сталь

Формула изобретения

Сталь для изготовления крестовин мест пересечения железнодорожных и трамвайных рельсов, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, молибден, никель, ванадий, фосфор, серу, титан и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

углерод 0,07-0,15

марганец 0,50-1,20

кремний не более 0,50

хром 1,2-2,00

молибден 0,40-0,70

никель 2,50-3,50

ванадий не более 0,13

фосфор не более 0,015

сера не более 0,015

титан не более 0,05

алюминий не более 0,045

железо - остальное.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к составу стали на основе хром-никель-молибдена, и может быть использовано в железнодорожном и городском транспорте для изготовления элементов железнодорожных и трамвайных путей.

Известна сталь для изготовления мест пересечений в железнодорожном и трамвайном транспорте - 13 Мn супер специальная - на основе железа, включающая следующие компоненты, мас.%: 0,60-0,90 углерода, 12,50-16,50 марганца, 1,80-2,20 молибдена, не более 0,60 кремния, не более 0,05 фосфора, не более 0,03 серы. Указанная сталь сложно обрабатывается, плохо сваривается, при восстановлении изношенных частей наплавкой имеет низкое качество поверхности, а также склонна к образованию внутренних дефектов, которые не обнаруживаются ультразвуком.

Для аналогичных целей известно применение стали UIC 900А, включающей, помимо железа, мас.%: 0,60-0,80 углерода, 0,10-0,50 марганца, 0,80-1,30 кремния, не более 0,04 фосфора, не более 0,04 серы; стали 75 VK, включающей, помимо железа, мас.%: 0,45-0,65 углерода, 0,75-1,45 марганца, 0,10-0,50 кремния, не более 0,05 фосфора, не более 0,05 серы; сталей 85 и 95 VK, включающих, помимо железа, 0,60-0,80 углерода, 0,75-1,40 марганца, 0,10-0,50 кремния, не более 0,04 фосфора, не более 0,04 серы. Однако указанные стали обладают низким пределом текучести, недостаточной твердостью, имеют низкое сопротивление ударным и усталостным нагрузкам, что приводит к их быстрому износу и развитию трещин и, как следствие, к недостаточному сроку службы в качестве элементов пути в железнодорожном и трамвайном транспорте.

Наиболее близким техническим решением является сталь, содержащая мас.%: не более 0,20 углерода, 0,40-0,70 марганца, не более 0,80 кремния, 1,50-2,00 хрома, 0,40-0,80 молибдена. 2,75-3,90 никеля, не более 0,80 ванадия, не более 0,02 фосфора, не более 0,02 серы, не более 0,10 вольфрама, не более 0,50 меди (Wegst C.W. “Stahlschlussel” 1986. Издательство “Stahlschlussel Wegst GmbH”, Marbach, DE XP002160857, поз.114). Однако для изготовления элементов пути для железнодорожного и городского транспорта, например места пересечения рельсов (крестовина), указанная сталь не подходит, поскольку не обеспечивает достаточного срока службы изделия из-за склонности к образованию трещин в зоне сварки с рельсом из углеродистой стали при воздействии переменных механических нагрузок.

Задачей изобретения является увеличение срока эксплуатации изделий из предложенной стали за счет повышения износостойкости мест их соединения с элементами из других сталей, а также уменьшение склонности стали к трещинообразованию при переменных нагрузках в соединении с элементами из углеродистой стали.

Указанный технический результат достигается тем, что сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, молибден, никель, вольфрам, фосфор, серу и железо, согласно предложенному изобретению дополнительно содержит титан и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,07-0,15

марганец 0,50-1,20

кремний не более 0,50

хром 1,20-2,00

молибден 0,40-0,70

никель 2,50-3,50

ванадий не более 0,13

фосфор не более 0,015

сера не более 0,015

титан не более 0,05

алюминий не более 0,045

железо остальное

Указанная сталь обладает следующими техническими характеристиками: предел прочности - 950-1300 МПа, предел текучести _0,2 - 750-915 МПа, ударная вязкость при 20°С - не менее 20 Дж/см², твердость по Бринеллю - 290-420 НВ, пластичность (А5)- не менее 10%.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующим примером 1. Из предложенной стали было изготовлено изделие - место пересечения трамвайных рельсов (крестовина), которое было сварено стандартным способом сварки с рельсами из углеродистой стали. Состав стали был выбран следующим, мас.%: углерод - 0,14, марганец - 0,80, кремний - 0,34, хром - 1,76, молибден - 0,471, никель - 2,63, ванадий - 0,087, фосфор - 0,014, сера - 0,009. титан - 0,045, алюминий - 0,042, железо - остальное. Указанная сталь имела следующие служебные характеристики: предел прочности - 1147 МПа, предел текучести _0,2 - 915 МПа, ударная вязкость при 20°С - 26 Дж/см², твердость по Бринеллю - 338 НВ, пластичность (А5) 14,8%. После года эксплуатации в натурных условиях место контакта между сталью с составом, указанным выше, и рельсом из углеродистой стали осталось без изменения: отсутствовал износ стали в месте контакта с рельсом и не требовалось проведения ремонта или замены элементов соединения. Исследования ультразвуком показали отсутствие трещин в стали. Сравнительные лабораторные испытания образцов из стали указанного выше состава и стали по наиболее близкому аналогу показали преимущество стали по изобретению. Образцы сварных швов стали по изобретению показали отсутствие износа, в то время как образцы из стали по наиболее близкому аналогу при аналогичных условиях испытаний показали потерю 0,8% массы. Испытания на трещиностойкость при переменной нагрузке показали появление трещин у образцов из стали по ближайшему аналогу через 1,3·10⁴ циклов и отсутствие трещин на образцах стали по изобретению.

Технические характеристики стали различного состава представлены в таблице 1.

Таблица 1
Состав стали (в мас.%) и ее характеристики	Вариант 1	Вариант 2	Вариант 3
углерод	0,12	0,12	0,12
марганец	0,70	0,67	0,73
кремний	0,40	0,41	0,27
хром	1,83	1,79	1,81
молибден	0,428	0,443	0,43
никель	2,70	2,76	2,74
ванадий	0,094	0,096	0,084
титан	0,047	0,031	0,037
алюминий	0,045	0,040	0,039
фосфор	0,013	0,008	0,010
сера	0,012	0,007	0,007
Предел прочности, МПа	1077	1090	1079
Предел текучести 0,2, МПа	881	865	906
Твердость по Бринеллю, НВ	347	345	347
Пластичность (А5), %	13,6	15,2	12.6

Изделия, выполненные из предложенной стали, могут с успехом быть использованы для железнодорожных и трамвайных путей и обеспечить увеличение скорости движения транспорта вследствие отсутствия дестабилизирующего влияния износа появления трещин.