РЕЛЬСОВАЯ СТАЛЬ Российский патент 2009 года по МПК C22C38/58 C22C38/54 C22C38/38 C22C38/32 

Описание патента на изобретение RU2365667C1

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

Известны рельсовые перлитные стали [1], содержащие 0,71-0,82% C; 0,75-1,05% Mn; 0,25-0,45% Si; 0,05-0,15% V; не более 0,025% P; не более 0,030% S; не более 0,020% AI.

Существенным недостатком перлитных рельсовых сталей являются ограниченные их возможности в достижении твердости на рельсах более 400 HB при закалке в интервале температур перлитного превращения.

Известна также рельсовая сталь, выбранная в качестве прототипа, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, алюминий, азот и дополнительно содержащая один или несколько элементов, выбранных из группы, включающей РЗМ, цирконий, кальций и барий при следующем соотношении компонентов, вес.%: 0,32-0,42% C, 0,17-0,37% Si, 0,25-0,55% Mn, 1,8-2,4% Cr, 0,09-0,15% V, 0,02-0,06% AI, 0,02-0,04% N, один или несколько элементов, выбранных из группы, содержащей редкоземельные металлы 0,0005-0,1%; цирконий 0,005-0,1%; кальций 0,005-0,05%; барий 0,005-0,2%; железо остальное [2].

Существенными недостатками стали является неравномерная твердость металла по сечению рельса, а также недостаточный уровень пластичности и ударной вязкости.

Желаемым техническим результатом изобретения является достижение сбалансированного комплекса механических свойств стали и повышение эксплуатационной стойкости рельсов.

Для достижения этого сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, алюминий, азот, молибден, никель, железо и один или несколько элементов, выбранных из группы, включающей РЗМ, цирконий, стронций, кальций, барий, дополнительно содержит бор и один из элементов, выбранных из группы, включающей ниобий и титан, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,25-0,37 кремний от 0,90 до менее 1,00 марганец от более 1,29 до менее 1,50 хром 1,00-1,40 ванадий 0,08-0,15 алюминий не более 0,005 азот 0,012-0,020 молибден от 0,10 до менее 0,20 никель 0,01-0,30 бор 0,0003-0,002

Один или несколько элементов, выбранных из группы, включающей РЗМ, цирконий, стронций, кальций, барий:

РЗМ 0,0005-0,005 цирконий 0,0005-0,005 стронций 0,0005-0,005 кальций 0,0005-0,005 барий 0,0005-0,005

Один из элементов, выбранных из группы, включающей ниобий, титан:

ниобий 0,003-0,05 титан 0,001-0,02 железо и примеси остальное,

при этом в качестве примесей сталь содержит серу не более 0,015, фосфор не более 0, 020, медь не более 0,20.

Заявляемый химический состав определен исходя из следующих условии.

Соотношение углерода 0,25-0,37% выбрано исходя из получения игольчатого бейнита по всему сечению рельса. При содержании менее 0,25% возрастает вероятность образования верхнего бейнита, характеризующегося низкой твердостью, пластичностью и ударной вязкостью. При содержании углерода более 0,37% возрастает вероятность образования мартенсита в подошве рельсов, характеризующегося высокой твердостью и хрупкостью.

Марганец, хром и молибден в выбранных соотношениях увеличивают устойчивость переохлажденного аустенита, обеспечивая получение нижнего бейнита, имеющего высокую прочность и вязкость.

При содержании марганца менее 1,29%, хрома менее 1,00% и молибдена менее 0,10% не обеспечивается требуемая для получения тонкодисперсной структуры бейнита степень устойчивости переохлажденного аустенита. При содержании марганца более 1,50%, хрома более 1,40% и молибдена более 0,20% возрастает вероятность образования мартенситной структуры, сообщающей рельсу повышенную твердость и хрупкость.

При выбранных концентрационных пределах углерода, марганца, хрома, молибдена содержание кремния в пределах 0,90-1,00% является наиболее оптимальным, оно повышает пределы текучести и прочности, увеличивает прокаливаемость стали. При снижении концентрации кремния менее 0,90% значительно снижаются данные характеристики. При содержании кремния в стали более 1,00% также возрастает вероятность образования твердой и хрупкой структурной составляющей - мартенсита.

Молибден в выбранных пределах увеличивает прокаливаемость, растворимость азота в железе, сопротивление отпуску. Увеличение его концентрации более 0,20% уменьшает предельную скорость охлаждения.

Ванадий связывает азот в прочные химические соединения (нитриды, карбонитриды), которые измельчают зерно аустенита, что обеспечивает повышение прочности (упрочнение дисперсными частицами). Однако без использования азота ванадий снижает вязкость и увеличивает хладноломкость бейнитной стали. Добавки ванадия, алюминия, азота обеспечивают высокую сопротивляемость хрупкому разрушению, повышают хладостойкость стали за счет измельчения зерна образующимися нитридами и карбонитридами. Исходя из этого, оптимальными значениями для ванадия являются его содержание более 0,08%. Верхний предел концентрации ванадия выбран исходя из экономических соображений. Концентрация азота менее 0,012% не обеспечивает требуемое карбонитридное упрочнение. При повышении азота более 0,020% возможны случаи возникновения пятнистой ликвации и «азотного кипения» (пузыри в стали).

Ограничение содержания алюминия до 0,005% обеспечивает отсутствие строчечных включений глинозема, что приводит к увеличению предела усталости, контактно-усталостной прочности рельсов.

Никель в пределах 0,01-0,30% положительно влияет на повышение пластичности и сопротивляемость хрупкому разрушению, увеличивает прокаливаемость стали. При меньшем содержании никеля эффективность его влияния на повышение пластичности заметно снижается, при содержании более 0,30% повышается устойчивость аустенита и кривая превращения сдвигается вправо, что может привести к образованию структуры мартенсита.

Стронций, цирконий, РЗМ, кальций и барий в заявляемых пределах вводятся для модифицирования неметаллических включений: исключается образование «опасных» включений глинозема, повышается чистота стали по оксидным и сульфидным включениям, обеспечивается образование глобулярных включений и исключается образование строчечных включений алюминатов. Это способствует улучшению пластичности и ударной вязкости стали. При меньшем содержании указанных элементов не обеспечивается в полной мере очищение стали от неметаллических включений. Присадки этих элементов сверх заданных пределов приводят к загрязнению металла сложными многофазными включениями, приводящими при эксплуатации рельсов к зарождению контактно-усталостных дефектов.

Ограничение содержания меди, серы и фосфора выбрано исходя из необходимости получения удовлетворительного качества поверхности готовых рельсов после прокатки и механических свойств стали. Наличие в стали серы и фосфора сверх заданных пределов приводит к повышению красно- и хладноломкости стали.

Введение бора в сталь в заявленных пределах предотвращает образование в стали структурно свободного феррита, что благоприятно сказывается на твердости и прочностных характеристиках рельсов. При большем содержании бора возрастает вероятность образования боридной эвтектики, отрицательно сказывающейся на свойствах стали. При содержании бора менее 0,0003% эффективность его влияния на структурообразование снижается.

Выбранное содержание ниобия и титана способствует измельчению зерна стали за счет образования устойчивых карбонитридов и нитридов, тем самым способствуя повышению прочностных и вязкостных свойств стали. При меньшем содержании указанных элементов измельчения зерна не достигается. При содержании ниобия более 0,05%, а титана более 0,02% доля азота в карбонитридной фазе уменьшается, а углерода возрастает. Это приводит к повышению прочности и снижению ударной вязкости стали.

Серия опытных плавок была выплавлена в дуговых электросталеплавильных печах ДСП-100И7. Химический состав опытных плавок приведен в табл.1. После разливки стали на МНЛЗ осуществляли прокатку железнодорожных рельсов типа Р65. Результаты испытаний механических свойств (табл.2) показывают, что заявляемый химический состав рельсовой стали обеспечивает сбалансированный комплекс механических свойств и твердости стали, что, в свою очередь, увеличивает эксплуатационную стойкость железнодорожных рельсов.

Источники информации

1. ГОСТР 51685-2000 «Рельсы железнодорожные. Общие технические условия».

2. А.с. №603689, МПК5 C22C 38/24.

Похожие патенты RU2365667C1

название год авторы номер документа
РЕЛЬСОВАЯ СТАЛЬ 2008
  • Юрьев Алексей Борисович
  • Годик Леонид Александрович
  • Козырев Николай Анатольевич
  • Корнева Лариса Викторовна
RU2365666C1
РЕЛЬСОВАЯ СТАЛЬ 2008
  • Павлов Вячеслав Владимирович
  • Юрьев Алексей Борисович
  • Годик Леонид Александрович
  • Козырев Николай Анатольевич
  • Корнева Лариса Викторовна
RU2368694C1
РЕЛЬСОВАЯ СТАЛЬ 2005
  • Ворожищев Владимир Иванович
  • Павлов Вячеслав Владимирович
  • Девяткин Юрий Дмитриевич
  • Пятайкин Евгений Михайлович
  • Годик Леонид Александрович
  • Могильный Виктор Васильевич
  • Дементьев Валерий Петрович
  • Козырев Николай Анатольевич
  • Шур Евгений Авелевич
  • Тиммерман Наталья Николаевна
  • Гаврилов Владимир Васильевич
  • Никитин Сергей Валентинович
  • Михайлов Алексей Сергеевич
  • Горкавенко Виктор Васильевич
  • Бойков Дмитрий Владимирович
RU2295587C1
РЕЛЬСОВАЯ СТАЛЬ 2008
  • Дементьев Валерий Петрович
  • Черняк Саул Самуилович
  • Корнева Лариса Викторовна
  • Хоменко Андрей Павлович
  • Алексеев Николай Терентьевич
  • Серпиянов Алексей Иванович
RU2397271C2
Экономнолегированная хладостойкая высокопрочная сталь 2020
  • Мирзоян Генрих Сергеевич
  • Володин Алексей Михайлович
  • Дегтярев Александр Федорович
  • Скоробогатых Владимир Николаевич
RU2746599C1
ХЛАДОСТОЙКАЯ СТАЛЬ 2017
  • Марков Сергей Иванович
  • Дуб Владимир Семенович
  • Баликоев Алан Георгиевич
  • Орлов Виктор Валерьевич
  • Косырев Константин Львович
  • Лебедев Андрей Геннадьевич
  • Петин Михаил Михайлович
RU2648426C1
ВЫСОКОПРОЧНАЯ ИЗНОСОСТОЙКАЯ СТАЛЬ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН (ВАРИАНТЫ) 2015
  • Хлусова Елена Игоревна
  • Голосиенко Сергей Анатольевич
  • Рябов Вячеслав Викторович
  • Сошина Татьяна Викторовна
  • Зисман Александр Абрамович
  • Орлов Виктор Валерьевич
  • Беляев Виталий Анатольевич
  • Шумилов Евгений Алексеевич
RU2606825C1
СТАЛЬ 1993
  • Парамонов В.С.
  • Желтова Н.Ф.
  • Голуб Е.И.
  • Пекарский М.М.
  • Шаврин Б.Н.
  • Бондарь В.Б.
RU2038409C1
РЕЛЬСОВАЯ СТАЛЬ 2009
  • Юрьев Алексей Борисович
  • Мухатдинов Насибулла Хадиатович
  • Степашин Андрей Михайлович
  • Козырев Николай Анатольевич
  • Корнева Лариса Викторовна
  • Никулина Алевтина Леонидовна
  • Бойков Дмитрий Владимирович
RU2410462C1
РЕЛЬСОВАЯ СТАЛЬ 2004
  • Черняк С.С.
  • Дементьев В.П.
  • Оржех М.Б.
  • Ворожищев В.И.
  • Козырев Н.А.
  • Войлошников В.Д.
  • Алексеев Н.Т.
  • Хоменко А.П.
  • Тужилина Л.В.
RU2256000C1

Реферат патента 2009 года РЕЛЬСОВАЯ СТАЛЬ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству стали для железнодорожных рельсов. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, алюминий, азот, молибден, никель, бор, один из элементов, выбранных из группы, включающей ниобий и титан, один или несколько элементов, выбранных из группы, включающей РЗМ, цирконий, стронций, кальций и барий, железо и примеси, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,25-0,37, кремний от 0,90 до менее 1,0, марганец от более 1,29 до менее 1,50, хром 1,00-1,40, ванадий 0,08-0,15, алюминий не более 0,005, азот 0,012-0,020, молибден от 0,10 до менее 0,20, никель 0,01-0,30, бор 0,0003-0,002, один или несколько элементов, выбранных из группы, включающей РЗМ, цирконий, стронций, кальций и барий в количестве 0,0005-0,005 каждого, один из элементов, выбранных из группы, включающей ниобий и титан: ниобий 0,003-0,05, титан 0,001-0,02, железо и примеси остальное. В качестве примесей сталь содержит серу не более 0,015, фосфор не более 0,020, медь не более 0,20. Обеспечивается сбалансированный комплекс механических свойств стали и повышается эксплуатационная стойкость рельсов. 2 табл.

Формула изобретения RU 2 365 667 C1

Рельсовая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, алюминий, азот, молибден, никель, один или несколько элементов, выбранных из группы, включающей РЗМ, цирконий, стронций, кальций и барий, железо и примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит бор и один из элементов, выбранных из группы, включающей ниобий и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,25-0,37 кремний от 0,90 до менее 1,0 марганец от более 1,29 до менее 1,50 хром 1,00-1,40 ванадий 0,08-0,15 алюминий не более 0,005 азот 0,012-0,020 молибден от 0,10 до менее 0,20 никель 0,01-0,30 бор 0,0003-0,002


один или несколько элементов, выбранных из группы, включающей РЗМ, цирконий, стронций, кальций, барий:
РЗМ 0,0005-0,005 цирконий 0,0005-0,005 стронций 0,0005-0,005 кальций 0,0005-0,005 барий 0,0005-0,005

один из элементов, выбранных из группы, включающей ниобий и титан:
ниобий 0,003-0,05 титан 0,001-0,02 железо и примеси остальное,

при этом в качестве примесей сталь содержит серу не более 0,015, фосфор не более 0,020, медь не более 0,20.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2365667C1

RU 2005125282 A, 10.05.2007
РЕЛЬСОВАЯ СТАЛЬ 2003
  • Ворожищев В.И.
  • Павлов В.В.
  • Шур Е.А.
  • Девяткин Ю.Д.
  • Пятайкин Е.М.
  • Козырев Н.А.
  • Никитин С.В.
  • Корнева Л.В.
RU2241779C1
РЕЛЬСЫ ИЗ БЕЙНИТНОЙ СТАЛИ С ВЫСОКИМИ СОПРОТИВЛЕНИЕМ УСТАЛОСТНОМУ РАЗРУШЕНИЮ ПОВЕРХНОСТИ И ИЗНОСОСТОЙКОСТЬЮ 1999
  • Уеда Масахару
  • Утино Коуити
  • Ивано Кацуя
  • Кобаяси Акира
RU2194776C2
Устройство двукратного усилителя с катодными лампами 1920
  • Шенфер К.И.
SU55A1
ЩИТОВОЙ ДЛЯ ВОДОЕМОВ ЗАТВОР 1922
  • Гебель В.Г.
SU2000A1
ЩИТОВОЙ ДЛЯ ВОДОЕМОВ ЗАТВОР 1922
  • Гебель В.Г.
SU2000A1
Походная разборная печь для варки пищи и печения хлеба 1920
  • Богач Б.И.
SU11A1
Походная разборная печь для варки пищи и печения хлеба 1920
  • Богач Б.И.
SU11A1
Фрикционная прогрессивная передача 1940
  • Светозаров В.А.
SU80110A1

RU 2 365 667 C1

Авторы

Юрьев Алексей Борисович

Годик Леонид Александрович

Козырев Николай Анатольевич

Корнева Лариса Викторовна

Даты

2009-08-27Публикация

2008-01-09Подача