RU2615425C1 - Steel and all-rolled wheel made of it - Google Patents

Steel and all-rolled wheel made of it Download PDF

Info

Publication number
RU2615425C1
RU2615425C1 RU2016113036A RU2016113036A RU2615425C1 RU 2615425 C1 RU2615425 C1 RU 2615425C1 RU 2016113036 A RU2016113036 A RU 2016113036A RU 2016113036 A RU2016113036 A RU 2016113036A RU 2615425 C1 RU2615425 C1 RU 2615425C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
wheels
content
carbon
wheel
Prior art date
Application number
RU2016113036A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Анатольевич Филиппов
Владимир Ильич Изотов
Александр Арсентьевич Яндимиров
Наталья Владимировна Павлова
Елена Маратовна Васенина
Александр Игоревич Седышев
Original Assignee
Акционерное общество "Выксунский металлургический завод"
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 Акционерное общество "Выксунский металлургический завод" filed Critical Акционерное общество "Выксунский металлургический завод"
Priority to RU2016113036A priority Critical patent/RU2615425C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2615425C1 publication Critical patent/RU2615425C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: steel contains the following components, wt %: carbon 0.73-0.77, silicon 0.30-0.50, chromium not more than 0.25, vanadium from more than 0.1 to 0.15, sulfur 0.005-0.015, molybdenum not more than 0.08, phosphorus less than 0.020, copper less than 0.35, nitrogen 0.005-0.020, nickel 0.21-0.35, titanium not more than 0.03, niobium not more than 0.01, manganese, the amount of which is determined by the condition (carbon + 1/4 Mn) = 0.92-0.95, aluminium, the amount of which is determined by the relation of aluminium/nitrogen = 1.5-2.0, the rest is iron and inevitable impurities, including not more than 0.0002 hydrogen.
EFFECT: stable level of physical and mechanical properties of the wheels, increased rim strength characteristics, and around the wheel section, a pearlite structure with ferrite portions is provided.
2 cl, 4 dwg, 13 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу стали для изготовления высокопрочных колес для рельсового, преимущественно железнодорожного, транспорта, к колесам, изготовленным из нее, в частности к колесам классов С, D по стандарту AAR М-107/М-208 различных типоразмеров.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the composition of steel for the manufacture of high-strength wheels for rail, mainly railway, transport, to wheels made from it, in particular to wheels of classes C, D according to AAR standard M-107 / M-208 of various sizes .

Известна сталь для производства цельнокатаных колес колесных пар грузовых вагонов и путевых машин магистральных железных дорог, которая содержит углерод, кремний, марганец, ванадий, ниобий, фосфор, серу, никель, хром, медь, титан, молибден и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,60-0,72, марганец 0,50-1,80, кремний 0,22-0,65, ванадий не более 0,15, ниобий до 0,01, фосфор не более 0,035, сера 0,005-0,030, никель не более 0,30, хром не более 0,50, медь не более 0,30, титан до 0,03, молибден не более 0,08, железо - остальное (патент RU №2369658, МПК С22С 38/50, опубл. 10.10.2009 г.).Known steel for the production of seamless wheels of wheelsets of freight cars and track machines of main railways, which contains carbon, silicon, manganese, vanadium, niobium, phosphorus, sulfur, nickel, chromium, copper, titanium, molybdenum and iron in the following ratio of components, wt .%: carbon 0.60-0.72, manganese 0.50-1.80, silicon 0.22-0.65, vanadium not more than 0.15, niobium to 0.01, phosphorus not more than 0.035, sulfur 0.005 -0.030, nickel no more than 0.30, chromium no more than 0.50, copper no more than 0.30, titanium up to 0.03, molybdenum no more than 0.08, iron - the rest (patent RU No. 2369658, IPC С22С 38 / 50, publ. 10.10.2009 g.).

Колеса, изготовленные из стали заявленного состава, имеют твердость на глубине 30 мм от поверхности катания обода не менее 320 НВ, ударную вязкость KCU металла диска при температуре 20°С не менее 18-28 Дж/см2, ударную вязкость KCU металла обода при температуре 20°С не менее 16-30 Дж/см2, временное сопротивление обода не менее 1020 МПа при относительном удлинении не менее 9%, относительном сужении не менее 16% и вязкости разрушения не менее 50 МПа⋅м1/2. Данная сталь под маркой Т введена в ГОСТ 10791-2011 «Колеса цельнокатаные. Технические условия».Wheels made of steel of the claimed composition have a hardness at a depth of 30 mm from the rim surface of the rim of at least 320 HB, impact strength KCU of the disc metal at a temperature of 20 ° C of at least 18-28 J / cm 2 , impact strength KCU of the rim metal at a temperature 20 ° С not less than 16-30 J / cm 2 , temporary rim resistance not less than 1020 MPa with elongation not less than 9%, relative narrowing not less than 16% and fracture toughness not less than 50 MPa 50 1/2 . This steel under the T brand is introduced in GOST 10791-2011 “Solid-rolled wheels. Technical conditions. "

Однако колеса, изготовленные из стали по данному патенту, не могут обеспечить получение твердости обода более 360 НВ из-за недостаточного содержания углерода (не более 0,72%). При содержании в стали хрома до 0,50% при прерывистой закалке в ободе непременно образуется мартенсито-бейнитная структура вместо оптимальной с точки зрения стойкости в эксплуатации перлитной. Данная сталь не может быть использована для изготовления колес класса D по стандарту AAR М-107/М-208, твердость поверхности обода которых должна быть 341-415 НВ (п. 10.1 стандарта), а микроструктура обода не должна содержать мартенсита.However, wheels made of steel according to this patent cannot provide rim hardness of more than 360 HB due to insufficient carbon content (not more than 0.72%). When the chromium content in the steel is up to 0.50% with intermittent quenching, a martensite-bainitic structure will certainly form in the rim instead of the pearlitic one that is optimal from the point of view of resistance to operation. This steel cannot be used for the manufacture of class D wheels according to AAR M-107 / M-208 standard, the hardness of the rim surface of which should be 341-415 HB (Clause 10.1 of the standard), and the rim microstructure should not contain martensite.

Наиболее близкой по технической сущности и назначению к заявляемой стали является сталь для изготовления высокопрочных колес для рельсового транспорта по патенту RU №2546270, МПК С22С 38/38, опубл. 10.04.2015. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, серу, молибден при необходимости, железо и примеси - фосфор, медь, никель при следующем соотношении компонентов в мас.%: углерод 0,65-0,84; кремний 0,02-1,00; марганец 0,50-1,90; хром 0,02-0,50; ванадий 0,02-0,20; сера 0,04% или менее, молибден при необходимости 0-0,2; железо и примеси - остальное. В качестве примесей сталь содержит: фосфор 0,05 или менее; медь 0,20 или менее и никель 0,20 или менее. Для компонентов стали должны выполняться следующие соотношения: Fn1=34≤2,7+29,5×C+2,9×Si+6,9×Mn+10,8×Cr+30,3×Mo+44,3×V<43 и Fn2=exp(0,76)×exp(0,05×C)×exp(1,35×Si)×exp(0,38×Mn)×exp(0,77×Cr)×exp(3,0×Мо)×ехр(4,6×V)≤25.The closest in technical essence and purpose to the claimed steel is steel for the manufacture of high-strength wheels for rail vehicles according to patent RU No. 2546270, IPC C22C 38/38, publ. 04/10/2015. Steel contains carbon, silicon, manganese, chromium, vanadium, sulfur, molybdenum, if necessary, iron and impurities - phosphorus, copper, nickel in the following ratio of components in wt.%: Carbon 0.65-0.84; silicon 0.02-1.00; Manganese 0.50-1.90; chrome 0.02-0.50; vanadium 0.02-0.20; sulfur 0.04% or less, molybdenum, if necessary, 0-0.2; iron and impurities - the rest. As impurities, steel contains: phosphorus 0.05 or less; copper 0.20 or less and nickel 0.20 or less. For steel components, the following relations should be satisfied: Fn1 = 34≤2.7 + 29.5 × C + 2.9 × Si + 6.9 × Mn + 10.8 × Cr + 30.3 × Mo + 44.3 × V <43 and Fn2 = exp (0.76) × exp (0.05 × C) × exp (1.35 × Si) × exp (0.38 × Mn) × exp (0.77 × Cr) × exp (3.0 × Mo) × exp (4.6 × V) ≤25.

Сталь может содержать алюминий 0,20 мас.% или менее.Steel may contain aluminum 0.20 wt.% Or less.

Утверждается, что сталь обладает высокой износостойкостью, усталостной прочностью в зоне контакта качения и устойчивостью к скалыванию, что обеспечивает длительный срок службы колеса. Подчеркивается, что для колеса, в котором в качестве материала используют колесную сталь согласно данному изобретению, степень износа снижается на величину от 10 до 35% и усталостная долговечность в зоне контакта качения возрастает на величину от 1,4 до 3,2 раз по сравнению с колесом класса С по стандарту AAR М-107/М-208 для рельсового транспорта, и менее вероятно возникновение скалывания. Поэтому сталь в соответствии с данным изобретением исключительно пригодна в качестве материала для колеса рельсового транспорта, используемого в очень суровых условиях окружающей среды с увеличенными расстояниями перевозок и повышенной грузоподъемностью.It is claimed that steel has high wear resistance, fatigue resistance in the rolling contact zone and resistance to chipping, which ensures a long wheel life. It is emphasized that for a wheel in which the wheel steel according to this invention is used as the material, the degree of wear is reduced by 10 to 35% and the fatigue life in the rolling contact zone is increased by 1.4 to 3.2 times compared to A class M wheel according to AAR M-107 / M-208 standard for rail vehicles, and spalling is less likely to occur. Therefore, the steel in accordance with this invention is extremely suitable as a material for a wheel of a rail vehicle used in very harsh environmental conditions with increased transportation distances and increased carrying capacity.

В мировой практике сталь для изготовления цельнокатаных колес производится по схеме: выплавка полупродукта (в электропечи, конвертере или другом сталеплавильном агрегате) - внепечная обработка на установке печь-ковш - вакуумирование - разливка (через промежуточный ковш на многоручьевой машине непрерывного литья круглых заготовок или сифоном в изложницы с получением комплектных слитков). При этом появилась возможность получения плавок стали в узком диапазоне содержания элементов.In world practice, steel for the manufacture of seamless-rolled wheels is made according to the scheme: smelting of an intermediate product (in an electric furnace, converter, or other steel-smelting unit) - out-of-furnace treatment at a ladle furnace - evacuation - casting (through an intermediate ladle on a multi-strand continuous casting machine of round billets or a siphon in ingot molds). At the same time, it became possible to obtain steel melts in a narrow range of element content.

Исходя из этого, недостатком стали по патенту RU №2546270 является широкий диапазон содержания элементов, который не позволяет осуществлять ее непрерывную разливку сериями плавка на плавку - при серийной разливке в начале разливки сталь каждой плавки перемешивается с остатком стали в промежуточном ковше от предыдущей плавки. Таким образом, химический состав определенной части заготовок плавки начала разливки и конца разливки формируется смешиванием стали самой плавки со сталью предыдущей и последующих плавок. При определенной разнице в содержании элементов в плавках при серийной непрерывной разливке по длине полученных непрерывнолитых заготовок можно получить значительный разброс содержания элементов, который при термообработке колес каждой плавки по единому режиму приведет к браку по их несоответствию требуемому уровню свойств. В любом случае, в рамках определенного данным патентом содержания элементов необходимо уточнение их содержания путем сужения диапазона их содержания с учетом целесообразности термоупрочнения колес, изготовленных из серийно отлитых плавок, по единому режиму термоупрочнения.Based on this, the disadvantage of steel according to the patent RU No. 2546270 is a wide range of element contents, which does not allow continuous casting by series of smelting - during serial casting at the beginning of casting, the steel of each heat is mixed with the remainder of the steel in the intermediate ladle from the previous smelting. Thus, the chemical composition of a certain part of the melting blanks of the beginning of casting and the end of casting is formed by mixing the steel of the melting itself with the steel of the previous and subsequent melts. With a certain difference in the content of elements in swimming trunks during continuous continuous casting along the length of the obtained continuously cast billets, it is possible to obtain a significant variation in the content of elements, which, when the wheels of each melting are heat treated in a single mode, will result in rejection by their mismatch with the required level of properties. In any case, within the framework of the content of elements defined by this patent, it is necessary to clarify their content by narrowing the range of their content, taking into account the feasibility of thermal hardening of wheels made from mass cast castings, according to a single thermal hardening mode.

Задачей настоящего изобретения является разработка состава колесной стали, обеспечивающего физико-механические характеристики обода колеса на уровне и выше требований к колесам класса D по стандарту AAR М-107/М-208, и стабилизация их значений по результатам испытаний всех плавок. Задачей изобретения также является упрощение технологии изготовления стали и колес из нее, а именно возможность осуществлять непрерывную разливку стали сериями плавок и производить термообработку колес, изготовленных из них, по единым параметрам термоупрочнения.The objective of the present invention is to develop a composition of wheeled steel that provides physico-mechanical characteristics of the wheel rim at a level and above the requirements for class D wheels according to AAR standard M-107 / M-208, and stabilization of their values according to the test results of all heats. The objective of the invention is also to simplify the manufacturing technology of steel and wheels from it, namely the ability to carry out continuous casting of steel by a series of melts and heat treatment of wheels made from them, according to the same parameters of heat hardening.

При использовании настоящего изобретения достигается следующий технический результат:When using the present invention, the following technical result is achieved:

- обеспечение уровня механических свойств колес не ниже требований стандарта AAR М-107/М-208 к колесам класса D, при этом повышение прочностных характеристик обода колеса из заявляемой стали: твердость в пределах 341 до 415 НВ, временное сопротивление разрыву обода не менее 1200 МПа, предел текучести не менее 820 МПа, достижение вязкости разрушения обода не менее 55 МПа√м;- ensuring the level of mechanical properties of the wheels is not lower than the requirements of the AAR M-107 / M-208 standard for class D wheels, while increasing the strength characteristics of the wheel rim of the inventive steel: hardness in the range 341 to 415 HB, temporary rupture resistance of the rim of at least 1200 MPa , yield strength of at least 820 MPa, achievement of rim fracture toughness of at least 55 MPa√m;

- обеспечение по всему сечению колеса феррито-перлитной структуры;- providing the entire cross-section of the wheel ferrite-pearlite structure;

- уменьшение разброса и стабилизация значений механических свойств колес;- reducing the scatter and stabilizing the values of the mechanical properties of the wheels;

- упрощение и удешевление технологии изготовления колес.- simplification and cheapening of wheel manufacturing technology.

Для решения указанной задачи и достижения технического результата заявляется сталь для изготовления колеса железнодорожного транспорта, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, серу, молибден, фосфор, медь, никель, титан, ниобий, азот, алюминий и железо, которая согласно изобретению содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:To solve this problem and achieve a technical result, it is claimed that steel for making a railway wheel containing carbon, silicon, manganese, chromium, vanadium, sulfur, molybdenum, phosphorus, copper, nickel, titanium, niobium, nitrogen, aluminum and iron, which according to the invention contains components in the following ratio, wt.%:

углеродcarbon 0,73-0,770.73-0.77 кремнийsilicon 0,30-0,500.30-0.50 хромchromium не более 0,25no more than 0.25 ванадийvanadium от более 0,1-0,15from more than 0.1-0.15 сераsulfur 0,005-0,0150.005-0.015 молибденmolybdenum не более 0,08no more than 0.08 фосфорphosphorus не более 0,020no more than 0,020 медьcopper не более 0,35no more than 0,35 никельnickel 0,21-0,350.21-0.35 титанtitanium не более 0,03no more than 0,03 ниобийniobium не более 0,01no more than 0,01 азотnitrogen 0,005-0,0200.005-0.020 железо и неизбежные примеси, в том числе водород не более 0,0002,iron and inevitable impurities, including hydrogen no more than 0,0002, остальное,rest,

при этом содержание марганца в стали определяется в зависимости от содержания углерода из условия (углерод +

Figure 00000001
марганца)=0,92-0,95, а содержание алюминия определяется в зависимости от содержания азота из условия Al/N=1,5-2,0.the manganese content in the steel is determined depending on the carbon content from the condition (carbon +
Figure 00000001
manganese) = 0.92-0.95, and the aluminum content is determined depending on the nitrogen content from the condition Al / N = 1.5-2.0.

Отличительными признаками заявляемого изобретения по сравнению с прототипом является введение в состав стали титана, ниобия и азота, увеличение содержания меди не более 0,35 мас.%, никеля до 0,21-0,35%, ограничение содержания водорода не более 0,0002 мас.% и новое соотношение компонентов, а также обязательное выполнение условий по соотношениям количества углерода и марганца, алюминия и азота.Distinctive features of the claimed invention in comparison with the prototype is the introduction of titanium, niobium and nitrogen into the composition of the steel, an increase in the copper content of not more than 0.35 wt.%, Nickel to 0.21-0.35%, the limitation of hydrogen content is not more than 0.0002 wt.% and a new ratio of components, as well as the mandatory fulfillment of conditions on the ratios of the amount of carbon and manganese, aluminum and nitrogen.

При установлении необходимого соотношения компонентов исходили из следующих предпосылок.When establishing the necessary ratio of components, we proceeded from the following premises.

Повышения механических свойств и твердости колесной стали можно достичь двумя основными способами: за счет увеличения содержания углерода или добавления в большом объеме легирующих элементов. Однако для колес, являющихся массовыми, в то же время высокоответственными изделиями, использование какого-либо одного способа нецелесообразно. Так, легирование заметно повышает стоимость колес и снижает их конкурентоспособность, а повышенное содержание углерода приводит к снижению ударной вязкости, надежности стали по отношению к хрупким разрушениям и обрабатываемости, что важно с точки зрения технического обслуживания при эксплуатации.Improving the mechanical properties and hardness of wheel steel can be achieved in two main ways: by increasing the carbon content or adding a large amount of alloying elements. However, for wheels that are massive, at the same time highly responsible products, the use of any one method is impractical. So, alloying significantly increases the cost of wheels and reduces their competitiveness, and an increased carbon content leads to a decrease in toughness, steel reliability with respect to brittle fracture and machinability, which is important from the point of view of maintenance during operation.

Таким образом, необходимо было найти альтернативное решение, обеспечивающее повышение уровня механических свойств колесной стали и позволяющее избежать недостатков перечисленных сталей.Thus, it was necessary to find an alternative solution that provides an increase in the level of mechanical properties of wheel steel and avoids the disadvantages of these steels.

Оптимальным решением для повышения прочностных свойств и твердости ободьев колес при сохранении пластичности и вязкости является комплексный подход, включающий умеренное повышение содержания углерода и микролегирование. Основными механизмами повышения твердости стали являются твердорастворное упрочнение, дисперсионное твердение и измельчение зерна. Последнее приводит также к увеличению пластичности и вязкости стали. Основными элементами, упрочняющими твердый раствор, являются углерод, а также кремний и хром. На фиг. 1 показана зависимость величины твердости феррито-перлитной колесной стали от содержания в ней углерода.The optimal solution for increasing the strength properties and hardness of wheel rims while maintaining ductility and viscosity is a comprehensive approach, including a moderate increase in carbon content and microalloying. The main mechanisms for increasing the hardness of steel are solid solution hardening, precipitation hardening and grinding of grain. The latter also leads to an increase in ductility and toughness of steel. The main elements that strengthen the solid solution are carbon, as well as silicon and chromium. In FIG. 1 shows the dependence of the hardness of ferrite-pearlite wheel steel on the carbon content in it.

Углерод и хром являются основными карбидообразующими элементами. При повышении твердости до требуемого уровня с сохранением необходимых пластических и вязких характеристик металла обода по сравнению с прототипом максимальное содержание углерода должно быть ограничено 0,77%, а хрома по сравнению с прототипом уменьшено до 0,25% для обеспечения по всему сечению обода перлитной структуры с участками феррита.Carbon and chromium are the main carbide forming elements. When increasing hardness to the required level while maintaining the necessary plastic and viscous characteristics of the rim metal compared to the prototype, the maximum carbon content should be limited to 0.77%, and chromium compared to the prototype should be reduced to 0.25% to provide a pearlite structure over the entire cross section with patches of ferrite.

Высокое содержание серы более 0,030% способствует охрупчиванию стали и увеличению количества неметаллических включений. Для повышения чистоты стали максимальное содержание серы установлено не более 0,015%. Чрезмерно низкое содержание также неблагоприятно, так как из-за уменьшения количества сульфидных включений, сдерживающих движение свободных атомов водорода, повышается флокеночувствительность. В связи с этим минимально допустимое содержание серы ограничено на уровне 0,005%. Ограничение содержания водорода в стали не более 0,0002% придает колесам, изготовленным из нее, иммунитет к образованию флокенов. В стали увеличено содержание никеля до 0,21-0,35% в качестве элемента, повышающего прочность, сопротивление хрупкому разрушению и вязкость. При содержании никеля менее 0,21% эффект его положительного влияния снижается ниже необходимого уровня, при повышении более 0,35% существенно увеличивается себестоимость. Для дисперсионного упрочнения и измельчения зерна за счет понижения температуры перлитного превращения и предотвращения рекристаллизационных процессов, повышения вязких характеристик необходимы микродобавки карбонитридообразующих элементов, таких как ванадий (от более 0,1 до 0,15%), азот (до 0,005-0,020%), и дополнительное введение ниобия (до 0,01%), титана (до 0,03%), при этом для получения максимального эффекта должно быть выдержано соотношение содержаний алюминия к азоту в пределах 1,5-2,0. Содержание в стали кремния, молибдена, меди соответствует их содержанию в стали класса С по стандарту AAR М-107/М-208, а фосфора как вредной примеси ограничено до не менее 0,020%.The high sulfur content of more than 0.030% contributes to the embrittlement of steel and an increase in the number of non-metallic inclusions. To increase the purity of steel, the maximum sulfur content was set to not more than 0.015%. An excessively low content is also unfavorable, since, due to a decrease in the number of sulfide inclusions inhibiting the movement of free hydrogen atoms, flocsensitivity increases. In this regard, the minimum permissible sulfur content is limited to 0.005%. Limiting the hydrogen content in steel to no more than 0.0002% gives the wheels made of it immunity to the formation of flocs. In steel, the nickel content is increased to 0.21-0.35% as an element that increases strength, resistance to brittle fracture and toughness. When the nickel content is less than 0.21%, the effect of its positive effect decreases below the required level, while increasing more than 0.35%, the cost increases significantly. For dispersion hardening and grinding of grain by lowering the temperature of pearlite transformation and preventing recrystallization processes, increasing viscous characteristics, microadditives of carbonitride-forming elements, such as vanadium (from more than 0.1 to 0.15%), nitrogen (up to 0.005-0.020%), are required. and the additional introduction of niobium (up to 0.01%), titanium (up to 0.03%), while in order to obtain the maximum effect, the ratio of aluminum to nitrogen contents in the range of 1.5-2.0 must be maintained. The content in the steel of silicon, molybdenum, copper corresponds to their content in steel of class C according to the AAR M-107 / M-208 standard, and phosphorus as a harmful impurity is limited to at least 0.020%.

Содержание марганца в стали в отличие от прототипа устанавливается в зависимости от содержания в ней углерода, исходя из необходимости выполнения условия (С+1/4 Mn), мас.%, в пределах 0,92-0,95. На практике с целью обеспечения заданного уровня физико-механических свойств колес продолжительность охлаждения при закалке, параметры отпуска устанавливают в зависимости от суммарного содержания в стали колес углерода плюс 1/4 марганца. Любая марка стали по данному показателю с учетом диапазона содержания С и Mn делится на несколько групп по назначенным режимам прерывистой закалки и отпуска. Продолжительность закалки колес с минимальным и максимальным содержанием в стали (С+1/4 Mn), мас.%, может отличаться до двух и более раз. Все это приводит к нарушению ритмичности работы производственных цехов, исходя из необходимости поплавочной обработки и приемки колес к усложнению организации поплавочного потока в них, браку колес при их отставании от потока. Несмотря на такое разделение колес по группам в пределах каждой марки стали, не удается достичь одинакового уровня механических свойств на колесах различных плавок.The manganese content in steel, unlike the prototype, is set depending on the carbon content in it, based on the need to fulfill the condition (C + 1/4 Mn), wt.%, In the range of 0.92-0.95. In practice, in order to ensure a given level of physicomechanical properties of the wheels, the cooling time during quenching, tempering parameters are set depending on the total carbon content of carbon wheels in steel plus 1/4 manganese. Any steel grade according to this indicator, taking into account the range of C and Mn contents, is divided into several groups according to the assigned intermittent hardening and tempering modes. The duration of hardening of wheels with a minimum and maximum content in steel (C + 1/4 Mn), wt.%, Can vary up to two or more times. All this leads to a violation of the rhythm of the work of production shops, based on the need for float processing and acceptance of the wheels to complicate the organization of the float flow in them, the marriage of the wheels when they lag behind the stream. Despite this division of the wheels into groups within each steel grade, it is not possible to achieve the same level of mechanical properties on the wheels of various swimming trunks.

При использовании заявляемого состава стали появляется возможность осуществлять разливку стали как сериями плавок на машине непрерывного литья заготовок, так и поплавочно сифоном в изложницы, а колеса, изготовленные из них, термоупрочнять по единым параметрам нагрева под закалку, закалки и отпуска. Этим достигается стабильность и минимальный разброс значений физико-механических свойств колес при массовом производстве, определяющих, в конечном итоге, их эксплуатационную стойкость. Так как ресурс работы колесной пары определяется сроком службы колеса с худшими свойствами, при их формировании колесами с одинаково высоким уровнем свойств данный ресурс возрастет. На фиг. 2 показано сравнительное распределение твердости колес из стали класса С, термоупрочненных по группам в зависимости от значения суммы (С+1/4 Mn), мас.%, и по одному режиму при значении суммы в пределах 0,92-0,95% - в последнем случае разброс значений твердости ободьев колес уменьшается не менее чем в 2 раза.When using the inventive steel composition, it becomes possible to cast steel both in a series of melts on a continuous casting machine and siphon-float into molds, and wheels made of them can be thermo-strengthened using the same parameters for quenching, hardening and tempering. This achieves stability and minimal variation in the values of the physicomechanical properties of the wheels during mass production, which ultimately determine their operational stability. Since the service life of the wheelset is determined by the service life of the wheel with the worst properties, when they are formed by wheels with an equally high level of properties, this resource will increase. In FIG. 2 shows a comparative distribution of the hardness of the wheels of class C steel, heat-strengthened in groups depending on the value of the sum (C + 1/4 Mn), wt.%, And for one mode with the value of the sum in the range of 0.92-0.95% - in the latter case, the spread of hardness values of the rims of the wheels is reduced by at least 2 times.

На фиг. 1 приведена зависимость величины твердости феррито-перлитной колесной стали от содержания в ней углерода, которая показывает степень повышения твердости стали от увеличения содержания в ней углерода.In FIG. Figure 1 shows the dependence of the hardness of ferrite-pearlite wheel steel on the carbon content in it, which shows the degree of increase in the hardness of the steel from the increase in its carbon content.

На фиг. 2 показано сравнительное распределение твердости колес из стали класса С:In FIG. 2 shows a comparative distribution of hardness of wheels made of steel of class C:

- при термообработке по группам в зависимости от значения суммы (С+1/4Mn) - светлые столбцы;- during heat treatment in groups, depending on the value of the sum (C + 1 / 4Mn) - light columns;

- при термообработке по одному режиму при значении суммы в пределах 0,92-0,95% (по заявляемому изобретению) - темные столбцы.- during heat treatment in one mode with the value of the sum in the range of 0.92-0.95% (according to the claimed invention) - dark columns.

Графики показывают, что термообработка колес из заявляемой стали по единым параметрам снижает разброс значений твердости ободьев не менее чем в 2 раза.The graphs show that heat treatment of the wheels of the inventive steel according to common parameters reduces the dispersion of the hardness values of the rims by at least 2 times.

На фиг. 3 показана макроструктура колеса J-36.In FIG. 3 shows the macrostructure of a J-36 wheel.

На фиг. 4 показана макроструктура колеса Н-36.In FIG. 4 shows the macrostructure of an H-36 wheel.

На фиг. 3 и 4 показано, что металл не содержит мартенсита и бейнита, так как в макроструктуре ободьев колес нет полос повышенной травимости.In FIG. Figures 3 and 4 show that the metal does not contain martensite and bainite, since there are no bands of increased trauma in the macrostructure of wheel rims.

Пример конкретного выполненияConcrete example

Для изготовления цельнокатаных железнодорожных колес диаметром 914 мм класса D была выплавлена опытная плавка, химический состав которой соответствует данному изобретению и требованиям стандарта AAR М-107/М-208 для стали класса С. Химический состав опытной плавки приведен в таблице 1. Для сравнения приведен химический состав стали, соответствующий прототипу.For the manufacture of seamless-rolled railway wheels with a diameter of 914 mm, class D, experimental melting was performed, the chemical composition of which corresponds to this invention and the requirements of AAR standard M-107 / M-208 for class C steel. The chemical composition of the experimental melting is shown in Table 1. The chemical composition is given for comparison. the composition of the steel corresponding to the prototype.

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Значение С+1/4 Mn для заявляемого состава стали составило 0,935%, значение соотношения A1/N составило 1,57. Для стали прототипа значение Fn1 равно 35,175, Fn2 - 9,83.The value of C + 1/4 Mn for the inventive steel composition was 0.935%, the value of the ratio A1 / N was 1.57. For the steel of the prototype, the value of Fn1 is 35.175, Fn2 is 9.83.

Из заявляемой стали были изготовлены колеса диаметром 914 мм двух конструкций (Н-36 и J-36), из стали по прототипу - колеса Н-36.Of the inventive steel, wheels with a diameter of 914 mm were made of two structures (H-36 and J-36), and of the steel of the prototype, wheels of N-36.

Термоупрочнение колесWheel hardening

После нагрева колес до температуры 820°С в течение 2 часов они подвергались прерывистой закалке. Закалку колес проводили в закалочных устройствах вертикального типа путем трехстороннего спрейерного охлаждения ободьев в течение 160 секунд, при этом давление воды в спрейерных устройствах пропорционально увеличивали от 0,00-0,01 МПа до 0,18-0,20 МПа в течение 55 секунд, дальнейшее охлаждение вели при давлении 0,18-0,20 МПа. После закалки колеса подвергались подстуживанию на воздухе и отпуску при оптимальной температуре.After heating the wheels to a temperature of 820 ° C for 2 hours, they were subjected to intermittent hardening. The wheels were hardened in vertical hardening devices by three-sided spray cooling of the rims for 160 seconds, while the water pressure in the spray devices was proportionally increased from 0.00-0.01 MPa to 0.18-0.20 MPa for 55 seconds, further cooling was carried out at a pressure of 0.18-0.20 MPa. After hardening, the wheels were subjected to air conditioning and tempering at the optimum temperature.

Полученные физико-механические свойства представлены далее в таблицах 2-13 и на фиг. 1-4.The obtained physical and mechanical properties are presented below in tables 2-13 and in FIG. 1-4.

Измерение твердости на боковой поверхности обода с наружной стороны осуществляли в соответствии с требованиями п. 10.2 стандарта AAR М-107/М-208.The hardness measurement on the lateral surface of the rim from the outside was carried out in accordance with the requirements of paragraph 10.2 of AAR standard M-107 / M-208.

Результаты замеров твердости по Бринеллю с наружной боковой поверхности обода колес конструкций Н-36 и J-36 в трех точках представлены в таблице 2.The results of Brinell hardness measurements from the outer side surface of the wheel rim of structures H-36 and J-36 at three points are presented in table 2.

Figure 00000004
Figure 00000004

Оценку растягивающих окружных напряжений определяли в соответствии с требованиями п. 3.1.3 Приложения С к стандарту AAR М-107/М-208. На середину толщины обода с наружной стороны колеса наносили две метки на расстоянии 100 мм. Осуществляли радиальный распил обода колеса с продолжением его на части диска на глубину чуть более 1 дюйма (25,4 см) от кромки внутреннего диаметра колеса в сторону ступицы. После распила осуществляли измерение расстояния между обозначенными метками. Величина схождения ободьев колес приведена в таблице 3.The assessment of tensile circumferential stresses was determined in accordance with the requirements of clause 3.1.3 of Appendix C to AAR standard M-107 / M-208. Two marks at a distance of 100 mm were applied to the middle of the rim thickness from the outside of the wheel. A radial cut of the wheel rim was carried out with its continuation into parts of the disk to a depth of a little more than 1 inch (25.4 cm) from the edge of the inner diameter of the wheel towards the hub. After cutting, the distance between the marked marks was measured. The convergence of the wheel rims is shown in table 3.

Figure 00000005
Figure 00000005

Испытание на растяжение проводили в соответствии с требованиями п. 3.1.1 Приложения С к стандарту AAR М-107/М-208.The tensile test was carried out in accordance with the requirements of paragraph 3.1.1 of Appendix C to AAR standard M-107 / M-208.

Результаты испытания на растяжение представлены в таблицах 4, 5.The results of the tensile test are presented in tables 4, 5.

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Твердость по сечению обода колес измеряли в соответствии с требованиями п. 11.5 стандарта AAR М-107/М-208 и п. 3.1.4 приложения С к данному стандарту. Результаты измерения твердости в сечении ободьев колес по Бринеллю представлены таблице 6.The hardness of the wheel rim cross section was measured in accordance with the requirements of clause 11.5 of the AAR standard M-107 / M-208 and clause 3.1.4 of Appendix C to this standard. The results of measuring the hardness in the cross section of the wheel rims according to Brinell are presented in table 6.

Figure 00000008
Figure 00000008

Результаты измерения твердости в сечении ободьев колес по Роквеллу представлены таблице 7.The results of measuring the hardness in the cross section of the rims of the wheels according to Rockwell are presented in table 7.

Figure 00000009
Figure 00000009

Результаты измерения твердости по Бринеллю по сечению диска колеса представлены таблице 8.The results of measuring Brinell hardness over the cross section of the wheel disc are presented in table 8.

Figure 00000010
Figure 00000010

Испытание для определения показателя вязкости разрушения определяли в соответствии с требованиями п. 3.1.5 Приложения С стандарта AAR М-107/М-208, результаты представлены в таблице 9.The test to determine the fracture toughness index was determined in accordance with the requirements of clause 3.1.5 of Appendix C of AAR standard M-107 / M-208, the results are presented in table 9.

Figure 00000011
Figure 00000011

Испытание на износ и выкрашивание проводили в соответствии с требованиями п. 3.1.6 Приложения С к стандарту AAR М-107/М-208, результаты испытаний представлены в таблицах 10, 11.The wear and chipping test was carried out in accordance with the requirements of paragraph 3.1.6 of Appendix C to AAR standard M-107 / M-208, the test results are presented in tables 10, 11.

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

Оценку микроструктуры проводили в соответствии с требованиями п. 3.1.2 Приложения С стандарта AAR М-107/М-208, результаты оценки представлены в таблицах 12, 13. Анализ полученных результатов показывает, что по всему сечению ободьев колес обеспечивается равновесная перлитная структура металла с участками феррита без мартенсита и бейнита.The microstructure was evaluated in accordance with the requirements of clause 3.1.2 of Appendix C of AAR standard M-107 / M-208, the evaluation results are presented in tables 12, 13. An analysis of the results shows that an equilibrium pearlite metal structure is ensured over the entire cross-section of the wheel rims with areas of ferrite without martensite and bainite.

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

Оценку макроструктуры проводили методом горячего травления в 50% водном растворе соляной кислоты. Результаты контроля представлены на фиг. 3 и 4. Отсутствие в макроструктуре ободьев колес полос повышенной травимости также свидетельствует, что металл не содержит мартенсита и бейнита.The macrostructure was evaluated by hot etching in a 50% aqueous hydrochloric acid solution. The control results are presented in FIG. 3 and 4. The absence of fringe bands in the macrostructure of the wheel rims also indicates that the metal does not contain martensite and bainite.

Полученные результаты испытаний показывают, что заявляемая сталь по сравнению с прототипом позволяет получать более высокие прочностные характеристики колес, большую их стойкость к истиранию и выкрашиванию, получать колеса с уровнем свойств значительно выше требований стандарта AAR М-107/М-208 к колесам класса D с обеспечением полностью перлитной структуры металла с участками феррита. Введение значения условия С+1/4 Mn в узких заданных пределах позволяет осуществлять непрерывную разливку стали сериями плавка на плавку, термоупрочнять колеса всех плавок по единому режиму, что упрощает технологию их производства, повышает производительность и снижает себестоимость. При этом стабилизируется уровень свойств колес, позволяющий уменьшить разницу их эксплуатационных свойств в колесной паре. Таким образом, заявляемая сталь и колеса, изготовленные из нее, обеспечивают достижение технического результата изобретения.The test results show that the inventive steel compared with the prototype allows to obtain higher strength characteristics of the wheels, their greater resistance to abrasion and chipping, to obtain wheels with a level of properties significantly higher than the requirements of the standard AAR M-107 / M-208 for class D wheels with providing a fully pearlitic metal structure with ferrite sites. The introduction of the value of the condition С + 1/4 Mn within narrow predetermined limits allows continuous casting of steel by series of melting for melting, heat strengthening of the wheels of all melts in a single mode, which simplifies the technology of their production, increases productivity and reduces cost. At the same time, the level of wheel properties is stabilized, which allows to reduce the difference in their operational properties in the wheelset. Thus, the inventive steel and wheels made of it, ensure the achievement of the technical result of the invention.

Claims (16)

1. Сталь для цельнокатаного колеса железнодорожного транспорта, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, серу, молибден, фосфор, медь, никель, титан, ниобий, азот, алюминий и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:1. Steel for a seamless-rolled railway wheel containing carbon, silicon, manganese, chromium, vanadium, sulfur, molybdenum, phosphorus, copper, nickel, titanium, niobium, nitrogen, aluminum and iron, characterized in that it contains components in the following ratio , wt.%: углерод 0,73-0,77carbon 0.73-0.77 кремний 0,30-0,50silicon 0.30-0.50 хром не более 0,25chrome no more than 0.25 ванадий от более 0,1 до 0,15vanadium from more than 0.1 to 0.15 сера 0,005-0,015sulfur 0.005-0.015 молибден не более 0,08molybdenum not more than 0.08 фосфор не более 0,020phosphorus no more than 0,020 медь не более 0,35copper no more than 0.35 никель 0,21-0,35nickel 0.21-0.35 титан не более 0,03titanium not more than 0.03 ниобий не более 0,01niobium not more than 0.01 азот 0,005-0,020nitrogen 0.005-0.020 железо и неизбежные примеси, в том числе водород не более 0,0002, - остальное,iron and inevitable impurities, including hydrogen not more than 0.0002, - the rest, при этом содержание марганца в стали определяется в зависимости от содержания углерода из условия (углерод +
Figure 00000017
марганца)=0,92-0,95, а содержание алюминия определяется в зависимости от содержания азота из условия Al/N=1,5-2,0.
the manganese content in the steel is determined depending on the carbon content from the condition (carbon +
Figure 00000017
manganese) = 0.92-0.95, and the aluminum content is determined depending on the nitrogen content from the condition Al / N = 1.5-2.0.
2. Цельнокатаное колесо железнодорожного транспорта, отличающееся тем, что оно выполнено из стали по п. 1.2. Solid-rolled railway wheel, characterized in that it is made of steel according to claim 1.
RU2016113036A 2016-04-05 2016-04-05 Steel and all-rolled wheel made of it RU2615425C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016113036A RU2615425C1 (en) 2016-04-05 2016-04-05 Steel and all-rolled wheel made of it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016113036A RU2615425C1 (en) 2016-04-05 2016-04-05 Steel and all-rolled wheel made of it

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2615425C1 true RU2615425C1 (en) 2017-04-04

Family

ID=58506957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016113036A RU2615425C1 (en) 2016-04-05 2016-04-05 Steel and all-rolled wheel made of it

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2615425C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114645115A (en) * 2022-04-25 2022-06-21 马鞍山钢铁股份有限公司 Heavy-duty truck wheel with hardness grade of more than 360HB and heat treatment method and production method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63255321A (en) * 1987-04-09 1988-10-21 Sumitomo Metal Ind Ltd Manufacture of cr-containing steel product
US6372057B1 (en) * 2000-06-01 2002-04-16 Sumitomo Metal Industries, Inc. Steel alloy railway wheels
RU2369658C1 (en) * 2008-12-18 2009-10-10 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Steel of upgraded hardness

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63255321A (en) * 1987-04-09 1988-10-21 Sumitomo Metal Ind Ltd Manufacture of cr-containing steel product
US6372057B1 (en) * 2000-06-01 2002-04-16 Sumitomo Metal Industries, Inc. Steel alloy railway wheels
US6663727B2 (en) * 2000-06-01 2003-12-16 Sumitomo Metal Industries, Inc. Steel alloy railway wheels
RU2369658C1 (en) * 2008-12-18 2009-10-10 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Steel of upgraded hardness

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114645115A (en) * 2022-04-25 2022-06-21 马鞍山钢铁股份有限公司 Heavy-duty truck wheel with hardness grade of more than 360HB and heat treatment method and production method thereof
CN114645115B (en) * 2022-04-25 2023-06-27 马鞍山钢铁股份有限公司 Wheel with hardness grade of more than 360HB for heavy-duty truck, heat treatment method and production method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20190338402A1 (en) Method for manufacturing railway vehicle wheel
CA2812905C (en) Steel for wheel
CA2936780C (en) Rail and method for manufacturing same
CA2837130C (en) Ultrahigh-strength wear-resistant steel plate and method of manufacturing the same
JP6765495B2 (en) High strength, high toughness, heat crack resistance Bainite steel wheels for railway transportation and their manufacturing methods
CN105385938B (en) Alloy system, heat treatment method for Bainite steel rail of alloy system and Bainite steel rail
US20150147224A1 (en) Steel for wheel
CN106435367B (en) A kind of bainite rail and preparation method thereof
JP6773254B2 (en) Railroad wheels
CA3094798C (en) Rail and method for manufacturing same
RU2615425C1 (en) Steel and all-rolled wheel made of it
US20220307101A1 (en) Rail and manufacturing method therefor
JP2021063258A (en) Railway wheel
JP6270730B2 (en) Rail steel with an excellent combination of wear resistance, rolling contact fatigue resistance and weldability
WO2021193808A1 (en) Train wheel
RU2484173C1 (en) Automatic plumbous steel
RU2449045C1 (en) Rail steel
Lin et al. The effect of V Ni microalloying on microstructure and properties of bainite steel
UA126615C2 (en) Steel for railway wheelsets
CN117203361A (en) Railway wheel