Сталь для производства железнодорожных бандажей



Сталь для производства железнодорожных бандажей
Сталь для производства железнодорожных бандажей

Владельцы патента RU 2580764:

Акционерное общество "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта" (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "Уральские локомотивы" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу конструкционной стали повышенной прочности и трещиностойкости, используемой для изготовления высоконагруженных бандажей колес тягового подвижного состава железных дорог. Сталь содержит следующие компоненты, мас.%: углерод 0,35-0,50, кремний 0,23-0,47, марганец 0,65-0,95, хром 0,63-0,87, никель 1,85-2,15, молибден 0,14-0,27, ванадий 0,06-0,20, железо остальное. Повышаются временное сопротивление разрыву, твердость, ударная вязкость и трещиностойкость, а также износостойкость и контактно-усталостная выносливость стали. 2 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к составу конструкционной стали повышенной прочности и трещиностойкости, используемой для изготовления высоконагруженных бандажей колес тягового подвижного состава железных дорог.

Известна сталь для производства железнодорожных бандажей, содержащая компоненты при следующем соотношении, масс. %: углерод 0,59; кремний 0,31; марганец 0,68; фосфор 0,013; серу 0,01 и железо остальное (Авторское свидетельство СССР №1328392 A1, МПК: C21D 09/34, опубл. 07.08.1987) - аналог.

Недостатком известного решения является то, что бандажи, изготовленные из такой стали, имеют временное сопротивление разрыву до 1160МПа и относительное сужение до 48%, однако имеют недостаточно высокую твердость, ударную вязкость и трещиностойкость, что снижает их эксплуатационную стойкость.

Известна сталь для валков и бандажей валков, содержащая компоненты при следующем соотношении, масс. %: углерод 0,6-0,7; кремний 0,2-0,4; марганец 0,61-0,9; хром 1,8-2,1; ванадий 0,1-0,2; никель 0,8-1,1; молибден 0,60-0,80; титан 0,004-0,05; кальций 0,002-0,005; железо остальное (Авторское свидетельство СССР №619538, МПК: C22C 38/50, опубл. 15.08.1978) - аналог.

Недостатком известного решения является то, что известная из него сталь имеет достаточно высокие эксплуатационные свойства, необходимые для бандажей валков, однако не может быть использована для изготовления железнодорожных бандажей из-за специфики их эксплуатации.

Известна сталь, содержащая компоненты при следующем соотношении, масс. %: углерод 0,32-0,42; кремний 0,2-0,4; марганец 0,8-1,2; хром 0,02-0,3; фосфор 0,02-0,5; никель 0,80-1,20; молибден 0,20-0,70; медь 0,1-0,3; титан 0,05-0,15; лантан 0,03-0,08; кальций 0,01-0,05; бор 0,002-0,007 и железо остальное (Авторское свидетельство СССР №1608240 A1, МПК: C22C 38/54, опубл. 09.01.1989) - аналог.

Недостатком известного решения является то, что при достаточно высокой ударной вязкости 65-77Дж/см2, предел прочности при растяжении для данной стали не превышает 972МПа, что снижает конструкционную прочность бандажей.

Известна сталь для производства железнодорожных бандажей марки 2 по ГОСТ 398-2010, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий и железо при следующем соотношении компонентов, масс. %: углерод 0,57-0,65; кремний 0,22-0,45; марганец 0,60-0,90; хром - не более 0,20; ванадий - не более 0,15 и железо остальное («Бандажи черновые для железнодорожного подвижного состава. Технические условия») - аналог.

Известная сталь в настоящее время широко используется для производства железнодорожных бандажей, однако имеет следующие недостатки: недостаточно высокое временное сопротивление разрыву от 1000 до 1030 Н/мм2, твердость ее не превышает 300НВ, ударная вязкость KCU при +20°C не превышает 50 Дж/см2, трещиностойкость K1C не превышает 80 МПа×м½. В результате данная сталь не обеспечивает требуемого ресурса бандажей по износу, а также их надежности в эксплуатации с точки зрения трещиностойкости.

Известна сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден и железо при следующем соотношении компонентов, масс. %: углерод 0,37-0,44; кремний 0,17-0,37; марганец 0,50-0,80; хром 0,60-0,90; никель 1,25-1,65; молибден 0,15-0,25 и железо -остальное (сталь марки 40ХН2МА по ГОСТ 4543-71 «Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия») - аналог.

Известная сталь применяется в машиностроении для изготовления ответственных деталей, имеет достаточно высокие механические и эксплуатационные свойства, однако не может быть использована для изготовления железнодорожных бандажей из-за специфики технологии их изготовления и условий эксплуатации.

Известна сталь для производства железнодорожных бандажей марки 4 по ГОСТ 398-2010, содержащая компоненты при следующем соотношении, масс. %: углерод 0,65-0,75; кремний 0,25-0,45; марганец 0,60-0,90; хром 0,20-0,60; ванадий - не более 0,15; железо остальное (патент РФ №2413028, МПК: C22C 38/24, опубл. 18.06.2008) - прототип.

Известная сталь также используется для производства железнодорожных бандажей, однако имеет следующие недостатки: при достаточно высоком временном сопротивлении разрыву от 1130 до 1160 Н/мм2 и твердости 330-340НВ, ударная вязкость KCU при +20°C не превышает 30 Дж/см2, а трещиностойкость K1C не превышает 60 МПа×м½. При этом известная сталь обеспечивает высокие показатели ресурса бандажей по износу, но не обеспечивает их достаточной надежности с точки зрения изломов, что связано с пониженными характеристиками ударной вязкости и трещиностойкости данной марки стали.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение является повышение временного сопротивления разрыву, твердости, ударной вязкости, трещиностойкости, а также износостойкости и контактно-усталостной выносливости стали для производства железнодорожных бандажей.

Указанный технический результат достигается тем, что сталь для производства железнодорожных бандажей содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий и железо, дополнительно содержит никель, молибден при следующем соотношении компонентов (масс. %): углерод 0,35-0,50; кремний 0,23-0,47; марганец 0,65-0,95; хром 0,63-0,87; никель 1,85-2,15; молибден 0,14-0,27; ванадий 0,06-0,20; железо - остальное.

Практика изготовления и эксплуатации железнодорожных бандажей из известных и применяемых в настоящее время марок стали показывают, что использование при производстве бандажей углеродистой низколегированной стали с перлитной структурой не позволяет получить повышенный уровень прочностных характеристик и твердости, при одновременном обеспечении высоких характеристик вязкости и трещиностойкости. Для известных сталей повышение характеристик прочности и твердости, обеспечивающих износостойкость железнодорожного бандажа и его ресурс по износу, неизбежно сопровождается снижением характеристик пластичности, вязкости и трещиностойкости. Возможности повышения прочности и твердости известных бандажных сталей ограничены верхним пределом (не более 360 НВ), поскольку дальнейшее повышение твердости может привести к критическому падению характеристик вязкости и трещиностойкости до уровня, при котором не будет обеспечена надежность железнодорожного бандажа. Следовательно, необходима разработка новой стали для производства железнодорожных бандажей с улучшенными характеристиками по следующим параметрам: временное сопротивление разрыву, твердость, ударная вязкость, трещиностойкость, износостойкость и контактно-усталостная выносливость стали.

Заявителями разработана новая сталь для производства железнодорожных бандажей с повышенными значениями прочности и трещиностойкости.

Заявляемая сталь имеет следующий количественный (масс. %) и качественный состав:

- содержание углерода в пределах от 0,35 до 0,50%, при заявляемом соотношении других компонентов стали, повышает временное сопротивление разрыву, твердость, износостойкость и контактно-усталостной выносливость стали. Если содержание углерода меньше 0,35%, то не будет обеспечен требуемый уровень указанных характеристик, а если углерода больше 0,50%, то произойдет существенное снижение ударной вязкости и трещиностойкости стали.

- содержание кремния в пределах от 0,23 до 0,47%, при заявляемом соотношение других компонентов стали, повышает временное сопротивление разрыву, не снижая ударную вязкость. Если содержание кремния будет меньше 0,23%, то не будет достигнут требуемый уровень временного сопротивления разрыву, а если больше 0,47%, то происходит снижение ударной вязкости стали;

- содержание марганца в пределах от 0,65 до 0,95%, при заявляемом соотношение других компонентов стали, повышает временное сопротивление разрыву и твердость, не снижая ударную вязкость. Если содержание марганца менее 0,65%, тоне будет достигнут требуемый уровень временного сопротивления разрыву и твердости, а если больше 0,95%, то происходит снижение ударной вязкости стали;

- содержание хрома в пределах от 0,63 до 0,87%, при заявляемом соотношение других компонентов стали, повышает временное сопротивление разрыву, твердость, износостойкость и контактно- усталостную выносливость стали, не снижая ударную вязкость. Если хрома менее 0,63%, тоне будет достигнут требуемый уровень временного сопротивления разрыву, твердости, износостойкости и контактно-усталостной выносливости, а если больше 0,87%, то происходит снижение ударной вязкости и трещиностойкости;

- содержание никеля в пределах от 1,85 до 2,15%, при заявляемом соотношение других компонентов стали, обеспечивает максимальное повышение ударной вязкости и трещиностойкости стали. Если никеля меньше 1,85% либо больше 2,15%, то происходит снижение ударной вязкости и трещиностойкости;

- содержание молибдена в пределах от 0,14 до 0,27%, при заявляемом соотношение других компонентов стали, снижает склонность стали к отпускной хрупкости, вызываемую совместным добавлением хрома, никеля и марганца. Если молибдена менее 0,14% либо более 0,27%, то происходит снижение ударной вязкости и трещиностойкости;

- содержание ванадия 0,06-0,20% необходимо для измельчения зерна стали и повышения ударной вязкости. Если ванадия меньше 0,06%, тоне будет достигнут требуемый уровень ударной вязкости, а если больше 0,20%, то происходит снижение твердости.

Заявляемый технический результат достигается при использовании количественного и качественного состава компонентов, и не зависит от последовательности (очередности) их добавления в расплав, а также от того добавляются они в чистом виде или в виде лигатуры. Сталь после выплавки подвергается внепечной обработке на установке печь-ковш и вакуумированию. Бандажи подвергаются термической обработке в виде закалки и отпуска на структуру высокодисперсного мартенсита отпуска, что обеспечивает вместе с заявленным количественным и качественным составом компонентов необходимые эксплуатационные свойства. Массовая доля водорода в стали не превышает 2 ppm, при содержании примесей фосфора не более 0,030 и серы не более 0,020. Заявленная совокупность компонентов состава стали позволяет получать высокий комплекс механических свойств железнодорожных бандажей: повышенное временное сопротивление разрыву от 1060 до 1200 Н/мм2, твердость 340-380 НВ, ударную вязкость KCU при +20°C 40-60 Дж/см2 и трещиностойкость K1C 100-120 МПа×м½.

В таблице 1 указан состав предложенной стали и состав стали марки 2 и 4 по ГОСТ 398-2010.

Термически обработанная сталь была использована для изготовления бандажей, свойства которых представлены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что бандажи из заявляемой стали превосходят известные по комплексу прочностных характеристик и твердости, имея при этом повышенную ударную вязкость и очень высокий уровень трещиностойкости, что обеспечит повышенный ресурс и надежность бандажей в эксплуатации.

Таким образом, предложенная сталь, обладающая повышенным комплексом механических свойств и эксплуатационных характеристик, одновременно обеспечивает высокую стойкость бандажа к износу и стойкость к повреждаемости контактно-усталостным дефектами типа выщербин и может со временем заменить бандажные стали марки 2 и 4 по ГОСТ 398-2010.

Сталь для производства железнодорожных бандажей, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит никель и молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,35-0,50
кремний 0,23-0,47
марганец 0,65-0,95
хром 0,63-0,87
никель 1,85-2,15
молибден 0,14-0,27
ванадий 0,06-0,20
железо остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным коррозионностойким сталям переходного класса, используемым для изготовления высоконагруженных деталей и конструкций в машиностроении и судостроении, работающих в условиях воздействия коррозионной среды.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению труб для добычи нефти и газа, которые могут эксплуатироваться как в обычных условиях, так и в условиях коррозионного воздействия со стороны добываемого флюида в присутствии сероводорода (H2S) и углекислого газа (CO2).

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве толстолистового проката из стали высокой прочности, хладостойкости и улучшенной свариваемости для применения в судостроении, топливно-энергетическом комплексе, транспортном и тяжелом машиностроении, мостостроении.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к горячедеформированным насосно-компрессорным трубам и муфтам к ним, изготавливаемым из конструкционных сталей.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к двухслойному листовому прокату толщиной 10-50 мм, состоящему из слоя износостойкой стали и слоя свариваемой стали, для изготовления сварных конструкций, подвергающихся ударно-абразивному износу и работающих при температуре до -40°C.
Сталь // 2532662
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высококачественным легированным конструкционным сталям, применяемым для изготовления силовых деталей, шестерен и валов, поверхности которых упрочняют азотированием.

Высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности холоднокатаный стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованный стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованный погружением стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности отожженный оцинкованный погружением стальной лист, способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности холоднокатаного стального листа, способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованного погружением стального листа и способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности отожженного оцинкованного погружением стального листа // 2531216
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному стальному листу, имеющему отношение предела текучести к пределу прочности 0,6 или более. Лист выполнен из стали следующего состава, в мас.%: 0,03-0,20% С, 1,0% или менее Si, от более 1,5 до 3,0% Mn, 0,10% или меньше Р, 0,05% или менее S, 0,10% или менее Аl, 0,010% или менее N, один или несколько видов элементов, выбранных из Ti, Nb и V, общее содержание которых составляет 0,010-1,000%, 0,001-0,01 Ta, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным комплекснолегированным высокопрочным сталям, закаливающимся на воздухе, и может быть использовано при производстве осесимметричных деталей, работающих под давлением.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным конструкционным сталям, закаливающимся преимущественно на воздухе, используемым для изготовления осесимметричных корпусных деталей.

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано для получения свариваемых штрипсов категории прочности X100 по стандарту API 5L-04, используемых при строительстве магистральных нефтегазопроводов высокого давления.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам высокопрочных коррозионно-стойких сталей, используемых для изготовления высоконагруженных деталей и конструкций в машиностроении, судостроении, авиации и железнодорожном транспорте. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,01-0,04, кремний 0,10-0,80, марганец 0,50-1,50, хром 14,0-16,0, никель 3,0-5,0, азот 0,1-0,2, медь от более 0,5 до 2,5, ванадий 0,02-0,20, кальций от более 0,005 до 0,030, железо и примеси - остальное. Отношение содержания углерода к содержанию азота составляет 0,2 или менее. Сталь обладает высокими пределом текучести и пределом прочности при сохранении высокой пластичности и ударной вязкости. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к коррозионно-стойким сталям, используемым для производства бесшовных горячекатаных насосно-компрессорных и обсадных труб, работающих в условиях высокой концентрации углекислого газа и сероводорода в составе перекачиваемой углеводородной среды на месторождениях, расположенных в арктических районах. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,14-0,23, кремний 0,17-0,4, марганец 0,4-0,7, хром от более 1,0 до 5,1, молибден 0,15-0,5, ванадий 0,04-0,06, никель 0,1-0,7, медь 0,15-0,5, алюминий 0,02-0,05, сера не более 0,007, фосфор не более 0,015, азот не более 0,014, железо - остальное. Коэффициент эксплуатационной надежности стали, определяемый по выражению R=0,8×[Cr]+3,5×[Mo]+2,5×[Cu], составляет 2,0÷5,5, а содержание серы должно составлять не более Smax=0,01-0,01×[Cu], мас.%. Обеспечивается повышенная эксплуатационная надежность труб за счет увеличения стойкости к углекислотной коррозии при сохранении стойкости к сульфидной коррозии, высокая хладостойкость и предотвращение явления красноломкости при горячем прокате труб. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам высокопрочных конструкционных сталей, используемых в оборудовании для холодной обработки давлением, в конструкциях летательных аппаратов, в транспортном, горнодобывающем и дорожно-строительном машиностроении, в деталях и механизмах, длительно сопротивляющимся постоянным и знакопеременным нагрузкам в широком диапазоне температур. Сталь содержит, мас.%: углерод от более 0,50 до 0,70, марганец 0,42-0,82, кремний 0,80-1,80, хром 0,80-2,00, никель 1,50-3,00, молибден 0,30-0,60, алюминий 0,02-0,15, ванадий 0,02-0,12, церий 0,005-0,02, медь 0,03-2,00, кальций от более 0,005 до 0,015, железо и неизбежные примеси – остальное. Обеспечивается сочетание высокой прочности и пластичности стали, а именно: временное сопротивление разрыву (σB) 2200-2500 МПа, относительное удлинение (δ) 12-14,5%, относительное сужение (Ψ) 30-40%, ударная вязкость (KCU) более 50 Дж/м2 и твердость (HRC) 56-60. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали для изготовления стальных колёс для рельсового транспорта. Сталь содержит следующие компоненты, мас.%: углерод от 0,45 до 0,60, кремний от 0,38 до 0,50, марганец от 0,80 до 1,00, ванадий не более 0,15, хром от 0,80 до 1,00, фосфор не более 0,02, сера не более 0,015, медь не более 0,3, никель не более 0,25, алюминий не более 0,04, железо – остальное. Достигается повышение механических и эксплуатационных свойств стали, предназначенной для изготовления железнодорожных колёс методами обработки металлов давлением и литья.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к металлу сварного шва, применяемому в сварных конструкциях. Металл сварного шва, содержащий в мас. %: С от 0,02 до 0,10, Si от 0,10 до 0,60, Mn от 0,90 до 2,5, Ni от 0,20 до 2,00, Cr от 0,05 до 1,0, Мо от 0,10 до 1,50, Ti от 0,040 до 0,15, В от 0,0010 до 0,0050, О от 0,030 до 0,100, и N 0,015 или менее, железо и неизбежные примеси – остальное. Средний диаметр эквивалентной окружности карбидов, имеющих диаметр эквивалентной окружности 0,40 мкм или более, среди присутствующих на границах зерен металла сварного шва карбидов, составляет 0,75 мкм или менее. Металл сварного шва имеет высокие значения низкотемпературной ударной вязкости при более низких температурах, прочности после SR-отжига, а также при применении дуговой сварки в защитном газе с использованием проволоки с флюсовой сердцевиной. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к атмосферостойкой стали, используемой для изготовления высокопрочных болтов, гаек и шайб. Сталь содержит углерод, марганец, фосфор, серу, кремний, хром, никель, медь, молибден, ванадий, титан и железо при следующем соотношении, мас.%: углерод от более 0,3 до 0,42, марганец 0,4-1,4, фосфор не более 0,02, сера не более 0,02, кремний 0,15-0,37, хром 0,3-1,0, никель 0,2-0,8, медь 0,2-0,6, молибден 0,15-0,25, ванадий 0,1-0,18, титан не более 0,05, железо остальное. Повышается стойкость к замедленному хрупкому разрушению и к коррозионному растрескиванию. 1 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к литым штамповым сталям. Может использоваться для изготовления инструмента горячего деформирования. Литая штамповая сталь содержит, мас. %: углерод 0,2-0,3; кремний 0,5-1,0; марганец 0,8-1,2; хром 6,5-7,0; никель 2,0-2,5; молибден 0,35-0,45; ванадий 0,8-1,2; барий 0,002-0,004; сурьма 0,002-0,004; серебро 0,02-0,04; медь 1,0-1,6; алюминий 0,2-0,25; железо - остальное. Сталь обладает высокой теплостойкостью. 1 табл.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2016-04-10 2016-04-11T10:56:51
Наверх