RU2634807C2 - Стальной рельс высокой ударной вязкости и способ его производства - Google Patents

Стальной рельс высокой ударной вязкости и способ его производства Download PDF

Info

Publication number
RU2634807C2
RU2634807C2 RU2016100168A RU2016100168A RU2634807C2 RU 2634807 C2 RU2634807 C2 RU 2634807C2 RU 2016100168 A RU2016100168 A RU 2016100168A RU 2016100168 A RU2016100168 A RU 2016100168A RU 2634807 C2 RU2634807 C2 RU 2634807C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
rail
mass
cooling
temperature
Prior art date
Application number
RU2016100168A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016100168A (ru
Inventor
Цзюнь Юань
Мин ЦЗОУ
Хуа ГО
Дадун ЛИ
Юн ДЭН
Чжэнью ХАНЬ
Юань ВАН
Чунму ЧЭНЬ
Original Assignee
Паньган Груп Паньчжихуа Айрон Энд Стил Рисёч Инститьют Ко., Лтд.
ПаньГан Груп Паньчжихуа Стил энд Вэнэдиум КО., Лтд.
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 Паньган Груп Паньчжихуа Айрон Энд Стил Рисёч Инститьют Ко., Лтд., ПаньГан Груп Паньчжихуа Стил энд Вэнэдиум КО., Лтд. filed Critical Паньган Груп Паньчжихуа Айрон Энд Стил Рисёч Инститьют Ко., Лтд.
Publication of RU2016100168A publication Critical patent/RU2016100168A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2634807C2 publication Critical patent/RU2634807C2/ru

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
    • C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/04—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rails
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/1213—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for heating or insulating strands
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
    • C21D1/60—Aqueous agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
    • C21D1/613—Gases; Liquefied or solidified normally gaseous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/84—Controlled slow cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • 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
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • 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
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • 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
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • 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
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству рельсов из перлитной стали. Сталь имеет химический состав, содержащий, в мас.%: С 0,71-0,82, Si 0,25-0,45, Mn 0,75-1,05, V 0,03-0,15, Р≤0,030, S≤0,035, Al≤0,040, Fe и неизбежные примеси – остальное. Межпластиночное расстояние перлита составляет 0,05-0,09 мкм, а работа разрушения при нормальной температуре составляет 30-35 Дж. Получаемые рельсы обладают высокой прочностью и вязкостью, а также высокими показателями усталостной прочности при качении и износостойкости в процессе использования. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл., 5 пр.

Description

Область техники
Изобретение относится к области производства материалов для стальных рельсов, а именно – к стальному рельсу высокой ударной вязкости и способу его производства.
Уровень техники
В условиях быстрого развития железнодорожного транспорта, его неизменными характеристиками стали высокий уровень пропускной способности, высокие осевые нагрузки и высокая интенсивность железнодорожного движения. С учетом все более суровых условий эксплуатации железных дорог в центре внимания все чаще оказывается проблема повреждения железнодорожных путей и стальных рельсов. Стальные рельсы - это не только важное средство железнодорожных соединений и переездов, но и критически значимое звено, от которого зависят эффективность и безопасность работы железной дороги. Стальные рельсы несут динамические нагрузки, передаваемые от колес поездов во время эксплуатации железных дорог, и все чаще подвергаются разрушению и повреждению под действием долговременных усталостных напряжений. Стальные рельсы особенно при низких температурах чаще испытывают хрупкие разрушения и повреждения, так как в таких условиях повышается хрупкость материалов стальных рельсов. В последние годы железнодорожное строительство развивается в крупных масштабах в холодных областях Китая: так, в рамках Проекта железной дороги Цинхай-Тибет стальные рельсы подвергаются минимальной температуре окружающего воздуха - до -45°С. В связи с этим, стальные рельсы должны обладать, помимо высокой прочности, достаточной вязкостью и пластичностью, особенно - в высокогорных районах и в районах с экстремально холодным климатом. Поэтому все более жесткие требования предъявляются к вязкости стальных рельсов. При этом, однако, потребность в производстве таких стальных рельсов невозможно обеспечить при существующих способах их изготовления. Существует настоятельная потребность в стальных рельсах высокой ударной вязкости.
Краткое изложение сущности изобретения
Техническая проблема, решаемая в настоящем изобретении, заключается в создании стального рельса высокой ударной вязкости.
Стальной рельс высокой ударной вязкости согласно настоящему изобретению представляет собой рельс из перлитной стали, в которой межпластиночное расстояние составляет 0,05~0,09 мкм, работа разрушения при нормальной температуре равна 30~35 Дж; а химический состав стального рельса в массовых процентах выглядит следующим образом: С: 0,71-0,82 масс. %, Si: 0,25-0,45 масс. %, Mn: 0,75-1,05 масс. %, V: 0,03-0,15 масс. %, Р: ≤0,030 масс. %, S: ≤0,035 масс. %, Al: ≤0,040 масс. %, где остальное составляют Fe и неизбежные примеси.
В предпочтительном случае, стальной рельс имеет следующие механические свойства: Rp0,2: 800~860 МПа, Rm: 1,300~1,350 МПа, А: 13~15% и Z: 31~35%.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления, стальной рельс имеет следующий химический состав, в массовых процентах: С: 0,71~0,82 масс. %, Si: 0,25~0,45 масс. %, Mn: 0,75~1,05 масс. %, V: 0,03~0,15 масс. %, Р: ≤0,030 масс. %, S: ≤0,035 масс. %, Al: ≤0,020 масс. %, где остальное составляют Fe и неизбежные примеси.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, стальной рельс имеет следующий химический состав, в массовых процентах: С: 0,72~0,76 масс. %, Si: 0,35~0,37 масс. %, Mn: 0,95~0,99 масс. %, V: 0,05~0,09 масс. %, Р: ≤0,012 масс. %, S: ≤0,011 масс. %, Al: ≤0,04 масс. %, где остальное составляют Fe и неизбежные примеси.
Еще одним аспектом настоящего изобретения является создание способа производства стального рельса высокой ударной вязкости, который раскрывается в настоящем изобретении. Этот способ включает получение стали, литье, прокат и послепрокатную термообработку, где послепрокатная термообработка включает следующие шаги:
a. ускоренное охлаждение: нанесение охлаждающей среды на поверхность катания головки рельса, две стороны головки рельса и центральную часть рельсовой подошвы для ускоренного охлаждения со скоростью 1,0~5,0°С/с, где температура в центральной части поверхности катания головки рельса, на двух сторонах головки рельса и в центральной части катаного стального рельса составляет 650~900°С;
b. воздушное охлаждение: прекращение ускоренного охлаждения при падении температуры на поверхности катания головки рельса до 400~550°С, а также охлаждение стального рельса воздушным охлаждением до комнатной температуры, для получения рельса из перлитной стали с межпластиночным расстоянием 0,05~0,09 мкм.
В предпочтительном случае, в рамках процесса получения стали, расплавленный чугун с низким содержанием серы загружают в сталеплавильную печь при добавлении высокощелочного рафинировочного шлака, где в качестве горючего при получении стали используют тощий уголь и сплав с низким содержанием азота.
В предпочтительном случае, процесс получения стали включает плавку в конверторе или электрической печи, рафинирование в НЧ-печи и RH- или VD-вакуумирование, причем в процессе нагрева во время рафинирования в НЧ-печи используют пенообразующий агент.
В предпочтительном случае, процесс литья представляет собой литье с полной защитой, после которого стальная заготовка подвергается медленному охлаждению.
В предпочтительном случае, после медленного охлаждения стальную заготовку перед прокатом нагревают для аустенизации, причем температура выпуска после процесса нагрева составляет 1000°С.
В предпочтительном случае, в качестве охлаждающей среды используют сжатый воздух или смесь водяного тумана и воздуха.
Ударная вязкость при испытаниях с U-образным надрезом головки стального рельса, изготовленного способом, раскрываемым в настоящем изобретении, может составлять 30 Дж или более, а прочность на разрыв составляет около 1 300 МПа или выше. Стальной рельс обладает хорошей прочностью и соответствующей вязкостью, а также высокими показателями усталостной прочности при качении и износостойкости в процессе использования и подходит для использования в качестве стальных рельсов для железных дорог в высокогорных районах и в районах с экстремально холодным климатом.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 изображено положение для ударных испытаний с U-образным надрезом образца, взятого из головки стального рельса, и направление надреза на образце.
Подробное описание вариантов осуществления
Стальной рельс высокой ударной вязкости, согласно настоящему изобретению, представляет собой рельс из перлитной стали, в которой межпластиночное расстояние составляет 0,05~0,09 мкм, работа разрушения при нормальной температуре равна 30~35 Дж; а химический состав стального рельса в массовых процентах выглядит следующим образом: С: 0,71-0,82 масс. %, Si: 0,25-0,45 масс. %, Mn: 0,75-1,05 масс. %, V: 0,03-0,15 масс. %, Р: ≤0,030 масс. %, S: ≤0,035 масс. %, Al: ≤0,020 масс. %, где остальное составляют Fe и неизбежные примеси.
В предпочтительном случае, стальной рельс имеет следующие механические свойства: Rp0,2: 800~860 МПа, Rm: 1,300~1,350 МПа, А: 13~15%, и Z: 31~35%.
Стальной рельс высокой ударной вязкости согласно настоящему изобретению представляет собой рельс из перлитной стали, в которой межпластиночное расстояние составляет 0,05~0,09 мкм, работа разрушения при нормальной температуре равна 30~35 Дж; а химический состав стального рельса в массовых процентах выглядит следующим образом: С: 0,71-0,82 масс. %, Si: 0,25-0,45 масс. %, Мп: 0,75-1,05 масс. %, V: 0,03-0,15 масс. %, Р: ≤0,030 масс. %, S: ≤0,035 масс. %, Al: ≤0,040 масс. %, где остальное составляют Fe и неизбежные примеси.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления стальной рельс имеет следующий химический состав, в массовых процентах: С: 0,72~0,76 масс. %, Si: 0,35~0,37 масс. %, Mn: 0,95~0,99 масс. %, V: 0,05~0,09 масс. %, Р: ≤0,012 масс. %, S: ≤0,011 масс. %, Al: ≤0,04 масс. %, где остальное составляют Fe и неизбежные примеси.
Способ производства стального рельса высокой ударной вязкости, раскрываемый в настоящем изобретении, включает получение стали, литье, прокат и послепрокатную термообработку, где послепрокатная термообработка включает следующие шаги:
a. ускоренное охлаждение: нанесение охлаждающей среды на поверхность катания головки рельса, две стороны головки рельса и центральную часть рельсовой подошвы для ускоренного охлаждения со скоростью 1,0~5,0°С/с, где температура в центральной части поверхности катания головки рельса, на двух сторонах головки рельса и в центральной части катаного стального рельса составляет 650~900°С;
b. воздушное охлаждение: прекращение ускоренного охлаждения при падении температуры на поверхности катания головки рельса до 400~550°С, а также воздушное охлаждение стального рельса до комнатной температуры для получения рельса из перлитной стали с межпластиночным расстоянием 0,05~0,09 мкм.
Если после чистового проката температура в центральной части поверхности катания головки рельса, на двух сторонах головки рельса и в центральной части подошвы стального рельса превышает 900°С, то прежде, чем подвернуть стальной рельс ускоренному охлаждению, ему дают остыть до 650~900°С. Причина, по которой начальная температура ускоренного остывания задается равной 650~900°С, заключается в следующем: если температура превышает 900°С, то под резким действием охлаждающей среды, температура поверхностного слоя стального рельса очень быстро снижается. Если же температура ниже 650°С, то, так как это значение близко к температуре фазового превращения, существенно возрастает риск образования аномальных структур - таких, как бейнит и мартенсит и т.п. в поверхностном слое стального рельса и на некоторой глубине под поверхностным слоем; в результате, такой стальной рельс приходится выбраковывать из-за указанных аномальных структур, что приводит к значительным убыткам. Поэтому начальная температура ускоренного охлаждения ограничена диапазоном 650~900°С.
Во время процесса ускоренного охлаждения скорость охлаждения поверхности катания головки рельса, двух сторон головки рельса и центральной части подошвы рельса задается равной 1,0~5,0°С/с. Это объясняется следующим образом. Если скорость охлаждения <1,0°С/с, то на начальном этапе охлаждения температура в поверхностном слое стального рельса значительно снижается; через некоторое время температура в поверхностном слое перестает понижаться и даже может повыситься в результате поступления тепла из центральной части; следовательно, цель ускоренного охлаждения не будет достигнута. Если же скорость охлаждения >5,0°С/с, охлаждение в поверхностном слое головки рельса и на некоторой глубине под поверхностным слоем будет протекать слишком быстро; в связи с этим могут образовываться аномальные структуры - такие, как бейнит, мартенсит и т.п., из-за чего стальной рельс придется забраковать.
Когда температура в поверхности катания головки рельса опустится до 400~550°С, ускоренное охлаждение необходимо прекратить, а стальной рельс остудить воздушным охлаждением до комнатной температуры. Это требуется сделать по следующей причине. В целях обеспечения оптимальных характеристик в центральной части рельса, для осуществления фазового превращения желательно, чтобы центральная часть головки стального рельса была охлаждена до как можно более высокой степени переохлаждения. Обычно в реальных условиях производства трудно контролировать температуру в центральной части головки рельса физическими средствами: вместо этого ее приходится находить расчетным путем по температуре поверхности, определяемой обычными средствами контроля. Если конечная температура ускоренного охлаждения >550°С, температура в центральной части головки рельса оказывается выше 600°С, т.е. выше уровня, при котором стальной рельс прошел фазовое превращение - полностью или частично (в последнем случае, фазовое превращение остается незавершенным). Если ускоренное охлаждение прекратить при такой температуре, то тепло от шейки рельса быстро распространится на центральную часть, что приведет к повышению температуры и снижению скорости охлаждения для фазового превращения; в результате, полученный в итоге стальной рельс будет иметь худшие общие характеристики и цель термообработки не будет достигнута. Если же конечная температура ускоренного охлаждения <400°С, то при такой температуре фазовое превращение завершится на всем поперечном сечении головки рельса и в центральной части подошвы рельса, а дальнейшее приложение принудительного охлаждения не будет иметь значения. Поэтому конечную температуру ускоренного охлаждения задают равной 400-550°С. По завершении ускоренного охлаждения стальной рельс выдерживают на воздухе и остужают естественным образом до комнатной температуры; затем проводят последующие процедуры - такие, как рихтовка, дефектоскопия и отделка, после чего получают готовый продукт - термообработанный стальной рельс.
В предпочтительном случае, в рамках процесса получения стали расплавленный чугун с низким содержанием серы загружают в сталеплавильную печь при добавлении высокощелочного рафинировочного шлака, где в качестве горючего при получении стали используют тощий уголь и сплав с низким содержанием азота. В предпочтительном случае, процесс получения стали включает плавку в конверторе или электрической печи, рафинирование в НЧ-печи и RH- или VD-вакуумирование, причем в процессе нагрева во время рафинирования в НЧ-печи используют пенообразующий агент.
В предпочтительном случае, используется высокощелочной рафинировочный шлак, имеющий следующий химический состав, в массовых процентах: СаО: 65~85 масс. %, SiO2: 0,5~5 масс. %, CaF2: 7~15 масс. %, Al2O3: <0,50 масс. %, Р: <0,005 масс. %, S: <0,05 масс. %, где остальное составляют неизбежные примеси. В еще более предпочтительном случае, используется высокощелочной рафинировочный шлак, имеющий следующий химический состав, в массовых процентах: СаО: 81,85 масс. %, SiO2: 0,73 масс. %, CaF2: 9,25 масс. %, S: 0,019 масс. %, Al2O3: <0,50 масс. %, Р: <0,005 масс. %, где остальное составляют неизбежные примеси.
В предпочтительном случае, процесс литья представляет собой литье с полной защитой для предотвращения поглощения избыточного N при контакте с воздухом; после литья стальная заготовка подвергается медленному охлаждению. В предпочтительном случае, после медленного охлаждения стальную заготовку нагревают для аустенизации перед прокатом, причем температура выпуска после процесса нагрева составляет 1000ºС.
В предпочтительном случае, в качестве охлаждающей среды используют сжатый воздух или смесь водяного тумана и воздуха.
Способ, раскрываемый в настоящем изобретении, может предусматривать применение следующего процесса: Расплавленный чугун с низким содержанием серы загружают в конвертер или электрическую печь и переплавляют в расплавленную сталь для получения рельса из перлитной стали, причем для литья с полной защитой используют высокощелочной рафинировочный шлак, в качестве горючего для получения стали используют тощий уголь и сплав с низким содержанием азота, во время процесса рафинирования в НЧ-печи используют пенообразующий агент, проводят RH- или VD-вакуумирование, а затем расплавленную сталь непрерывно отливают в стальную заготовку с подходящими размерами поперечного сечения, после чего стальную заготовку подают в нагревательную печь для нагрева. Обычно температура выпуска в нагревательной печи составляет 1000°С; стальную заготовку подвергают дефосфоризации в нескольких точках водой под высоким давлением и прокату на универсальном стане; после завершения проката центральную часть поверхности катания головки рельса, две стороны головки рельса и центральную часть подошвы рельса обдувают средой для ускоренного охлаждения с использованием остаточного тепла в стальном рельсе. Здесь в качестве охлаждающей среды может использоваться сжатый воздух или смесь водяного тумана и воздуха.
Далее подробно рассматриваются некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, которыми оно не ограничивается.
В следующих примерах:
Межпластиночное расстояние измеряют по способу, описанному в документе GB/T 16594-2008 "General Rules for Measurement of Length in Micron Scale by SEM" (Общие правила измерения длины в микронном масштабе с использованием растровой электронной микроскопии);
- работу для разрыва на баллистическом динамометре при нормальной температуре измеряют по способу, описанному в документе GB/T 229-2007 "Metallic Materials - Charpy Pendulum Impact Test Method" (Металлические материалы - Способ испытаний на ударные нагрузки на маятниковом копре по Шарпи);
- Rp0,2 обозначает прочность по удельному пластическому удлинению, которую измеряют по способу, описанному в документе GB/T 228.1-2010 "Metallic Materials -Tensile Testing - Part 1: Method of Test at Room Temperature" (Металлические материалы - Испытания на разрыв - Часть 1: Способ испытаний при комнатной температуре);
- Rm обозначает прочность на разрыв, а А обозначает удельное удлинение, которые измеряют по способу, описанному в документе GB/T 228.1-2010 "Metallic Materials -Tensile Testing - Part 1: Method of Test at Room Temperature" (Металлические материалы - Испытания на разрыв - Часть 1: Способ испытаний при комнатной температуре);
- Z% обозначает уменьшение площади поперечного сечения, которые измеряют по способу, описанному в документе GB/T 228.1-2010 "Metallic Materials -Tensile Testing - Part 1: Method of Test at Room Temperature" (Металлические материалы - Испытания на разрыв - Часть 1: Способ испытаний при комнатной температуре);
- микроструктуру измеряют с помощью оптического микроскопа MeF3 способом, описанным в документе GB/T 13298-1991 "Metal - Inspection Method of Microstructure" (Металлы: способ анализа микроструктуры).
Пример 1
Стальной рельс имеет следующий химический состав, в массовых процентах: С: 0,72 масс. %, Si: 0,35 масс. %, Mn: 0,98 масс. %, V: 0,05 масс. %, Al: 0,04 масс. %, Р: 0,011 масс. %, S: 0,006 масс. %, где остальное составляют Fe и неизбежные примеси.
Расплавленный чугун с низким содержанием серы загружают в конвертер для переплавки в расплавленную сталь для рельса из перлитной стали, для литья с полной защитой добавляют высокощелочной рафинировочный шлак (имеющий следующие характеристики: щелочность R=5, Al2O3: 23 масс. %, ВаО: 10 масс. %, CaF2: 5 масс. %), в качестве горючего используют тощий уголь и сплав с низким содержанием азота (в весовом отношении 90:100) при дозировке 1,2-1,3 кг на тонну расплавленной стали), во время процесса рафинирования в НЧ-печи используют пенообразующий агент (дозировка: 1,27 кг на тонну расплавленной стали, агент для вспенивания шлака LFP-II), проводят RH-вакуумирование, и расплавленную сталь непрерывно отливают в стальную заготовку с размерами поперечного сечения 280 мм × 320 мм, после чего стальную заготовку подают в нагревательную печь для нагрева. Температура выпуска в нагревательной печи составляет 1000°С; стальную заготовку подвергают дефосфоризации в нескольких точках водой под высоким давлением и прокату на универсальном стане со следующими условиями проката: начальная температура проката в BD1: не ниже 950°С, конечная температура проката: не ниже 700°С.
По завершении проката центральную часть поверхности катания головки рельса, две стороны головки рельса и центральную часть подошвы рельса обдувают средой для ускоренного охлаждения с использованием остаточного тепла в стальном рельсе. Ускоренное охлаждение проводят начиная с начальной температуры охлаждения 812°С, со скоростью охлаждения 4,0°С/с, и прекращают при 480°С; затем продукт остужают воздушным охлаждением до комнатной температуры, в результате чего получают стальной рельс с хорошими ударными характеристиками.
Образцы микроструктуры отбирают из закругленных углов головки стального рельса для испытаний стального рельса на разрыв и для анализа микроструктуры. Результаты испытаний показаны в Таблице 3.
Образцы отбирают из четырех точек головки стального рельса, показанных на Фиг. 1; при этом единицей измерений на Фиг. 1 является мм, четыре точки (1, 2, 3, и 4) используются как точки контроля при испытаниях головки стального рельса на ударные нагрузки, а работу разрушения при нормальной температуре измеряют по способу, известному из уровня техники. Результат показан в Таблице 4.
Примеры 2-5
Для получения примеров 2~5 химический состав стального рельса и параметры процесса термообработки изменяют по сравнению с примером 1. В Таблице 1 приведены химические составы стальных рельсов в примерах 1~5, в Таблице 2 приведены параметры процесса термообработки в примерах 1~5 (включая начальную температуру ускоренного охлаждения, скорость охлаждения и конечную температуру ускоренного охлаждения), в Таблице 3 приведены характеристики при растяжении и металлографические структуры стальных рельсов в примерах 1~5, а в Таблице 4 приведены ударные свойства при нормальной температуре стальных рельсов в примерах 1~5.
Сравнительные примеры 1~5
Здесь процесс термообработки изменяется, поэтому стальной рельс охлаждают непосредственно воздушным охлаждением до комнатной температуры; таким образом, реализуются сравнительные примеры 1~5, где в Таблице 1 приведены химические составы стальных рельсов в сравнительных примерах 1~5, в Таблице 3 приведены характеристики при растяжении и металлографические структуры стальных рельсов в сравнительных примерах 1~5, а в Таблице 4 приведены ударные свойства при нормальной температуре стальных рельсов в сравнительных примерах 1~5.
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005
Figure 00000006
Четыре точки (1, 2, 3 и 4) в Таблице 4 представляют собой, соответственно, 4 точки контроля в образце головки стального рельса при ударных испытаниях. Направление надреза для образца, подвергаемого испытаниям с U-образным надрезом, ориентировано в сторону головки рельса.
Для настоящего изобретения, выбраны для сравнения пять групп стальных рельсов с различным химическим составом. Все пять способов обработки, используемые в примерах, соответствуют способу, раскрываемому в настоящем изобретении. Результаты сравнения, приведенные в Таблицах 1~4, показывают: при условии неизменности химического состава и технологии плавки, с учетом того, что обычными стальными рельсами являются рельсы из перлитной стали, ударная вязкость стальных рельсов, остужаемых естественным охлаждением после проката, не соответствует требованиям, предъявляемым к стальным рельсам, используемым в железных дорогах в высокогорных районах и районах с экстремально холодным климатом. Термообработка стального рельса после проката оказывает значительное влияние на конечные свойства стального рельса, в частности: при использовании способа, раскрываемого в настоящем изобретении, свойства стального рельса, включая характеристики прочности на разрыв и ударной вязкости, существенно улучшаются при том допущении, что микроструктура материала является чисто перлитной; при этом вязкость и пластичность стали сохраняются неизменными; таким образом, могут быть существенно улучшены стойкость к ударным нагрузкам, износостойкость и усталостные характеристики стального рельса.

Claims (13)

1. Рельс из перлитной стали, имеющий химический состав, содержащий, в мас.%: С 0,71-0,82, Si 0,25-0,45, Mn 0,75-1,05, V 0,03-0,15, Р≤0,030, S≤0,035, Al≤0,040, Fe и неизбежные примеси - остальное, при этом межпластиночное расстояние перлита составляет 0,05-0,09 мкм, а работа разрушения при нормальной температуре составляет 30-35 Дж.
2. Рельс по п.1, отличающийся тем, что сталь имеет химический состав, содержащий, в мас.%: С 0,71-0,82, Si 0,25-0,45, Mn 0,75-1,05, V 0,03-0,15, Р≤0,030, S≤0,035, Al≤0,020, Fe и неизбежные примеси - остальное.
3. Рельс по п.1, отличающийся тем, что сталь имеет химический состав, содержащий, в мас.%: С 0,72-0,76, Si 0,35-0,37, Mn 0,95-0,99, V 0,05-0,09, Р≤0,012, S≤0,011, Al≤0,04, Fe и неизбежные примеси - остальное.
4. Рельс по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что он имеет следующие механические свойства: прочность по удельному пластическому удлинению (Rp0,2): 800-860 МПа, прочность на разрыв (Rm) 1300-1350 МПа, удельное удлинение (А): 13-15%, уменьшение площади поперечного сечения (Z): 31-35%.
5. Способ производства рельса из перлитной стали по любому из пп.1-4, включающий получение стали, литье в стальную заготовку рельса, прокатку заготовки с получением рельса и послепрокатную термообработку, при этом послепрокатная термообработка включает следующие стадии:
ускоренное охлаждение, при котором к поверхности катания головки рельса, двум сторонам головки рельса и центральной части рельсовой подошвы подают охлаждающую среду для охлаждения со скоростью 1,0-5,0°С/с до температуры 400-550°С на поверхности катания головки рельса, при этом начальная температура ускоренного охлаждения в центральной части поверхности катания головки рельса, на двух сторонах головки рельса и в центральной части катаного стального рельса составляет 650-900°С; и
воздушное охлаждение, при котором стальной рельс охлаждают до комнатной температуры с получением перлитной структуры с межпластиночным расстоянием перлита 0,05-0,09 мкм.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что получают сталь путем загрузки в сталеплавильную печь расплавленного чугуна с низким содержанием серы при добавлении высокощелочного рафинировочного шлака, при этом в качестве горючего используют тощий уголь и сплав с низким содержанием азота.
7. Способ по п.5, отличающийся тем, что сталь получают путем плавки в конверторе или электрической печи, рафинирования в печи с низкочастотным нагревом и циркуляционного или камерного вакуумирования, причем при нагреве во время рафинирования в печи с низкочастотным нагревом используют пенообразующий агент.
8. Способ по п.5, отличающийся тем, что литье стали осуществляют с полной защитой от поглощения ею избыточного азота при контакте с воздухом, а после литья стальную заготовку подвергают медленному охлаждению.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что после медленного охлаждения стальную заготовку нагревают перед прокаткой для аустенизации до температуры 1000°С.
10. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей среды используют сжатый воздух или смесь водяного тумана и воздуха.
11. Способ по любому из пп.6-9, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей среды используют сжатый воздух или смесь водяного тумана и воздуха.
RU2016100168A 2015-01-07 2016-01-11 Стальной рельс высокой ударной вязкости и способ его производства RU2634807C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510006025.7 2015-01-07
CN201510006025.7A CN104480390B (zh) 2015-01-07 2015-01-07 高冲击韧性的钢轨及其生产方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016100168A RU2016100168A (ru) 2017-07-14
RU2634807C2 true RU2634807C2 (ru) 2017-11-03

Family

ID=52754991

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016100168A RU2634807C2 (ru) 2015-01-07 2016-01-11 Стальной рельс высокой ударной вязкости и способ его производства

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20160194730A1 (ru)
CN (1) CN104480390B (ru)
RU (1) RU2634807C2 (ru)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105112786B (zh) * 2015-09-29 2017-04-12 燕山大学 一种超级珠光体钢轨钢及其制备方法
CN105238917A (zh) * 2015-11-06 2016-01-13 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种提高钢轨低温断裂韧性的方法以及所得钢轨及其应用
CN106086370B (zh) * 2016-06-24 2018-10-09 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 一种降低钢轨残余应力的方法以及所得钢轨及其应用
CN107675080B (zh) * 2017-10-10 2019-05-10 攀钢集团研究院有限公司 抗接触疲劳珠光体钢轨及其制造方法
CN107779751B (zh) * 2017-10-31 2020-08-11 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 高速铁路用耐腐蚀钢轨及其生产方法
CN107779768A (zh) * 2017-10-31 2018-03-09 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 用于生产耐腐蚀高速铁路用钢轨的方法
CN107747021A (zh) * 2017-10-31 2018-03-02 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 耐腐蚀高速铁路用钢轨及其生产方法
CN107779729A (zh) * 2017-10-31 2018-03-09 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种连铸过程中喷涂钛合金生产高速耐蚀钢轨的方法
CN107739775A (zh) * 2017-10-31 2018-02-27 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 连铸过程中喷涂铬合金的高速耐蚀用钢轨生产方法
CN107755982A (zh) * 2017-10-31 2018-03-06 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 耐腐蚀高速铁路用钢轨生产方法
CN107747040A (zh) * 2017-10-31 2018-03-02 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 耐腐蚀高速铁路钢轨制备方法
CN108456824A (zh) * 2018-03-20 2018-08-28 包头钢铁（集团）有限责任公司 一种百米定尺75kg/m热轧钢轨及其生产方法
CN108411089A (zh) * 2018-03-20 2018-08-17 包头钢铁（集团）有限责任公司 一种欧洲标准r350ht在线热处理钢轨的生产方法
CN108504838A (zh) * 2018-03-20 2018-09-07 包头钢铁（集团）有限责任公司 一种欧洲标准r350lht在线热处理钢轨的生产方法
CN109207691A (zh) * 2018-10-30 2019-01-15 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 重载铁路用钢轨的生产方法
CN111041350A (zh) * 2019-11-28 2020-04-21 包头钢铁（集团）有限责任公司 一种低温冲击性能高的轧态钢轨及其生产方法
CN111485174A (zh) * 2020-04-13 2020-08-04 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 地铁用钢轨及其制备方法
CN112226697B (zh) * 2020-10-19 2022-03-22 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 耐擦伤的钢轨及其生产方法
CN112342467A (zh) * 2020-10-27 2021-02-09 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 高韧性深硬化层道岔钢轨及其制备方法
CN112458359A (zh) * 2020-10-27 2021-03-09 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 高韧高纯净度道岔钢轨及其制备方法
CN112501417B (zh) * 2020-11-16 2022-05-24 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种重载铁路用钢轨及其制备方法
CN114854963B (zh) * 2022-04-29 2023-09-05 武汉钢铁有限公司 一种低残余应力的槽型钢轨及其制备方法
CN115233503A (zh) * 2022-08-05 2022-10-25 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种具有高屈服强度的中等强度钢轨及其生产方法
CN115261733B (zh) * 2022-08-18 2023-06-06 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种耐磨损耐腐蚀地铁用钢轨及其生产方法
CN115433866B (zh) * 2022-08-23 2024-02-23 包头钢铁（集团）有限责任公司 一种低成本高质量高速钢轨钢的冶炼方法
CN117926136A (zh) * 2024-03-22 2024-04-26 江苏永钢集团有限公司 低成本不含Cr元素1550MPa级热轧盘条及其生产方法

Citations (6)

* 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
RU2139365C1 (ru) * 1998-01-27 1999-10-10 ОАО "Кузнецкий металлургический комбинат" Рельсовая сталь
RU2291220C1 (ru) * 2005-05-04 2007-01-10 Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" Рельсовая сталь
RU2394918C2 (ru) * 2008-08-04 2010-07-20 Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" Способ выплавки и вакуумирования рельсовой стали
EP2045341B1 (en) * 2006-07-24 2014-03-05 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Process for producing pearlitic rail excellent in wearing resistance and ductility
US20140326369A1 (en) * 2011-12-19 2014-11-06 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Steel for mechanical structure for cold working, and method for manufacturing same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09206804A (ja) * 1996-01-31 1997-08-12 Nippon Steel Corp 延性および靭性に優れた高強度レールの製造法
CN1487111A (zh) * 2003-07-29 2004-04-07 攀枝花钢铁有限责任公司钢铁研究院 热处理用碳素钢轨钢
CN100443617C (zh) * 2005-12-29 2008-12-17 攀枝花钢铁(集团)公司 珠光体类热处理钢轨及其生产方法
CN101818312B (zh) * 2010-01-19 2012-07-25 钢铁研究总院 具有优良强韧性能抗疲劳性能和耐磨性能耐蚀重轨钢

Patent Citations (6)

* 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
RU2139365C1 (ru) * 1998-01-27 1999-10-10 ОАО "Кузнецкий металлургический комбинат" Рельсовая сталь
RU2291220C1 (ru) * 2005-05-04 2007-01-10 Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" Рельсовая сталь
EP2045341B1 (en) * 2006-07-24 2014-03-05 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Process for producing pearlitic rail excellent in wearing resistance and ductility
RU2394918C2 (ru) * 2008-08-04 2010-07-20 Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" Способ выплавки и вакуумирования рельсовой стали
US20140326369A1 (en) * 2011-12-19 2014-11-06 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Steel for mechanical structure for cold working, and method for manufacturing same

Also Published As

Publication number Publication date
CN104480390B (zh) 2016-10-19
RU2016100168A (ru) 2017-07-14
CN104480390A (zh) 2015-04-01
US20160194730A1 (en) 2016-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2634807C2 (ru) Стальной рельс высокой ударной вязкости и способ его производства
CN108504848B (zh) 钢轨闪光焊接头的热处理方法
KR101100941B1 (ko) 내마모성 및 연성이 우수한 펄라이트계 레일의 제조 방법
WO2014157252A1 (ja) パーライトレールおよびパーライトレールの製造方法
CN108754114B (zh) 钢轨焊接接头的热处理方法
US4575397A (en) Rail having high resistance to wear in its head and high resistance to rupture in its foot
JP5761116B2 (ja) 車輪用鋼
US10662492B2 (en) Abrasion-resistant steel material excellent in fatigue characteristics and method for manufacturing same
JP5708431B2 (ja) 溶接熱影響部の靱性に優れた鋼板およびその製造方法
CN108796202B (zh) 异种材质钢轨焊接接头的热处理方法
CN111676423B (zh) 一种12.9级大规格高韧性风电螺栓用钢及生产方法
JP5825157B2 (ja) 高周波焼入れ用鋼材
JP5783014B2 (ja) 軸受用棒鋼
CN109055708B (zh) 一种共析钢轨与过共析钢轨焊接接头热处理方法
US11111569B2 (en) Non-heat treated steel bar
US20210262412A1 (en) Steel piston
CN113403467B (zh) 一种提高热处理钢轨耐磨性能的生产方法
JPH09206804A (ja) 延性および靭性に優れた高強度レールの製造法
RU2567409C2 (ru) Термическая обработка мартенситной нержавеющей стали после переплавки под слоем шлака
CN110512148B (zh) 一种控制r260钢轨闪光焊接头马氏体组织的方法
US20210230724A1 (en) Steel material for steel piston
JP2008240019A (ja) 転がり疲労寿命に優れた鋼
CN110512139B (zh) 一种控制r260钢轨闪光焊接头马氏体组织的方法
Krobath et al. A new experimental setup for the simulation of surface crack formation in the continuous casting process
JP2009024213A (ja) 破断分離性に優れる高炭素鋼およびその製造方法