РЕЛЬСОВАЯ СТАЛЬ Российский патент 2007 года по МПК C22C38/24 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов.

Известна выбранная в качестве прототипа рельсовая сталь [1], содержащая (в мас.%):

углерод0,62-0,84марганец0,8-1,3кремний0,2-1,0хром0,6-1,5алюминий0,02-0,05ванадий0,03-0,12кальций0,001-0,05железоостальное

Существенным недостатком данной стали является низкая эксплуатационная стойкость, обусловленная пониженным комплексом физико-механических свойств.

Известна также рельсовая сталь марки Э76Ф [2], содержащая (в мас.%):

углерод0,71-0,82марганец0,75-1,05кремний0,25-0,45ванадий0,03-0,15хромне более 0,15никельне более 0,15медьне более 0,15железоостальное

Существенным недостатком данной стали является низкая стойкость железнодорожных рельсов без термической обработки и необходимость термообработки стали для повышения эксплуатационных свойств.

Известна также рельсовая сталь [3], содержащая углерод, кремний, марганец, хром, вольфрам, церий и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения усталостной и хрупкой прочности, она дополнительно содержит алюминий, бор и лантан при следующем соотношении компонентов, вес.%:

углерод0,6-0,8кремний0,5-1,3марганец0,5-1,0хром0,5-1,0вольфрам0,5-1,0церий0,003-0,15алюминий0,03-0,05бор0,002-0,007лантан0,003-0,1железоостальное

Существенным недостатком данной стали является ее высокая стоимость из-за содержания вольфрама и лантана, а также (в связи с содержанием церия) загрязненность неметаллическими включениями так называемая цериевая краевая неоднородность.

Желаемым техническим результатом изобретения является повышение комплекса физико-механических свойств и эксплуатационной стойкости.

Для достижения этого рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, алюминий, ванадий, кальций и железо, дополнительно содержит азот, никель, барий и стронций при следующем соотношении компонентов (в мас.%):

углерод0,71-0,82марганец0,75-1,10кремний0,40-0,60хром0,70-1,20алюминийне более 0,005ванадий0,05-0,15кальций0,0001-0,005азот0,005-0,020никель0,03-0,20барий0,0001-0,005стронций0,0001-0,005железоостальное

при этом в качестве примесей сталь может содержать серу не более 0,020%, фосфора не более 0,025%, меди не более 0,15%.

Заявляемый химический состав стали подобран исходя из следующих предпосылок:

Увеличение кремния до 0,60% повышает пределы текучести и прочности, при снижении кремния менее 0,40% наблюдается резкое снижение данных параметров.

Концентрация хрома выбрана исходя из обеспечения высокого сопротивления износу и высоких прочностных свойств, при этом снижение концентрации хрома менее 0,70% не позволяет обеспечить требуемую стойкость рельсов в пути, а при повышении концентрации более 1,20% значительно возрастает стоимость стали при постоянных прочностных свойствах стали.

Содержание алюминия выбрано исходя, с одной стороны, из получения мелкого действительного зерна, с другой - исключения получения недопустимых глиноземистых неметаллических включений.

Концентрация марганца в выбранных пределах обеспечивает достаточную износостойкость рельсов.

Введение азота позволяет получить измельченное зерно аустенита, что обеспечивает повышение прочностных свойств и увеличение сопротивляемости хрупкому разрушению. Наличие ванадия при этом позволяет добиваться необходимой растворимости азота в соединениях. При наличии азота менее 0,005% невозможно измельчение зерна и соответственно не обеспечивается необходимое упрочнение стали, а более 0,020% приводит к получению нерастворившегося азота и возможного образования недопустимых пузырей в стали. Выбранное содержание и соотношение азота и ванадия обеспечивает получение требуемой ударной вязкости (в том числе и при отрицательных температурах) за счет карбонитридного упрочнения.

Концентрация никеля более 0,20% повышает вероятность получения недопустимых микроструктур, а снижение концентрации менее 0,03% снижает ударную вязкость стали.

Дополнительное введение бария и стронция позволяет модифицировать источники концентраторов напряжений - неметаллические включения, исключить образование «опасных» включений глинозема, повысить чистоту стали по оксидным и сульфидным включениям, обеспечить образование глобулярных включений и исключить образование строчечных включений алюминатов. При введении более 0,005% бария и стронция в сталь возможно получение барий- и стронцийсодержащих неметаллических включений, снижающих механические свойства стали.

Ограничение концентрации фосфора, серы и меди обусловлено улучшением качества поверхности готовой продукции после прокатки и повышения ее физико-механических свойств.

Серия опытных плавок была выплавлена в дуговых печах ДСП-100И7. Химический состав приведен в таблице 1. После разливки стали на МНЛЗ осуществляли прокатку железнодорожных рельсов типа Р65. После прокатки рельсов термообработка не проводилась. Результаты испытаний механических свойств в горячекатанном состоянии в сравнении со сталью-прототипом, представленные в таблице 2, показывают, что заявляемый химический состав обеспечивает повышение механических свойств рельсовой стали, что в свою очередь увеличивает эксплуатационную стойкость железнодорожных рельсов.

Источники информации

1. Патент РФ №819208, С 22 С 38/24.

2. ГОСТ Р 51685-2000 «Рельсы железнодорожные. Общие технические условия».

3. Патент РФ №522265, С 22 С 38/22.

Таблица 1
Химический состав сталиСоставСMnSiCrAlVСаNNiВаSrSРCuFe10,710,750,410,700,0010,050,00010,0050,030,00010,00010,0080,0150,15ост20,780,820,440,740,0030,080,0020,0150,160,00050,0030,0080,0080,05ост30,730,920,490,820,0050,120,0030,0100,090,0030,0040,0030,0100,06ост40,800,980,540,980,0020,100,0030,0150,200,0040,0050,0050,0090,13ост50,751,010,581,160,0050,150,0050,0180,150,0050,0040,0040,0180,06ост60,821,100,601,200,0050,150,0050,0200,180,0050,0050,0070,0200,08остпрототип0,62-0,840,8-1,30,2-1,00,6-1,50,02-0,050,03-0,120,001-0,05----0,0200,0250,12остЭ76Ф по ГОСТ Р 5168520000,71-0,820,75-1,050,25-0,45≤0,15≤0,0200,03-0,15  ≤0,15  ≤0,030≤0,025≤0,15ост

Таблица 2
Механические свойства сталиСоставПредел текучести,
Н/мм²Предел прочности,
Н/мм²Относительное удлинение, %Относительное сужение, %KCU ударная вязкость, Дж/см²+20°С-60°С11200157014320,380,3821210168015350,470,3431210155014340,430,3641210175516360,480,3651220170014330,460,3961100150018350,400,37прототип880-12001490-1720н.д22-280,16-0,27н.д

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов. Предложена рельсовая сталь. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,71-0,82, марганец 0,75-1,10, кремний 0,40-0,60, хром 0,70-1,20, алюминий не более 0,005, ванадий 0,05-0,15, кальций 0,0001-0,005, азот 0,005-0,015, никель 0,03-0,20, барий 0,0001-0,005, стронций 0,0001-0,005, железо - остальное, при этом в качестве примесей сталь может содержать серу не более 0,020%, фосфора не более 0,025%, меди не более 0,15%. Техническим результатом изобретения является повышение комплекса физико-механических свойств и эксплуатационной стойкости. 2 табл.

Рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, алюминий, ванадий, кальций и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит азот, никель, барий и стронций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод0,71-0,82Марганец0,75-1,10Кремний0,40-0,60Хром0,70-1,20АлюминийНе более 0,005Ванадий0,05-0,15Кальций0,0001-0,005Азот0,005-0,020Никель0,03-0,20Барий0,0001-0,005Стронций0,0001-0,005ЖелезоОстальное

при этом в качестве примесей сталь может содержать серу не более 0,020%, фосфора не более 0,025%, меди не более 0,15%.