СТАЛЬ ДЛЯ МОНОРЕЛЬСОВ ШАХТНЫХ МОНОРЕЛЬСОВЫХ ДОРОГ Российский патент 2008 года по МПК C22C38/46 C22C38/24 C22C38/12 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой для производства монорельсов шахтных монорельсовых дорог. Известна сталь Ст5Гпс [1], содержащая (в мас. %):

углерод0,22-0,30марганец0,80-1,20кремний0,05-0,15медьдо 0,40хромдо 0,35никельдо 0,35серане более 0,050фосфорне более 0,050железоостальное

Существенными недостатками данной стали являются низкие прочностные свойства и ударная вязкость стали, а также связанная с этим низкая эксплуатационная стойкость профилей, изготовленных из данной стали. Известна выбранная в качестве прототипа сталь Ст5пс [1], содержащая (в мас. %):

углерод0,28-0,37марганец0,50-0,80кремний0,05-0,15серане более 0,050фосфорне более 0,040железоостальное

Существенными недостатками данной стали являются низкие механические свойства и низкая эксплуатационная стойкость монорельса для шахтных монорельсовых дорог, изготовленных из данной стали.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются повышение эксплуатационной стойкости и механических свойств монорельса для шахтных монорельсовых дорог.

Для достижения этого сталь для монорельсов шахтных монорельсовых дорог, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, железо и в качестве примесей серу и фосфор, дополнительно содержит ванадий, алюминий и азот при следующем соотношении компонентов (в мас.%):

углерод0,21-0,37марганец0,80-0,90кремний0,05-0,15хром0,05-0,20никель0,05-0,20медь0,03-0,20алюминий0,005-0,030ванадий0,01-0,06азот0,005-0,025железоостальное,

при этом примеси содержатся в следующих количествах: сера - не более 0,020%, фосфор - не более 0,025%.

Заявляемый химический состав стали подобран исходя из следующих предпосылок.

Содержание углерода выбрано исходя из обеспечения достаточных прочностных свойств стали. При концентрации его в стали менее 0,21% предел текучести и временное сопротивление разрыву снижаются, а при увеличении концентрации углерода более 0,37% значения указанных характеристик превышают допустимые пределы.

Соотношение марганца выбрано исходя из того, что при содержании марганца до 0,90% обеспечивается повышение прочностных характеристик, ударной вязкости и хладостойкости, а также сопротивляемости стали трещинообразованию. Нижний предел выбран исходя из того, что марганец при содержании менее 0,80% не обеспечивает требуемый предел прочностных характеристик.

Кремний в заявляемых пределах обеспечивает повышение относительного удлинения и ударной вязкости. При концентрации кремния менее 0,05% не обеспечивается требуемая раскисленность стали, что приводит к увеличению брака по поверхностным дефектам. При содержании кремния более 0,15% повышается прочность феррита, тем самым снижаются пластические свойства и ударная вязкость стали.

Хром, никель и медь в заданных пределах обеспечивают прочностные характеристики стали. При меньшем содержании указанных элементов в сочетании с выбранными концентрационными пределами углерода, марганца и кремния не достигается требуемое соотношение пределов текучести и временного сопротивления разрыву. Увеличение концентрации хрома, никеля и меди в стали более 0,20% приводит к значительному снижению пластических свойств и ударной вязкости, способствует повышению чувствительности стали к старению.

Содержание алюминия (0,005-0,030%) выбрано исходя, с одной стороны, из необходимости получения мелкого действительного зерна, с другой, из исключения образования недопустимых глиноземистых неметаллических включений, приводящих к образованию усталостных трещин при эксплуатации монорельса.

Содержание ванадия в заданных пределах обеспечивает связывание азота в необходимое количество труднорастворимых нитридов, способствующих образованию мелкого зерна аустенита, обеспечивая тем самым получение мелкозернистой структуры и, как следствие, повышение хладостойкости и ударной вязкости как при комнатной температуре, так и после механического старения. Введение в сталь ванадия в количестве менее 0,01% не приводит к образованию мелкозернистой структуры и соответственно повышению ударной вязкости. При увеличении содержания ванадия более 0,06% в стали возрастает количество несвязанного в нитриды ванадия, который приводит к упрочнению феррита, тем самым увеличивая склонность стали к хрупкому разрушению.

Концентрация азота менее 0,005% не приводит к образованию нитридов, необходимых для измельчения действительного зерна, и, как следствие, снижает ударную вязкость при положительных и отрицательных температурах. При повышении азота более 0,025% возможны случаи возникновения пятнистой ликвации и образования пузырей в стали в результате «азотного кипения».

Ограничение содержания серы и фосфора выбрано исходя из обеспечения качества поверхности.

Серия опытных плавок с заявляемым химическим составом была выплавлена в дуговых печах ДСП-100Н10. Химический состав приведен в таблице 1. После разливки стали на МНЛЗ осуществляли прокатку монорельса требуемого профиля. Испытания проводили согласно требованиям [2]. Результаты испытаний приведены в таблице 2. Таким образом, заявляемый химический состав обеспечивает повышение эксплуатационной стойкости и механических свойств монорельса для шахтных монорельсовых дорог.

Таблица 1Химический состав стали для монорельсов шахтных монорельсовых дорог, мас.%СоставСSiMnSPCrNiCuAIVNFe10,210,030,820,0050,0150,050,030,050,0050,030,003ост20,250,140,900,0080,0190,100,070,080,0160,040,008ост30,300,100,880,0160,0190,070,090,170,0180,060,010ост40,310,080,850,0050,0280,150,050,120,0060,060,013ост50,270,100,900,0200,0200,090,160,090,0090,050,022ост60,370,150,870,0170,0180,050,200,200,0250,060,025 прототип0,28-0,370,05-0,150,50-0,80≤0,050≤0,040≤0,35≤0,35≤0,40---ост

Таблица 2Механические свойства стали для монорельсов шахтных монорельсовых дорогСоставВременное сопротивление, Н/мм²Предел текучести, Н/мм²Относительное удлинение, %Изгиб до параллельности сторон (а -толщина, d -диаметр оправки)Ударная вязкость, KCU, Дж/см²При
+20°СПри
-20°СПосле механического старения145029030уд15010070250031028уд1005050352037026уд1005560456030029уд1207060557035030уд1207080658032026уд11575100прототип450-590≥285≥20d=3a984949

Источники информации

1. ГОСТ 380-88. «Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки».

2. ГОСТ 535-88. «Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества. Общие технические условия».

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к стали, используемой для производства монорельсов шахтных монорельсовых дорог. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, ванадий, алюминий, азот, железо и в качестве примесей серу и фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,21-0,37, марганец 0,80-0,90, кремний 0,05-0,15, хром 0,05-0,20, никель 0,05-0,20, медь 0,03-0,20, алюминий 0,005-0,030, ванадий 0,01-0,06, азот 0,005-0,025, сера - не более 0,020, фосфор - не более 0,025, железо - остальное. Повышаются эксплуатационная стойкость и механические свойства. 2 табл.

Сталь для монорельсов шахтных монорельсовых дорог, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, железо и в качестве примесей серу и фосфор, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий, алюминий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,21-0,37марганец 0,80-0,90кремний 0,05-0,15хром 0,05-0,20никель 0,05-0,20медь 0,03-0,20алюминий 0,005-0,030ванадий 0,01-0,06азот 0,005-0,025железо остальное,

при этом примеси содержатся в следующих количествах: сера - не более 0,020%, фосфор - не более 0,025%.