Kolejnicová ocel – třídy a vlastnosti

Číslo publikace RU2426813C1 RU2426813C1 RU2009149721/02A RU2009149721A RU2426813C1 RU 2426813 C1 RU2426813 C1 RU 2426813 A1 A2009149721 02/2009149721 A RU 02/2009149721A RU 02 A RU2009149721 A RU 2009149721A RU 2009149721 C2426813 RU1 C2426813 RUC klíčové slovo autority RUCor 1 ocel nad vanadovými dusíkatými nečistotami Stav techniky Datum 2426813-1-2009 Číslo přihlášky RU12/30A Jiné jazyky Angličtina ( en ) Jiné verze RU2009149721A ( ru Vynálezce Gleb Vladimirovich Mokhov (RU) Gleb Vladimirovič Mokhov Nasibulla Khatovdin Nasibulla Khatov RU Nikolay Anatoljevič Kozyrev (RU) Nikolaj Anatoljevič Kozyrev Victor Vasiljevič Mogilnyj (RU) Viktor Vasiljevič Mogilnyj Larisa Viktorovna Korneva (RU) Larisa Viktorovna Korneva Alevtina Leonidovna Nikulina (RU) Alevtina Leonidovna Nikulina Dmitrij RU) Původní Assignment Vladimirovič Boykov Společný sklad Společnost “Novokuznetsk metalurgický závod” Datum priority (Datum priority je předpoklad a není právním závěrem. Společnost Google neprovedla právní analýzu a neposkytuje žádné prohlášení ohledně přesnosti uvedeného data.) 02-2009149721-2009 Datum podání 12-30-2009 Datum zveřejnění 12-30-2011 08-20-2009 Přihláška podaná společností Public Joint Akciová společnost “Novokuzněcký metalurgický závod” podána Kritická otevřená akciová společnost “Novokuzněcký metalurgický závod” 12-30-2009 Priorita RU12/30A priorita Kritický patent/RU2009149721C02/ru 2426813-1-2011 Cr07 Publikace 10-2009149721-2009149721 Cr2011 08 20A/ en 2011-08-20 Žádost byla schválena Kritické 2426813-1-2426813 Zveřejnění publikace RU1CXNUMX Kritický patent/RUXNUMXCXNUMX/ru

Krajiny

• Tepelné zpracování oceli (OBLAST)
• Tepelné zpracování předmětů (OBLAST)
• Úprava oceli v roztaveném stavu (OBLAST)
• Měkké magnetické materiály (AREA)

Abstraktní

Vynález se týká oblasti metalurgie železa, konkrétně výroby oceli pro železniční kolejnice. Kolejnicová ocel obsahuje uhlík, mangan, křemík, vanad, chrom, nikl, měď, vápník, baryum, hliník, dusík, železo a nečistoty v tomto poměru složek, hm.%: uhlík 0,69-0,85, mangan 0,75 -1,25, křemík 0,25-0,65, vanad 0,03-0,15, chrom 0,10-0,80, nikl ne více než 0,30, měď ne více než 0,30, vápník od více než 0,005 do 0,008, barium 0,0005-0,0015, dusík od více než 0,005 0,015 až 0,020, železo a nečistoty – zbytek. Jako nečistoty ocel obsahuje síru ne více než 0,020 hm. % a fosfor ne více než 0,020 hm. %. Zvyšuje se komplex fyzikálních a mechanických vlastností a provozní trvanlivost kolejnic. 1 stůl

Popis

Vynález se týká metalurgie železa, zejména výroby oceli pro železniční kolejnice se zvýšenou tažností a kontaktní únavovou pevností.

Je známá kolejnicová ocel [1], která má následující chemické složení, hm. %:

0,65-0,89 °C; 0,18-0,65 Si; 0,6-1,2 Mn; 0,01-0,10 V; 0,001-0,03 Ti; 0,005-0,02 Al; 0,004-0,03 N; 0,0004-0,005 Ca; 0,05-0,4 Cr; 0,003-0,1 Mo; Fe – zbytek.

Významnou nevýhodou této oceli je nedostatečná rázová houževnatost získaná na kolejnicích tepelně zpevněných teplotou válcování v důsledku tvorby přebytečného množství karbonitridů titanu, jakož i zvýšené znečištění oceli oxidovými vměstky obsahujícími hliník a vápník.

Je také známá kolejnicová ocel [2], která má následující chemické složení, hm. %:

0,65-0,8 °C; 0,18-0,40 Si; 0,6-1,2 Mn; 0,001-0,01 Zr; 0,005-0,04 Al; 0,004-0,011 N; jeden prvek ze skupiny obsahující Ca a Mg 0,0005-0,015; 0,004-0,040 Nb; 0,05-0 Cu; Fe – zbytek.

Nevýhodou této oceli je zvýšené množství hliníku a zirkonu, které vedou ke kontaminaci kolejové oceli komplexními vměstky obsahujícími hliník a zirkonium, které snižují úroveň rázové houževnatosti a odolnosti proti křehkým lomům.

Známá je také kolejová ocel třídy E76F [3], obsahující hm. %:

Významnou nevýhodou této oceli je nedostatečná tažnost a rázová houževnatost tepelně zpevněných kolejnic.

Žádaným technickým výsledkem vynálezu je zvýšení komplexu fyzikálních a mechanických vlastností a provozní trvanlivosti kolejnic.

K tomu kolejová ocel obsahující uhlík, mangan, křemík, vanad, chrom, nikl, měď, železo, navíc obsahuje vápník, baryum, hliník a dusík v následujícím poměru složek, hm.%:

Ocel přitom nesmí obsahovat více než 0,020 % síry a ne více než 0,020 % fosforu jako nečistoty.

Nárokované chemické složení oceli bylo zvoleno na základě následujících podmínek. Zvolený obsah uhlíku poskytuje vyváženou kombinaci pevnosti a tvrdosti oceli.

Při obsahu uhlíku nižším než 0,69 % mají kolejnice v tepelně zpevněném stavu nedostatečnou tvrdost a pevnost.

Když je obsah uhlíku vyšší než 0,85 %, zvyšuje se pravděpodobnost křehkých lomů a snižují se ukazatele tažnosti a houževnatosti.

Zvýšení obsahu křemíku na 0,65 % je spojeno s nutností zvýšit dezoxidaci oceli při současném snížení obsahu hliníku v ní, což zajišťuje zvýšení čistoty oceli pro vměstky křehce lomených oxidů, které způsobují pokles rázové houževnatosti. a v souladu s tím i pevnost kolejnic proti kontaktní únavě.

Zvolený poměr manganu a křemíku zajišťuje potřebnou prokalitelnost hlavy kolejnice v tepelně zpevněném stavu. Zvolená koncentrace manganu rovněž přispívá k výraznému zjemnění austenitových zrn, zejména u chrommanganové oceli, a snižuje kritickou rychlost ochlazování.

Když se obsah křemíku zvýší na více než 0,65 % a obsah manganu na více než 1,25 %, zvyšuje se pravděpodobnost tvorby nepřijatelných jehličkovitých struktur z povrchu hlavy kolejnice během kalení.

Deklarované koncentrace niklu a chromu zajišťují potřebnou prokalitelnost a prokalitelnost hlavy kolejnice. Se zvýšením obsahu niklu na více než 0,030 % a obsahu chrómu na více než 0,80 % ve struktuře hlavy se zvyšuje pravděpodobnost tvorby jehličkovitých struktur.

Zavádění barya spolu s vápníkem v uvedených mezích zajišťuje vysokou adsorpci kyslíku, síry a fosforu v tekuté oceli, což usnadňuje jejich odstranění do strusky. Jeho obsah do 0,0005 % nepřispívá k adsorpci škodlivých nečistot a při koncentraci vyšší než 0,0015 % vede k tvorbě nekovových inkluzí komplexního složení.

Snížení obsahu hliníku na 0,005 % a úprava oceli vápníkem v koncentraci vyšší než 0,005 až 0,008 % poskytuje nezbytnou interakci s baryem pro získání vysoce čistého kovu a také snížení velikosti a počtu nekovových vměstků. . Zavedení vápníku více než 0,008 % však vede ke kontaminaci velkými kuličkami a zvyšuje cenu oceli. Vápník v koncentraci menší než 0,005 % nemá prakticky žádný vliv na modifikaci vměstků.

Použití vanadu v oceli je způsobeno tím, že zvyšuje rozpustnost dusíku v kovu, váže jej do silných chemických sloučenin (nitridy, karbonitridy vanadu), které přispívají ke zpevnění oceli karbonitridem. Vanad zvyšuje mez odolnosti a zlepšuje svařitelnost. Bez použití dusíku však vanad v koncentraci vyšší než 0,15 % snižuje houževnatost oceli. Při koncentraci nižší než 0,03 % nepůsobí vanad pozitivně na vlastnosti oceli.

Koncentrace dusíku nižší než 0,015 % v oceli obsahující méně než 0,03 % vanadu neposkytuje požadovanou úroveň pevnostních vlastností, rázové houževnatosti a zjemnění austenitového zrna. Když se obsah vanadu a dusíku v oceli zvýší na uvedené limity, zvýší se v ní množství karbonitridů, což poskytuje zvýšení pevnostních vlastností a rázové houževnatosti. Když se však dusík zvýší nad 0,02 %, jsou možné případy skvrnité segregace a „dusíkového varu“ (bubliny v oceli).

Zavedená omezení koncentrace hliníku jsou dána potřebou snížit kontaminaci oceli korundovými vměstky, které snižují kontaktní únavovou pevnost kolejnic.

Omezení obsahu mědi, síry a fosforu bylo zvoleno pro zlepšení kvality povrchu a zvýšení tažnosti a houževnatosti oceli. Kromě toho koncentrace síry určuje červenou křehkost a koncentrace fosforu určuje křehkost oceli za studena.

Nárokované chemické složení kolejnicové oceli zajišťuje výrobu kolejnic se zvýšenou spolehlivostí a kontaktní únavovou odolností.

Ocel nárokovaného složení (tabulka 1) byla tavena ve 100tunové elektrické obloukové peci DSP-100 I7 a odlévána na stroj pro plynulé lití. Výsledné předvalky byly ohřívány a válcovány na kolejnice typu P65, které byly podrobeny tepelnému zpracování – objemovému kalení v oleji. Údaje uvedené v tabulce 2 ukazují, že mechanické vlastnosti a tvrdost vyztužených kolejnic vyrobených z oceli podle vynálezu jsou výrazně vyšší než u kolejnicové oceli E76F vybrané jako prototyp. Zvyšováním tvrdosti, pevnosti, plastických a viskózních vlastností kolejnic se zvyšuje jejich odolnost proti opotřebení, kontaktní únavová pevnost a spolehlivost proti křehkým lomům.

Volba vhodného materiálu přímo ovlivňuje životnost a bezporuchový provoz kolejových svršků na železnici. Na kolejovou ocel jsou kladeny zvláště přísné požadavky. Koneckonců, kolejnice jsou vystaveny obrovskému zatížení, takže musí být co nejpevnější a nejodolnější. Prozradíme vám, z čeho jsou kolejnice vyrobeny, a také jaké vlastnosti jsou charakteristické pro různé třídy kolejnicové oceli.

Výhody železničních kolejnic

Za poslední století se nosnost železniční dopravy zvýšila až desetinásobně a rychlost jejího pohybu po kolejích pětinásobně. Úměrně tomu také vzrostlo zatížení kolejnic – musely být vyrobeny mnohem pevnější, tvrdší a odolnější vůči opotřebení než před 100 lety.

Moderní válcované kolejnice mají řadu výhod, které získaly z kolejové oceli:

• rovnoměrné rozložení zatížení po celé délce stojiny;
• zajištění požadovaného součinitele adheze mezi povrchem kolejnic a koly železničních vozidel, který umožňuje vyvíjet a udržovat vysoké rychlosti;
• obrovský provozní zdroj přesahující 50 let;
• odolnost proti opotřebení, schopnost odolávat vysokému zatížení a namáhání.

Právě díky těmto výhodám mohou kolejnice plnit hlavní úkol – zajistit po nich rychlý a bezpečný pohyb železniční dopravy.

Vlastnosti kolejnicové oceli

Materiál, ze kterého jsou kolejnice vyrobeny, je zastoupen celou skupinou příbuzných kovů s jemnojehličkovým perlitem jako základem. Taví se v konvertorových nebo obloukových pecích. Konečným tepelným zpracováním je jejich struktura homogenní a dostatečně tvrdé a odolné proti opotřebení. Při tavení se používají dvě skupiny dezoxidačních činidel: feromangan nebo ferrosilicium odstraňují škodlivé nečistoty a hliník zase kyslík ze slitiny.

Z čeho jsou kolejnice vyrobeny?

Konkrétní třída oceli přímo závisí na oblasti použití a typu kolejnic. Například konvertorová ocel je potřebná pro tavení úzkorozchodných a širokorozchodných VSP. Jeřábové nosné konstrukce vyžadují slitiny s vysokým obsahem uhlíku. Poměrně měkké slitiny se používají při výrobě trolejových kolejnic metra – tam, kde zatížení není tak vysoké, ale je potřeba schopnost efektivně odvádět proud.

Podívejme se na hlavní třídy železniční oceli, které jsou v železničním průmyslu žádané:

• Mark 76. Lídr v oblíbenosti – vyrábí se z něj profily řad P50 a P65, které tvoří ¾ všech širokorozchodných železničních tratí.
• Značka 76F. Je vyztužený vanadem a je odolnější. Vyrábí se z něj válcované kolejnice pro vysokorychlostní tratě lokomotiv a další vysokorychlostní dopravu.
• Značka K63. Díky legování niklem (až 0,3 %) je mnohem tvrdší a odolnější vůči korozi. Slitina se používá při výrobě jeřábových kolejnic a provozu při zatížení blízkém kritickému.
• Značka K63F. Je legovaný wolframem, pevnější a odolnější;
• Značka М54. Díky přidání manganu získala slitina zlepšenou viskozitu. Používá se při výrobě výhybek a překrytí na kolejových spojích.
• Značka М68. Jsou z něj vyrobeny specifické prvky VSP.

Taková široká škála jakostí kolejové oceli je způsobena potřebou použití prvků s různými mechanickými a provozními vlastnostmi při stavbě železnic. Konkrétní typ kolejnicové oceli lze identifikovat podle značení, které může být trvalé nebo dočasné. Trvalá se nanáší brandingem a dočasná se nanáší barvou. Označení v označení odpovídají GOST – to platí pro hlavní charakteristiky a vlastnosti pronájmu: délka, přítomnost technických otvorů atd.

Složení kolejnicové oceli

Chemické složení takových ocelí upravuje GOST R 554 97-2013. Válcovaný výrobek je nutně na bázi železa a ve slitině jsou také přítomny různé prvky v různých hmotnostních frakcích:

• Uhlík (karbon). Přítomnost ve složení je 0,71–0,82 %. Zdvojnásobuje mechanické vlastnosti slitin a činí je odolnějšími vůči vysokým teplotám.
• Mangan. Jeho podíl je 0,25–1,05 %. Prvek zlepšuje rázovou houževnatost slitin o 25–30 %, čímž je činí tvrdšími a odolnějšími vůči opotřebení. Zároveň zachovává původní plasticitu kovu, což usnadňuje výrobu válcovaných výrobků.
• Křemík. Jeho podíl je 0,18–0,4 %. Odstraňuje ze slitiny kyslík, což zvyšuje odolnost výrobku přibližně 1,4krát a snižuje riziko likvidačních skvrn.
• Vanadium. Jeho podíl je 0,012–0,08 % a závisí na jakosti oceli. Prvek zvyšuje kontaktní pevnost kolejnic a jejich mez únosnosti.

Při výrobě se však můžete setkat s nežádoucími a škodlivými nečistotami, které zhoršují výkonnostní vlastnosti produktů:

• Dusík. Jeho podíl je 0,03–0,07 % a jeho přítomnost ve slitině vede k neutralizaci legovacího efektu. Tvoří v tloušťce kolejnic oblasti, které nelze tepelně zpevnit, což snižuje jejich mechanickou pevnost.
• Síra. Jeho podíl ve složení je až 0,045 %. Kvůli síře se slitina hůře zpracovává horkou metodou pod tlakem, což vede ke vzniku produktů náchylných k praskání, které jsou okamžitě odmítnuty.
• Fosfor. Jeho podíl je až 0,035 %. Díky tomu je kov křehčí a vyvolává rychlou akumulaci únavy, což urychluje proces delaminace a lomu produktů.

Kolejnice se používají do uplynutí životnosti, kterou udává výrobce pro jaký typ výrobku. Z důvodu porušení provozních podmínek a případných závad ve výrobě je však včasná výměna nebo oprava prvků VSP povinná.

Řekli jsme vám, z čeho jsou kolejnice vyrobeny a jak se vyrábí kolejová ocel. Že nejžádanější jsou oceli jakosti 76 a 76F s vysokým obsahem uhlíku a legované vanadem a výroba válcovaných kolejnic probíhá pomocí vakua a tepelného zpracování. To vám usnadní výběr kovových výrobků požadovaného typu a třídy oceli.

A naše společnost zajistí pražce v jakémkoli objemu a za nízkou cenu.