Заэвтектоидная рельсовая сталь

(в) 3 Ш Комитет Рассийской Федерации пе патентам и товарным заакам АНИЕ ИЗОБР ОПИ : К ПАТЕЙ. (22) 2505,92 (аУ ЗО.1 га Вюп, ЬЬ 4 З(УЗ) Нижнетагильский металлургический комбин(72 Паляничка ВА Пан АВ Шумилин ЕН Иль ВИШур ЕА; Василенко ГЯ; Матвеев В.ВКарим Щ Соколов СЖ Скворцов АВ, (УЗ) Нйжнетагипьский металлургический комбин (Фф ЗАЗВТЕКТОИДНАЯ РЕЛЬОЗВАЯ СТАЛ (3 Изобретение относится к черной металлур. в частности к составу заэвтектоидной стали. Дпя повышения временного сопротивления, ударной вязкости и снижения износа реъсов заэвтектоидная рельсовая сталь допопнителыю содерат . жит карбиды железа и нитриды алюминия при слеин дуккцем соотношении компонентов, мас 96; углеродов О,ЗЭ - 0,87; марганец 0,75 - 1,15; кремний 025 -0,45; азот 0,004 - 0,011; алюминий 0,004 - 0,02",ат кальций или магний 0,0025 - 0015; ванадий 0,01 - Ь 0,10; карбиды железа 90 - 120; нитриды алюминия гии, 0,005 - 0018; железо остальное. 2 табл.рельсовойИзобретение 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 Р 75, Р 65 и Р 50 иэ мартеновской стали, Технические условия. Иэд-во стандартов, 1980, с. 16): 0171-0,82% С, 0,75-1,05% Мп, 0,25 - 0,45% 9, 0,03-0,070 Ч, 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-с 10 20 50 рицательных температурах, Рельсы имеютсравнительно высокое временное сопротивление, однако в связи с повышениемосевых нагрузок и скорости движения поездов требуется дальнейшее повышение временного сопротивления. Еще одним 25недостатком рассматриваемой стали является сравнительно низкая износостойкость,особенно при эксплуатации рельсов в кривых малого радиуса и на крутых спусках.Известна также рельсоваятсталь(авт, св. 30СССР 1 Ф 1382872 кл, С 22 С 38/54 1986опубл. в Б,И, 1988, М 11), содержащая 0,65085% С 018 040%.060 120% М. 0,003 В, железо остальное, причем отношение В - Сг = 0,003 - 0,06,Недостатком описанного аналога является низкая ударная вязкость нетермообработанных Рельсов и термоупрочненных при 40отрицательных температурах, а также низ-кая износостойкость рельсов в участках сосложными условиями эксплуатации.Наиболее близкой по технической сущности к.заявляемой является выбранная в 45качестве прототипа Сталь (авт. св. СССР Ь954482, кл, С 22 С 38/12, 38/14, 1980, опубл.в Б.И. 1982,Ь, 32), содержащая: 0,69-0,82%С, О,18-0,33% В, 0,75-1,05% Мп, 0,0040,011 й, 0,01-0,04% А 3, 0,0025-0,015% Саили Мд, 0,02-0,1% Ч, 0,005-0,03% Т, остальное железо,К существенным недостаткам прототипаможно отнести сравнительно низкое временное сопротивление нетермообработанных 55(950-1020 НУмМ и термоулрочненных1210-1357 Нlмьт ) рельсов, ударная вяа.кость нетермообработанных (менее 10Дж/см ) рельсов при т емпературе+20 С итермоупрочненных рельсов при отрицательных температурах (3 - 12 Дж/см при т- -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 своем составе также карбиды келза и нитриды алюминия при следующим соотношении компонентов, мас. :Углерод 0,83-0,87 Марганец 0,75 - 1,15 Кремний , 0,25 - 0,45 Азот 0,004 - .0,011Алюминий 0,004-0,02Магний 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 Годерт ание 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- . противлен 1 ля 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 0,02Я 03728 5 6мас,; в металле образуются строчки глино С и расчетного содержания углеродазема,ухудшающиезксплуатационнуюстой- расплав раскисляли в печи силикомаргайкость рельсов, При содержании нитрйдов цем, После выдержки в печи в течение- 10алюминия в металле более 0,018 мас. мин расплав выпускали.в два ковша, Послечасть их при термообработке рельсов рас наполнения ковшей на 15-20 вводилиполагается по границам зерен, охрупчивая .раскислители и легирующие: силикомарга-. металл. При соддержании ванадияв метал- нец, силикованадий, силикокальцийванадиле менее 0,01 мас. он не срабатывает как евую лигатуру, силикомагний, алюминий,упрочняющаядобавкавнетермаобработай- Сталь разливали в слитки массой 8,23 т.ных рельсахСодержание карбидов железа 10 Требуемое содержание авзота в стали обесиметалладолжнобытьнениже 9 мас;ф для печивали продувкой рас 1 лава в печи и вповышения временного сопротивления и . ковше азотом, атакже защитой металла при. снижения износа рельсов. При содержании.разливке азотом,карбидов железа более 12 мас. по грани- ХЗрактеристика химического составацам 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. Р 65, часть из которых(около 70) подвергав оптимальных пределах.: ли закалке в масле с последующим отпуПроведенный анализ заявляемой "За- ском.звтектоидной рельсовой стали" свидетель Некоторые показатели свойств полствует, что .положительный. эфФект при. ученных рельсов приведены в табл, 2,осуществлении.изобретения будет полученблагодзря тому, что в стали повышено со- Как показали данные проведенных исдержание углерода, марганца, кремния, питаний, лучшие результаты обеспечиваютснижено еодеРжание алюминия, ограниче-. 25. стали 2-4 и 7-9 По сравнению с прототипомны пределы содержания карбидов железа и,. в рельсах из этой стали повышается временнитридов алюминия ное солротивление в нетермообработанномДля определения временного сопро- состоянии с 1005-1010 до 1025-1060,тивлейия, ударной вязкости и износа рель- Н/мм, в термообрзботанном - с 1252-1312сового металла из.зазвтектоидной стэли 30 до 1370-1395 Н/мм, повышается такжебыли выплавлены 10 составов стали с опти-ударная вязкость нетермообработанныхмальными"соотношениями всех ингредиен рельсов при температуре испытания +20 ОСтов, а также е выходящими за граничные с -9 до 15,1-17,1 Дж/см и термообрабо пределы. Для обесйечения сопоставитель- . тайных рельсов при температуре испытанияного анализа с прототипом была выплавле- .ЗБ -4 ООС с 3-10 до 16,4-20,1 Джсм , умен ьша"е сталь с известным оптимальным; ется износ нетермообработанных рельсов ссоотношением ингредиентов табл, 1). 0,224-0,236 до О,1550,173 г и термоупрочСталь выплавляли в 430-тонной марте- ненных с 0,191-0,199 до ь:,091-0,112 г,новской печи, работающей скрап-руднымпроцессом с продувкой ванны кислородом. 40. (56) Авторское свидетельство СССРПо достижении температуры металла %60- М 954482, кл, С 22 С 38112, 1982,Ю 03728 10 Таблица 2 Номер ста- Временное сопротивлели ние рельсов, Н/ммг Износ рельсов, г Ударная вязкость рельсов; Дж/см 2термоупроч- нетермообненных работанных при "400 С нетермооб- работанных термоупрочненны.0,155 0;172 0,098 19,3 16,2 0,091 1060 1395 10 1007 0,238 3,7 0,192 1245 9,0 1312 10;0 От 224 0,191 1010 1252 3,0 7,0 1005 0,236 0,199 Прототип Заказ 3311 Произаодстеенно-издательские комбинат "Патент", т; Уаггород, ул.Гагарина, 101 ф о р м у л а и з о б р е те н и я МарганецЗАЭВТЕКТОИДНАЯ РЕЛЬСОВАЯСТАЛЬ, содержащая углерод,. марганец,кремнийазот, алюминий, кальций или 5магний, ванадий, железо; отличающаяся.ам, что дополнительно содержит карб дК би ыжелеза и нитриды алюминия при следую- ы елеза.ар иды железаНитриды алюминияЩЕМ СООТНОШЕН И КОМПОНЕНтоа МЗС.ьЖУглерод . 0,83 -0;87,10. Составитель Ю. КомростовРедактор С, Кулакова Техред ММоргентал КорректорС,Лисина;. Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж.35, Раушская наб 4/5 0,75 - 1,15 0,25 - 0,45 0,004 - 0,011 0,004 -0,02,0,0025 - 0,0150,01 -0,10 9;0 - 12,0 0,005 - 0,018 Остальное