сталь для монорельсов шахтных монорельсовых дорог
Классы МПК: | C22C38/46 с ванадием C22C38/24 с ванадием C22C38/12 содержащие вольфрам, тантал, молибден, ванадий или ниобий |
Автор(ы): | Павлов Вячеслав Владимирович (RU), Девяткин Юрий Дмитриевич (RU), Корнева Лариса Викторовна (RU), Дементьев Валерий Петрович (RU), Годик Леонид Александрович (RU), Тиммерман Наталья Николаевна (RU), Козырев Николай Анатольевич (RU), Александров Игорь Викторович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-12-11 публикация патента:
20.10.2008 |
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к стали, используемой для производства монорельсов шахтных монорельсовых дорог. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, ванадий, алюминий, азот, железо и в качестве примесей серу и фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,21-0,37, марганец 0,80-0,90, кремний 0,05-0,15, хром 0,05-0,20, никель 0,05-0,20, медь 0,03-0,20, алюминий 0,005-0,030, ванадий 0,01-0,06, азот 0,005-0,025, сера - не более 0,020, фосфор - не более 0,025, железо - остальное. Повышаются эксплуатационная стойкость и механические свойства. 2 табл.
Формула изобретения
Сталь для монорельсов шахтных монорельсовых дорог, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, железо и в качестве примесей серу и фосфор, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий, алюминий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод | 0,21-0,37 |
марганец | 0,80-0,90 |
кремний | 0,05-0,15 |
хром | 0,05-0,20 |
никель | 0,05-0,20 |
медь | 0,03-0,20 |
алюминий | 0,005-0,030 |
ванадий | 0,01-0,06 |
азот | 0,005-0,025 |
железо | остальное, |
при этом примеси содержатся в следующих количествах: сера - не более 0,020%, фосфор - не более 0,025%.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой для производства монорельсов шахтных монорельсовых дорог. Известна сталь Ст5Гпс [1], содержащая (в мас. %):
углерод | 0,22-0,30 |
марганец | 0,80-1,20 |
кремний | 0,05-0,15 |
медь | до 0,40 |
хром | до 0,35 |
никель | до 0,35 |
сера | не более 0,050 |
фосфор | не более 0,050 |
железо | остальное |
Существенными недостатками данной стали являются низкие прочностные свойства и ударная вязкость стали, а также связанная с этим низкая эксплуатационная стойкость профилей, изготовленных из данной стали. Известна выбранная в качестве прототипа сталь Ст5пс [1], содержащая (в мас. %):
углерод | 0,28-0,37 |
марганец | 0,50-0,80 |
кремний | 0,05-0,15 |
сера | не более 0,050 |
фосфор | не более 0,040 |
железо | остальное |
Существенными недостатками данной стали являются низкие механические свойства и низкая эксплуатационная стойкость монорельса для шахтных монорельсовых дорог, изготовленных из данной стали.
Желаемыми техническими результатами изобретения являются повышение эксплуатационной стойкости и механических свойств монорельса для шахтных монорельсовых дорог.
Для достижения этого сталь для монорельсов шахтных монорельсовых дорог, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, железо и в качестве примесей серу и фосфор, дополнительно содержит ванадий, алюминий и азот при следующем соотношении компонентов (в мас.%):
углерод | 0,21-0,37 |
марганец | 0,80-0,90 |
кремний | 0,05-0,15 |
хром | 0,05-0,20 |
никель | 0,05-0,20 |
медь | 0,03-0,20 |
алюминий | 0,005-0,030 |
ванадий | 0,01-0,06 |
азот | 0,005-0,025 |
железо | остальное, |
при этом примеси содержатся в следующих количествах: сера - не более 0,020%, фосфор - не более 0,025%.
Заявляемый химический состав стали подобран исходя из следующих предпосылок.
Содержание углерода выбрано исходя из обеспечения достаточных прочностных свойств стали. При концентрации его в стали менее 0,21% предел текучести и временное сопротивление разрыву снижаются, а при увеличении концентрации углерода более 0,37% значения указанных характеристик превышают допустимые пределы.
Соотношение марганца выбрано исходя из того, что при содержании марганца до 0,90% обеспечивается повышение прочностных характеристик, ударной вязкости и хладостойкости, а также сопротивляемости стали трещинообразованию. Нижний предел выбран исходя из того, что марганец при содержании менее 0,80% не обеспечивает требуемый предел прочностных характеристик.
Кремний в заявляемых пределах обеспечивает повышение относительного удлинения и ударной вязкости. При концентрации кремния менее 0,05% не обеспечивается требуемая раскисленность стали, что приводит к увеличению брака по поверхностным дефектам. При содержании кремния более 0,15% повышается прочность феррита, тем самым снижаются пластические свойства и ударная вязкость стали.
Хром, никель и медь в заданных пределах обеспечивают прочностные характеристики стали. При меньшем содержании указанных элементов в сочетании с выбранными концентрационными пределами углерода, марганца и кремния не достигается требуемое соотношение пределов текучести и временного сопротивления разрыву. Увеличение концентрации хрома, никеля и меди в стали более 0,20% приводит к значительному снижению пластических свойств и ударной вязкости, способствует повышению чувствительности стали к старению.
Содержание алюминия (0,005-0,030%) выбрано исходя, с одной стороны, из необходимости получения мелкого действительного зерна, с другой, из исключения образования недопустимых глиноземистых неметаллических включений, приводящих к образованию усталостных трещин при эксплуатации монорельса.
Содержание ванадия в заданных пределах обеспечивает связывание азота в необходимое количество труднорастворимых нитридов, способствующих образованию мелкого зерна аустенита, обеспечивая тем самым получение мелкозернистой структуры и, как следствие, повышение хладостойкости и ударной вязкости как при комнатной температуре, так и после механического старения. Введение в сталь ванадия в количестве менее 0,01% не приводит к образованию мелкозернистой структуры и соответственно повышению ударной вязкости. При увеличении содержания ванадия более 0,06% в стали возрастает количество несвязанного в нитриды ванадия, который приводит к упрочнению феррита, тем самым увеличивая склонность стали к хрупкому разрушению.
Концентрация азота менее 0,005% не приводит к образованию нитридов, необходимых для измельчения действительного зерна, и, как следствие, снижает ударную вязкость при положительных и отрицательных температурах. При повышении азота более 0,025% возможны случаи возникновения пятнистой ликвации и образования пузырей в стали в результате «азотного кипения».
Ограничение содержания серы и фосфора выбрано исходя из обеспечения качества поверхности.
Серия опытных плавок с заявляемым химическим составом была выплавлена в дуговых печах ДСП-100Н10. Химический состав приведен в таблице 1. После разливки стали на МНЛЗ осуществляли прокатку монорельса требуемого профиля. Испытания проводили согласно требованиям [2]. Результаты испытаний приведены в таблице 2. Таким образом, заявляемый химический состав обеспечивает повышение эксплуатационной стойкости и механических свойств монорельса для шахтных монорельсовых дорог.
Таблица 1 | ||||||||||||
Химический состав стали для монорельсов шахтных монорельсовых дорог, мас.% | ||||||||||||
Состав | С | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | Cu | AI | V | N | Fe |
1 | 0,21 | 0,03 | 0,82 | 0,005 | 0,015 | 0,05 | 0,03 | 0,05 | 0,005 | 0,03 | 0,003 | ост |
2 | 0,25 | 0,14 | 0,90 | 0,008 | 0,019 | 0,10 | 0,07 | 0,08 | 0,016 | 0,04 | 0,008 | ост |
3 | 0,30 | 0,10 | 0,88 | 0,016 | 0,019 | 0,07 | 0,09 | 0,17 | 0,018 | 0,06 | 0,010 | ост |
4 | 0,31 | 0,08 | 0,85 | 0,005 | 0,028 | 0,15 | 0,05 | 0,12 | 0,006 | 0,06 | 0,013 | ост |
5 | 0,27 | 0,10 | 0,90 | 0,020 | 0,020 | 0,09 | 0,16 | 0,09 | 0,009 | 0,05 | 0,022 | ост |
6 | 0,37 | 0,15 | 0,87 | 0,017 | 0,018 | 0,05 | 0,20 | 0,20 | 0,025 | 0,06 | 0,025 | |
прототип | 0,28-0,37 | 0,05-0,15 | 0,50-0,80 | 0,050 | 0,040 | 0,35 | 0,35 | 0,40 | - | - | - | ост |
Таблица 2 | |||||||
Механические свойства стали для монорельсов шахтных монорельсовых дорог | |||||||
Состав | Временное сопротивление, Н/мм2 | Предел текучести, Н/мм2 | Относительное удлинение, % | Изгиб до параллельности сторон (а -толщина, d -диаметр оправки) | Ударная вязкость, KCU, Дж/см 2 | ||
При +20°С | При -20°С | После механического старения | |||||
1 | 450 | 290 | 30 | уд | 150 | 100 | 70 |
2 | 500 | 310 | 28 | уд | 100 | 50 | 50 |
3 | 520 | 370 | 26 | уд | 100 | 55 | 60 |
4 | 560 | 300 | 29 | уд | 120 | 70 | 60 |
5 | 570 | 350 | 30 | уд | 120 | 70 | 80 |
6 | 580 | 320 | 26 | уд | 115 | 75 | 100 |
прототип | 450-590 | 285 | 20 | d=3a | 98 | 49 | 49 |
Источники информации
1. ГОСТ 380-88. «Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки».
2. ГОСТ 535-88. «Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества. Общие технические условия».
Класс C22C38/12 содержащие вольфрам, тантал, молибден, ванадий или ниобий