RU2291220C1 - Рельсовая сталь - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов. Предложена рельсовая сталь, содержащая, мас.%: углерод 0,71-0,82, марганец 0,75-1,20 кремний 0,30-0,60, алюминий не более 0,005, азот 0,005-0,020, ванадий 0,05-0,15, хром 0,40-1,20, никель 0,03-0,20, кальций 0,0001-0,005, железо - остальное, при этом в качестве примесей сталь может содержать серу не более 0,020%, фосфор не более 0,025%, медь не более 0,20%. Техническим результатом изобретения является повышение комплекса физико-механических свойств и эксплуатационной стойкости. 2 табл.

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов.

Известная, выбранная в качестве прототипа рельсовая сталь [1], содержит (в мас.%):

углерод	0,71-0,82
марганец	0,75-1,05
кремний	0,45-0,80
алюминий	0,005-0,015
азот	0,0005-0,015
ванадий	0,03-0,09
хром	0,35-0,70
никель	0,03-0,20
железо	остальное

Существенным недостатком данной стали является низкая эксплуатационная стойкость, обусловленная пониженным комплексом физико-механических свойств.

Известная рельсовая сталь марки Э76Ф [2] содержит (в мас.%):

углерод	0,71-0,82
марганец	0,75-1,05
кремний	0,25-0,45
ванадий	0,03-0,15
хром	не более 0,15
никель	не более 0,15
медь	не более 0,15
железо	остальное

Существенным недостатком данной стали является низкая стойкость железнодорожных рельсов без термической обработки и необходимость термообработки стали для повышения эксплуатационных свойств.

Желаемым техническим результатом изобретения является повышение комплекса физико-механических свойств и эксплуатационной стойкости.

Для достижения этого сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, ванадий, хром, азот, никель, железо, дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов (в мас.%)

углерод	0,71-0,82
марганец	0,75-1,20
кремний	0,30-0,60
алюминий	не более 0,005
азот	0,005-0,020
ванадий	0,05-0,15
хром	0,40-1,20
никель	0,03-0,20
кальций	0,0001-0,005
железо	остальное

при этом в качестве примесей сталь может содержать серу не более 0,020%, фосфора не более 0,025%, меди не более 0,20%.

Заявляемый химический состав стали подобран исходя из следующих предпосылок:

Повышенное содержание марганца по сравнению с прототипом позволило компенсировать отрицательное влияние высокого содержания углерода на показатели пластичности и ударной вязкости. Марганец увеличивает устойчивость переохлажденного аустенита и обеспечивает образование дисперсного тонкопластинчатого перлита, имеющего хорошее сочетание прочности, пластичности и вязкости. Поскольку марганец смещает точку фазовых превращений к более низким температурам, дальнейшее увеличение его концентрации более 1,20% в стали с высоким содержанием углерода ведет к возрастанию вероятности образования недопустимой структуры верхнего бейнита.

Кремний при концентрации 0,30-0,60% обеспечивает после прокатки повышение предела текучести и прочности. Содержание его до 0,30% при выбранной концентрации углерода, марганца и хрома не обеспечивает требуемые прочностные свойства. С повышением содержания кремния свыше 0,60% возрастает склонность стали к обезуглероживанию при прокатке и ухудшается свариваемость металла при сварке.

Введение алюминия в количестве менее 0,005% позволяет обеспечить необходимую чистоту металла, исключить недопустимые включения глинозема.

Комплексное микролегирование стали азотом и ванадием в заявляемых пределах обеспечивает за счет образования дисперсных карбонитридных фаз измельчение зерна аустенита. Обеспечение в стали мелкозернистой структуры обусловлено необходимостью повышения вязкости и сопротивляемости рельсов хрупким разрушениям. При концентрации азота менее 0,005% в стали, содержащей менее 0,05% ванадия, не обеспечивается достаточное количество дисперсных карбонитридных фаз и, как следствие этого, после прокатки образуется крупнозернистая структура, отрицательно сказывающаяся на величине ударной вязкости. Увеличение концентрации азота сверх 0,020% нецелесообразно ввиду опасности образования газовых пузырей в стали. Ограничение верхнего предела по содержанию ванадия обусловлено вероятностью образования карбидов ванадия, приводящих к снижению ударной вязкости.

Хром в количестве 0,40-1,20% обеспечивает при охлаждении с прокатного нагрева повышение твердости и прочности, соизмеримые с термически упрочненными рельсами. Обеспечивая повышение прочности, хром не приводит к снижению показателей пластичности и ударной вязкости. При легировании стали хромом совместно с ванадием обеспечивается дисперсная тонкопластинчатая структура, характеризующаяся высоким сопротивлением к истиранию. В присутствии хрома возрастает устойчивость стали против коррозии. Содержание хрома менее 0,40% не обеспечивает требуемую прочность и износостойкость рельсов. При содержании хрома, превышающем 1,20%, увеличивается количество карбидов хрома, сообщающих стали хрупкость.

Введение малых добавок кальция и бария способствует повышению чистоты стали по оксидным и сульфидным включениям, обеспечивает образование глобулярных неметаллических включений в металле. Это способствует улучшению пластичности и ударной вязкости стали. Более высокие присадки приводят к загрязнению металла сложными многофазными включениями.

Ограничение концентрации фосфора, серы и меди обусловлено улучшением качества поверхности рельсов и повышением их пластичности и вязкости.

Серия опытных плавок была выплавлена в дуговых печах ДСП-100И7. Химический состав приведен в таблице 1. После разливки стали на МНЛЗ осуществляли прокатку железнодорожных рельсов типа Р65. После прокатки рельсов термообработка не проводилась. Результаты испытаний механических свойств в горячекатаном состоянии в сравнении с рельсовой сталью Э76Ф (прошедшей термообработку), представленные в таблице 2, показывают, что заявляемый химический состав обеспечивает повышение механических свойств рельсовой стали, что, в свою очередь, увеличивает эксплуатационную стойкость железнодорожных рельсов.

Список источников информации

1. Патент РФ №2131946, С 22 С 38/46.

2. ГОСТ Р 51685-2000 «Рельсы железнодорожные. Общие технические условия».

Claims (1)

1. Рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, ванадий, хром, азот, никель, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   Углерод 0,71-0,82 Марганец 0,75-1,20 Кремний 0,30-0,60 Алюминий Не более 0,005 Азот 0,005-0,020 Ванадий 0,05-0,15 Хром 0,40-1,20 Никель 0,03-0,20 Кальций 0,0001-0,005 Железо Остальное

   при этом в качестве примесей сталь может содержать серу не более 0,020, фосфор не более 0,025, медь не более 0,20.