[go: up one dir, main page]

RU2232202C1 - Rail steel - Google Patents

Rail steel Download PDF

Info

Publication number
RU2232202C1
RU2232202C1 RU2002135941/02A RU2002135941A RU2232202C1 RU 2232202 C1 RU2232202 C1 RU 2232202C1 RU 2002135941/02 A RU2002135941/02 A RU 2002135941/02A RU 2002135941 A RU2002135941 A RU 2002135941A RU 2232202 C1 RU2232202 C1 RU 2232202C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
nitrogen
manganese
vanadium
carbon
Prior art date
Application number
RU2002135941/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002135941A (en
Inventor
Н.А. Козырев (RU)
Н.А. Козырев
В.И. Ворожищев (RU)
В.И. Ворожищев
В.П. Дементьев (RU)
В.П. Дементьев
к С.С. Черн (RU)
С.С. Черняк
П.Е. Сычёв (RU)
П.Е. Сычёв
Л.В. Тужилина (RU)
Л.В. Тужилина
Original Assignee
Иркутский институт инженеров железнодорожного транспорта
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Иркутский институт инженеров железнодорожного транспорта filed Critical Иркутский институт инженеров железнодорожного транспорта
Priority to RU2002135941/02A priority Critical patent/RU2232202C1/en
Publication of RU2002135941A publication Critical patent/RU2002135941A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2232202C1 publication Critical patent/RU2232202C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to manufacturing steel for rail runway. Invention claims steel comprising components taken in the following ratio, wt.-%: carbon, 0.3-0.5; silicon, 0.8-1.5; manganese, 1.3-1.7; chrome, 0.6-1.5; vanadium, 0.08-0.15; aluminum, 0.05-0.015; nitrogen, 0.010-0.020; calcium, 0.001-0.020; molybdenum, 0.05-0.4; nickel, 0.001-0.30; iron, the balance. Invention provides enhancing complex of mechanical properties and hardness of steel for elevating exploitation stability of runways.
EFFECT: improved and valuable properties of rail steel and runways.
2 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству стали для железнодорожных рельсов.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the production of steel for railway rails.

Известны рельсовые перлитные стали [1], содержащие 0,71-0,82% С; 0,75-1,05% Mn; 0,25-0,45% Si; 0,05-0,15% V; не более 0,025% Р; не более 0,030% S; не более 0,020% Al. При этом уровень твердости перлитных сталей недостаточен. Для увеличения износостойкости необходимо повысить твердость перлитных сталей более НВ 400. Однако повышение твердости перлитной стали и соответственно ее износостойкости путем увеличения скорости ее охлаждения обусловлено снижением температуры начала перлитного превращения и образованием мелкопластинчатого перлита. Чем ниже температура перлитного превращения, тем мелкодисперснее перлит, тем выше его твердость и износостойкость. Максимальная дисперсность перлита достигается при скорости охлаждения рельсовой стали 640 °С/мин. При этом температура перлитного превращения сравнительно высокая и составляет 550°С. С другой стороны, повышение твердости перлитной стали за счет увеличения в ней содержания углерода обусловливает появление в ее микроструктуре бейнитных и мартенситных составляющих. Исторически бейнит и мартенсит не допускались в рельсах, потому что высокоуглеродистыи (0,8% С) бейнит слишком мягок и не имеет такого сопротивления как мелкопластинчатый перлит. Такие бейнитные стали даже с твердостью НВ 500 имеют более низкую износостойкость, чем лучшие перлитные стали с меньшей твердостью. Что касается высокоуглеродистого мартенсита, то он имеет крупнопластинчатую форму и очень хрупок, а потому склонен к образованию микротрещин. Однако при более низком содержании углерода (около 0,6% С) образуется реечный мартенсит, который не склонен к образованию микротрещин и менее хрупок, чем пластинчатый мартенсит.Known rail perlite steel [1], containing 0.71-0.82%; 0.75-1.05% Mn; 0.25-0.45% Si; 0.05-0.15% V; not more than 0.025% P; no more than 0,030% S; no more than 0,020% Al. At the same time, the hardness level of pearlitic steels is insufficient. To increase the wear resistance, it is necessary to increase the hardness of pearlite steels more than HB 400. However, an increase in the hardness of pearlite steel and, accordingly, its wear resistance by increasing its cooling rate is due to a decrease in the temperature of the onset of pearlite transformation and the formation of fine plate perlite. The lower the pearlite transformation temperature, the finer the pearlite, the higher its hardness and wear resistance. The maximum dispersion of perlite is achieved at a cooling rate of rail steel of 640 ° C / min. The temperature of pearlite transformation is relatively high and amounts to 550 ° C. On the other hand, an increase in the hardness of pearlite steel due to an increase in its carbon content causes the appearance of bainitic and martensitic components in its microstructure. Historically, bainite and martensite were not allowed on the rails, because high-carbon (0.8% C) bainite is too soft and does not have such resistance as fine-plate perlite. Such bainitic steels even with HB 500 hardness have lower wear resistance than the best pearlitic steels with lower hardness. As for high-carbon martensite, it has a large plate shape and is very fragile, and therefore prone to the formation of microcracks. However, at a lower carbon content (about 0.6% C), rack martensite is formed, which is not prone to microcracking and is less fragile than plate martensite.

Известна выбранная в качестве прототипа рельсовая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, алюминий, азот и дополнительно содержащая один или несколько элементов, выбранных из группы, включающей редкоземельные металлы цирконий, кальций и барий при следующем соотношении компонентов: вес.%: 0,32-0,42 С, 0,17-0,37 Si, 0,25-0,55 Mn, 1,8-2,4 Cr, 0,09-0,15 V, 0,02-0,06 Al, 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].Known selected as a prototype rail steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, vanadium, aluminum, nitrogen and optionally containing one or more elements selected from the group comprising rare earth metals zirconium, calcium and barium in the following ratio of components: wt.% : 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 Al, 0.02-0.04 N, one or more elements selected from the group consisting of rare earth metals 0.0005-0.1%; zirconium 0.005-0.1%; calcium 0.005-0.05%; barium 0.005-0.2%; iron - the rest [2].

Существенными недостатками стали являются низкие механические свойства и твердость стали.Significant disadvantages of steel are low mechanical properties and hardness of steel.

Заявляемый химический состав выбран исходя из следующих условий.The inventive chemical composition is selected based on the following conditions.

Получение высокопрочной стали с бейнитной структурой связано с уменьшением содержания углерода. Для получения этой структуры необходимо сдвинуть начало превращения вправо и снизить температуру превращения ниже 400°С. Это достигается за счет легирования, обеспечивающего измельчение перлита, дисперсное твердение и образование твердого раствора.The production of high-strength steel with a bainitic structure is associated with a decrease in carbon content. To obtain this structure, it is necessary to shift the beginning of the transformation to the right and lower the transformation temperature below 400 ° C. This is achieved through alloying, which ensures the grinding of perlite, dispersed hardening and the formation of a solid solution.

Требуемая структура бейнита - реечный (игольчатый) феррит с карбидами внутри реек.The required structure of bainite is rack (needle) ferrite with carbides inside the rails.

Соотношение углерода 0,3-0,5% выбрано, исходя из того, что при данной концентрации углерода образуется реечный мартенсит, который менее хрупок, чем хрупкопластинчатый мартенсит, образующийся при концентрации ~ 0,8% С.The carbon ratio of 0.3-0.5% was chosen based on the fact that at a given carbon concentration, rack martensite is formed, which is less brittle than brittle plate martensite, which forms at a concentration of ~ 0.8% C.

Марганец, хром и молибден увеличивают прокаливаемость стали, обеспечивая получение нижнего бейнита, имеющего мелкоигольчатую структуру, с высокой прочностью и вязкостью. Содержание данных элементов снижает температуру превращения (нижнего бейнита) и обеспечивает получение более тонкой структуры, а следовательно, повышение прочности, при этом они исключают превращение в перлитной области. Выбранное соотношение марганца и хрома обеспечивает переохлаждение аустенита до температуры ниже 400°С с образованием бейнита и отпущенного реечного мартенсита.Manganese, chromium and molybdenum increase the hardenability of steel, providing lower bainite having a fine-needle structure, with high strength and toughness. The content of these elements reduces the temperature of transformation (lower bainite) and provides a finer structure and, consequently, an increase in strength, while they exclude transformation in the pearlite region. The selected ratio of manganese and chromium provides subcooling of austenite to a temperature below 400 ° C with the formation of bainite and tempered rack martensite.

Концентрация хрома и молибдена способствует увеличению твердости, предела текучести и временного сопротивления разрыву, получению мелкодисперсной структуры.The concentration of chromium and molybdenum contributes to an increase in hardness, yield strength and tensile strength, to obtain a finely dispersed structure.

Соотношение марганца выбрано, исходя из того, что последний, перлитное превращение, способствует переохлаждению аустенита до температуры ниже 400°С. Увеличение его содержания до 2% уменьшает отрицательное влияние углерода на порог хладоломкости и модифицирует выделение цементита, исключая выделение его по границам зерен. Использование марганца позволяет снизить температуру образования феррита и способствует некоторому измельчению зерна. Верхний предел содержания марганца выбран, исходя из того, что при концентрации марганца до 1,7% повышаются предел прочности, ударная вязкость и сопротивляемость хрупкому разрушению. Нижний предел выбран, исходя из того, что марганец при прочих достоинствах увеличивает растворимость азота в стали.The manganese ratio was chosen on the basis that the latter, pearlite transformation, contributes to the overcooling of austenite to a temperature below 400 ° C. An increase in its content to 2% reduces the negative effect of carbon on the cold brittleness threshold and modifies the release of cementite, excluding its release along grain boundaries. The use of manganese can reduce the temperature of the formation of ferrite and contributes to some grinding of grain. The upper limit of the manganese content is selected based on the fact that when the manganese concentration is up to 1.7%, the tensile strength, toughness and resistance to brittle fracture increase. The lower limit is chosen on the basis that manganese, with other advantages, increases the solubility of nitrogen in steel.

Кремний до 1,5% повышает пределы текучести и прочности, увеличивает прокаливаемость стали. При снижении концентрации кремния менее 0,8% значительно уменьшаются данные характеристики.Silicon up to 1.5% increases the yield strength and strength, increases the hardenability of steel. With a decrease in silicon concentration of less than 0.8%, these characteristics significantly decrease.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются повышение комплекса механических свойств и твердости стали, увеличивающих эксплуатационную стойкость рельсов. Для этого сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, алюминий, азот и кальций, дополнительно содержит молибден и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:The desired technical results of the invention are to increase the complex of mechanical properties and hardness of steel, increasing the operational stability of rails. For this, steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, vanadium, aluminum, nitrogen and calcium additionally contains molybdenum and nickel in the following ratio, wt.%:

Углерод 0,3-0,5Carbon 0.3-0.5

Кремний 0,8-1,5Silicon 0.8-1.5

Марганец 1,3-1,7Manganese 1.3-1.7

Хром 0,6-1,5Chrome 0.6-1.5

Ванадий 0,08-0,15Vanadium 0.08-0.15

Алюминий 0,005-0,015Aluminum 0.005-0.015

Азот 0,010-0,020Nitrogen 0.010-0.020

Кальций 0,001-0,020Calcium 0.001-0.020

Молибден 0,05-0,4Molybdenum 0.05-0.4

Никель 0,001-0,30Nickel 0.001-0.30

Железо ОстальноеIron Else

Кроме того, в ее составе может быть дополнительно ограничено количество примесей в следующем соотношении, маc.%:In addition, in its composition, the amount of impurities in the following ratio can be further limited, wt.%:

Серы не более 0,020Sulfur no more than 0,020

Фосфора не более 0,020Phosphorus no more than 0,020

Меди не более 0,020Copper no more than 0,020

Хром до 1,5% повышает предел прочности, увеличивает прокаливаемость стали, обеспечивает получение дисперсной структуры и, как следствие, обеспечивает высокое сопротивление износу. Снижение содержания хрома менее 0,6% уменьшает прокаливаемость стали.Chrome up to 1.5% increases the tensile strength, increases the hardenability of steel, provides a dispersed structure and, as a result, provides high wear resistance. A decrease in chromium content of less than 0.6% reduces the hardenability of steel.

Молибден в выбранных пределах увеличивает прокаливаемость, растворимость азота в железе, сопротивление отпуску. Увеличение его концентрации более 0,4% уменьшает предельную скорость охлаждения.Molybdenum in the selected range increases hardenability, solubility of nitrogen in iron, and tempering resistance. An increase in its concentration of more than 0.4% reduces the ultimate cooling rate.

Ванадий как хром, молибден и марганец увеличивает растворимость азота. 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 хладоломкость 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 0,010% не обеспечивает требуемое карбонитридное упрочнение. При повышении азота более 0,020% возможны случаи возникновения пятнистой ликвации и “азотного кипения” (пузыри в стали).Vanadium like chromium, molybdenum and manganese increases the solubility of nitrogen. Vanadium binds nitrogen into strong chemical compounds (nitrides, carbonitrides), which grind austenite grain, which provides increased strength (hardening by dispersed particles). However, without the use of nitrogen, vanadium reduces the viscosity and increases the cold resistance of bainitic steel. Additives of vanadium, aluminum, nitrogen provide high resistance to brittle fracture, increase the cold resistance of steel due to grinding of grain with the resulting nitrides and carbonitrides. Based on this, the optimal values for vanadium are its content of more than 0.08%. The upper limit of the concentration of vanadium is selected on the basis of economic considerations. A nitrogen concentration of less than 0.010% does not provide the required carbonitride hardening. With an increase in nitrogen of more than 0.020%, there may be cases of spotted segregation and “nitrogen boiling” (bubbles in steel).

Никель положительно влияет на повышение пластичности и сопротивляемость хрупкому разрушению, увеличивает прокаливаемость стали.Nickel has a positive effect on increasing ductility and resistance to brittle fracture, and increases the hardenability of steel.

Кальций в заявляемых пределах вводится для модифицирования неметаллических включений: исключает образование “опасных” включений глинозема, повышает чистоту стали по оксидным и сульфидным включениям, обеспечивает образование глобулярных включений и исключает образование строчечных включений алюминатов.Calcium within the claimed limits is introduced to modify non-metallic inclusions: it excludes the formation of “dangerous” alumina inclusions, increases the purity of steel by oxide and sulfide inclusions, ensures the formation of globular inclusions and eliminates the formation of line-like inclusions of aluminates.

Ограничение содержания меди, серы и фосфора выбрано, исходя из качества поверхности готовых рельсов после прокатки и механических свойств стали.The limitation of the content of copper, sulfur and phosphorus is selected based on the surface quality of the finished rails after rolling and the mechanical properties of the steel.

Серия опытных плавок была выплавлена в дуговых электросталеплавильных печах ДСП-100И7. Химический состав опытных плавок приведен в таблице 1. После разливки стали на МНЛЗ осуществляли прокатку железнодорожных рельсов типа Р65. Результаты испытаний механических свойств (таблица 2) показывают, что заявляемый химический состав рельсовой стали обеспечивает повышение комплекса механических свойств и твердости стали (особенно на поверхности катания головки), что в свою очередь увеличивает износостойкость и эксплуатационную стойкость железнодорожных рельсов.A series of experimental melts was smelted in electric arc furnaces DSP-100I7. The chemical composition of the experimental melts is shown in table 1. After casting the steel at the continuous casting machine, railway rails of the P65 type were rolled. The results of mechanical properties tests (table 2) show that the claimed chemical composition of rail steel provides an increase in the set of mechanical properties and hardness of steel (especially on the head rolling surface), which in turn increases the wear resistance and operational stability of railway rails.

Источники информацииSources of information

1. ГОСТ 51685 “Рельсы железнодорожные. Общие технические условия”.1. GOST 51685 “Railroad rails. General specifications. ”

2. А.с. №603689, МПК5 С 22 С 38/24.2. A.S. No. 603689, IPC 5 C 22 C 38/24.

Claims (2)

1. Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, алюминий, азот и кальций, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден и никель при следующем соотношении компонентов, маc.%:1. Steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, vanadium, aluminum, nitrogen and calcium, characterized in that it additionally contains molybdenum and nickel in the following ratio of components, wt.%: Углерод 0,3-0,5Carbon 0.3-0.5 Кремний 0,8-1,5Silicon 0.8-1.5 Марганец 1,3-1,7Manganese 1.3-1.7 Хром 0,6-1,5Chrome 0.6-1.5 Ванадий 0,08-0,15Vanadium 0.08-0.15 Алюминий 0,005-0,015Aluminum 0.005-0.015 Азот 0,010-0,020Nitrogen 0.010-0.020 Кальций 0,001-0,020Calcium 0.001-0.020 Молибден 0,05-0,4Molybdenum 0.05-0.4 Никель 0,001-0,30Nickel 0.001-0.30 Железо ОстальноеIron Else 2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что в ее составе дополнительно ограничено количество примесей следующим соотношением, маc.%:2. Steel according to claim 1, characterized in that its composition is additionally limited by the amount of impurities in the following ratio, wt.%: Сера Не более 0,020Sulfur Not more than 0,020 Фосфор Не более 0,020Phosphorus Not more than 0,020 Медь Не более 0,20Copper Not more than 0.20
RU2002135941/02A 2002-11-28 2002-11-28 Rail steel RU2232202C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002135941/02A RU2232202C1 (en) 2002-11-28 2002-11-28 Rail steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002135941/02A RU2232202C1 (en) 2002-11-28 2002-11-28 Rail steel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002135941A RU2002135941A (en) 2004-05-27
RU2232202C1 true RU2232202C1 (en) 2004-07-10

Family

ID=33413701

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002135941/02A RU2232202C1 (en) 2002-11-28 2002-11-28 Rail steel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2232202C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2825330C1 (en) * 2023-12-21 2024-08-26 Акционерное общество "ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат" (АО "ЕВРАЗ НТМК") Method of producing bainitic rail from steel

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2825330C1 (en) * 2023-12-21 2024-08-26 Акционерное общество "ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат" (АО "ЕВРАЗ НТМК") Method of producing bainitic rail from steel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2013302197B2 (en) Method for producing molten steel having high wear resistance and steel having said characteristics
US9994926B2 (en) High-hardness, high-toughness, wear-resistant steel plate and manufacturing method thereof
CA2973858C (en) Rail
US10119185B2 (en) Low specific gravity steel for forging use excellent in machineability
CN109735765B (en) Large-sized, ultra-fine grain, high-strength and high-toughness spring steel and production method thereof
CN112877591B (en) High-strength and high-toughness hardware tool and steel for chain and manufacturing method thereof
RU2368693C2 (en) Wheel steel
CN105671429A (en) High-performance E+ steel containing rare earth
RU2365667C1 (en) Rail steel
KR101243129B1 (en) Precipitation hardening typed die steel with excellent hardness and toughness, and manufacturing method thereof
RU2232202C1 (en) Rail steel
RU2256000C1 (en) Rail steel
CN113930680B (en) Low-temperature-resistant high-strength spring flat steel and production method thereof
RU2259416C2 (en) Rail steel
RU2365666C1 (en) Rail steel
RU2295587C1 (en) Rail steel
RU2241779C1 (en) Rail steel
RU2410462C1 (en) Rail steel
RU2259418C2 (en) Rail steel
KR20110047383A (en) High-strength wire rod with excellent drawability and manufacturing method
CN112143980A (en) Steel 27SiMn2 for industrial forks and preparation method thereof
RU2291220C1 (en) Rail steel
CN118531320B (en) Steel for high-fatigue-resistance high-speed wheel, wheel and manufacturing method of wheel
RU2484173C1 (en) Automatic plumbous steel
RU2291221C1 (en) Rail steel

Legal Events

Date Code Title Description
NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20120210

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121129