RU2624583C1 - Дисперсионно-твердеющая перлитная колесная сталь - Google Patents
Дисперсионно-твердеющая перлитная колесная сталь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2624583C1 RU2624583C1 RU2016133367A RU2016133367A RU2624583C1 RU 2624583 C1 RU2624583 C1 RU 2624583C1 RU 2016133367 A RU2016133367 A RU 2016133367A RU 2016133367 A RU2016133367 A RU 2016133367A RU 2624583 C1 RU2624583 C1 RU 2624583C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- copper
- hardening
- manganese
- perlite
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/16—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/20—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with copper
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к перлитным дисперсионно-твердеющим сталям, используемым для изготовления железнодорожных колес. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,55-0,75, кремний 0,25-0,65, марганец 0,30-0,82, медь 0,36-1,40, хром - не более 0,1, фосфор - не более 0,030, серу - не более 0,020, железо и неизбежные примеси - остальное. Содержания марганца (Mn) и меди (Cu) связаны следующей зависимостью: . Обеспечивается достижение требуемых твердости и прочности колес. 1 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к сталям, используемым для изготовления железнодорожных колес.
В настоящее время одним из требований, предъявляемых к колесам, является высокая твердость обода в сочетании с его перлитной структурой, поскольку структура перлита обеспечивает более высокое сопротивление износу и контактно-усталостным и термическим повреждениям, чем структура бейнита или мартенсита при одинаковой твердости.
Современная технология производства колес с перлитной структурой предполагает отпуск при ~500°С для снятия внутренних напряжений, что приводит к снижению твердости, достигаемой после закалки.
Известна колесная сталь, содержащая, мас. %: углерод 0,60-0,78, кремний 0,27-0,35, марганец 0,80-0,95, ванадий 0,07-0,12, хром 0,05-0,30, никель 0,03-0,30, медь 0,03-0,30, азот 0,012-0,020, кальций - от более 0,005 до 0,008, сера - не более 0,020, фосфор - не более 0,020, алюминий - не более 0,005, кислород - не более 0,0025, водород - не более 0,0002, железо - остальное.
Механические свойства стали после нагрева колес в кольцевой печи до 820-850°С, прерывистого охлаждения водой поверхности ободьев колес и последующего отпуска при 450°С следующие: σв 112-130 кгс/мм2; δ 14,5-19,0%; ψ 32-40%; ударная вязкость KCU при температуре 20°С 4,0-5,5 Дж/см2, твердость НВ 320-360 (патент RU 2368693, МПК С22С 38/46, опубл. 27.09.2009 г.).
Недостатком этой стали является разупрочнение колес при эксплуатации при повышении температуры на поверхности катания обода выше температуры 450°С, при которой колесо подвергали отпуску.
Известна сталь для колес, содержащая, мас. %: углерод 0,36-0,49, ванадий 0,26-0,40, иттрий 0,20-0,70, медь 1,10-1,72, никель 2,10-2,50, хром <0,3, марганец <0,5, сера <0,035, фосфор <0,03, алюминий <0,01, кремний 0,17-0,37, железо - остальное (патент RU 2369790, МПК F16H 55/32, С22С 38/52, 22С 38/46, С22С 38/30, опубл. 27.09.2009 г.).
Механические свойства стали следующие:
Временное сопротивление σВ, МПа | 1720-1790 |
Предел текучести σ0,2, МПа | 1420-1450 |
Относительное удлинение δ, % | 14,0-14,8 |
Относительное сужение ψ, % | 38-45 |
Ударная вязкость KCU, Дж/см2 | 28-30 |
Недостатком этой стали является то, что после закалки сталь приобретает не перлитную, а мартенсито-бейнитную структуру. Об этом свидетельствует низкое содержание углерода, не обеспечивающее получение заметных количеств перлита, а также высокое содержание легирующих элементов, в частности никеля и ванадия, задерживающих перлитное превращение.
Введение меди в эту сталь также способствует формированию мартенситной структуры при закалке.
Полученные механические свойства, особенно высокие прочностные свойства, подтверждают неперлитную структуру стали.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является колесная сталь, содержащая, мас. %: углерод 0,60-0,72, марганец 0,50-1,00, кремний 0,22-0,65, ванадий - не более 0,15, сера 0,005-0,030, фосфор - не более 0,035, никель - не более 0,30, медь - не более 0,30, хром - не более 0,50, молибден - не более 0,08. титан - до 0,03, ниобий - до 0,01, железо - остальное. Наличие в составе стали карбонитридообразующих элементов, таких как ванадий, хром, титан, ниобий и молибден, дает возможность реализовать процесс дисперсионного упрочнения за счет выделения дисперсных частиц карбонитридов.
Сталь обеспечивает твердость НВ 320-360 и имеет высокие механические свойства, определенные на образцах, изготовленных из металла обода: σв 1020-1180 Н/мм2; δ - не менее 9%; ψ - не менее 16%; ударная вязкость KCU при температуре 20°С - не менее 16 Дж/см2 (патент RU 2369658, МПК С22С 38/50, опубл. 10.10.2009 г. - прототип).
Недостатком этой стали является то, что для получения заявленной твердости предложен состав, в котором до 0,5% хрома, что при закалке колес не гарантирует получение перлитной структуры, а наоборот, обусловливает большую вероятность образования мартенсито-бейнитной структуры. Оговоренный в прототипе процесс дисперсионного твердения за счет выделения карбонитридов неэффективен при технологическом отпуске в интервале температур 450-500°С, поскольку реализуется при более высоких температурах (~600°С). Также не реализуется процесс дисперсионного упрочнения за счет выделения частиц меди из-за малого (до 0,3%) ее содержания в стали.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание колес с твердостью НВ≥340 и прочностью σв=1100-1300 Н/мм2.
Техническим результатом изобретения является состав колесной стали, обеспечивающий получение при закалке перлитной структуры и эффект дисперсионного упрочнения при технологическом отпуске с достижением поставленной цели.
Указанный технический результат достигается тем, что сталь для колес, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, фосфор, серу, железо и неизбежные примеси, согласно изобретению дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,55-0,75, кремний 0,25-0,65, марганец 0,30-0,82, медь 0,36-1,40, хром - не более 0,1, фосфор - не более 0,030, сера - не более 0,020, железо и неизбежные примеси - остальное. При этом содержание марганца (Mn) и меди (Cu) связано следующей зависимостью: .
В настоящее время медь является неизбежной примесью в сталях массового назначения (автомобильных, трубных, колесных и др.) и ее содержание достигает 0,2% и более, что является следствием использования в металлургическом производстве железного лома с высоким содержанием меди.
Медь имеет повышенную растворимость в α-железе (в феррите): от 1,4% Cu при 850°С до 0,3% Cu при комнатной температуре. Поэтому в стали, содержащей свыше 0,3% Cu, при отпуске в интервале температур 450-650°С, из твердого раствора выделяются частицы меди размером до 20 нм, приводящие к упрочнению стали (эффект дисперсионного твердения). Степень упрочнения определяется двумя факторами: размером частиц и их объемной долей: чем мельче частицы и больше их объемная доля, тем выше прочность стали. При содержании меди менее 0,36% эффект дисперсионного твердения в перлитной стали практически не проявляется. При содержании меди более 1,4% медь не полностью растворяется при нагреве под закалку и сохраняется в чистом виде в форме крупных частиц на границах зерен, что приводит к охрупчиванию стали.
Марганец в колесной стали повышает стабильность аустенита и при закалке способствует снижению температуры перлитного превращения и получению благоприятной структуры тонкопластинчатого перлита. Однако в случае совместного легирования стали марганцем и медью повышается риск получить при закалке структуру бейнита и даже мартенсита вместо тонкопластинчатого перлита. Поэтому содержание марганца в стали должно зависеть от содержания меди по соотношению
так что сталь с содержанием меди в пределах 0,36-1,4% должна содержать марганец соответственно в пределах 0,82-0,3%.
Содержание углерода в заявляемой стали ограничено в пределах 0,55-0,75%. При содержании углерода менее 0,55% в структуре перлитных колес образуется большая доля свободного феррита (более 10-15%), что снижает твердость и сопротивление контактно-усталостному растрескиванию. При содержании в стали заявленного состава углерода более 0,75% в структуре может образоваться свободный цементит на границах зерен, что приведет к снижению пластичности и вязкости стали.
Содержание хрома в стали допускается не более 0,10%. Хром существенно влияет на замедление кинетики перлитного превращения, что в стали заявленного состава может привести к переохлаждению аустенита при закалке и к возникновению бейнито-мартенситной структуры, не допустимой в перлитных колесах.
Содержание кремния в заявленной стали ограничено в пределах 0,25-0,65%. В заявленной стали кремний не используется для упрочнения и является технологической присадкой, необходимой для раскисления.
Ограничение содержания серы и фосфора обусловлено их негативным влиянием на механические свойства стали и на эксплуатационные характеристики колес.
Примеры реализации изобретения представлены ниже.
Состав опытных плавок сталей показан в таблице 1, содержание Mn и Cu соответствует заявленной зависимости.
Образцы для механических испытаний и исследования структуры обработаны на структуру тонкопластинчатого перлита, и часть их подвергнута отпуску при 500°С для проявления эффекта дисперсионного упрочнения.
В таблице 2 представлены механические свойства и твердость сталей в перлитном состоянии до и после отпуска.
Из таблицы 2 следует, что:
1. В стали по изобретению имеет место проявление эффекта дисперсионного твердения (упрочнения), сопровождающегося увеличением твердости с НВ 325-335 после закалки до НВ 341-345 после отпуска и предела прочности σв с 993 Н/мм2 до 1112 Н/мм2 (у плавки стали №1) и σв с 1288 Н/мм2 до 1311 Н/мм2 (у плавки стали №2).
2. Полученные значения предела прочности σв у стали по изобретению превышают таковые для прототипа: σв=1112-1311 Н/мм2 у стали по изобретению против σв=1080-1125 Н/мм2 у прототипа.
Величина твердости стали по изобретению выше, чем у стали по прототипу: НВ 345 против НВ 325-341.
Фиг. 1 иллюстрирует структуру плавки стали 1 после отпуска и содержит дисперсные (~20 нм) частицы меди в зерне свободного феррита (С.Ф.) и в колонии перлита (П).
Источники информации
1. Гудремон Э. Специальные стали, М., 1960, т. 2, 1638 с.
2. ГОСТ 10791-2011. «Колеса цельнокатаные».
Claims (2)
- Колесная перлитная дисперсионно-твердеющая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, серу, фосфор и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,55-0,75, кремний 0,25-0,65, марганец 0,30-0,82, медь 0,36-1,40, хром не более 0,1, фосфор не более 0,030, сера не более 0,020, железо и неизбежные примеси - остальное, при этом содержание марганца (Mn) и меди (Cu) связано следующей зависимостью:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016133367A RU2624583C1 (ru) | 2016-08-12 | 2016-08-12 | Дисперсионно-твердеющая перлитная колесная сталь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016133367A RU2624583C1 (ru) | 2016-08-12 | 2016-08-12 | Дисперсионно-твердеющая перлитная колесная сталь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2624583C1 true RU2624583C1 (ru) | 2017-07-04 |
Family
ID=59312472
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016133367A RU2624583C1 (ru) | 2016-08-12 | 2016-08-12 | Дисперсионно-твердеющая перлитная колесная сталь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2624583C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1742857A (en) * | 1927-12-03 | 1930-01-07 | American Steel Foundries | Steel |
US6663727B2 (en) * | 2000-06-01 | 2003-12-16 | Sumitomo Metal Industries, Inc. | Steel alloy railway wheels |
US20090053095A1 (en) * | 2007-08-23 | 2009-02-26 | Transportation Technology Center, Inc. | Railroad steels having improved resistance to rolling contact fatigue |
RU2349675C2 (ru) * | 2007-03-01 | 2009-03-20 | Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" | Колесная сталь |
RU2368693C2 (ru) * | 2007-03-01 | 2009-09-27 | Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" | Колесная сталь |
JP2012107295A (ja) * | 2010-11-18 | 2012-06-07 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 車輪用鋼 |
-
2016
- 2016-08-12 RU RU2016133367A patent/RU2624583C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1742857A (en) * | 1927-12-03 | 1930-01-07 | American Steel Foundries | Steel |
US6663727B2 (en) * | 2000-06-01 | 2003-12-16 | Sumitomo Metal Industries, Inc. | Steel alloy railway wheels |
RU2349675C2 (ru) * | 2007-03-01 | 2009-03-20 | Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" | Колесная сталь |
RU2368693C2 (ru) * | 2007-03-01 | 2009-09-27 | Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" | Колесная сталь |
US20090053095A1 (en) * | 2007-08-23 | 2009-02-26 | Transportation Technology Center, Inc. | Railroad steels having improved resistance to rolling contact fatigue |
JP2012107295A (ja) * | 2010-11-18 | 2012-06-07 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 車輪用鋼 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10851432B2 (en) | Ultra-high strength and ultra-high toughness casing steel, oil casing, and manufacturing method thereof | |
JP4381355B2 (ja) | 耐遅れ破壊特性に優れた引張強さ1600MPa級以上の鋼およびその成型品の製造方法 | |
JP4965001B2 (ja) | 焼戻し軟化抵抗性に優れた鋼部品 | |
CN102618791B (zh) | 耐硫化氢腐蚀的高强韧性石油套管及其制造方法 | |
US7476282B2 (en) | Martensitic stainless steel pipe | |
WO2020062564A1 (zh) | 一种超高钢q960e厚板及制造方法 | |
AU2015272889A1 (en) | Wheel for railroad car and method for manufacturing wheel for railroad car | |
WO2011061812A1 (ja) | 高靱性耐摩耗鋼およびその製造方法 | |
WO2016158361A1 (ja) | 酸洗性、および焼入れ焼戻し後の耐遅れ破壊性に優れたボルト用線材、並びにボルト | |
JP4581966B2 (ja) | 高周波焼入れ用鋼材 | |
JP5541048B2 (ja) | 耐ピッチング性に優れた浸炭窒化鋼部品 | |
JP2010007120A (ja) | 高強度浸炭部品の製造方法 | |
CN112779468B (zh) | 一种高性能汽车齿轮用钢及其生产方法 | |
KR101639166B1 (ko) | 비조질강 및 이의 제조방법 | |
CN110462083B (zh) | 高硬度并且韧性优异的钢 | |
RU2624583C1 (ru) | Дисперсионно-твердеющая перлитная колесная сталь | |
CN114231703B (zh) | 一种高强度简化退火冷镦钢生产方法 | |
CN110062813B (zh) | 具有优异冲击韧性的高强度线材及其制造方法 | |
KR101446135B1 (ko) | 고강도 및 내구수명이 우수한 현가 스프링용 강 및 이의 제조방법 | |
CN114134387B (zh) | 一种抗拉强度1300MPa级厚规格超高强钢板及其制造方法 | |
CN115896615A (zh) | 一种含硫37MnSiVSQ易切削非调质热轧圆钢及其制备方法 | |
RU2603404C1 (ru) | Способ производства высокотвердого износостойкого листового проката | |
JP3536687B2 (ja) | 高耐食性および高強度を有する低C高Cr合金鋼及びその製造方法 | |
CN111893390A (zh) | 一种性能均匀的宽板幅铁路车辆罐体用薄钢板的生产方法 | |
RU2773729C1 (ru) | Цельнокатаное колесо из стали |