Рельсовая сталь

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

Известна выбранная в качестве прототипа рельсовая сталь [1], содержащая (в мас.%):

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

Известна также рельсовая сталь марки Э76Ф [2], содержащая (в мас.%):

Существенным недостатком данной стали является низкая стойкость железнодорожных рельсов без термической обработки и необходимость термообработки стали для повышения эксплуатационных свойств.

Известна 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.%:

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

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 0,40% наблюдается резкое снижение данных параметров.

Концентрация хрома выбрана исходя из обеспечения высокого сопротивления износу и высоких прочностных свойств, при этом снижение концентрации хрома менее 0,70% не позволяет обеспечить требуемую стойкость рельсов в пути, а при повышении концентрации более 1,20% значительно возрастает стоимость стали при постоянных прочностных свойствах стали.

Содержание алюминия выбрано исходя, с одной стороны, из 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 измельчение 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 Р65. После прокатки рельсов термообработка не проводилась. Результаты испытаний механических свойств в горячекатанном состоянии в сравнении со сталью-прототипом, представленные в таблице 2, показывают, что заявляемый химический состав обеспечивает повышение механических свойств рельсовой стали, что в свою очередь увеличивает эксплуатационную стойкость железнодорожных рельсов.

Источники информации

1. Патент РФ №819208, С 22 С 38/24.

2. ГОСТ Р 51685-2000 «Рельсы железнодорожные. Общие технические условия».

3. Патент РФ №522265, С 22 С 38/22.

Рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, алюминий, ванадий, кальций и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит азот, никель, барий и стронций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

при этом в качестве примесей сталь может содержать серу не более 0,020%, фосфора не более 0,025%, меди не более 0,15%.