к повышению соответственно красно- и хладноломкости стали.The presence of sulfur and phosphorus in large quantities in steel leads to an increase in the red and cold brittleness of steel, respectively.
Желаемым техническим результатом изобретения является повышение прочностных свойств и хладостойкости стали, что обеспечивает увеличение эксплуатационной стойкости рельсов.The desired technical result of the invention is to increase the strength properties and cold resistance of steel, which provides an increase in the operational stability of rails.
Для достижения этого предложенная сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий, алюминий, азот, кальций, хром, молибден и железо, дополнительно содержит никель и один из элементов, выбранных из группы, включающей цирконий и РЗМ, при следующем соотношении компонентов (мас.%):To achieve this, the proposed steel containing carbon, manganese, silicon, vanadium, aluminum, nitrogen, calcium, chromium, molybdenum and iron additionally contains nickel and one of the elements selected from the group comprising zirconium and rare-earth metals, in the following ratio of components (wt. .%):
один из элементов, выбранных из группы, включающей цирконий и РЗМ:one of the elements selected from the group comprising zirconium and rare-earth metals:
при этом количество примесей ограничено в следующем соотношении (мас.%):the amount of impurities is limited in the following ratio (wt.%):
Заявляемый химический состав выбран, исходя из следующих условий. Выбранное содержание углерода обеспечивает повышение предела текучести, временного сопротивления разрыву, твердости и износостойкости стали. Переход к заэвтектоидным сталям приводит к уменьшению роста зерна аустенита по сравнению с доэвтектоидными сталями.The inventive chemical composition is selected based on the following conditions. The selected carbon content provides an increase in yield strength, tensile strength, hardness and wear resistance of steel. The transition to hypereutectoid steels leads to a decrease in austenite grain growth compared to hypereutectoid steels.
При содержании углерода менее 0,83% твердость на поверхности катания термически упрочненных рельсов сравнительно низкая и не превышает 363 НВ, на глубине 10 мм от поверхности катания - 352 НВ.When the carbon content is less than 0.83%, the hardness on the rolling surface of thermally hardened rails is relatively low and does not exceed 363 HB, at a depth of 10 mm from the rolling surface - 352 HB.
Рельсы из стали, содержащей более 0,95% С, имеют пониженную ударную вязкость при минус 60°С (0,15 МДж/м2). Введение Mn, V, Mo, Cr связано также с необходимостью повышения вязкости и износостойкости заэвтектоидной стали при рабочем контакте колесо-рельс и совместно с кремнием требуемую твердость на поверхности катания и по сечению головки рельса.Rails made of steel containing more than 0.95% C have a reduced impact strength at minus 60 ° C (0.15 MJ / m 2 ). The introduction of Mn, V, Mo, Cr is also associated with the need to increase the toughness and wear resistance of hypereutectoid steel with a wheel-rail working contact and, together with silicon, the required hardness on the rolling surface and along the cross section of the rail head.
Повышение содержания кремния связано с необходимостью увеличения раскисленности стали при уменьшении содержания алюминия в ней, обеспечивающей повышение чистоты стали по включениям пластичных силикатов, которые снижают ударную вязкость. С увеличением содержания кремния при нагреве до температур менее 1000°С получается мелкое зерно.The increase in silicon content is associated with the need to increase the deoxidation of steel with a decrease in the aluminum content in it, which provides an increase in the purity of steel by inclusions of plastic silicates, which reduce the toughness. With increasing silicon content when heated to temperatures below 1000 ° C, a fine grain is obtained.
Выбранное соотношение Mn, Si, Cr, Мо в стали, содержащей 0,83-0,95% С, обеспечивает снижение температуры превращения аустенита и получение более дисперсной структуры троостита по сравнению с сорбитом закалки.The selected ratio of Mn, Si, Cr, Mo in steel containing 0.83-0.95% C provides a decrease in the austenite transformation temperature and a more dispersed troostite structure in comparison with quenching sorbitol.
Снижение содержания марганца по сравнению с прототипом обусловлено введением в сталь достаточных количеств хрома и молибдена для увеличения прокаливаемости и сопротивления ее износу. При этом заявляемые концентрации Ni и Cr, Мо исключают образование в микроструктуре верхнего бейнита, который не допускается в рабочей части головки рельса. Однако при содержании 0,83-0,95% С и высокой концентрации марганца (>1,1%) и отсутствии в стали хрома и молибдена в структуре термоупрочненных рельсов наблюдаются участки верхнего бейнита. Марганец способствует значительному измельчению зерна аустенита особенно в хромомарганцевой стали, уменьшает склонность к деформации, увеличивает прокаливаемость, уменьшает критическую скорость охлаждения.The decrease in manganese compared to the prototype is due to the introduction of sufficient amounts of chromium and molybdenum into the steel to increase hardenability and resistance to wear. Moreover, the claimed concentration of Ni and Cr, Mo exclude the formation of upper bainite in the microstructure, which is not allowed in the working part of the rail head. However, with a content of 0.83-0.95% C and a high concentration of manganese (> 1.1%) and the absence of chromium and molybdenum in the structure of thermally hardened rails, sections of upper bainite are observed. Manganese contributes to significant grinding of austenite grain especially in chromium-manganese steel, reduces the tendency to deformation, increases hardenability, and reduces the critical cooling rate.
В итоге заявляемые содержания Mn, Si, Cr, Мо, Ni обеспечивают требуемое снижение температуры превращения аустенита и образование структуры троостита, который имеет более высокую твердость и износостойкость, чем сорбит закалки.As a result, the claimed contents of Mn, Si, Cr, Mo, Ni provide the required decrease in the austenite transformation temperature and the formation of a troostite structure, which has higher hardness and wear resistance than quench sorbitol.
Положительное влияние малых добавок хрома в том, что он, образуя карбиды, увеличивает сопротивление износу. В присутствии хрома увеличивается способность Mn, Мо, V сдерживать рост зерна аустенита.The positive effect of small additions of chromium is that it, forming carbides, increases wear resistance. In the presence of chromium, the ability of Mn, Mo, and V to restrain the growth of austenite grain increases.
В свою очередь молибден в стали увеличивает эффективность влияния хрома на ее прокаливаемость. Молибден замедляет выделение феррита и перлита, 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 уменьшению сопротивления хрупкому разрушению. Легирование молибденом снижает склонность стали к отпускной хрупкости и порог хладноломкости и эффективно при производстве высокоуглеродистых сталей.In turn, molybdenum in steel increases the effect of chromium on its hardenability. Molybdenum slows down the release of ferrite and perlite, 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, a decrease in the content of which will not lead to a decrease in resistance to brittle fracture. Molybdenum alloying reduces the tendency of steel to temper brittleness and cold brittleness threshold and is effective in the production of high-carbon steels.
Введение никеля в заявляемых пределах обеспечивает наряду с алюминием и ванадием получение гарантированной ударной вязкости стали при положительных и отрицательных температурах. Его содержание до 0,05% не оказывает положительного влияния на ударную вязкость, а при концентрации более 0,3% эта характеристика не превышает определяемых величин. Кроме того, при содержании никеля более 0,3%, как и при такой же концентрации молибдена, возможно получение недопустимой в рельсах структуры верхнего бейнита, имеющего пониженную твердость и износостойкость, повышенную склонность к образованию контактно-усталостных дефектов (выщербин). Увеличение содержания никеля и молибдена сильно удорожает сталь.The introduction of Nickel in the claimed range provides, along with aluminum and vanadium, obtaining a guaranteed toughness of steel at positive and negative temperatures. 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. In addition, with a nickel content of more than 0.3%, as with the same concentration of molybdenum, it is possible to obtain an unacceptable structure of upper bainite in rails, which has reduced hardness and wear resistance, an increased tendency to the formation of contact fatigue defects (dents). An increase in the content of nickel and molybdenum greatly increases the cost of steel.
Снижение содержания алюминия до 0,005% и модифицирование стали уменьшенным количеством кальция обеспечивает получение высокочистого металла по включениям алюминатов, приводит к образованию глобулярных 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 provides a high-purity metal from inclusions of aluminates, leads to the formation of globular 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.
Применение циркония в заявляемом составе стали связано с тем, что он измельчает структуру, модифицирует и восстанавливает окисные включения и способствует уменьшению загрязненности стали строчечными включениями хрупких силикатов. В заявляемую сталь он вводится в небольшом количестве для связывания кислорода, измельчения аустенитного зерна и повышения ударной вязкости. Раскислительная способность циркония велика и даже превышает соответствующие свойства алюминия.The use of zirconium in the inventive steel composition is due to the fact that it grinds the structure, modifies and restores oxide inclusions and helps to reduce the contamination of steel by line inclusions of brittle silicates. It is introduced into the inventive steel in a small amount to bind oxygen, grind austenitic grain and increase toughness. The deoxidizing ability of zirconium is large and even exceeds the corresponding properties of aluminum.
Цирконий в небольшом количестве вводится в заявляемую сталь также потому, что она содержит малую концентрацию алюминия (до 0,005%) и может быть загрязнена пластичными силикатами, которые снижают ударную вязкость стали. Заявляемое содержание циркония достаточно и обеспечивает снижение содержания кислорода и исключает образование пластичных силикатов. При содержании циркония в стали менее 0,0005% его эффективность значительно снижается. Увеличение его содержания до 0,01% приводит к увеличению загрязненности стали оксидными включениями и к снижению технологической пластичности и ухудшению качества поверхности рельсов. Вместе с тем применение ванадия совместно с малыми добавками циркония позволяет отказаться от использования алюминия или уменьшить его расход для раскисления стали и получить металл, свободный от строчечных включений алюминатов и глобулярных включений большого размера.A small amount of zirconium is introduced into the inventive steel also because it contains a low concentration of aluminum (up to 0.005%) and may be contaminated with plastic silicates, which reduce the toughness of the steel. The claimed zirconium content is sufficient and provides a decrease in oxygen content and eliminates the formation of plastic silicates. When the zirconium content in the steel is less than 0.0005%, its effectiveness is significantly reduced. An increase in its content to 0.01% leads to an increase in the pollution of steel by oxide inclusions and to a reduction in technological ductility and a deterioration in the quality of the surface of the rails. At the same time, the use of vanadium together with small zirconium additives makes it possible to abandon the use of aluminum or to reduce its consumption for steel deoxidation and to obtain a metal free from line inclusions of aluminates and large globular inclusions.
Применение ванадия в стали обусловлено тем, что он как Сr, Мn, Мо увеличивает растворимость азота в металле, связывая его в прочные химические соединения (нитриды, карбонитриды ванадия), которые измельчают зерно аустенита и снижают склонность его к росту при нагреве.The use of vanadium in steel is due to the fact that it, like Cr, Mn, Mo, increases the solubility of nitrogen in the metal, binding it to strong chemical compounds (nitrides, vanadium carbonitrides), which grind austenite grain and reduce its tendency to grow when heated.
Введение V, N в заявляемых пределах в сталь приводит к измельчению зерна аустенита до баллов 9-12 и снижению склонности его к росту при нагреве за счет образования дисперсных частиц карбонитридов ванадия, к повышению прочностных и вязкостных свойств и сопротивления хрупкому разрушению (хладостойкости). Однако без использования азота ванадий при больших концентрациях (>0,1%) снижает ударную вязкость, увеличивает хладноломкость стали. Ванадий повышает предел выносливости, способствует улучшению свариваемости.The introduction of V, N within the claimed limits into steel leads to grinding of austenite grains to points 9-12 and a decrease in its tendency to grow when heated due to the formation of dispersed particles of vanadium carbonitrides, to increase strength and viscosity properties and resistance to brittle fracture (cold resistance). However, without the use of nitrogen, vanadium at high concentrations (> 0.1%) reduces the toughness and increases the cold brittleness of steel. Vanadium increases the endurance limit, improves weldability.
В стали, содержащей не менее 0,012% N, оптимальная концентрация ванадия составляет 0,08-0,15%. Нижний предел содержания ванадия в стали выбран потому, что он начинает измельчать зерно 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 at least 0.012% N, the optimum concentration of vanadium is 0.08-0.15%. The lower limit of the vanadium content in steel was chosen because it begins to grind 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.
Концентрация азота менее 0,012% в стали, содержащей менее 0,08% ванадия, не обеспечивает требуемый уровень прочностных свойств, ударной вязкости при минус 60°С и измельчение зерна аустенита. При увеличении содержания ванадия и азота в стали до заявляемых пределов возрастает количество карбонитридов в ней, обеспечивающих повышение прочностных свойств и хладостойкости. Однако при повышении азота более 0,0 2% возможны случаи пятнистой ликвации и "азотного кипения" (пузыри в стали).A nitrogen concentration of less than 0.012% in steel containing less than 0.08% vanadium does not provide the required level of strength properties, impact strength at minus 60 ° C and grinding of austenite grain. With an increase in the content of vanadium and nitrogen in steel to the declared limits, the amount of carbonitrides in it increases, providing an increase in strength properties and cold resistance. However, with an increase in nitrogen more than 0.0 2%, cases of spotted segregation and "nitrogen boiling" are possible (bubbles in steel).
Введение ванадия совместно с азотом позволяет также снизить расход алюминия при раскислении стали для уменьшения загрязненности ее включениями корунда, снижающими контактно-усталостную прочность рельсов.The introduction of vanadium together with nitrogen also reduces aluminum consumption during steel deoxidation to reduce its contamination by corundum inclusions, which reduce the contact fatigue strength of rails.
Микролегирование стали РЗМ выбрано, исходя из следующих соображений.The microalloying of REM steels is selected based on the following considerations.
Превосходя кальций по сродству к сере и кислороду, РЗМ обеспечивают очищение металла от вредных примесей (фосфора, серы), газов, неметаллических включений, их глобуляризацию. Более эффективная раскислительная и десульфурирующая способность РЗМ по сравнению с кальцием связана с тем, что они в процессе раскисления присутствуют в виде остаточных содержаний в металле и реагируют с растворенным кислородом во всем интервале кристаллизации. Связывая кислород и серу в тугоплавкие соединения, кристаллизующиеся в первую очередь и служащие дополнительными центрами кристаллизации, РЗМ измельчают структуру литой стали, способствуют очищению границ зерен литого металла.Exceeding calcium in affinity for sulfur and oxygen, rare-earth metals provide the purification of metal from harmful impurities (phosphorus, sulfur), gases, non-metallic inclusions, and their globularization. The more effective deoxidizing and desulfurizing ability of rare-earth metals in comparison with calcium is due to the fact that they are present in the process of deoxidation in the form of residual contents in the metal and react with dissolved oxygen in the entire crystallization interval. Binding oxygen and sulfur to refractory compounds, which crystallize primarily and serve as additional crystallization centers, rare-earth metals grind the structure of cast steel and help to clean the grain boundaries of cast metal.
Применение РЗМ наиболее эффективно для стали, разливаемой на МНЛЗ. Они повышают скорость затвердевания непрерывно литой заготовки на 15-20%, что приводит к уменьшению расстояния между дендритными осями первого порядка и увеличивают размеры зоны равноосных кристаллов.The use of rare-earth metals is most effective for steel cast on continuous casting machines. They increase the solidification rate of the continuously cast billet by 15-20%, which leads to a decrease in the distance between the first order dendritic axes and increase the size of the zone of equiaxed crystals.
Обеспечивая повышение чистоты стали по вредным примесям, изменение природы и глобуляризацию неметаллических включений, измельчение структуры литой стали, РЗМ повышают горячую пластичность металла, в результате снижается пораженность НЛЗ поверхностными дефектами (трещинами, рванинами) и растет выход годного.Providing an increase in the purity of steel by harmful impurities, a change in the nature and globularization of nonmetallic inclusions, grinding of the structure of cast steel, rare-earth metals increase the hot ductility of the metal, as a result, the damage to the surface of the surface of the metal is reduced by defects (cracks, flaws) and the yield is increased.
Улучшая качество металла, РЗМ обеспечивают измельчение зерна аустенита, повышение пластических свойств и особенно ударной вязкости при отрицательных температурах. Поэтому микролегирование РЗМ целесообразно проводить на рельсовой стали, разливаемой на МНЛЗ на заготовки, имеющие меньшее сечение и подвергающиеся меньшей степени деформации, чем слитки.Improving the quality of the metal, rare-earth metals provide grinding of austenite grain, increasing the plastic properties and especially toughness at low temperatures. Therefore, it is advisable to carry out REM microalloying on rail steel cast on a continuous casting machine on billets having a smaller cross section and undergoing a lower degree of deformation than ingots.
Микролегирование стали РЗМ позволит повысить хладостойкость рельсов за счет более глубокого раскисления, повышения чистоты металла по оксидным и сульфидным включениям, глобуляризации сульфидов и исключения образования пластичных силикатов, снижающих сопротивление хрупкому разрушению.Microalloying of REM steel will increase the cold resistance of rails due to deeper deoxidation, increase of metal purity by oxide and sulfide inclusions, globalization of sulfides and the elimination of the formation of plastic silicates, which reduce resistance to brittle fracture.
Для этой цели наиболее эффективны малые добавки РЗМ, исключающие образование как пластичных силикатов, так и хрупких сульфосиликатов, содержащих окислы РЗМ.For this purpose, small REM additives are most effective, excluding the formation of both plastic silicates and brittle sulfosilicates containing REM oxides.
РЗМ достаточно эффективно сдерживают рост зерна аустенита. В области высоких температур их действие превосходит действие ванадия и ниобия, что особенно важно при нагреве непрерывно литых заготовок рельсовой стали (до 1200-1250°С).REMs quite effectively inhibit the growth of austenite grain. At high temperatures, their action is superior to that of vanadium and niobium, which is especially important when heating continuously cast billets of rail steel (up to 1200-1250 ° C).
Малые добавки РЗМ вводятся в заявляемую сталь с целью дальнейшего снижения окисленности стали, содержащей незначительное количество алюминия (≤0,005%), исключения образования пластичных силикатов, повышения ударной вязкости и сопротивления хрупкому разрушению. Кроме того, поверхностная активность РЗМ позволяет замедлить темп роста зерна в том случае, если только количество их не оказывается достаточным для образования сегрегации и неоднородностей в стали. Количество РЗМ, находящихся в твердом растворе, способствует торможению роста зерна. Содержащееся в твердом растворе количество РЗМ вполне достаточно для измельчения зерна и повышения хладостойкости рельсовой стали.Small additives of rare-earth metals are introduced into the inventive steel in order to further reduce the oxidation of steel containing a small amount of aluminum (≤0.005%), to exclude the formation of plastic silicates, increase toughness and resistance to brittle fracture. In addition, the surface activity of rare-earth metals can slow down the growth rate of grain in the event that their number is not sufficient for the formation of segregation and heterogeneity in steel. The amount of rare-earth metals in solid solution helps to inhibit grain growth. The amount of rare-earth metals contained in the solid solution is quite sufficient for grinding grain and increasing the cold resistance of rail steel.
Увеличение содержания РЗМ до 0,005% повышает ударную вязкость при отрицательных температурах.An increase in the content of rare-earth metals to 0.005% increases the toughness at low temperatures.
Содержание РЗМ в стали более 0,007% приводит к образованию неоднородностей в ней. Кроме этого, при повышении концентрации РЗМ эффективность действия их на измельчение зерна ослабляется, вызывая увеличение темпов роста зерна. Микролегирование стали РЗМ увеличивает общую работу разрушения, при минус 60°С способствует повышению работы зарождения трещины.The content of rare-earth metals in steel more than 0.007% leads to the formation of inhomogeneities in it. In addition, with an increase in the concentration of rare-earth metals, the effectiveness of their effect on grinding grain is weakened, causing an increase in the growth rate of grain. Microalloying of REM steel increases the overall fracture work; at minus 60 ° C, it increases the crack nucleation work.
Ограничение содержания меди, серы и фосфора выбрано с целью улучшения качества поверхности и повышения пластичности и вязкости стали. Кроме того, концентрация серы определяет красноломкость, фосфора - хладноломкость стали.The limitation of the content of copper, sulfur, and phosphorus was chosen in order to improve the surface quality and increase the ductility and toughness of steel. In addition, the concentration of sulfur determines the red brittleness, phosphorus - cold brittle steel.
Заявляемый химический состав рельсовой стали обеспечивает получение высокопрочных, износо- и хладостойких трооститных рельсов повышенной контактно-усталостной выносливости при охлаждении их сжатым воздухом.The inventive chemical composition of rail steel provides high-strength, wear- and cold-resistant troostite rails of increased contact fatigue endurance when cooled by compressed air.
Сталь заявляемого состава (таблица 1) выплавляли в 100-тонной дуговой электросталеплавильной печи ДСП-100 И7 и разливали на МНЛЗ. Полученные заготовки нагревали и прокатывали по обычной технологии на рельсы типа Р65, которые подвергали закалке в масле с температуры 800°С и отпуску при 460°С. Приведенные в таблице 2 данные показывают, что механические свойства, твердость объемнозакаленных рельсов из заявляемой стали значительно выше, чем рельсов из стали Э83Ф [4]. Заявляемый химический состав рельсовой стали обеспечивает также высокий уровень пластических свойств и высокое сопротивление хрупкому разрушению (KCU-60°C≥0,2 МДж/м2). Повышение твердости, прочностных, пластических и вязкостных свойств рельсов увеличивает их износо- и хладостойкость, контактно-усталостную прочность и эксплуатационную надежность.The steel of the claimed composition (table 1) was smelted in a 100-ton electric arc furnace DSP-100 I7 and cast in a continuous casting machine. The obtained billets were heated and rolled according to the usual technology onto P65 rails, which were quenched in oil from a temperature of 800 ° C and tempered at 460 ° C. The data presented in table 2 show that the mechanical properties and hardness of volume-hardened rails of the inventive steel are significantly higher than the rails of steel E83F [4]. The inventive chemical composition of rail steel also provides a high level of plasticity and high resistance to brittle fracture (KCU-60 ° C≥0.2 MJ / m 2 ). Increasing the hardness, strength, plastic and viscosity properties of rails increases their wear and cold resistance, contact fatigue strength and operational reliability.
Список источниковList of sources
1. А.с. СССР №1435650 Мкл С 22 С 38/16, 1987 г.1. A.S. USSR No. 1435650 μl C 22 C 38/16, 1987
2. А.с. СССР №1239164 Мкл С 22 С 38/16, 1984 г.2. A.S. USSR No. 1239164 μl C 22 C 38/16, 1984
3. А.с. СССР №1633008 А1 Мкл С 22 С 38/28, 1991 г.3. A.S. USSR No. 1633008 A1 Mkl S 22 S 38/28, 1991
4. ТУ 0921-125-2001 Рельсы железнодорожные повышенной износостойкости и контактной выносливости.4. TU 0921-125-2001 Railway rails of increased wear resistance and contact endurance.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003124407/02A RU2259416C2 (en) | 2003-08-04 | 2003-08-04 | Rail steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003124407/02A RU2259416C2 (en) | 2003-08-04 | 2003-08-04 | Rail steel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2259416C2 true RU2259416C2 (en) | 2005-08-27 |
Family
ID=35846853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003124407/02A RU2259416C2 (en) | 2003-08-04 | 2003-08-04 | Rail steel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2259416C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2459009C2 (en) * | 2008-02-22 | 2012-08-20 | ТАТА СТИЛ ЮКей ЛИМИТЕД | Rail steel with excellent combination of characteristics of wear resistance and fatigue strength at rolling contact |
| RU2461639C1 (en) * | 2008-10-31 | 2012-09-20 | Ниппон Стил Корпорейшн | Rail with perlite structure that features high resistance to abrasion and impact resistance |
| RU2485201C2 (en) * | 2009-02-18 | 2013-06-20 | Ниппон Стил Корпорейшн | Rails from pearlite steel with excellent wear resistance and impact strength |
| US8747576B2 (en) | 2009-06-26 | 2014-06-10 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Pearlite-based high carbon steel rail having excellent ductility and process for production thereof |
| CN114381653A (en) * | 2020-10-19 | 2022-04-22 | 衡水通用铁路器材有限公司 | I-shaped elastic strip and processing technology |
-
2003
- 2003-08-04 RU RU2003124407/02A patent/RU2259416C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2459009C2 (en) * | 2008-02-22 | 2012-08-20 | ТАТА СТИЛ ЮКей ЛИМИТЕД | Rail steel with excellent combination of characteristics of wear resistance and fatigue strength at rolling contact |
| RU2461639C1 (en) * | 2008-10-31 | 2012-09-20 | Ниппон Стил Корпорейшн | Rail with perlite structure that features high resistance to abrasion and impact resistance |
| RU2485201C2 (en) * | 2009-02-18 | 2013-06-20 | Ниппон Стил Корпорейшн | Rails from pearlite steel with excellent wear resistance and impact strength |
| US8469284B2 (en) | 2009-02-18 | 2013-06-25 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Pearlitic rail with excellent wear resistance and toughness |
| US8747576B2 (en) | 2009-06-26 | 2014-06-10 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Pearlite-based high carbon steel rail having excellent ductility and process for production thereof |
| CN114381653A (en) * | 2020-10-19 | 2022-04-22 | 衡水通用铁路器材有限公司 | I-shaped elastic strip and processing technology |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11180820B1 (en) | Hot-work die steel and a preparation method thereof | |
| RU2485201C2 (en) | Rails from pearlite steel with excellent wear resistance and impact strength | |
| RU2461639C1 (en) | Rail with perlite structure that features high resistance to abrasion and impact resistance | |
| CN108611562B (en) | Sulfur-aluminum-containing killed non-quenched and tempered steel and sulfide morphology control method thereof | |
| EP2881485B1 (en) | Abrasion resistant steel plate with high strength and high toughness, and process for preparing same | |
| CN108950432B (en) | Manufacturing method of high-strength and high-toughness low-alloy wear-resistant steel | |
| EP3249070A1 (en) | Rail | |
| CN108998725A (en) | Track link rail 35MnBM steel and preparation method thereof | |
| CN111575578B (en) | Hot-rolled chain plate steel strip with excellent wear resistance and manufacturing method thereof | |
| CN107130172B (en) | 400HBW grades of Brinell hardness whole constrictive type high tenacity easily weld special thick wear-resisting steel plate and its manufacturing method | |
| CN101880822B (en) | Hot rolled high-ductility carbon steel for passenger traffic steel rails | |
| EP2420585B1 (en) | Low-specific gravity steel for forging having excellent machinability | |
| CN114959442A (en) | Steel for universal joint cross shaft for cold extrusion and manufacturing method thereof | |
| CN115261734B (en) | High-homogeneity non-quenched and tempered steel for engineering machinery and production method thereof | |
| JP4964489B2 (en) | Method for producing pearlitic rails with excellent wear resistance and ductility | |
| RU2295587C1 (en) | Rail steel | |
| RU2259416C2 (en) | Rail steel | |
| CN111534744A (en) | Steel for die casting wear-resistant chain plate and manufacturing method thereof | |
| RU2365667C1 (en) | Rail steel | |
| JP2005146346A (en) | Method for manufacturing rail of pearite system having excellent toughness and ductility | |
| JPS621811A (en) | Manufacture of rail having superior damage resistance | |
| CN111286680A (en) | Low phosphorus, zirconium microalloyed crack resistant steel alloy composition and articles made therefrom | |
| RU2241779C1 (en) | Rail steel | |
| RU2259418C2 (en) | Rail steel | |
| RU2449045C1 (en) | Rail steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20060207 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120805 |