рельсовая сталь

Формула изобретения

Рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, ванадий, хром, азот, железо, отличающаяся тем, что для повышения механических свойств и ударной вязкости при низких температурах она дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод - 0,71 - 0,82

Марганец - 0,75 - 1,05

Кремний - 0,45 - 0,80

Алюминий - 0,005 - 0,015

Азот - 0,005 - 0,015

Ванадий - 0,03 - 0,09

Хром - 0,35 - 0,70

Никель - 0,03 - 0,20

Железо - Остальное

Описание изобретения к патенту

Патент относится к черной металлургии и предназначен для использования преимущественно в сталеплавильном производстве при выплавке стали для железнодорожных рельсов.

Известна рельсовая сталь [1], содержащая мас., %: углерод 0,70 - 1,0%, марганца 0,70 - 1,05%, кремний 0,2 - 0,4%, хром 0,5 - 0,9%, ванадий 0,01 - 0,20%, церий 0,01 - 0,04%, алюминий 0,01 - 0,05%, железо - остальное.

Существенным недостатком стали являются низкие механические свойства и ударная вязкость при пониженных температурах. Кроме того, выбранное сочетание элементов без присадок дорогостоящего церия не позволяет производить прокатку стали в связи с низкой пластичностью последней. Присадка же церия увеличивает загрязненность стали неметаллическими включениями. Следует также отметить, что выбранная концентрация алюминия хотя и увеличивает ударную вязкость стали, но при этом повышает отбраковку стали по поверхностным дефектам (трещинам) и приводит при введении алюминия в сталь к загрязненности включениями глинозема в виде дорожек-строчек длиной более 2 мм. Технология же изготовления рельсов должна гарантировать отсутствие неметаллических включений глинозема и глинозема, сцементированного силикатами в виде дорожек-строчек, вытянутых вдоль направления прокатки длиной более 2 мм [2].

Известна также выбранная в качестве прототипа рельсовая сталь [3], содержащая, мас. , %: углерод 0,60 - 0,80%, марганец 0,8 - 1,3, кремний 0,5 - 0,9%, хром 0,5 - 0,9%, ванадий 0,06 - 0,20%, церий 0,06 - 0,2%, алюминий 0,03 - 0,05%, азот 0,009 - 0,02, железо - остальное.

Недостатком данной стадии (с учетом вышеперечисленных) является выбранное содержание азота. Азот в заявляемых пределах, вступая в соединения с ванадием и алюминием, способствует нитридоупрочнению рельсовой стали, повышая тем самым прочностные свойства, однако при выбранном соотношении резко снижаются пластичность и вязкость стали.

Сущностью патента является повышение механических свойств и ударной вязкости при низких температурах.

Для достижения этого рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, ванадий, хром, азот, железо, дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод - 0,71 - 0,82

Марганец - 0,75 - 1,05

Кремний - 0,45 - 0,80

Алюминий - 0,005 - 0,015

Азот - 0,005 - 0,015

Ванадия - 0,03 - 0,09

Хром - 0,35 - 0,70

Никель - 0,03 - 0,20

Железо - Остальное

Никель, присаживаемый в данных пределах, позволяет в сочетании с элементами, входящими в состав заявляемой стали, увеличить пластичность стали, а также ударную вязкость при низких температурах. Введение никеля менее 0,03% не оказывает влияния на свойства стали, превышение же содержания никеля выше 0,20% приводит к снижению ударной вязкости стали.

Хром, присаживаемый в пределах 0,35 - 0,70%, создает условия для повышения предела прочности и текучести, а также твердости стали и при этом не снижает пластичность стали при прокатке (образование поверхностных дефектов). Превышение заявляемого верхнего предела ведет к повышению трещиночувствительности стали, снижение же содержания хрома ниже нижнего предела приводит к снижению механических свойств.

Выбранное соотношение углерода, марганца, кремния, хрома и никеля позволяет обеспечить требуемую структуру стали (сорбит закалки).

Соотношение азота, ванадия и алюминия позволяет при высоких прочностных свойствах стали резко повысить ударную вязкость стали и в сочетании с никелем повысить ударную вязкость при низких температурах.

Для определения механических свойств и ударной вязкости были выплавлены стали с заявляемыми граничными, выходящими за граничные, а также оптимальными значениями.

Химический состав полученных сталей приведен в таблице 1.

В таблице 2 приведены результаты испытаний полученных сталей (табл. 1 и 2 см. в конце описания).

Согласно данным проведенных испытаний заявляемая сталь в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами: повышаются механические свойства и увеличивается ударная вязкость стали при низких температурах.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. А.с. СССР 969776, кл. C 22 C 38/24.

2. ГОСТ 24182-80 "Рельсы железнодорожные широкой колеи типов P75, P65 и P50 из мартеновской стали".

3. А.с. СССР 582319, кл. C 22 C 38/24.