СТАЛЬ
STEEL

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой для изготовления контррельсового уголка.
Известна сталь марки Э68 [1], имеющая следующий химический состав (в мас.%):
углерод
0,62-0,73
марганец
0,70-1,00
кремний
0,13-0,28
ванадий
0,03-0,05
железо
остальное
Существенным недостатком данной стали является ее пониженный комплекс физико-механических свойств.
Известна выбранная в качестве прототипа сталь [2], содержащая, мас.%:
углерод
0,60-0,73
марганец
0,70-1,00
кремний
0,13-0,28
ванадий
0,03-0,07
железо
остальное
Существенным недостатком данной стали является недостаточная износостойкость контррельсового уголка.
Желаемым техническим результатом изобретения является повышение комплекса физико-механических свойств и соответственно эксплуатационной стойкости конррельсового уголка.
Для достижения этого сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий и железо, отличается тем, что она дополнительно содержит азот, хром, алюминий, никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод
от более 0,60 до 0,75
марганец
0,70-1,10
кремний
от более 0,39 до 0,60
хром
0,20-0,60
алюминий
до менее 0,003
ванадий
от более 0,07 до 0,15
азот
от более 0,015 до 0,020
никель
0,03-0,20
железо
остальное
При этом в качестве примесей сталь может содержать серу не более 0,020%, фосфора не более 0,025%, меди не более 0,15%.
Заявляемый химический состав стали подобран исходя из следующих предпосылок.
Выбранная концентрация углерода выбрана исходя из необходимости получения необходимого уровня твердости и прочности. При содержании менее 0,60% не достигается требуемого уровеня твердости и прочности, при содержании более 0,75% повышается вероятность хрупких разрушений.
Увеличение кремния до 0,60% повышает пределы текучести и прочности, при снижении кремния менее 0,39% наблюдается резкое снижение данных параметров.
Концентрация хрома выбрана исходя из обеспечения высокого сопротивления износу и высоких прочностных свойств, при этом снижение концентрации хрома менее 0,20% не позволяет обеспечить требуемую стойкость контррельсового уголка, а при повышении концентрации более 0,60% значительно возрастает стоимость стали при постоянных прочностных свойствах стали.
Содержание алюминия обусловлено, с одной стороны, получением мелкого действительного зерна, с другой - исключением недопустимых неметаллических включений.
Концентрация марганца в выбранных пределах обеспечивает достаточную износостойкость уголка. При содержании марганца менее 0,70% не обеспечивается твердость и прочность контррельсового уголка. При содержании марганца более 1,10% возрастает вероятность хрупких разрушений.
Введение азота позволяет получить измельченное зерно аустенита, что обеспечивает повышение прочностных свойств и увеличение сопротивляемости хрупкому разрушению. Наличие ванадия при этом позволяет добиваться необходимой растворимости азота в соединениях. При наличии азота менее 0,015% невозможно измельчения зерна и, соответственно, не обеспечивается необходимое упрочнение стали, а при более 0,020% возможны случаи пятнистой ликвации и «азотного» кипения (пузыри в стали). Выбранное содержание и соотношение азота и ванадия обеспечивает получение требуемой ударной вязкости (в том числе и при отрицательных температурах) за счет карбонитридного упрочнения.
Концентрация никеля более 0,20% повышает вероятность получения недопустимых микроструктур, а снижение концентрации менее 0,03% снижает ударную вязкость стали.
Ограничение концентрации фосфора, серы и меди обусловлено улучшением качества поверхности готовой продукции после прокатки и повышения ее физико-механических свойств.
Серия опытных плавок была проведена в дуговых печах ДСП-100И7. Химический состав приведен в таблице 1. После разливки стали на МНЛЗ осуществляли прокатку контррельсового уголка типа СП850. Результаты испытаний механических свойств в горячекатаном состоянии в сравнении с прототипом, представленные в таблице 2, показывают, что заявляемый химический состав обеспечивает повышение механических свойств уголка и соответственно его эксплуатационную стойкость.
Таблица 2
Механические свойства стали
Состав
Предел прочности, Н/мм<sup>2</sup>
Относительное удлинение, %
Твердость, НВ
1
900
13
300
2
1100
15
302
3
1210
14
311
4
980
16
300
5
1220
14
321
6
1100
15
302
прототип
900
8
220-280
Источники информации
1. ГОСТ 9960-85 «Остряковые рельсы. Технические условия».
2. ТУ 0921-245-01124323-2007.