РЕЛЬСОВАЯ СТАЛЬ Российский патент 2011 года по МПК C22C38/24 C22C38/46 

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

Известна также рельсовая сталь марки М73В [1], содержащая (в мас.%):

углерод 0,67-0,78 марганец 0,75-1,05 кремний 0,18-0,45 ванадий 0,03-0,05 хром не более 0,15 никель не более 0,15 медь не более 0,15 железо остальное

Существенным недостатком данной стали является низкая стойкость остряковых рельсов без термической обработки и необходимость термообработки стали для повышения эксплуатационных свойств. Известная, выбранная в качестве прототипа рельсовая сталь [2], содержащая (в мас.%):

углерод 0,62-0,84 марганец 0,8-1,3 кремний 0,2-1,0 хром 0,6-1,5 алюминий 0,02-0,05 ванадий 0,03-0,12 кальций 0,001-0,05 железо остальное

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

Известная 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.%;

углерод 0,6-0,8 кремний 0,5-1,3 марганец 0,5-1,0 хром 0,5-1,0 вольфрам 0,5-1,0 церий 0,003-0,15 алюминий 0,03-0,05 бор 0,002-0,007 лантан 0,003-0,1 железо остальное

Существенным недостатком данной стали является ее высокая стоимость из-за содержания вольфрама и лантанта, 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, железо и примеси, дополнительно содержит азот, никель, барий и стронций при следующем соотношении компонентов (в мас.%):

углерод 0,60-0,80 марганец 0,75-1,10 кремний 0,30-0,60 хром 0,35-0,60 алюминий не более 0,005 ванадий 0,05-0,15 кальций 0,0001-0,005 азот 0,005-0,020 никель 0,03-0,20 барий 0,0001-0,005 стронций 0,0001-0,005 железо и примеси остальное,

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 0,30% наблюдается резкое снижение данных параметров.

Концентрация хрома выбрана исходя из обеспечения высокого сопротивления износу и высоких прочностных свойств, при этом снижение концентрации хрома менее 0,30% не позволяет обеспечить требуемую стойкость рельсов в пути, а при повышении концентрации более 0,60% значительно возрастает стоимость стали при постоянных прочностных свойствах стали.

Содержание алюминия выбрано исходя, с одной стороны, 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 измельчения 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 ОР65. После прокатки рельсов термообработка не проводилась. Результаты испытаний механических свойств в горячекатаном состоянии в сравнении с рельсовой сталью М73 В, представленные в таблице 2, показывают, что заявляемый химический состав обеспечивает повышение механических свойств рельсовой стали, что в свою очередь увеличивает эксплуатационную стойкость остряковых рельсов.

Источники информации

1. Патент РФ №819208, С22С 38/24;

2. ГОСТ 9960-85 «Остряковые рельсы. Технические условия»

3. Патент РФ №522265, С22С 38/22.

Таблица 1 Химический состав стали Состав С Mn Si Cr Al V Са N Ni Ва Sr S Р Cu Fe 1 0,71 0,75 0,41 0,60 0,001 0,05 0,0001 0,005 0,03 0,0001 0,0001 0,008 0,015 0,15 ост 2 0,78 0,82 0,44 0,55 0,003 0,08 0,002 0,015 0,16 0,0005 0,003 0,008 0,008 0,05 ост 3 0,73 0,92 0,49 0,40 0,005 0,12 0,003 0,010 0,09 0,003 0,004 0,003 0,010 0,06 ост 4 0,80 0,98 0,54 0,45 0,002 0,10 0,003 0,015 0,20 0,004 0,005 0,005 0,009 0,13 ост 5 0,75 1,01 0,58 0,35 0,005 0,15 0,005 0,018 0,15 0,005 0,004 0,004 0,018 0,06 ост 6 0,69 1,10 0,60 0,55 0,005 0,15 0,005 0,020 0,18 0,005 0,005 0,007 0,020 0,08 ост прототип 0,62-0,84 0,8-1,3 0,2-1,0 0,6-1,5 0,02-0,05 0,03-0,12 0,001-0,05 - - - - 0,020 0,025 0,12 ост М73В по ГОСТ 9960-85 0,67-0,78 0,75-1,05 0,18-0,45 ≤0,15 - 0,03-0,05 -0 - <0,15 - - ≤0,040 ≤0,035 ≤0,15 ост

Таблица 2 Механические свойства стали Состав Предел текучести, Н/мм² Предел прочности, Н/мм² Относительное удлинение, % Относительное
сужение, % KCU ударная вязкость, Дж/см² +20°С -60°С 1 900 1490 13 33 0,38 0,38 2 1100 1680 15 34 0,47 0,34 3 1210 1750 14 34 0,43 0,36 4 980 1495 16 36 0,48 0,36 5 1220 1700 14 33 0,46 0,39 6 1100 1600 15 35 0,40 0,37 прототип 880-1200 1490-1720 н.д 22-28 0,16-0,27 н.д

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления остряковых рельсов. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, хром, алюминий, ванадий, кальций, азот, никель, барий, стронций, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,60-0,80, марганец 0,75-1,10, кремний 0,30-0,60, хром 0,35-0,60, алюминий не более 0,005, ванадий 0,05-0,15, кальций 0,0001-0,005, азот 0,005-0,020, никель 0,03-0,20, барий 0,0001-0,005, стронций 0,0001-0,005, железо и примеси остальное. В качестве примесей сталь содержит серу не более 0,020%, фосфор не более 0,025% и медь не более 0,15%. Повышается комплекс физико-механических свойств и эксплуатационной стойкости остряковых рельсов. 2 табл.

Рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, алюминий, ванадий, кальций и железо и примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит азот, никель, барий и стронций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,60-0,80 марганец 0,75-1,10 кремний 0,30-0,60 хром 0,35-0,60 алюминий не более 0,005 ванадий 0,05-0,15 кальций 0,0001-0,005 азот 0,005-0,020 никель 0,03-0,20 барий 0,0001-0,005 стронций 0,0001-0,005 железо и примеси остальное