Сталь

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изысканию высокопрочных сталей для болтов крепления рельсов. Задача изобретения - повышение комплекса механических свойств стали. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, кальций, алюминий, азот и железо при следующем соотношении компонентов, в мас. %: углерод 0,15-0,19; марганец 0,40-0,60; кремний 0,25-0,37; хром 0,20-0,35; ванадий 0,05-0,09; кальций 0,0005-0,004; азот 0,004-0,020; железо - остальное. Кроме того, в составе стали дополнительно ограничено количество примесей в следующем соотношении, в мас.%: сера не более 0,025; фосфор не более 0,025; никель не более 0,30; медь не более 0,30; алюминий 0,005-0,035; Заявляемый химический состав стали повышает механические свойства стали и эксплуатационную стойкость болтов. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изысканию высокопрочных сталей для болтовых креплений рельсов.

Известна в качестве прототипа сталь [1], содержащая: углерод 0,12-0,19%, кремний 0,17-0,37%, марганец 0,35-0,65%, хром не более 0,25%, железо - остальное.

Существенным недостатком стали являются низкие механические свойства, приводящие к низкому качеству болтов и выходу последних из строя.

Задачей изобретения является повышение комплекса механических свойств стали.

Для достижения этого сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, дополнительно содержит ванадий, кальций, алюминий и азот при следующем соотношении компонентов (в мас.%): Углерод - 0,15-0,19 Марганец - 0,40-0,60 Кремний - 0,25-0,37 Хром - 0,20-0,35 Ванадий - 0,05-0,09 Кальций - 0,0005-0,004 Азот - 0,004-0,020 Железо - Остальное Кроме того, в ее составе дополнительно ограничено количество примесей в следующем соотношении (в мас.%):
Сера - Не более 0,025
Фосфор - Не более 0,025
Никель - Не более 0,30
Медь - Не более 0,30
Алюминий - 0,005-0,035
Заявляемый химический состав стали выбран с учетом нижеизложенных предпосылок.

Выбранное содержание углерода обеспечивает повышение предела текучести и временного сопротивления разрыву болтовых изделий.

Соотношение марганца и кремния в заявляемых пределах обеспечивает, с одной стороны, требуемую вязкость и износостойкость, с другой стороны, - твердость стали.

Повышение содержания хрома по сравнению с прототипом позволяет значительно повысить прочностные характеристики стали, твердость и износостойкость стали. При получении в стали концентрации хрома менее 0,20% не обеспечиваются требуемые значения предела текучести и временного сопротивления разрыву, а при увеличении более 0,35% увеличивается твердость стали, что затрудняет получение качественной резьбы на болтах.

Микролегирование стали кальцием оказывает положительное влияние на микроструктуру - происходит изменение зерна и получение благоприятной (глобулярной) формы сульфидных, оксидных и оксисульфидных включений. При введении кальция более чем на 0,004% значительно увеличивается стоимость стали без повышения механических свойств. Введенный в состав стали ванадий повышает твердость, прочность и незначительно пластичность. Алюминий, введенный в заявляемых пределах, обеспечивает получение мелкого зерна; повышение концентрации выше верхнего заявляемого предела приводит к повышению отбраковки стали по поверхностным дефектам и снижению ударной вязкости стали. Снижение содержания алюминия менее 0,005% значительно укрупняет зерно стали, что не обеспечивает требуемые мехсвойства. При концентрации алюминия выше 0,035% возможно загрязнение стали глиноземсодержащими неметаллическими включениями, резко увеличивающими вероятность образования трещин на болтах. Азот, соединяясь с нитридообразующими элементами (ванадием и алюминием), измельчает зерно и обеспечивает нитридное упрочнение стали. При содержании азота более 0,020% повышается отбраковка стали по дефектам макроструктуры (пузыри, трещины) и поверхности (трещины, волосовины), при этом снижается прочность стали. Снижение содержания азота ниже 0,004% не обеспечивает требуемой прочности стали.

Ограничение содержания никеля и меди выбрано, исходя из обеспечения качественной поверхности после прокатки (исключение образования горячих трещин).

Для определения механических свойств заявляемой стали была выплавлена серия плавок (с заявляемыми пределами химического состава стали) в 100-тонных дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП-100И7. Химический состав приведен в таблице 1.

Прокатка стали осуществлялась на прутки диаметром 21 мм. Механические испытания согласно требованиям Государственных стандартов приведены в таблице 2.

Согласно полученным результатам заявляемая сталь в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами: возрастают механические свойства стали.

Литература
1. ГОСТ 1050-88 "Прокат сортовой, калиброванный, со специальной, отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали. Общие технические условия".

Формула изобретения

1. Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий, кальций и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,15-0,19

Марганец 0,40-0,60

Кремний 0,25-0,37

Хром 0,20-0,35

Ванадий 0,05-0,09

Кальций 0,0005-0,004

Азот 0,004-0,020

Железо Остальное

2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что в её составе дополнительно ограничено количество примесей в следующем соотношении, мас.%:

Сера Не более 0,025

Фосфор Не более 0,025

Никель Не более 0,30

Медь Не более 0,30

Алюминий 0,005-0,035

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2