Углеродистая кремнийсодержащая пружинно-рессорная сталь для железнодорожного крепежа
Владельцы патента RU 2406779:
Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" (RU)
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству проката для пружинно-рессорных сталей, используемых для железнодорожного крепежа. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, фосфор, серу, хром, никель, медь, алюминий, кальций и железо при следующем соотношении компонентов, 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. Сталь имеет в микроструктуре величину действительного зерна 6-8 номера. Сталь обладает требуемыми уровнями твердости, пластичности и структурой.
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.
Углеродистая кремнийсодержащая пружинно-рессорная сталь для железнодорожного крепежа, содержащая углерод, марганец, кремний, фосфор, серу, хром, никель, медь, алюминий, кальций и железо, отличающаяся 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.
