Заэвтектоидная рельсовая сталь

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составу заэвтектоидной рельсовой стали. Для повышения временного сопротивления, ударной вязкости и снижения износа рельсов зээвтектоидная рельсовая сталь дополнительно содержит карбиды железа и нитриды алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,83 - 0,87; марганец 0.75 - 1,15: кремний 025 - 0.45; азот 0,004 - 0,011; алюминий 0,004 - 0.02; кальций или магний 0,0025 - 0,015; ванадий 0,01 - 0,10; карбиды железа 9,0 - 12,0; нитриды алюминия 0,005 - 0,018; железо остальное. 2 табл.

Комитет Рассийской Федерации ае патентам и товарным зиакам (19) 3Щ (11) (51) СЗЗСЗЗ И

y<) 504ЭЗа/Ог . (22) 25.05,92 (46) 301133 Бел, Мв 43-44

p3) Нижнетагильский металлургический комбинат (72} Паляничка ВА; Пан АВ„ Шумилин ЕН; Ильин

ВИ„Шур ЕА; Василенко ГЯ; Матвеев В.В„Каримов

ХИ„. Соколов С.Н; Скворцов АВ. . (УЗ) Нйжнетагипьский металлургический комбинат (Я) ЗАЗВТЕКТОИДНАЯ РЕЛЬСОВАЯ СТАЛЬ

- (Я) Изобретение относится к черной металлургии, . в частности к составу заэвтектоидной рельсовой стали. Дпя повышения временного сопротивления, ударной вязкости и снижения износа реъсов заэвтектоидная рельсовая сталь допопнитепыю содержит карбиды железа и нитриды апюминия при спедуккцем соотношении компонентов, мас96: углерод

0,83 — 087; марганец 0,75 — 1,15; кремний 025 —

0,45; азот 0,004 - 0,011; алюминий 0,004 — 0,02", кальций или магний 00025 — 0015; ванадий 0,01—

0,10; карбиды железа 90 — 120; нитриды алюминия

0005 -0018; железо остальное. 2 табл.

2003728

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составу рельсовой стали.

Наиболее качественная сталь, примениемая при производстве рельсов для самых грузонапряженных и трудных участков магистрального пути, имеет следующий химический состав (см, ГОСТ 24182- 80. Рельсы железнодорожные широкой колеи типов

Р75, Р65 и Р50 из мартеновской стали, Технические условия. Изд-во стандартов, 1980, с. 16): 0,71-0,82 % С, 0,75-1,05% Мп, 0,25—

0,45% Sl, 0,03-0,07% V, не более 0,035% Р, не более 0,045, остальное железо и примеси, Недостатком описанного аналога является низкая ударная вязкость нетермообработанных рельсов при положительных . температурах и термоупрочненных при от-

20

50 рицательных температурах, Рельсы имеют сравнительно высокое временное сопро-. тивление, однако в связи с повышением. осевых нагрузок и скорости дви> ения поездов требуется дальнейшее повышение временного сопротивления. Еще одним 25 недостатком рассматри ввемой стал и я an яется сравнительно низкая износостойкость, особенно при эксплуатации рельсов в кривых малого радиуса и на крутых спусках.

Известна также рельсовая сталь(авт, св. 30

CCCP f4 1382872 кл. С 22 С 38/54 1986 опубл. в Б.И. 1988, NЬ 11), содержащая 0,65085% C 0 18 — 04Q% Qi Q 6Q — l 2Q% М . 0.005-0,05% Zr, 0.002-0,02% Са, 0.5-0,20%

Cr, 0,05-0,40% Си, 0,04-0,20% Ni, 0,0005- 35 . 0,003% В, железо остальное, причем отношение  — Cr = 0,003 — 0,06.

Недостатком описанного аналога является низкая ударная вязкость нетермообработанных Рельсов и термоупрочненных при 40 отрицательных температурах, а также низкая износостойкость рельсов в участках со сложными условиями зксплуатации.

Наиболее близкой по технической сущности к.заявляемой является выбранная в 45 качестве прототипа Сталь (авт. св. СССР М

954482, кл, С 22 С 38/12, 38/14, 1980, опубл.

s Б.И. 1982,„N. 32), содержащая: 0,69- 0,82%

С, О,18-0,33 % Sl, 0,75-1,05% Мп. 0,0040 011% й, 0,01-0,04% Al, O,Q025-0,015% Са или Мд, 0,02-0,1% Ч, 0,005-0,03% Tl остальное железо.

К существенным недостаткам прототипа можно отнести сравнительно низкое временное сопротивление нетермообработанпых % (аоО-1020 Н/мм и термоулрочненных (1219-1367 Нlмм ) рельсов. ударная вяакость нетермообработанных (менее 10

Дж/см ) рельсов при т емпературе+20 С и термоупрочненных рельсов при отрицательных температурах (3 — 12 Дж/см при t--40 С), Вследствие высокого содержания алюминия в стали имеют место строчки оксидных включений длиной 1,3 — 2 мм, счижающие эксплуатационную стойкость рельсов. Рельсы. имеют также сравнительно высокий износ, особенно при эксплуатации в сложных участках пути (кривые малых ра- . диусов, крутые спуски и т.п.) вследствие отсутствия регламентации содержания карбидов железа и нитридов алюминия в стали.

Целью изобретения является разработка состава стали, обеспечивающей повышение временного сопротивления, ударной . вязкости и снижения износа рельсов. для решения указанных задач нЗаэвтектоидная рельсовая сталь", содержащая углерод, марганец, кремний, азот, алюминий, кальций или магний, ванадий; железо, имеет в саоеМ составе также карбиды >келза и нитриды алюминия при следующим.соотноше-нии компонентов, мас.%:

Углерод 0,83-0,87

Марганец 0,75 — 1.15

Кремний, 0,25 — 0,46

Азот 0,004 — 0,011 Алюминий 0,004-0,02

Магний или кальций 0,0025-0,015

Ванадий 0,01 — 0,10

Ванадий 0,01 — 0,10

Карбиды железа 9,0-12,0

Нитриды алюминия 0,005-0,018

)Келезо Остальное

Содержание углерода в стали должно быть не ниже 0,83 мас.%, чтобы обеспечить повышение временного сопротивления рельсов и снизить их износ. При превышении содержания углерода в металле 0,8 мас.% по границам зерен образуется цементитная сетка, охрупчивающая металл. В стали повышен верхний предел содержания марганца для повышения временного со- . противления сопротивления рельсов. При превышении содержания марганца 1,15 мас.% ухудшается свариваемость рельсов, Для повышения степени раскисленности стали и временного сопротивления рельсов в стали повышено содержание кремния.

При содержании кремния менее 0,25 мас.% снижается ударная вязкость рельсов и не достигается повышения их временного сопротивления. При превышенил содержания кремния в стали 0,45 мас,% ухудшается их свариваемость. При содержании алюминия в стали менее 0,004 мас,% образуется недостаточно нитридов алюминия (менее 0,005. мас.%) в стали, ухудшается ударная вязкость и повышается износ рельсов. При содержании алюминия в стали более 0,02

Я)03728

5 6 мас,$ в металле образуются строчки глина- 1575 С и расчетного содержания углерода зема,ухудшающиеэксплуатационнуюстой- расплав раскисляли в печи силикамарганкость рельсов, При содержании нитрйдав цем, После выдержки в печи в течение-7 — 10 алюминия в металле более 0,018 мас.$ мин расплав выпускали вдва ковша. После часть их при термообработке рельсов рас- 5 наполнения ковшей на 15-20 вводили полагается по границам зерен, охрупчивая .раскислители и легирующие: силикомарга- . металл. При соддержании ванадия в метал- нец, силикованадий, силикокальцийванадиле менее 0,01 мас.$ он не срабатывает как евую лигатуру, силикомагний, алюминий, упрочняющаядобавкавнетермаобработан- Сталь разливали в слитки массой 8,23 т. ных рельсах..Содержание карбидов железа 10 Требуемое содержание авзота в стали обесиметалладолжнобытьнениже9мас;ф для печивали продувкой расллава в печи и в повышения временного сопротивления и . ковше азатом, атакже защитой металла при . снижения износа рельсов. При содержании .разливке азотом. карбидов железа более 12 мас.$ по грани- ХЗрактеристика химического состава цам зерен образуется цементитная сетка, 15 полученных сталей представлена в табл. 1. охрупчивающая металл. Содержание других Слитки прокатывали на рельсы типа

:компонентов в стали-прототипе находится. Р65, часть из которых (окала 70 ) подвергав оптимальных пределах.: ли закалке в масле с последующим отпуПроведенный анализ заявляемой "За- ском. эвтектоидной рельсовой стали" свидетель-. 20 Некоторые показатели свойств полствует, что .положительный. эффект при.. ученных рельсов приведены в табл. 2. осуществлении изобретения будет получен благодаря таму, чта в стали повышена co- - Как показали данные проведенных исдержание углерода, марганца, кремния,:: питаний, лучшие результаты обеспечивают снижено еодержание алюминия; orpàíè÷å-. 25. стали 2-4и 7-9, Аа сравнению с прототипам ны пределы содержания карбидов железа и .. в рельсах из этой стали повышается временнитридав алюминия. - нае сопротивление в нетермообрабатанном

Для определения временного сопро- состоянии с 1005-1010 до 1025-1060. тивлейия, ударной вязкости и износа рель- Н/мм . в термообрабатаннам — с 1252-1312 сового металла из заэвтектоидной стэли 30 до 1370-1395 Н/мм, повышается также были выплавлены 10 составов стали с апти- .. ударная вязкость нетермаабработанных мальными соотношениями всех ингредиен- рельсов при температуре испытания +20ОС тов, а также с выходящими за граничные с 7-9 до 15,1-17.1 Дж/см и термообрабо° пределы. Для обесйечения сопоставитель- танных рельсов при температуре испытания нога анализа с прототипом была. выплавле- .35 -40ОС с 3-10 да 16,4-20,1 Дж/см, умен ьша" е сталь с известным оптимальным.. ется износ нетермоабрабатанных рельсов с соотношением ингредиентов (табл, 1). 0,224-0,236 до О,155--0,173 г и термаупрочСталь выплавляли s 430-тонной марте- ненных с 0,191-0,199 до 6,091-0,112 r. новской печи, работающей скрап-рудным процессом с продувкой ванны кислородом. 40 (56} Авторское свидетельство СССР

Па достижении температуры металла 1560- М 954482, кл, С 22 C 38/12, 1982.

° 4

° 4 б 4

44 44 Ф

° 4

Ф Ю

44 Ф

° б Ю

Ф Ю

° 4

° 4 «В 44 «4

° 4

Ю «4 Ф Ф

° 4

Юв йв

4« Е Е

° Е «4

° «Ф

2303728

Таблица 2 -Номер ста- Временное сопротивлели ние рельсов, Н/мм г

Износ рельсов, г

Ударная вязкость рельсов; Дж/см нетермооб, работанных при

200С термоупроч-. ненных термоупроч- нетермообненных работанных при "40 С нетермообработанных термоуп рочненных+

1305

9,8

0,219

9,1

1007

0,181

1370

15,1

1025

16,4

0,173

0,165

0,156

0,112

18,2

0,105

16,2

1385

1040

19,1

105515,4

1390.0,102

9.3

0,215

9,4

1308

0,175

1009

3;5

1006

1250

0,225

0,198

15.5

0,168

1030

1325

0,109

17,1

1385

1045

20,1.0,155

0;172

0,098

19,3

16,2

0,091

1060

1395

1007

0,238

3,7

0,192

1245

6,8

9,0

1312

10;0

От224

0,191

1010

1252

3,0

7,0

1005

0,236

0,199

121

"Прототип

Заказ 3311

Произаодстеенно-издательские комбинат "Патент". r. Умгород, уа.Гагарина, 101

Ф о р мул а и зо б р ете н и я - Марганец

ЗАЭВТЕКТОИДНАЯ РЕЛЬСОВАЯ

СТАЛЬ, содержащая углерод,. марганец,: кремний„азот, алюминий, кальций или 5 магний, ванадий, железо; отличающаяся. ам, что дополнительно содержит карб д К железа и нитриды алюминия при следуюар иды железа

Нитриды алюминия щем соотношении компонентов, мас.3!

Углерод -. 0.83 -0;87,10 . Составитель Ю. Комростов

Редактор С. Кулакова Техред ММоргентал КорректорС,Лисина;

Тираж...Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

0,75 - 1,15

0,25 - 0,45

0,004 - 0,011

0,004 - 0,02 ., 00625-0,015 L

0,01 - 0,10

9;0- t2,0

0,005 - 0,018

Остальное