УГЛЕРОДИСТАЯ КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩАЯ ПРУЖИННО-РЕССОРНАЯ СТАЛЬ ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО КРЕПЕЖА
CARBONIC SILICON CONTAINING LAMINATED SPRING STEEL FOR RAILROAD FASTENERS

Изобретение относится к металлургии стали, а именно к пружинно-рессорным сталям, и может быть использовано при производстве проката для изготовления железнодорожного крепежа.
Стали с повышенным содержанием кремния обладают повышенными прочностными характеристиками и пределом упругости, довольно устойчивы против роста зерна, что позволяет использовать их в условиях повышенных нагрузок (например, для изготовления пружин и шайб машин и механизмов, применяемых в закаленном и отпущенном состоянии). Особенности сталей описаны, например, в справочнике В.Н.Журавлева и О.Н.Николаевой «Машиностроительные стали», изд. 3-е, М.: Машиностроение, 1981, с.153-155.
Известна сталь (см. SU №2203341, кл. С22С 38/42, опубл. 27.04.2003), которая содержит углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь, алюминий, железо и характеризуется содержанием указанных компонентов в соотношении, мас.%:
Углерод
0,35…0,45
Марганец
0,65…0,90
Кремний
1,50…1,70
Фосфор
Не более 0,030
Сера
Не более 0,030
Хром
Не более 0,30
Никель
Не более 0,30
Медь
Не более 0,30
Алюминий
Не более 0,030
Железо
Остальное
Известная сталь не гарантирует получения требуемой пластичности при сохранении твердости, что ухудшает потребительские свойства стали.
Из уровня техники (см. JP 2003-105485 А, С22С 38/58, 09.04.2003, реферат, формула) известна углеродистая кремнийсодержащая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, фосфор, серу, хром, никель, медь, алюминий, кальций и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод
0,4…0,9
Марганец
0,1…2,0
Кремний
0,5…3,0
Фосфор
≤0,02
Сера
≤0,02
Хром
0,05…3,0
Никель
0,05…5,0
Медь
0,05…2,0
Алюминий
0,005…0,1
Кальций
0,0001…0,01
Железо
Остальное
Недостатком этой стали является значительная химическая неоднородность по содержанию углерода, марганца и кремния из-за ликвации, что вызывает необходимость повышения температур закалки и приводит к значительным колебаниям прокаливаемости.
Ожидаемый технический результат - получение круглого проката для изготовления из него жележнодорожного крепежа, соответствующего требуемому уровню по твердости, пластичности, структуре.
Для решения этой задачи углеродистая кремнийсодержащая пружинно-рессорная сталь для железнодорожного крепежа, содержащая углерод, марганец, кремний, фосфор, серу, хром, никель, медь, алюминий, кальций и железо, отличается тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Углерод
От 0,37 до менее 0,4
Марганец
0,50…0,80
Кремний
1,50…1,80
Фосфор
Не более 0,030
Сера
Не более 0,030
Хром
Не более 0,30
Никель
Не более 0,30
Медь
Не более 0,30
Алюминий
0,005…0,05
Кальций
0,0001…0,005
Железо
Остальное
и имеет в микроструктуре величину действительного зерна 6-8 номера
Все вышеуказанные пределы содержания компонентов в предлагаемой стали получены в результате обработки опытных данных.
Сущность заявляемого технического решения заключается в оптимизации содержания в стали с повышенным содержанием кремния отдельных ее компонентов. В результате этого повышаются пластические свойства стали при сохранении требуемой твердости, что особенно важно при ее последующей переработке.
Содержание кальция в металле в заданном диапазоне позволяет существенно увеличить количество центров кристаллизации, что при изготовлении железнодорожного крепежа позволяет получить величину действительного зерна 6-8 номера в микроструктуре и обеспечить требуемые пластические свойства готового проката.
Опытную проверку заявляемого технического решения осуществили при производстве стали 40С2А в электросталеплавильном цехе ОАО «Магнитогорского металлургического комбината» с последующей ее прокаткой на стане 170. Результаты опытов оценивали по результатам механических испытаний круглого проката.
Наилучшие результаты (выход годного проката в пределах 97,5-99,8) при заданной величине твердости получены при использовании предлагаемой стали. Отклонения от требуемого химического состава и неполучение оптимальной микроструктуры приводили к получению брака по механическим свойствам.
Так, при содержании в стали (мас.%) Al<0,005 (но при рекомендуемом содержании остальных элементов), С<0,37, Mn<0,50, Si<1,50 и Са<0,0001 (при том же условии) не удалось получить требуемую пластичность у 2,5-7,5% круглого проката. При содержании в стали (мас.%) Al>0,05 (но при рекомендуемом содержании остальных элементов), С>0,45, Mn>0,80, Si>1,80 и Са>0,005, а также повышенном содержании S, Р, Cr, Ni и Cu (соответственно больше 0,030, 0,030, 0,30, 0,30 и 0,30) недостаточные пластические свойства не позволили получить круглый прокат с заданными свойствами из-за загрязненности проката неметаллическими включениями.
При получении же проката из стали, химический состав которой имел хотя бы один компонент с отличной (от заявляемой) величиной, отсортировка готового проката по недопустимым отклонениям от заданной нормы прокаливаемости составляла не менее 0,2-2,5%, причем в ряде случаев пластичность была неудовлетворительной.
Сравнительные испытания стали 40С2А, выбранной в качестве ближайшего аналога, привели к отсортировке по вышеназванной причине от 4-8% готового проката. Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для выполнения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.
Внедрение предлагаемого изобретения при производстве кремний, содержащей стали позволит повысить прибыль от реализации проката с улучшенными потребительскими свойствами не менее чем на 2,5%.
Пример конкретного выполнения.
Круглая, диаметром 11 мм, углеродистая кремнийсодержащая пружинно-рессорная сталь для железнодорожного крепежа содержит, мас.%:
С=0,39; Si=1,62; Mn=0,71; S=0,006; P=0,009; Cr=0,05; Ni=0,064; Cu=0,12; Al=0,006; Ca=0,0021, остальное - железо, в микроструктуре получили величину действительного зерна 6 номера.