Рельсовая сталь Советский патент 1992 года по МПК C22C38/12 

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для использования преимущественно в сталеплавильном производстве при выплавке стали для железнодорожных рельсов.

Известна выбранная в качестве прототипа рельсовая сталь 1, содержащая, мас.%: ,

Углерод

Кремний

Марганец

Ванадий

Азот

Титан

Медь

Бор

Железо

0.51... 0.18... 0.50... 0.01 ... 0,003 , 0.005, 0,05... 0,0005

0,82 0,80 1,30 0,05 ,. 0,008 ,. 0.06 0.40 ... 0.003

Остальное Причем содержание бора составляет 0,003-0,012 содержания меди. -Существенными недостатками данного прототипа является то, что нижний предел содержания углерода занижен, что не обеспечивает

прочности эвтектоидной стали. Из-за указанного в прототипе диапазона кремния невозможно получить желаемую твердость рельсов. Недостатком прототипа является и то, что содержание титана в стали колеблется в широких пределах. Это приводит к зна- чительным колебаниям показателей механических свойств рельсов, особенно это отражается на ударной вязкости. Из производственного опыта известно, что при содержании в рельсовой стали титана более 0,030% ударная вязкость понижается. К тому же бор, содержащийся в стали, повышая прочность, одновременно снижает пластичность и вязкость.

Целью изобретения является повышение механических свойств и ударной вязкости рельсовой стали.

Для достижения указанной цели рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, азот, бор и железо дополнительно содержит ниобий при соотVIVI

Ј 00

о

со

ношении --- 2,16 ... 7,50 и при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод0,69 ... 0,80

Марганец0,50... 1,30

Кремний0,18...0,40

Ванадий0,01 ... 0,05

Азот0,006 ... 0,015

Бор0,0003 ... 0,0015

Ниобий0,003 ... 0,010

Железо Остальное

Ниобий, присаживаемый в сталь в количестве 0,003 ... 0,010 %, создает условия для образования исключительно мелкого зерна, не внося в сталь нежелательных оксидных включений, т.к. обладает малой раскисли- тельной способностью. К тому же в заявляемой стали содержится необходимое количество углерода (0,69 ... 0.80), азота (0.006 ... 0.015 %), ванадия (0,01 „. 0,05 %) и ниобия (0,003 ... 0,010 %) дпя образования карбидонитридов ванадия и ниобия, которые в процессе нагрева выше критических точек являются зародышами при образовании новых зерен аустенита, и повышая тем самым предел текучести металла, уменьшают склонность металла к хрупким разрушениям. Комплексное легирование стали бором и ниобием оказывает упрочняющее действие.

Проведенный анализ заявляемой рельсовой стали свидетельствует, что положительный эффект при осуществлении изобретения будет получен благодаря вводу в рельсовую сталь 0,003 ... 0,01 % ниобия и осущеV+Nb

ствления соотношения

N

2,16

7.50. т.к при выполнении этих условий достигаются высокие механические свойства и ударная вязкость термообработанной стали

Для определения механических свойств и ударной вязкости было выплавлено 8 сталей с граничными оптимальными и с выходящими за граничные соотношениями ингредиентов, а также 2 стали с соотношеV + Nb

выходящим за граничные

нием

N

росиликомарганецалюминий и ферромарганец из расчета получения среднезадан- ного содержания марганца, затем через 3... 5 мин вводили силикованадий производства

Кузнецкого завода ферросплавов из расчета ввода 150 ... 300 г ванадия па 1 т стали и феррониобий из расчета ввода 40 ... 120 г ниобия на 1 т стали. Для регулирования содержания азота в металле в печь вводили

азотированный феррованадий в количестве 100 ,.. 300 г/т. Продолжительность раскисления составила 15 ... 20 мин, При раскислении заявляемой стали во время выпуска плавки в ковш равномерно присаживали силикокальций из расчета ввода 450 ... 700 г кальция на 1 т стали и ферробор из расчета ввода 6 ... 30 г бора на 1 т стали. При раскислении же стали-прототипа в печь вместо феррониобия вводили медь из расчета ввода 1,5 кг меди на 1 т стали, в ковш-ферроти- тан из расчета ввода 300 г титана на 1 т стали.

Химический состав полученных сталей приведен в табл. 1.

Металл разлили в слитки массой 8,5 т и прокатали на рельсы Р65.

В табл. 2 приведены результаты испытаний полученных сталей.

Как показали данные приведенных исследований лучшие результаты имеют стали 1,2,3.5,7.

Согласно данных проведенных испытаний заявляемое изобретение в сравнении с прототипом обладают следующими преимуществами:

а)повышаются механические свойства стали:

-предел текучести в среднем на 20 Н/мм2;

- относительное удлинение в среднем на 2,2%;

-временное сопротивление на разрыв в среднем на 52,5 Н/мм2;

-относительное сужение в среднем на 2.5 %:

б)увеличивается ударная вязкость в среднем на 0,08 МДж/м2.

Изобретение относится к черной металлургии. Предлагаемая рельсовая сталь содержит, мас.%: 0,69-0,8 С; 0,5-1,3 Мп; 0,18-0,40 Si; 0.01-0,05 V; 0.006-0,015 N; 0,0003-0,0015 В; 0,003-0,01 Mb и остальное - железо. При этом отношение суммы содержаний ниобия и ванадия к азоту составляет 2,16-7,5. Предлагаемая сталь имеет повышенные механические свойства и ударную вязкость. 2 табл.

пределы.

Для обеспечения сопоставительного анализа с прототипом была также выплавлена сталь с известным оптимальным соотношением ингредиентов.

Сталь выплавляли в 400-тонной мартеновской печи Кузнецкого металлургического комбината в соответствии с существующей технологической инструкцией. Раскисление металла производили по следующей технологии. В печь при температуре металла 1575 1585°С вводили ферФормула изобретения

Рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий, азот, бор и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения механических свойств и ударной вязкости, она дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод0,69-0,80:

Марганец0.50-1,30:

Кремний0.18-0,40

0,01-0,05;

0,006-0,015;

0,0003-0,0015;

0,003-0.01;

Свойства предлагаемой и известной сталей

Железоостальное,

причем отношение суммы содержаний ниобия и ванадия к азоту (V + Nb): N составляет 2,16-7,50.

Таблица 1

Таблица 2