RU2747773C1 - Способ изготовления рельса и соответствующий рельс - Google Patents

Способ изготовления рельса и соответствующий рельс Download PDF

Info

Publication number
RU2747773C1
RU2747773C1 RU2020117195A RU2020117195A RU2747773C1 RU 2747773 C1 RU2747773 C1 RU 2747773C1 RU 2020117195 A RU2020117195 A RU 2020117195A RU 2020117195 A RU2020117195 A RU 2020117195A RU 2747773 C1 RU2747773 C1 RU 2747773C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
head
rail
finished product
temperature
hot
Prior art date
Application number
RU2020117195A
Other languages
English (en)
Inventor
Хосе АРАНКОН АЛЬВАРЕС
Давид АЛЬВАРЕС ДЬЕС
Хосе Мануэль АРТИМЕС ЭНСИНА
Франсиска ГАРСИА КАБАЛЬЕРО
Бенджамин ПОХУ
Original Assignee
Арселормиттал
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 Арселормиттал filed Critical Арселормиттал
Application granted granted Critical
Publication of RU2747773C1 publication Critical patent/RU2747773C1/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/08—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling structural sections, i.e. work of special cross-section, e.g. angle steel
    • B21B1/085—Rail sections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • 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
    • C21D6/002—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
    • 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
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • 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
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • 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
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • 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
    • C22C38/34—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of 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
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B5/00—Rails; Guard rails; Distance-keeping means for them
    • E01B5/02—Rails
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B45/00—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/02—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203—Cooling
    • B21B45/0209—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
    • B21B45/0215—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
    • 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
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001—Austenite
    • 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
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/002—Bainite
    • 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
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/003—Cementite
    • 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
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к изготовлению рельса. Осуществляют разливку стали для получения полуфабриката. Сталь содержит 0,20% ≤ С ≤ 0,60%, 1,0% ≤ Si ≤ 2,0%, 0,60% ≤ Mn ≤ 1,60% и 0,5 ≤ Сr ≤ 2,2%, 0,01% ≤ Mo ≤ 0,3%, необязательно 0,01% ≤ V ≤ 0,30%, причем остаток представляет собой Fe и примеси. Затем осуществляют горячую прокатку полуфабриката для получения горячекатаного полуфабриката, имеющего профиль рельса и включающего головку и охлаждение головки до температуры прекращения охлаждения, заключенной в пределах диапазона между 200°С и 520°С. Осуществляют выдерживание головки в температурном диапазоне, заключенном в пределах диапазона между 300°С и 520°С, на протяжении времени выдерживания, составляющего 12 минут и охлаждение горячекатаного полуфабриката до комнатной температуры для получения рельса. В результате изготавливают рельс, имеющий стойкость к контактной усталости при качении и стойкость к изнашиванию. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 7 табл., 3 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к способу производства стального рельса, характеризующегося превосходными механическими свойствами и стойкостями к изнашиванию и контактной усталости при качении, а также соответствующему стальному рельсу.
В последние годы для улучшения железнодорожных перевозок были увеличены скорости и загрузки поездов, и контактные напряжения могут превосходить 2000 МПа. Данные более напряженные условия эксплуатации требуют использования новых рельсов, характеризующихся более высокими стойкостями к изнашиванию и контактной усталости при качении, в особенности для интенсивного промышленного железнодорожного сообщения.
Изнашивание и контактная усталость при качении (КУК) представляют собой два важных фактора, которые могут стимулировать возникновение замедленного выхода из строя железнодорожного полотна. В то время как механизмы изнашивания были полностью исследованы и являются хорошо понятными, и в отношении изнашивания на сегодняшний день в железнодорожной системе принимаются меры, усталость КУК все еще является недостаточно понятной для создания эффективных решений по предотвращению возникновения дефектов, обусловленных усталостью КУК, что может приводить к поступательному ухудшению качества рельса и преждевременному проведению его технического обслуживания.
Традиционный подход к разработке новых рельсовых сталей, направленный на решение проблем, связанных с изнашиванием и усталостью КУК, заключался в увеличении твердости и прочности стали. В случае обыкновенных перлитных марок для железных дорог достижения данного увеличения на протяжении последних 40 лет добивались в результате уменьшения межпластиночного расстояния, в результате добавления дорогостоящих легирующих элементов или в результате закалки головок. Тем не менее, данное увеличение стойкости к изнашиванию в общем случае сопровождается уменьшением вязкости. Как это демонстрируют вышеупомянутые проблемные вопросы, несмотря на все исследование, которое имело место в целях разработки новых микроструктур, обладающих улучшенными механическими свойствами, марки перлитных сталей уже достигли своих предельных значений применительно к эксплуатационным характеристикам изнашивания и контактной усталости при качении, что означает неспособность существующих марок для железных дорог справиться с наиболее жесткими условиями эксплуатации.
В качестве следующего поколения передовых высокопрочных сталей и кандидатов в материалы для интенсивно нагруженных рельсов и железнодорожных переездов были рассмотрены бейнитные стали, содержащие, например, микроструктуру нижнего бейнита, вследствие наличия у них хорошей комбинации из твердости, прочности и вязкости.
Бейнитные стали, содержащие микроструктуру нижнего бейнита, обеспечивают наличие хорошей стойкости к изнашиванию, но не позволяют добиться достижения достаточной стойкости к усталости КУК.
В особенности способ производства высокопрочного и стойкого к изнашиванию и контактной усталости при качении рельса раскрывается в публикации WO1996022396A1. Рельс производят из стали, характеризующейся композицией, содержащей от 0,05% до 0,5% С, от 1,00 до 3,00% Si и/или Al, от 0,50% до 2,50% Mn и от 0,25% до 2,50% Cr. Рельс производят в результате проведения воздушного охлаждения стали от конечной температуры горячей прокатки.
В публикации ЕР 1 873 262 раскрывается способ изготовления высокопрочных направляющих рельсов из стали, содержащей от 0,3% до 0,4% С, от 0,7% до 0,9% Si, от 0,6% до 0,8% Mn и от 2,2% до 3,0% Cr. Способ изготовления включает воздушное охлаждение стали после формирования бейнитной структуры. Однако в публикации ЕР 1 873 262 не излагается информация по какой-либо конкретной скорости охлаждения.
В публикациях ЕР 0 612 852, US2015218759 и US201514702188 раскрываются способы производства бейнитных рельсов в результате проведения ускоренного охлаждения. Однако данные рельсы не демонстрируют наличия достаточной стойкости к контактной усталости при качении.
Поэтому производство стальных рельсов остается желательным.
Одна цель данного изобретения заключается в предложении способа изготовления высокотехнологичного рельса, характеризующегося превосходными стойкостью к контактной усталости при качении и стойкостью к изнашиванию.
В особенности желательным является производство стального рельса, где головка рельса характеризуется пределом прочности при растяжении, составляющим, по меньшей мере, 1300 МПа, пределом текучести при растяжении, составляющим, по меньшей мере, 1000 МПа, полным относительным удлинением, составляющим, по меньшей мере, 13% и твердостью, составляющей, по меньшей мере, 420 НВ, а предпочтительно, по меньшей мере, 430 НВ, совместно с превосходными стойкостью к контактной усталости при качении и стойкостью к изнашиванию.
Для данной цели изобретение относится способу изготовления рельса, включающему головку, при этом способ включает следующие далее последовательные стадии:
- разливка стали таким образом, чтобы был бы получен полуфабрикат, при этом упомянутая сталь характеризуется химическим составом, содержащим, при выражении в массовых процентах:
0,20% ≤ С ≤ 0,60%,
1,0% ≤ Si ≤ 2,0%,
0,60% ≤ Mn ≤ 1,60%
и 0,5% ≤ Сr ≤ 2,2%
и необязательно один или несколько элементов, выбираемых из числа
0,01% ≤ Mo ≤ 0,3%,
0,01% ≤ V ≤ 0,30%;
причем остаток представляет собой Fe и неизбежные примеси, представляющие собой результат выплавки;
- горячая прокатка полуфабриката для получения горячекатаного полуфабриката, имеющего профиль рельса и включающего головку, при этом конечная температура прокатки TКТП является большей, чем Ar3;
- охлаждение головки горячекатаного полуфабриката от конечной температуры прокатки ТКТП вплоть до температуры прекращения охлаждения ТПО, заключенной в пределах диапазона между 200°С и 520°С, таким образом, что температура головки горячекатаного полуфабриката с течением времени будет заключена в пределах диапазона между верхним граничным значением и нижним граничным значением, причем верхнее граничное значение имеет координаты по времени и температуре, определенные позициями А1 (0 секунд, 780°С), В1 (50 секунд, 600°С) и С1 (110 секунд, 520°С), нижнее граничное значение имеет координаты по времени и температуре, определенные позициями А2 (0 секунд, 675°С), В2 (50 секунд, 510°С) и С2 (110 секунд, 300°С);
- выдерживание головки горячекатаного полуфабриката в температурном диапазоне, заключенном в пределах диапазона между 300°С и 520°С, на протяжении времени выдерживания tвыдерживание, составляющего, по меньшей мере, 12 минут; и
- охлаждение горячекатаного полуфабриката до комнатной температуры для получения рельса.
Способ изготовления рельса может, кроме того, включать один или несколько следующих далее признаков, взятых совместно или в соответствии с любой технически возможной комбинацией,
- микроструктура головки рельса состоит, при выражении в поверхностных долевых концентрациях, из:
- от 49% до 67% бейнита;
- от 14% до 25% остаточного аустенита, при этом остаточный аустенит характеризуется средним уровнем содержания углерода, заключенным в пределах диапазона между 0,80% и 1,44%;
- от 13% до 34% отпущенного мартенсита;
- поверхностная долевая концентрация бейнита в микроструктуре головки является большей или равной 56%;
- поверхностная долевая концентрация остаточного аустенита в микроструктуре головки заключена в пределах диапазона между 18% и 23%;
- поверхностная долевая концентрация отпущенного мартенсита в микроструктуре головки заключена в пределах диапазона между 14,5% и 22,5%;
- средний уровень содержания углерода в остаточном аустените составляет более чем 1,3%;
- температура прекращения охлаждения ТПО заключена в пределах диапазона между 300°С и 520°С;
- температура прекращения охлаждения ТПО заключена в пределах диапазона между 200°С и 300°С, и способ, кроме того, включает после проведения стадии охлаждения головки горячекатаного полуфабриката вплоть до температуры прекращения охлаждения ТПО и до проведения стадии выдерживания головки в данном температурном диапазоне стадию нагревания головки горячекатаного полуфабриката вплоть до температуры, заключенной в пределах диапазона между 300°С и 520°С;
- стадию охлаждения головки горячекатаного полуфабриката проводят при использовании водяных струй;
- во время проведения стадии охлаждения головки горячекатаного полуфабриката весь горячекатаный полуфабрикат охлаждают таким образом, что температура горячекатаного полуфабриката с течением времени будет заключена в пределах диапазона между верхним граничным значением и нижним граничным значением;
- во время проведения стадии горячей прокатки полуфабриката полуфабрикат подвергают горячей прокатке от температуры начала горячей прокатки, составляющей более чем 1080°С, предпочтительно более чем 1180°С;
- химический состав стали содержит, при этом уровень содержания выражают в массовых процентах: 0,30% ≤ С ≤ 0,60%;
- химический состав стали содержит, при этом уровень содержания выражают в массовых процентах: 1,25% ≤ Si ≤ 1,6%; и
- химический состав стали содержит, при этом уровень содержания выражают в массовых процентах: 1,09% ≤ Mn ≤ 1,5%.
Изобретение также относится к горячекатаной стальной детали, характеризующейся химическим составом, содержащим, при выражении в массовых процентах:
0,20% ≤ С ≤ 0,60%,
1,0% ≤ Si ≤ 2,0%,
0,60% ≤ Mn ≤ 1,60%
и 0,5% ≤ Сr ≤ 2,2%
и необязательно один или несколько элементов, выбираемых из числа
0,01% ≤ Mo ≤ 0,3%,
0,01% ≤ V ≤ 0,30%;
причем остаток представляет собой Fe и неизбежные примеси, представляющие собой результат выплавки;
при этом стальной рельс включает головку, содержащую микроструктуру, состоящую, при выражении в поверхностных долевых концентрациях, из:
- от 49% до 67% бейнита,
- от 14% до 25% остаточного аустенита, причем остаточный аустенит характеризуется средним уровнем содержания углерода, заключенным в пределах диапазона между 0,80% и 1,44%, и
- от 13% до 34% отпущенного мартенсита.
Горячекатаная стальная деталь может, кроме того, включать один или несколько следующих далее признаков, взятых совместно или в соответствии с любой технически возможной комбинацией,
- поверхностная долевая концентрация бейнита в микроструктуре головки рельса составляет более чем 56%;
- поверхностная долевая концентрация остаточного аустенита в микроструктуре головки рельса заключена в пределах диапазона между 18% и 23%;
- поверхностная долевая концентрация отпущенного мартенсита в микроструктуре головки рельса заключена в пределах диапазоне между 14,5% и 22,5%;
- средний уровень содержания углерода в остаточном аустените составляет более чем 1,3%;
- химический состав стали содержит, при этом уровень содержания выражают в массовых процентах: 0,30% ≤ С ≤ 0,6%;
- химический состав стали содержит, при этом уровень содержания выражают в массовых процентах: 1,25% ≤ Si ≤ 1,6%; и
- химический состав стали содержит, при этом уровень содержания выражают в массовых процентах: 0,9% ≤ Mn ≤ 1,5%;
- головка рельса характеризуется твердостью, заключенной в пределах диапазона между 420 НВ и 470 НВ, предпочтительно составляющей более чем 450 НВ;
- головка рельса характеризуется пределом прочности при растяжении, заключенным в пределах диапазона между 1300 МПа и 1450 МПа;
- головка рельса характеризуется пределом текучести при растяжении, заключенным в пределах диапазона между 1000 МПа и 1150 МПа; и
- головка рельса характеризуется полным относительным удлинением, заключенным в пределах диапазона между 13% и 18%.
Другие аспекты и преимущества изобретения станут очевидными после прочтения следующего далее описания изобретения, представленного в порядке примера и сделанного при обращении к прилагающимся чертежам, где:
- Фиг. 1 представляет собой изображение вида в разрезе для рельса, и;
- Фиг. 2 представляет собой график, демонстрирующий верхнее граничное значение и нижнее граничное значение температуры с течением времени во время проведения стадии охлаждения головки;
- Фиг. 3 представляет собой график коэффициентов линейного теплового расширения и коэффициента теплового расширения для трех образцов в зависимости от температуры.
Один вариант осуществления рельса 10, соответствующего изобретению, изображен на фигуре 1.
Рельс 10 включает головку 12 и подошву 14, при этом подошва 14 и головка 12 соединяются друг с другом при использовании шейки 16.
В соответствии с изображением на фигуре 1 шейка 16 имеет максимальную ширину, строго уступающую максимальной ширине головки 12, а именно, уступающую, по меньшей мере, на 50% максимальной ширине головки 12.
Подобным образом, шейка имеет максимальную ширину, строго уступающую максимальной ширине подошвы, а именно, уступающую, по меньшей мере, на 50% максимальной ширине подошвы.
Головка 12, подошва 14 и шейка 16 изготавливаются в неразъемном исполнении.
Рельс 10, в частности, головку 12 рельса 10, изготавливают из стали, характеризующейся химическим составом, содержащим, при выражении в массовых процентах:
0,20% ≤ С ≤ 0,60%, а, говоря более конкретно, 0,30% ≤ С ≤ 0,60%,
1,0% ≤ Si ≤ 2,0%, а предпочтительно 1,25% ≤ Si ≤ 1,6%,
0,60% ≤ Mn ≤ 1,60%, а предпочтительно 1,09% ≤ Mn ≤ 1,5%,
и 0,5 ≤ Сr ≤ 2,2%
и необязательно один или несколько элементов, выбираемых из числа
0,01% ≤ Mo ≤ 0,3%,
0,01% ≤ V ≤ 0,30%,
при этом остаток представляет собой Fe и неизбежные примеси, представляющие собой результат выплавки.
В данном сплаве углерод представляет собой легирующий элемент, имеющий своим основным эффектом контролируемое выдерживание и подстраивание желательных микроструктуры и свойств стали. Углерод стабилизирует аустенит и, таким образом, приводит к его сохранению даже при комнатной температуре. Вдобавок к этому, углерод делает возможным достижение хорошей механической стойкости и желательной твердости в сочетании с хорошими тягучестью и стойкостью к ударным нагрузкам.
Уровень содержания углерода, составляющий менее чем 0,20% (мас.), приводит к формированию недостаточно стабильного остаточного аустенита, получению недостаточных твердости и предела прочности при растяжении и недостаточных стойкостей к контактной усталости при качении и изнашиванию. При уровнях содержания углерода, составляющих более чем 0,60%, тягучесть и стойкость к ударным нагрузкам стали ухудшаются в результате проявления осевой ликвации. Поэтому уровень содержания углерода заключен в пределах диапазона между 0,20% и 0,60% (мас.).
Уровень содержания углерода предпочтительно заключен в пределах диапазона между 0,30% и 0,60%, при выражении в массовых процентах.
Уровень содержания кремния заключен в пределах диапазона между 1,0% и 2,0% (мас.). Элемент Si, который является элементом, который является нерастворимым в цементите, предотвращает или, по меньшей мере, замедляет формирование выделений карбида, в частности, во время формирования бейнита, и делает возможным диффундирование углерода в остаточный аустенит, что, таким образом, благоприятствует стабилизированию остаточного аустенита. Si, кроме того, увеличивает прочность стали в результате прохождения твердо-растворного упрочнения. При менее чем 1,0% (мас.) кремния данные эффекты не являются достаточно ярко выраженными. При уровне содержания кремния, составляющем более чем 2,0% (мас.), на стойкость к ударным нагрузкам может быть оказано неблагоприятное воздействие в результате образования крупноразмерных частиц оксидов. Помимо этого, уровень содержания Si, составляющий более чем 2,0% (мас.), мог бы приводить к получению неудовлетворительного качества поверхности стали.
Предпочтительно уровень содержания Si заключен в пределах диапазона между 1,25% и 1,6% (мас.).
Уровень содержания марганца заключен в пределах диапазона между 0,60% и 1,60% (мас.), а предпочтительно между 1,09% и 1,5%. Mn играет важную роль при контролируемом выдерживании микроструктуры и стабилизировании аустенита. В качестве элемента, способствующего формированию гамма-фазы, Mn уменьшает температуру превращения аустенита, улучшает возможность обогащения по углероду в результате увеличения растворимости углерода в аустените и продлевает применимый диапазон скоростей охлаждения, поскольку он замедляет формирование перлита. Mn, кроме того, увеличивает прочность материала в результате прохождения твердо-растворного упрочнения и измельчает структуру. При менее чем 0,6% (мас.) данные эффекты являются недостаточно ярко выраженными. При уровнях содержания, составляющих более чем 1,6%, Mn благоприятствует формированию чрезмерно большой долевой концентрации мартенсита, что является вредным для тягучести продукции.
Уровень содержания хрома заключен в пределах диапазона между 0,5% и 2,2% (мас.). Элемент Cr является эффективным при стабилизировании остаточного аустенита, обеспечивая наличие его предварительно определенного количества. Он также является подходящим для использования при упрочнении стали. Однако Cr в основном добавляют в связи с его эффектом стимулирования твердения. Cr промотирует рост фаз, подвергшихся низкотемпературному превращению, и делает возможным получение целевой микроструктуры в большом диапазоне скоростей охлаждения. При уровнях содержания, составляющих менее чем 0,5%, данные эффекты являются недостаточно ярко выраженными. При уровнях содержания, составляющих более чем 2,2%, Cr благоприятствует формированию чрезмерно большой долевой концентрации мартенсита, что является вредным для тягучести продукции. Помимо этого, при уровнях содержания, составляющих более чем 2,2%, добавление Cr становится неоправданно дорогостоящим.
В случае присутствия молибдена его уровень содержания будет заключен в пределах диапазона между 0,01% и 0,3% (мас.). В стали изобретения Мо может присутствовать в качестве примеси при уровне содержания, который в общем случае составляет, по меньшей мере, 0,01%, или может быть добавлен в порядке преднамеренного добавления. В случае добавления Мо его уровень содержания предпочтительно будет составлять, по меньшей мере, 0,10%. В случае добавления Мо он улучшает закаливаемость стали и, кроме того, облегчает формирование нижнего бейнита в результате уменьшения температуры, при которой проявляется данная структура, при этом нижний бейнит приводит в результате к получению хорошей стойкости к ударным нагрузкам для стали. Однако при уровнях содержания, составляющих более чем 0,3% (мас.), Мо может оказывать неблагоприятное воздействие на ту же самую стойкость к ударным нагрузкам. Помимо этого, при более чем 0,3%, добавление Мо становится неоправданно дорогостоящим.
В случае присутствия ванадия его уровень содержания будет заключен в пределах диапазона между 0,01% и 0,30%. Ванадий необязательно добавляют в качестве упрочняющего и измельчающего структуру элемента. В случае добавления V его уровень содержания предпочтительно будет составлять, по меньшей мере, 0,10%. При менее чем 0,10% какого-либо значительного воздействия на механические свойства не отмечается. При более чем 0,30% в условиях изготовления, соответствующих изобретению, отмечается насыщение воздействия на механические свойства. В случае недобавления V он в общем случае будет присутствовать в качестве примеси при уровне содержания, составляющем, по меньшей мере, 0,01%.
Остаток композиции представляет собой железо и неизбежные примеси. В данном отношении в качестве остаточных элементов, которые представляют собой неизбежные примеси, рассматриваются никель, фосфор, сера, азот, кислород и водород. Поэтому их уровни содержания составляют, самое большее, 0,05% Ni, самое большее, 0,025% Р, самое большее, 0,020% S, самое большее, 0,009% N, самое большее, 0,003% О и, самое большее, 0,0003% Н.
Рельс 10, в частности, головка 12 рельса 10, содержит микроструктуру, состоящую, при выражении в поверхностных долевых концентрациях, из:
- от 49% до 67% бейнита,
- от 14% до 25% остаточного аустенита и
- от 13% до 34% отпущенного мартенсита.
Бейнит может включать гранулярный бейнит и реечный бескарбидный бейнит. В рамках изобретения термин «бескарбидный бейнит» будет обозначать бейнит, содержащий менее чем 100 карбидов при расчете на единицу поверхности в 100 квадратных микрометров.
Предпочтительно поверхностная долевая концентрация бейнита в микроструктуре головки 12 является большей или равной 56%.
Остаточный аустенит и отпущенный мартенсит в общем случае присутствуют в качестве составных частей М/А, расположенных в промежутке между рейками или пластинами бейнита.
В бейните между рейками или пластинами бейнита также содержится и аустенит.
Остаточный аустенит характеризуется средним уровнем содержания углерода, заключенным в пределах диапазона между 0,83% и 1,44%, предпочтительно составляющим более чем 1,3%.
Предпочтительно поверхностная долевая концентрация остаточного аустенита в микроструктуре головки 12 заключена в пределах диапазона между 18% и 23%.
Отпущенный мартенсит содержится в бейните между рейками или пластинами бейнита и в компонентах М/А.
Мартенсит является отпущенным мартенситом, а предпочтительно самоотпущенным мартенситом. В общем случае отпущенный мартенсит характеризуется низким уровнем содержания углерода, то есть средним уровнем содержания С, строго меньшим, чем средний уровень содержания С в стали.
Предпочтительно поверхностная долевая концентрация отпущенного мартенсита в микроструктуре головки 12 заключена в пределах диапазона между 14,5% и 22,5%.
Головка 12 рельса 10 характеризуется твердостью, составляющей, по меньшей мере, 420 НВ, в общем случае заключенной в пределах диапазона между 430 НВ и 470 НВ, пределом прочности при растяжении, составляющим, по меньшей мере, 1300 МПа, в общем случае заключенным в пределах диапазона между 1300 МПа и 1450 МПа, пределом текучести при растяжении, составляющим, по меньшей мере, 1000 МПа, в общем случае заключенным в пределах диапазона между 1000 МПа и 1150 МПа, и полным относительным удлинением, составляющим, по меньшей мере, 13%, в общем случае заключенным в пределах диапазона между 13% и 18%.
Изготовление рельса 10, соответствующего изобретению, может быть проведено в результате осуществления любого подходящего для использования способа.
Один предпочтительный способ производства такого рельса включает стадию разливки стали таким образом, чтобы был бы получен полуфабрикат, при этом упомянутая сталь характеризуется вышеупомянутым химическим составом.
Способ, кроме того, включает стадию горячей прокатки полуфабриката для получения горячекатаного полуфабриката, имеющего профиль рельса 10 и включающего головку 12, при этом конечная температура прокатки TКТП является большей, чем Ar3.
Предпочтительно во время проведения стадии горячей прокатки полуфабриката полуфабрикат подвергают горячей прокатке от температуры начала горячей прокатки, составляющей более чем 1080°С, предпочтительно более чем 1180°С.
Например, до проведения горячей прокатки полуфабрикат подвергают повторному нагреванию до температуры, заключенной в пределах диапазона между 1150°С и 1270°С, а после этого горячей прокатке.
После завершения горячей прокатки рельс 10 перепускают предпочтительно через индукционную печь. Это делает возможным избегание распада аустенита.
Способ изготовления рельса 10 после этого включает охлаждение головки 12 горячекатаного полуфабриката от конечной температуры прокатки ТКТП вплоть до температуры прекращения охлаждения ТПО, заключенной в пределах диапазона между 200°С и 520°С, таким образом, что температура головки 12 горячекатаного полуфабриката с течением времени будет заключена в пределах диапазона между верхним граничным значением и нижним граничным значением, согласно изображению на фигуре 2, при этом верхнее граничное значение имеет координаты по времени и температуре, определенные позициями А1 (0 секунд, 780°С), В1 (50 секунд, 600°С) и С1 (110 секунд, 520°С), нижнее граничное значение имеет координаты по времени и температуре, определенные позициями А2 (0 секунд, 675°С), В2 (50 секунд, 510°С) и С2 (110 секунд, 300°С).
Температура прекращения охлаждения ТПО является температурой, при которой прекращают охлаждение.
В первом варианте осуществления температура прекращения охлаждения ТПО заключена в пределах диапазона между 300°С и 520°С.
В данном варианте осуществления головка может достигать температуры прекращения охлаждения ТПО до или после достижения точки, заключенной в пределах диапазона между определенными выше точками C1 и С2.
Во втором варианте осуществления температура прекращения охлаждения ТПО заключена в пределах диапазона между 200°С и 300°С. В данном варианте осуществления во время проведения охлаждения после достижения точки, заключенной в пределах диапазона между точками C1 и С2, головку 12 дополнительно охлаждают до температуры прекращения охлаждения ТПО. Во время проведения охлаждения до температуры прекращения охлаждения ТПО имеет место частичное превращение аустенита в бейнит и мартенсит.
В случае охлаждения головки 12 горячекатаного полуфабриката таким образом, что ее температура с течением времени будет большей, чем верхнее граничное значение, будут формироваться феррит и перлит, и при охлаждении будут формироваться выделения карбидов таким образом, что желательная структура получена не будет.
В случае охлаждения головки 12 горячекатаного полуфабриката таким образом, что ее температура с течением времени будет меньшей, чем нижнее граничное значение, будут получены чрезмерно высокая долевая концентрация мартенсита и недостаточная долевая концентрация бейнита.
Говоря более конкретно, во время проведения данной стадии охлаждения головки 12 горячекатаного полуфабриката весь горячекатаный полуфабрикат охлаждают таким образом, что температура горячекатаного полуфабриката с течением времени будет заключена в пределах диапазона между верхним граничным значением и нижним граничным значением.
Стадию охлаждения головки 12 горячекатаного полуфабриката предпочтительно проводят при использовании водяных струй. Такие водяные струи делают возможным достижение высоких скоростей охлаждения и контролируемых температур выделения и рекуперации тепла.
После проведения данной стадии охлаждения способ включает стадию выдерживания головки 12 горячекатаного полуфабриката в температурном диапазоне, заключенном в пределах диапазона между 300°С и 520°С, на протяжении времени выдерживания tвыдерживание, составляющего, по меньшей мере, 12 минут, при этом время выдерживания tвыдерживание в выгодном случае заключено в пределах диапазона между 15 минутами и 23 минутами.
Предпочтительно весь горячекатаный полуфабрикат выдерживают в температурном диапазоне, заключенном в пределах диапазона между 300°С и 520°С, на протяжении упомянутого времени выдерживания tвыдерживание.
Во время проведения данной стадии выдерживания превращение аустенита в бейнит завершается.
Вдобавок к этому, углерод перераспределяется из мартенсита в аустенит, что, таким образом, производит к стабилизированию аустенита и отпуску мартенсита.
В случае времени выдерживания tвыдерживание в температурном диапазоне, заключенном в пределах диапазона между 300°С и 520°С, составляющего менее чем 12 минут, будет формироваться недостаточная долевая концентрация бейнита таким образом, что во время проведения последующего охлаждения до комнатной температуры будет иметь чрезмерно существенное превращение аустенита в мартенсит.
Например, головку 12 выдерживают при температуре выдерживания Tвыдерживание, заключенной в пределах диапазона между 300°С и 520°С.
В случае температуры прекращения охлаждения, заключенной в пределах диапазона между 300°С и 520°С, стадию выдерживания головки 12 в температурном диапазоне, заключенном в пределах диапазона между 300°С и 520°С, на протяжении времени выдерживания tвыдерживание будут проводить, например, непосредственно после проведения охлаждения до температуры прекращения охлаждения ТПО. В дополнение к этому, температура выдерживания Tвыдерживание является большей или равной в сопоставлении с температурой прекращения охлаждения ТПО.
В случае температуры прекращения охлаждения, заключенной в пределах диапазона между 200°С и 300°С, способ, кроме того, будет включать после проведения охлаждения головки то температуры прекращения охлаждения ТПО и до проведения стадии выдерживания головки в данном температурном диапазоне стадию нагревания головки горячекатаного полуфабриката вплоть до температуры, заключенной в пределах диапазона между 300°С и 520°С. В таком случае температура выдерживания Твыдерживание является большей, чем температура прекращения охлаждения ТПО.
После проведения выдерживания головки 12 в температурном диапазоне, заключенном в пределах диапазона между 300°С и 520°С, горячекатаный полуфабрикат охлаждают вплоть до комнатной температуре для получения рельса 10. Горячекатаный полуфабрикат охлаждают вплоть до комнатной температуры, предпочтительно в результате проведения воздушного охлаждения, а, в частности, в результате проведения естественного воздушного охлаждения.
В выгодном случае после проведения охлаждения рельс 10 содержит микроструктуру, состоящую, при выражении в поверхностных долевых концентрациях, из:
- от 49% до 67% бейнита,
- от 14% до 25% остаточного аустенита и
- от 13% до 34% отпущенного мартенсита.
Бейнит может включать гранулярный бейнит и бескарбидный бейнит. Предпочтительно поверхностная долевая концентрация бейнита в микроструктуре головки 12 является большей или равной 56%.
Остаточный аустенит и отпущенный мартенсит в общем случае присутствуют в качестве составных частей М/А, расположенных в промежутке между рейками или пластинами бейнита.
В бейните между рейками или пластинами бейнита также содержится и аустенит.
Остаточный аустенит характеризуется средним уровнем содержания углерода, заключенным в пределах диапазона между 0,80% и 1,44%, предпочтительно составляющим более чем 1,3%.
Предпочтительно поверхностная долевая концентрация остаточного аустенита в микроструктуре головки 12 заключена в пределах диапазона между 18% и 23%.
Отпущенный мартенсит содержится в бейните между рейками или пластинами бейнита и в компонентах М/А.
Мартенсит является отпущенным мартенситом, а предпочтительно самоотпущенным мартенситом. В общем случае мартенсит характеризуется низким уровнем содержания углерода, то есть, средним уровнем содержания С, строго меньшим, чем средний уровень содержания С в стали.
Предпочтительно поверхностная долевая концентрация отпущенного мартенсита в микроструктуре головки 12 заключена в пределах диапазона между 14,5% и 22,5%.
Головка 12 рельса 10 характеризуется твердостью, заключенной в пределах диапазона между 430 НВ и 470 НВ, пределом прочности при растяжении, заключенным в пределах диапазона между 1300 МПа и 1450 МПа, пределом текучести при растяжении, заключенным в пределах диапазона между 1000 МПа и 1150 МПа, и полным относительным удлинением, заключенным в пределах диапазона между 13% и 18%.
Необязательно способ может, кроме того, включать стадии окончательной отделки, а, в частности, стадии механической машинной обработки или обработки поверхности, проводимые, например, после охлаждения горячекатаного полуфабриката до комнатной температуры. Стадии обработки поверхности могут, в частности, представлять собой упрочняющую дробеструйную обработку.
Примеры
Изобретатели настоящего изобретения провели следующие далее эксперименты.
Стали, характеризующиеся композицией, соответствующей таблице 1, при выражении через массу, получали в форме полуфабриката.
Таблица 1
Сталь C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%) Cr (%) Mo (%) N (ч./млн.) O (ч./млн.) H (ч./млн.)
523513-L* 0,300 1,50 1,10 0,017 0,009 1,99 0,12 50 - 1,5
523514-L 0,318 1,52 1,11 0,017 0,011 1,97 0,02 56 - 1,6
Полуфабрикаты подвергали горячей прокатке для получения горячекатаных полуфабрикатов, имеющих профиль рельса, при этом конечная температура прокатки ТКТП является большей, чем Ar3, после этого охлаждали от конечной температуры прокатки ТКТП вплоть до температуры прекращения охлаждения ТПО при скорости охлаждения таким образом, что от температуры Т0 в первоначальный момент охлаждения t0 = 0 секунд горячекатаные полуфабрикаты достигали температуры Т50 по истечении 50 секунд охлаждения, а после этого температуры Т110 по истечении 110 секунд охлаждения.
После этого головки рельсов выдерживали в температурном диапазоне, заключенном в пределах диапазона между 300°С и 520°С, при температуре Твыдержвание, равной температуре прекращения охлаждения ТПО, на протяжении времени выдерживания tвыдерживание.
В заключение, рельсы охлаждали вплоть до комнатной температуры.
Условия изготовления рельсов обобщенно представлены в приведенной ниже таблице 2.
Таблица 2
Сталь TКТП (°C) T0 (°C) T50 (°C) Средняя скорость охлаждения между T0 и T1 (°C/с) T110 (°C) Средняя скорость охлаждения между Т1 и TПО (°C/с) TПО (°C) Tвыдерживание (мин)
523513-Y208 523513-L* 998 750 592 3,2 481 1,9 434 18
523513-Y308 523513-L* 1012 754 572 3,6 446 2,1 429 20
523514-A208 523514-L 1003 751 563 3,8 467 1,6 423 23
Химический состав:
Образцы для проведения химического анализа получали из местоположения в образце для испытания на растяжение в соответствии с утверждением в позиции 9.1.3 из документа EN 13674-1:2011, а после этого полировали и анализировали при использовании искровой эмиссионной спектроскопии для определения среднего уровня массового процентного содержания (% (мас.)). В дополнение к этому, для установления уровня процентного содержания N, O, S и С в анализаторе LECO C/S & LECO N/O извлекали, обезжиривали и подвергали анализу на следовые количества элементов в результате сжигания несколько штырей в 1 г. При использовании ИК-спектроскопии также анализировали и водород. Химический состав сталей демонстрируется ниже в таблице 3.
Таблица 3
Образец % (мас.) ч./млн.
C Si Mn P S Cr Mo N O H
523513-Y208 0,34 1,59 1,09 0,020 0,014 2,07 0,05 65,8 29,1 1,8
523514-A208 0,34 1,58 1,09 0,019 0,016 2,04 0,01 63,9 10,6 1,5
523513-Y308 0,3 1,59 1,1 0,017 0,011 2,05 0,06 Неприме-нимо Неприме-нимо Неприме-нимо
Испытание на усталость:
Образцы для испытания на усталость извлекали из головки рельса и подвергали механической машинной обработке в соответствии с документом ASTM E606-12.
Испытания на усталость проводили при комнатной температуре в гидравлической универсальной испытательной машине INSTRON 8801 при контролируемом выдерживании деформации и «двойном амплитудном» значении 0,00135 мкм. Использованная форма колебаний представляла собой синусоидальную волну при симметричных деформации + 0,000675 мкм в режиме натяжения и деформации – 0,000675 мкм в режиме сжатия. Выработка базы испытаний заключалась в 5 миллионах циклов при прекращении испытания на данном значении.
Для каждого вида образца испытания проводили на трех экземплярах данного образца.
Выработка базы испытаний заключалась в 5 миллионах циклов при прекращении испытания на данном значении.
Таблица 4
Образец Повторения Циклы (испытание прекращали при)
523513Y208 1 Выработка базы испытаний (5∙106 циклов)
2
3
523514A208 1 Выработка базы испытаний (5∙106 циклов)
2
3
523513Y308 1 Выработка базы испытаний (5∙106 циклов)
2
3
Микроструктура – оптическая микроскопия:
Металлографические образцы получали из головки рельса в соответствии с позицией Clause 9.1.4 из документа EN 13674-1:2011.
Для выявления микроструктуры образцов рельсов металлографические образцы подвергали шлифованию, полированию и травлению при использовании 2%-ного ниталя. Микроскопические наблюдения проводили при использовании микроскопа Leica DMi4000.
Внешний вид совокупной микроструктуры во всей головке рельса был полностью бейнитным, то есть состоит из реек или пластин бейнита и мартенсита и аустенита, диспергированных между рейками или пластинами бейнита, для всех образцов. Природу микроструктуры более подробно анализировали при использовании сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения и рентгеноструктурного анализа.
Определение характеристик микроструктуры при использовании рентгеноструктурного анализа и сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения:
В отношении образца 523513Y208 проводили подробный анализ. Анализ по методу электронной микроскопии проводили при использовании электронного микроскопа высокого разрешения с автоэмиссионной электронной пушкой (СЭМ-АЭП) Zeiss Ultra Plus. Испытания на дифрагирование проводили при использовании рентгеновского дифрактометра Bruker D8 Advance, использующего излучение CuKα.
Уровень содержания аустенита и уровень содержания углерода в нем измеряли при использовании метода РСА в соответствии с рекомендациями стандарта ASTM E975 standard.
Уровень содержания составной части М/А получали при использовании метода подсчета точек вручную на полученных при использовании метода СЭМ изображениях в соответствии со стандартом ASTM E562. После этого уровень содержания мартенсита определяют в результате вычитания из уровня содержания составной части М/А уровня содержания остаточного аустенита согласно измерению при использовании метода РСА. Остаток до 100% состоит из бейнита.
Микроструктура содержит 61,3% бейнита, 20,20% остаточного аустенита, характеризующегося уровнем содержания углерода 1,38%, и 18,5% мартенсита.
Твердость:
С другой стороны, на поверхности качения головки рельса оценивали твердость по Бринеллю в согласии с позицией Clause 9.1.8 из документа EN 13674-1:2011 (среднее значение для трех результатов измерений).
С другой стороны, твердость по Бринеллю оценивали на поперечном сечении рельса и при использовании автоматического дюрометра Leco LV700AT.
В таблице 5 демонстрируются средние значения в испытании на твердость на поверхности качения (ПК) и в различных точках поперечного сечения.
Таблица 5
Образец ПК Точка 1 Точка 2 Точка 3 Точка 4
Слева По центру Справа Слева Справа По центру Слева Справа
523513 / 208 430 417 438 426 429 432 420 412 420
523514 / 208 431 429 432 420 426 420 426 426 420
523513 / 308 434 461 443 441 440 442 435 433 461
Испытание на растяжение:
В соответствии с позицией Clause 9.1.9 из документа EN 13674-1:2011 проводили испытание на растяжение, соответствующее документу ISO 6892-1, при использовании пропорциональной выборки круглых образцов для испытаний, имеющих диаметр 10 мм. Образцы для испытаний (D0 = 10 мм, L0 = 50 мм) извлекали и подвергали испытаниям при использовании универсальной машины для механических испытаний Instron 600DX.
Для каждого вида образца испытания проводили на трех экземплярах данного образца.
В таблице 6 демонстрируются результаты по пределу текучести при растяжении (YS), пределу прочности при растяжении (TS) и относительному удлинению (А50).
Таблица 6
Образец YS (MПa) TS (MПa) A50 (%)
523513 / Y208 1089 1440 14
523514 / A208 1098 1452 14
523514 / Y308 1052 1442 14
Коэффициент линейного теплового расширения (КЛТР):
Коэффициент КЛТР измеряли в направлении прокатки рельса. Образцы для испытаний (имеющие в диаметр 4 мм и в длину 10 мм) извлекали из местоположения по центру образца для испытаний на растяжение и оценивали коэффициент теплового расширения в диапазоне от –70°С до 70°С при 2°С/мин при использовании дилатометрии высокого разрешения (BAHR 805A/D).
Относительное изменение длины (dL/L0) и коэффициент теплового расширения (КТР) для одного из трех проведенных прогонов по нагреванию изображены на фигуре 3.
Вслед за этим в таблице 7 демонстрируется технический коэффициент КЛТР при использовании 25°С в качестве базовой температуры.
Таблица 7
Марка / нагревание / рельс КЛТР25/50 КЛТР 25/0 КЛТР 25/–25 КЛТР 25/– 50
BAM 60E2 / 523513 / Y208 15,1 14,5 11,3 12,0
BAM 60E2 / 523514 / A208 14,6 14,4 11,2 11,9

Claims (52)

1. Способ изготовления рельса, содержащего головку, при этом способ включает следующие далее последовательные стадии:
разливка стали таким образом, чтобы был бы получен полуфабрикат, при этом упомянутая сталь характеризуется химическим составом, содержащим, при выражении в мас.%:
0,20 ≤ С ≤ 0,60,
1,0 ≤ Si ≤ 2,0,
0,60 ≤ Mn ≤ 1,60,
0,5 ≤ Сr ≤ 2,2,
и 0,01 ≤ Mo ≤ 0,3,
и необязательно 0,01 ≤ V ≤ 0,30,
причем остаток представляет собой Fe и неизбежные примеси,
горячая прокатка полуфабриката для получения горячекатаного полуфабриката, имеющего профиль рельса и содержащего головку, при этом конечная температура прокатки TКТП является большей, чем Ar3;
охлаждение головки горячекатаного полуфабриката от конечной температуры прокатки ТКТП вплоть до температуры прекращения охлаждения ТПО, заключенной в пределах диапазона между 200°С и 520°С, таким образом, что температура головки горячекатаного полуфабриката с течением времени заключена в пределах диапазона между верхним граничным значением и нижним граничным значением, причем верхнее граничное значение имеет координаты по времени и температуре, определенные позициями А1 (0 секунд, 780°С), В1 (50 секунд, 600°С) и С1 (110 секунд, 520°С), а нижнее граничное значение имеет координаты по времени и температуре, определенные позициями А2 (0 секунд, 675°С), В2 (50 секунд, 510°С) и С2 (110 секунд, 300°С);
выдерживание головки горячекатаного полуфабриката в температурном диапазоне, заключенном в пределах диапазона между 300°С и 520°С, на протяжении времени выдерживания tвыдерживание, составляющего, по меньшей мере, 12 минут; и
охлаждение горячекатаного полуфабриката до комнатной температуры для получения рельса.
2. Способ по п. 1, в котором микроструктура головки рельса состоит, при выражении в поверхностных долевых концентрациях, из:
от 49% до 67% бейнита;
от 14% до 25% остаточного аустенита, при этом остаточный аустенит характеризуется средним уровнем содержания углерода, заключенным в пределах диапазона между 0,80% и 1,44%;
от 13% до 34% отпущенного мартенсита.
3. Способ по п. 2, в котором поверхностная долевая концентрация бейнита в микроструктуре головки является большей или равной 56%.
4. Способ по п. 2 или 3, в котором поверхностная долевая концентрация остаточного аустенита в микроструктуре головки заключена в пределах диапазона между 18% и 23%.
5. Способ по любому из пп. 2-4, в котором поверхностная долевая концентрация отпущенного мартенсита в микроструктуре головки заключена в пределах диапазона между 14,5% и 22,5%.
6. Способ по любому из пп. 2-5, в котором средний уровень содержания углерода в остаточном аустените составляет более чем 1,3%.
7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором температура прекращения охлаждения ТПО заключена в пределах диапазона между 300°С и 520°С.
8. Способ по любому из пп. 1-6, в котором температура прекращения охлаждения ТПО заключена в пределах диапазона между 200°С и 300°С, при этом способ также включает после проведения стадии охлаждения головки горячекатаного полуфабриката вплоть до температуры прекращения охлаждения ТПО и до проведения стадии выдерживания головки в температурном диапазоне стадию нагрева головки горячекатаного полуфабриката вплоть до температуры, заключенной в пределах диапазона между 300°С и 520°С.
9. Способ по любому из пп. 1-8, в котором стадию охлаждения головки горячекатаного полуфабриката проводят при использовании водяных струй.
10. Способ по любому из пп. 1-9, в котором во время проведения стадии охлаждения головки горячекатаного полуфабриката весь горячекатаный полуфабрикат охлаждают таким образом, что температура горячекатаного полуфабриката с течением времени будет заключена в пределах диапазона между указанным верхним граничным значением и указанным нижним граничным значением.
11. Способ по любому из пп. 1-10, в котором во время проведения стадии горячей прокатки полуфабриката полуфабрикат подвергают горячей прокатке от температуры начала горячей прокатки, составляющей более чем 1080°С, предпочтительно более чем 1180°С.
12. Способ по любому из пп. 1-11, в котором химический состав стали содержит, в мас.%: 0,30 ≤ С ≤ 0,60.
13. Способ по любому из пп. 1-12, в котором химический состав стали содержит, в мас.%: 1,25 ≤ Si ≤ 1,6.
14. Способ по любому из пп. 1-13, в котором химический состав стали содержит, в мас.%: 1,09 ≤ Mn ≤ 1,5.
15. Стальной рельс, изготовленный из стали, характеризующейся химическим составом, содержащим, при выражении в мас.%:
0,20 ≤ С ≤ 0,60,
1,0 ≤ Si ≤ 2,0,
0,60 ≤ Mn ≤ 1,60,
0,5 ≤ Сr ≤ 2,2,
и 0,01 ≤ Mo ≤ 0,3,
и необязательно 0,01 ≤ V ≤ 0,30,
причем остаток представляет собой Fe и неизбежные примеси,
при этом стальной рельс содержит головку, имеющую микроструктуру, состоящую, при выражении в поверхностных долевых концентрациях, из:
от 49% до 67% бейнита,
от 14% до 25% остаточного аустенита, причем остаточный аустенит характеризуется средним уровнем содержания углерода, заключенным в пределах диапазона между 0,80% и 1,44%,
от 13% до 34% отпущенного мартенсита.
16. Стальной рельс по п. 15, в котором поверхностная долевая концентрация бейнита в микроструктуре головки рельса составляет более чем 56%.
17. Стальной рельс по п. 15 или 16, в котором поверхностная долевая концентрация остаточного аустенита в микроструктуре головки рельса заключена в пределах диапазона между 18% и 23%.
18. Стальной рельс по любому из пп. 15-17, в котором поверхностная долевая концентрация отпущенного мартенсита в микроструктуре головки рельса заключена в пределах диапазоне между 14,5% и 22,5%.
19. Стальной рельс по любому из пп. 15-18, в котором средний уровень содержания углерода в остаточном аустените составляет более чем 1,3%.
20. Стальной рельс по любому из пп. 15-19, в котором химический состав стали содержит, в мас.%: 0,30 ≤ С ≤ 0,6.
21. Стальной рельс по любому из пп. 15-20, в котором химический состав стали содержит, в мас.%: 1,25 ≤ Si ≤ 1,6.
22. Стальной рельс по любому из пп. 15-21, в котором химический состав стали содержит, в мас.%: 0,9 ≤ Mn ≤ 1,5.
23. Стальной рельс по любому из пп. 15-22, в котором головка рельса характеризуется твердостью, заключенной в пределах диапазона между 420 НВ и 470 НВ, предпочтительно составляющей более чем 450 НВ.
24. Стальной рельс по любому из пп. 15-23, в котором головка рельса характеризуется пределом прочности при растяжении, заключенным в пределах диапазона между 1300 МПа и 1450 МПа.
25. Стальной рельс по любому из пп. 15-24, в котором головка рельса характеризуется пределом текучести при растяжении, заключенным в пределах диапазона между 1000 МПа и 1150 МПа.
26. Стальной рельс по любому из пп. 15-25, в котором головка рельса характеризуется полным относительным удлинением, заключенным в пределах диапазона между 13% и 18%.
RU2020117195A 2017-11-27 2018-11-27 Способ изготовления рельса и соответствующий рельс RU2747773C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IBPCT/IB2017/057424 2017-11-27
PCT/IB2017/057424 WO2019102258A1 (en) 2017-11-27 2017-11-27 Method for manufacturing a rail and corresponding rail
PCT/IB2018/059349 WO2019102439A1 (en) 2017-11-27 2018-11-27 Method for manufacturing a rail and corresponding rail

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2747773C1 true RU2747773C1 (ru) 2021-05-13

Family

ID=60943051

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020117195A RU2747773C1 (ru) 2017-11-27 2018-11-27 Способ изготовления рельса и соответствующий рельс

Country Status (13)

Country Link
US (1) US20200291498A1 (ru)
EP (1) EP3717142B1 (ru)
JP (1) JP7135086B2 (ru)
KR (1) KR102466820B1 (ru)
CN (1) CN111405949B (ru)
CA (1) CA3083362C (ru)
ES (1) ES2906338T3 (ru)
MA (1) MA50936A (ru)
MX (1) MX2020005390A (ru)
PL (1) PL3717142T3 (ru)
RU (1) RU2747773C1 (ru)
UA (1) UA126820C2 (ru)
WO (2) WO2019102258A1 (ru)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111485171A (zh) * 2020-04-03 2020-08-04 包头钢铁（集团）有限责任公司 一种重载铁路用钢轨材料及其生产方法
CN111691242A (zh) * 2020-05-15 2020-09-22 包头钢铁（集团）有限责任公司 一种新轨头廓形钢轨及其生产方法
CN113430459B (zh) * 2021-06-17 2022-05-17 燕山大学 一种钒微合金化的中碳无碳化物贝氏体钢及其制备方法
CN115287552B (zh) * 2022-08-17 2023-06-16 四川清贝科技技术开发有限公司 一种轻量化低合金钢铸件、制备方法及其应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2086671C1 (ru) * 1993-02-26 1997-08-10 Ниппон Стил Корпорейшн Способ изготовления высокопрочного рельса (варианты) и высокопрочный рельс
US5879474A (en) * 1995-01-20 1999-03-09 British Steel Plc Relating to carbide-free bainitic steels and method of producing such steels
RU2136767C1 (ru) * 1996-12-19 1999-09-10 Фоест-Альпине Шинен ГмбХ Профилированный прокат и способ его изготовления
JP2002363698A (ja) * 2001-06-07 2002-12-18 Nippon Steel Corp 耐ころがり疲労損傷性および耐摩耗性に優れたレールおよびその製造法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3987616B2 (ja) * 1997-11-20 2007-10-10 新日本製鐵株式会社 耐表面損傷性および耐摩耗性に優れた高強度ベイナイト系レールの製造法
JP2002235150A (ja) * 2001-02-06 2002-08-23 Nippon Steel Corp レール頭部の幅方向に均一な硬度を持つ耐表面損傷レール、およびその製造方法
JP2002363697A (ja) * 2001-06-07 2002-12-18 Nippon Steel Corp 耐ころがり疲労損傷性および耐破壊性に優れたレールおよびその製造法
JP2005146321A (ja) * 2003-11-13 2005-06-09 Nippon Steel Corp 微細組織を有する鋼材およびその製造方法
DE102006030815A1 (de) 2006-06-30 2008-01-03 Deutsche Bahn Ag Verfahren zur Herstellung hochfester Zungenvorrichtungen , Zungenschienen und/oder Backenschienen sowie Zungenvorrichtung, Zungenschiene und/oder Backenschiene sowie Schienenauszügen und Isolierstöße
CN101586216B (zh) * 2009-06-25 2011-04-06 莱芜钢铁集团有限公司 一种超高强韧贝氏体钢及其制造方法
EP2530180B1 (en) * 2010-01-29 2018-11-14 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Steel sheet and method for manufacturing the steel sheet
CN102220545B (zh) * 2010-04-16 2013-02-27 攀钢集团有限公司 耐磨性和塑性优良的高碳高强热处理钢轨及其制造方法
AT512792B1 (de) * 2012-09-11 2013-11-15 Voestalpine Schienen Gmbh Verfahren zur Herstellung von bainitischen Schienenstählen
AU2013344477B2 (en) * 2012-11-15 2018-04-19 Arcelormittal Investigacion Y Desarrollo S.L. Method of making high strength steel crane rail
CN103014527B (zh) * 2012-11-29 2014-09-10 燕山大学 含铝低温贝氏体钢的制备方法
AU2014245320B2 (en) * 2013-03-27 2017-05-25 Jfe Steel Corporation Pearlite rail and method for manufacturing pearlite rail
CN106103772B (zh) * 2014-03-24 2018-05-22 杰富意钢铁株式会社 钢轨及其制造方法
JP6085348B2 (ja) * 2015-01-09 2017-02-22 株式会社神戸製鋼所 高強度めっき鋼板、並びにその製造方法
JP6288394B2 (ja) * 2016-03-25 2018-03-07 新日鐵住金株式会社 高強度鋼板および高強度亜鉛めっき鋼板

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2086671C1 (ru) * 1993-02-26 1997-08-10 Ниппон Стил Корпорейшн Способ изготовления высокопрочного рельса (варианты) и высокопрочный рельс
US5879474A (en) * 1995-01-20 1999-03-09 British Steel Plc Relating to carbide-free bainitic steels and method of producing such steels
RU2136767C1 (ru) * 1996-12-19 1999-09-10 Фоест-Альпине Шинен ГмбХ Профилированный прокат и способ его изготовления
JP2002363698A (ja) * 2001-06-07 2002-12-18 Nippon Steel Corp 耐ころがり疲労損傷性および耐摩耗性に優れたレールおよびその製造法

Also Published As

Publication number Publication date
PL3717142T3 (pl) 2022-04-04
WO2019102258A1 (en) 2019-05-31
ES2906338T3 (es) 2022-04-18
UA126820C2 (uk) 2023-02-08
CN111405949A (zh) 2020-07-10
CN111405949B (zh) 2022-03-25
KR102466820B1 (ko) 2022-11-11
CA3083362C (en) 2023-03-07
WO2019102439A1 (en) 2019-05-31
MX2020005390A (es) 2020-08-17
JP7135086B2 (ja) 2022-09-12
EP3717142B1 (en) 2021-12-29
JP2021504573A (ja) 2021-02-15
EP3717142A1 (en) 2020-10-07
CA3083362A1 (en) 2019-05-31
KR20200073273A (ko) 2020-06-23
BR112020010509A2 (pt) 2020-10-20
US20200291498A1 (en) 2020-09-17
MA50936A (fr) 2020-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2747773C1 (ru) Способ изготовления рельса и соответствующий рельс
EP3124636B2 (en) Rail and method for manufacturing same
JP5493950B2 (ja) 耐摩耗性に優れたパーライトレールの製造方法
US20130037182A1 (en) Mechanical part made of steel having high properties and process for manufacturing same
KR102507715B1 (ko) 고강도 강판 및 그의 제조 방법
JP2005290544A (ja) 耐摩耗性および延性に優れた高炭素鋼レールの製造方法
JP5267306B2 (ja) 高炭素鋼レールの製造方法
JP5391711B2 (ja) 高炭素パーライト系レールの熱処理方法
WO2017200096A1 (ja) レール
US20220267870A1 (en) Method for producing rail
JPH09111352A (ja) 耐摩耗性に優れたパーライトレールの製造法
JP2007169727A (ja) 高強度パーライト系レールおよびその製造方法
CN113557312B (zh) 钢轨
JP4214043B2 (ja) 耐摩耗性および延性に優れた高炭素鋼レールの製造方法
JP4267334B2 (ja) 高炭素鋼パーライトレールの熱処理方法
JP3950212B2 (ja) 耐摩耗性に優れた高強度パーライト系レールの製造法
JP4355200B2 (ja) 耐摩耗性および延性に優れた高炭素鋼レールの製造方法
JPH09137228A (ja) 耐摩耗性に優れたパーライト系レールの製造法
RU2780617C1 (ru) Рельс
JPH09137227A (ja) 高耐摩耗パーライトレールの製造法
JP2021505772A (ja) 熱処理硬化型高炭素鋼板及びその製造方法
JP2005256022A (ja) 高炭素鋼レールの製造方法
BR112020010509B1 (pt) Método para fabricar um trilho e trilho de aço