RU2457272C1 - Rail steel - Google Patents

Rail steel Download PDF

Info

Publication number
RU2457272C1
RU2457272C1 RU2011106248/02A RU2011106248A RU2457272C1 RU 2457272 C1 RU2457272 C1 RU 2457272C1 RU 2011106248/02 A RU2011106248/02 A RU 2011106248/02A RU 2011106248 A RU2011106248 A RU 2011106248A RU 2457272 C1 RU2457272 C1 RU 2457272C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nitrogen
steel
impurities
manganese
vanadium
Prior art date
Application number
RU2011106248/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Владимирович Волков (RU)
Константин Владимирович Волков
Евгений Павлович Кузнецов (RU)
Евгений Павлович Кузнецов
Виктор Васильевич Могильный (RU)
Виктор Васильевич Могильный
Лариса Викторовна Корнева (RU)
Лариса Викторовна Корнева
Дмитрий Владимирович Бойков (RU)
Дмитрий Владимирович Бойков
Ольга Петровна Атконова (RU)
Ольга Петровна Атконова
Original Assignee
Открытое акционерное общество "ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат" (ОАО "ЕВРАЗ ЗСМК")
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
Application filed by Открытое акционерное общество "ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат" (ОАО "ЕВРАЗ ЗСМК") filed Critical Открытое акционерное общество "ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат" (ОАО "ЕВРАЗ ЗСМК")
Priority to RU2011106248/02A priority Critical patent/RU2457272C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2457272C1 publication Critical patent/RU2457272C1/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: rail steel contains carbon, manganese, silicon, aluminium, nitrogen, vanadium, chrome, nickel, oxygen, iron and sulphur, phosphorus and copper as impurities at the following component ratio, wt %: carbon 0.71 - 0.90, manganese 0.85 - 1.20, silicon 0.20 - 0.40, aluminium not more than 0.004, nitrogen 0.010 - 0.018, vanadium 0.05 - 0.15, chrome 0.40 - 0.80, nickel 0.03 - 0.20, oxygen of not more than 0.0020, iron and impurities are the rest; at that, impurities are contained in the following amounts: sulphur - not more than 0.020, phosphorus - not more than 0.020, and copper - not more than 0.20.
EFFECT: improving steel purity as per nonmetallic inclusions to improve the reliability and contact fatigue strength of rails.
2 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to steel used for the manufacture of railway rails.

Известна рельсовая сталь [1], содержащая (в мас.%):Known rail steel [1], containing (in wt.%):

углеродcarbon 0,71-0,820.71-0.82 марганецmanganese 0,75-1,050.75-1.05 кремнийsilicon 0,30-0,600.30-0.60 алюминийaluminum не более 0,005no more than 0,005 азотnitrogen 0,005-0,0150.005-0.015 ванадийvanadium 0,05-0,150.05-0.15 хромchromium 0,40-0,800.40-0.80 никельnickel 0,03-0,300.03-0.30 кальцийcalcium 0,0001-0,0050.0001-0.005 барийbarium 0,0001-0,0050.0001-0.005 железоiron остальное,rest,

при этом примеси содержаться в следующих количествах: сера - не более 0,020%, фосфор - не более 0,025%, медь не более 0,20%.while the impurities are contained in the following amounts: sulfur - not more than 0.020%, phosphorus - not more than 0.025%, copper not more than 0.20%.

Существенным недостатком данной стали является наличие в структуре недеформирующихся и хрупкоразрушенных неметаллических включений из-за модифицирования стали кальцием.A significant drawback of this steel is the presence in the structure of non-deformable and brittle-fractured non-metallic inclusions due to the modification of steel with calcium.

Известна выбранная в качестве прототипа рельсовая сталь [2], содержащая (в мас.%):Known selected as a prototype rail steel [2], containing (in wt.%):

углеродcarbon 0,71-0,820.71-0.82 марганецmanganese 0,75-1,050.75-1.05 кремнийsilicon 0,45-0,800.45-0.80 алюминийaluminum 0,005-0,0150.005-0.015 азотnitrogen 0,0005-0,0150.0005-0.015 ванадийvanadium 0,03-0,090.03-0.09 хромchromium 0,35-0,700.35-0.70 никельnickel 0,03-0,200.03-0.20 железоiron остальноеrest

Существенным недостатком данной стали является низкая эксплуатационная стойкость, обусловленная пониженным комплексом физико-механических свойств.A significant disadvantage of this steel is its low operational stability, due to a reduced set of physical and mechanical properties.

Желаемым техническим результатом изобретения является повышение чистоты стали по неметаллическим включениям для обеспечения надежности и контактно-усталостной прочности рельсов.The desired technical result of the invention is to increase the purity of steel on non-metallic inclusions to ensure reliability and contact fatigue strength of rails.

Для достижения этого рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, азот, ванадий, хром, никель, железо и в качестве примесей серу, фосфор и медь, отличающаяся тем, что в ней дополнительно ограничено содержание кислорода при следующем соотношении компонентов (в мас.%):To achieve this, rail steel containing carbon, manganese, silicon, aluminum, nitrogen, vanadium, chromium, nickel, iron, and sulfur, phosphorus and copper as impurities, characterized in that it has an additional oxygen content in the following ratio of components (in wt.%):

углеродcarbon 0,71-0,900.71-0.90 марганецmanganese 0,85-1,200.85-1.20 кремнийsilicon 0,20-0,400.20-0.40 алюминийaluminum не более 0,004no more than 0,004 азотnitrogen 0,010-0,0180.010-0.018 ванадийvanadium 0,05-0,150.05-0.15 хромchromium 0,40-0,800.40-0.80 никельnickel 0,03-0,200.03-0.20 кислородoxygen не более 0,0020no more than 0,0020 железоiron остальное,rest,

при этом примеси содержатся в следующих количествах: сера - не более 0,020%, фосфор - не более 0,020%, медь не более 0,20%.while the impurities are contained in the following amounts: sulfur - not more than 0.020%, phosphorus - not more than 0.020%, copper not more than 0.20%.

Заявляемый химический состав стали подобран исходя из следующих предпосылок.The inventive chemical composition of the steel is selected based on the following premises.

Выбранное содержание углерода при установленном соотношении марганца, кремния и хрома обеспечивает повышение ударной вязкости, пластичности при сохранении твердости и прочности стали. Увеличение содержания углерода по сравнению с прототипом позволит дополнительно повысить контакно-усталостную прочность рельсов. Верхний предел содержания углерода установлен, исходя из того, что при увеличении его свыше 0,90% происходит резкое снижение показателей пластичности и ударной вязкости рельсовой стали.The selected carbon content with the established ratio of manganese, silicon and chromium provides an increase in impact strength, ductility while maintaining the hardness and strength of steel. The increase in carbon content compared with the prototype will further increase the contact-fatigue strength of the rails. The upper limit of the carbon content is set based on the fact that with an increase of more than 0.90% there is a sharp decrease in ductility and toughness of rail steel.

Концентрация кремния установлена для обеспечения сбалансированного уровня механических свойств рельсов, при этом снижение его концентрации менее 0,20% не обеспечивает требуемый уровень свойств, при повышении 0,40% возрастает вероятность образования неблагоприятной структуры.The silicon concentration was established to ensure a balanced level of the mechanical properties of the rails, while a decrease in its concentration of less than 0.20% does not provide the required level of properties, with an increase of 0.40%, the likelihood of formation of an unfavorable structure increases.

Концентрация хрома выбрана исходя из обеспечения высокого сопротивления износу и высоких прочностных свойств, при этом снижение концентрации хрома менее 0,40% не позволяет обеспечить требуемую стойкость рельсов в пути, а при повышении концентрации более 0,80% значительно возрастает стоимость стали при постоянных прочностных свойствах стали.The chromium concentration is selected on the basis of ensuring high wear resistance and high strength properties, while a decrease in chromium concentration of less than 0.40% does not allow to provide the required resistance of rails in the way, and with an increase in concentration of more than 0.80%, the cost of steel increases significantly with constant strength properties become.

Снижение содержания алюминия до 0,004% и кислорода менее 0,0020% обеспечивает повышение чистоты металла по неметаллическим включениям, приводит к уменьшению их размеров и количества. Содержание алюминия более 0,004% и кислорода более 0,0018% приводит к загрязнению стали строчками неметаллических включений больших размеров.A decrease in the aluminum content to 0.004% and oxygen less than 0.0020% provides an increase in the purity of the metal for non-metallic inclusions, leading to a decrease in their size and quantity. An aluminum content of more than 0.004% and oxygen of more than 0.0018% leads to steel contamination with lines of non-metallic inclusions of large sizes.

Концентрация марганца в выбранных пределах обеспечивает достаточную износостойкость рельсов. Марганец увеличивает устойчивость переохлажденного аустенита и при содержании не менее 0,85% 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 приводит к хрупкости рельсов.The concentration of manganese in the selected range provides sufficient wear resistance of the rails. Manganese increases the stability of supercooled austenite and at a content of at least 0.85% provides the formation of dispersed thin-plate perlite having a good combination of strength, ductility and viscosity. Since manganese shifts the phase transition point to lower temperatures, a further increase in its concentration of more than 1.20% in steel with a high carbon content leads to brittleness of rails.

Введение азота от 0,010 до 0,018 позволяет также повысить прочностные свойства рельсов и увеличить сопротивление хрупкому разрушению. Наличие ванадия при этом позволяет добиваться необходимой растворимости азота в соединениях. При наличии азота менее 0,010% невозможно обеспечить необходимое упрочнение стали, а при содержании азота более 0,018% приводит к получению нерастворившегося азота и возможного образования недопустимых пузырей в стали. Выбранное содержание и соотношение азота и ванадия обеспечивает получение требуемой ударной вязкости.The introduction of nitrogen from 0.010 to 0.018 can also improve the strength properties of rails and increase resistance to brittle fracture. The presence of vanadium in this case allows us to achieve the necessary solubility of nitrogen in the compounds. In the presence of nitrogen less than 0.010%, it is impossible to provide the necessary hardening of steel, and with a nitrogen content of more than 0.018%, insoluble nitrogen is obtained and possible formation of unacceptable bubbles in the steel. The selected content and ratio of nitrogen and vanadium provides the desired toughness.

Ограничение концентрации никеля до 0,20% связано с возможностью образования структурно-свободного феррита, имеющего низкую износостойкость.The limitation of the concentration of nickel to 0.20% is associated with the possibility of the formation of structurally free ferrite having low wear resistance.

Ограничение концентрации фосфора, серы и меди обусловлено улучшением качества поверхности готовой продукции после прокатки и повышения ее физико-механических свойств.The limitation of the concentration of phosphorus, sulfur and copper is due to an improvement in the surface quality of the finished product after rolling and an increase in its physical and mechanical properties.

Серия опытных плавок с заявляемым химическим составом 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-прототипом (после объемной закалки в масле и отпуске) приведены в таблице 2. Таким образом, заявляемый химический состав с ограниченным содержанием кислорода обеспечивает повышение чистоты стали по неметаллическим включениям при обеспечении достаточно высокого уровня механических свойств рельсов в нетермоупрочненном состоянии, сопоставимом с уровнем механических свойств стали-прототипа в термоупрочненном состоянии.A series of experimental swimming trunks with the claimed chemical composition was smelted in DSP-100I7 arc furnaces. The chemical composition is shown in table 1. After casting the steel at the continuous casting machine, railway rails of the P65 type were rolled. After rolling the rails, heat treatment was not carried out. The test results of the mechanical properties in the hot-rolled state in comparison with the prototype rail steel (after bulk quenching in oil and tempering) are given in table 2. Thus, the claimed chemical composition with a limited oxygen content provides an increase in the purity of steel by non-metallic inclusions while ensuring a sufficiently high level mechanical properties of rails in a non-heat-strengthened state, comparable with the level of mechanical properties of steel-prototype in a heat-strengthened state.

Источники информацииInformation sources

1. RU 2292221 C1, C22C 38/461. RU 2292221 C1, C22C 38/46

2. Патент РФ №2131946, С22С 38/46.2. RF patent No. 2131946, C22C 38/46.

Таблица 1Table 1 Химический состав сталиThe chemical composition of steel СоставStructure СFROM SiSi MnMn CrCr VV AIAI NN NiNi SS PP CuCu FeFe 1one 0,900.90 0,200.20 0,850.85 0,800.80 0,080.08 0,0010.001 0,0100.010 0,030,03 0,0070.007 0,0160.016 0,060.06 остost 22 0,770.77 0,400.40 0,880.88 0,400.40 0,090.09 0,0040.004 0,0120.012 0,100.10 0,0080.008 0,0190.019 0,080.08 остost 33 0,710.71 0,340.34 0,860.86 0,470.47 0,110.11 0,0040.004 0,0110.011 0,200.20 0,0060.006 0,0090.009 0,010.01 остost 4four 0,800.80 0,230.23 0,890.89 0,550.55 0,070,07 0,0010.001 0,0120.012 0,120.12 0,0050.005 0,0150.015 0,150.15 остost 55 0,770.77 0,360.36 1,201.20 0,690.69 0,110.11 0,0030.003 0,0180.018 0,140.14 0,0120.012 0,0180.018 0,200.20 остost 66 0,810.81 0,400.40 1,101.10 0,500.50 0,150.15 0,0040.004 0,0120.012 0,180.18 0,0200,020 0,0200,020 0,160.16 остost прото
тип
proto
type of
0,71-0,820.71-0.82 0,45-0,800.45-0.80 0,75-1,050.75-1.05 0,35-0,700.35-0.70 0,03-0,090.03-0.09 0,005-0,0150.005-0.015 0,0005-0,0150.0005-0.015 0,03-0,200.03-0.20 ≤0,020≤0.020 ≤0,020≤0.020 ≤0,20≤0.20 остost

Таблица 2table 2 Механические свойства стали и результаты оценки неметаллических включенийMechanical properties of steel and evaluation results of non-metallic inclusions СоставStructure Предел текучести, Н/мм2 Yield strength, N / mm 2 Предел прочности, Н/мм2 Tensile strength, N / mm 2 Относитель
ное удлинение, %
Relative
elongation,%
Относительное сужение, %Relative narrowing,% KCU ударная вязкость, Дж/см2 KCU impact strength, J / cm 2 Неметаллические включения, ммNon-metallic inclusions, mm
+20°С+ 20 ° С недеформирующие
ся
non-deforming
sya
хрупкоразрушен
ные
brittle
ny
1one 11001100 11901190 1010 20twenty 20twenty 00 00 22 900900 11801180 1212 2121 2121 0,0010.001 00 33 800800 11901190 1212 2828 2525 00 0,010.01 4four 889889 11701170 1313 2727 2424 00 00 55 10001000 11501150 11eleven 2222 2626 00 00 66 900900 11701170 1010 2121 2323 00 00 Прото
тип (закал
ка и отпуск)
Proto
type (temper
ka and vacation)
880-1200880-1200 1350-15501350-1550 10-1710-17 30-3430-34 33-4433-44 -- --

Claims (1)

Рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, азот, ванадий, хром, никель, железо и в качестве примесей серу, фосфор и медь, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кислород при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,71-0,90 марганец 0,85-1,20 кремний 0,20-0,40 алюминий не более 0,004 азот 0,010-0,018 ванадий 0,05-0,15 хром 0,40-0,80 никель 0,03-0,20 кислород не более 0,0020 железо и примеси остальное,

при этом примеси содержатся в следующих количествах, %: сера не более 0,020, фосфор не более 0,020, медь не более 0,20.
Rail steel containing carbon, manganese, silicon, aluminum, nitrogen, vanadium, chromium, nickel, iron and sulfur, phosphorus and copper as impurities, characterized in that it additionally contains oxygen in the following ratio, wt.%:
carbon 0.71-0.90 manganese 0.85-1.20 silicon 0.20-0.40 aluminum no more than 0,004 nitrogen 0.010-0.018 vanadium 0.05-0.15 chromium 0.40-0.80 nickel 0.03-0.20 oxygen no more than 0,0020 iron and impurities rest,

the impurities are contained in the following amounts,%: sulfur, not more than 0.020, phosphorus, not more than 0.020, copper, not more than 0.20.
RU2011106248/02A 2011-02-17 2011-02-17 Rail steel RU2457272C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011106248/02A RU2457272C1 (en) 2011-02-17 2011-02-17 Rail steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011106248/02A RU2457272C1 (en) 2011-02-17 2011-02-17 Rail steel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2457272C1 true RU2457272C1 (en) 2012-07-27

Family

ID=46850715

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011106248/02A RU2457272C1 (en) 2011-02-17 2011-02-17 Rail steel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2457272C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1839687A3 (en) * 1990-07-30 1993-12-30 Berlington Nortern Rejlroad Ko Rail, method for its manufacturing and method of its cooling inspection
RU2197553C2 (en) * 1999-02-22 2003-01-27 Открытое акционерное общество "Кузнецкий металлургический комбинат" Steel for railway road rails
EP1493831A1 (en) * 2002-04-05 2005-01-05 Nippon Steel Corporation Pealite based rail excellent in wear resistance and ductility and method for production thereof
EP2006406A1 (en) * 2006-03-16 2008-12-24 JFE Steel Corporation High-strength pearlite rail with excellent delayed-fracture resistance
RU2400543C1 (en) * 2006-07-24 2010-09-27 Ниппон Стил Корпорейшн Manufacturing method of pearlite rail with excellent wear resistance and ductility

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1839687A3 (en) * 1990-07-30 1993-12-30 Berlington Nortern Rejlroad Ko Rail, method for its manufacturing and method of its cooling inspection
RU2197553C2 (en) * 1999-02-22 2003-01-27 Открытое акционерное общество "Кузнецкий металлургический комбинат" Steel for railway road rails
EP1493831A1 (en) * 2002-04-05 2005-01-05 Nippon Steel Corporation Pealite based rail excellent in wear resistance and ductility and method for production thereof
EP2006406A1 (en) * 2006-03-16 2008-12-24 JFE Steel Corporation High-strength pearlite rail with excellent delayed-fracture resistance
RU2400543C1 (en) * 2006-07-24 2010-09-27 Ниппон Стил Корпорейшн Manufacturing method of pearlite rail with excellent wear resistance and ductility

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2899570C (en) Thick, tough, high tensile strength steel plate and production method therefor
KR101379079B1 (en) Lean duplex stainless steel
WO2018215600A1 (en) High-strength, hot rolled abrasive wear resistant steel strip
US20210164067A1 (en) High-mn steel and method for manufacturing same
RU2625861C1 (en) Production of steel sheets of higher wear resistance
KR102339890B1 (en) Steel plate and method of producing same
RU2552794C2 (en) Oil schedule cold-resistant pipe
RU2457272C1 (en) Rail steel
RU2348735C2 (en) Wheeled steel
US20190048447A1 (en) High Strength Steel Alloy and Strip and Sheet Product Made Therefrom
RU2349675C2 (en) Wheel steel
RU2365667C1 (en) Rail steel
RU2414520C1 (en) Structure steel of high impact resilience at cryogenic temperature
RU2603404C1 (en) Method for production of high-hardness wear-resistant sheet products
RU2370565C2 (en) STEEL FOR SCREW SPRINGS WITH DIAMETRE OF ROD 27-33 mm AND SPRING FABRICATED OUT OF THIS STEEL
RU2368694C1 (en) Rail steel
RU2440436C2 (en) Steel
RU2410462C1 (en) Rail steel
RU2291221C1 (en) Rail steel
RU2370566C2 (en) STEEL WITH REDUCED HARDENABILITY FOR SCREW SPRINGS WITH DIAMETRE OF RODS 17-23 mm AND SPRING FABRICATED OUT OF IT
RU2412274C1 (en) Rail steel
CN110923582A (en) Carbon manganese chromium system hot-rolled ribbed steel bar with effective boron not less than 96% and preparation method thereof
RU2340699C2 (en) Steel for grinding balls
RU2291220C1 (en) Rail steel
RU2426812C2 (en) Rail steel