Сталь для вагонобудування

Сталь для вагонобудування, що містить вуглець, кремній, марганець, азот, титан, алюміній і 3 25394 Азот 0,008-0,03 Титан 0,006-0,10 Алюміній 0,015-0,10 Кальцій 0,0001-0,1 Залізо решта. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі й технічним результатом, який досягається, забезпечується наступним. Кальцій забезпечує диспергування й глобулізацію сульфідної та оксидної фаз, завдяки чому збільшуються пластичні властивості й ударна в'язкість сталі. Мікролегування сталей для вагонобудування азотом, титаном і алюмінієм значно подрібнює зерно, поліпшуючи цим механічні й експлуатаційні властивості металу. Створюється можливість підвищити вміст кремнію до 0,95мас. %. При цьому кремній, який підвищує коефіцієнт активності азоту і його дифузійну рухливість, сприяє поліпшенню термодинамічних і кінетичних умов утворення нітридів титану й алюмінію. Нижній рівень кремнію в сталі 0,20мас. % обраний з умов забезпечення достатньої міцності металу, а також одержання глибоко розкисленої сталі й формування щільної (безпористої) структури виливків. Легування вуглецем і марганцем також забезпечує підвищення міцності сталі. При цьому нижній рівень вмісту вуглецю 0,15мас. % і марганцю 1,00мас. % обумовлений необхідною міцністю металу. Максимальний вміст вуглецю 0,25мас. % і марганцю 1,85мас. % обмежені їхнім негативним впливом на пластичні властивості сталі і її зварюваність. Спільне введення до складу сталі азоту й титану в пропонованих співвідношеннях забезпечує зменшення розміру зерна литої сталі за рахунок її модифікування нітридами титану, яке підвищує міцнісні й експлуатаційні властивості виробів. При цьому, мінімальний вміст у сталі азоту 0,008мас. % і титану 0,006мас. % обумовлено тим, що при їхньому введенні в метал нижче зазначених величин не відбувається утворення в достатній кількості карбонітридів титану й не забезпечується здрібнювання первинної структури литої сталі. Крім того, мінімальний вміст титану повинен забезпечувати зв'язування всього вільного азоту, щоб не допустити утворення газової пористості у виливках. Максимальний вміст азоту 0,03мас. % і титану 0,10мас. % пов'язаний з різким погіршенням ударної в'язкості й пластичних характеристик металу. Введення до складу сталі алюмінію в пропонованих співвідношеннях забезпечує підвищення механічних і експлуатаційних властивостей сталі за рахунок додаткового здрібнювання зерна, пов'язаного з утворенням нітридів алюмінію при охолодженні виливків і нормалізації. Мінімальний вміст алюмінію в сталі 0,015мас. % обумовлений тим, що при його введенні в метал нижче зазначеної величини не відбувається додаткове зв'язу 4 вання азоту твердого розчину в нітриди алюмінію. Максимальний вміст алюмінію в сталі 0,10мас. % пов'язане з погіршенням рідинотекучості, зменшенням пластичних властивостей і ударної в'язкості сталі. Введення до складу сталі кальцію у пропонованих співвідношеннях забезпечує підвищення її пластичних властивостей і ударної в'язкості за рахунок активного диспергування й глобулізації сульфідних і оксидних включень. Мінімальний вміст кальцію в сталі 0,0001мас. % відповідає низьким концентраціям сірки й кисню в металі й обумовлений тим, що при його введенні в сталь нижче зазначеної величини не відбувається помітного підвищення пластичних властивостей і ударної в'язкості. Верхня границя вмісту кальцію 0,10мас. % відповідає максимально припустимим концентраціям сірки й кисню в металі. При цьому збільшення концентрації кальцію більше 0,10мас. % не приводить до подальшого підвищення властивостей сталі і є економічно недоцільним. З метою оцінки властивостей сталі, що заявляється для вагонобудування й порівняння з позамежними складами і її прототипом, були виплавлені в індукційній печі дослідні плавки, хімічний склад компонентів яких наведений у таблиці 1. Розливання металу здійснювали в проби-трефи, з яких після загартування й високої відпустки виготовлялися зразки для оцінки механічних властивостей. Результати випробувань, наведені в таблиці 2, показали, що сталь, яка заявляється, має більше високі пластичні властивості й ударну в'язкість, чим сталь у прототипі. Порівняння комплексу механічних властивостей плавок №1 і №4, №2 і №5, а також №3 і №6, що мають близький хімічний склад, показало, що мікролегування сталі кальцієм у пропонованих співвідношеннях забезпечує підвищення відносного подовження на 5-8%, відносного звуження на 13-18%, ударної в'язкості KCU при температурі 60°С на 5-12Дж/см 2 при збереженні міцнісних характеристик практично на тому ж рівні. На підставі результатів випробувань зразків від плавок №12 і №15 (позамежний состав), видно, що уведення кальцію нижче пропонованого рівня (0,0001мас. %), не приводить до помітного підвищення пластичних властивостей і ударної в'язкості. Порівнюючи результати випробувань зразків складу №11 і №16 (позамежний склад), видно, що введення кальцію вище його верхньої оптимальної концентрації (0,10мас. %) уже не приводить до додаткового поліпшення властивостей сталі. Сталь для вагонобудування, за даною заявкою, забезпечує підвищення пластичних властивостей і ударної в'язкості литих економнолегованих сталей підвищеної міцності, призначених для виготовлення автозчепних пристроїв, лити х бічних рам і надресорних балок для візків залізничних вагонів, а також інших виробів рухомого складу. 5 25394 6 Таблиця 1 Номер складу сталі 1 2 3 4* 5* 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Зміст елементів, мас. % С Si Mn N Ті Аl Відома сталь (прототип) 0,21 0,56 1,48 0,016 0,011 0,032 0,23 0,34 1,33 0,016 0,022 0,033 0,24 0,52 1,52 0,014 0,022 0,045 Пропонована сталь 0,21 0,59 1,50 0,015 0,012 0,034 0,23 0,31 1,34 0,017 0,020 0,031 0,24 0,54 1,49 0,014 0,023 0,048 0,15 0,95 1,37 0,013 0,012 0,049 0,16 0,53 1,21 0,018 0,046 0,072 0,17 0,33 1,00 0,030 0,10 0,015 0,19 0,78 1,35 0,008 0,006 0,043 0,20 0,26 1,39 0,015 0,013 0,050 0,21 0,52 1,50 0,016 0,021 0,019 0,21 0,20 1,85 0,015 0,021 0,10 0,25 0,42 1,30 0,017 0,025 0,021 Позамежні состави 0,21 0,50 1,51 0,016 0,020 0,022 0,20 0,29 1,37 0,015 0,014 0,047 Са 0,003 0,0006 0,012 0,078 0,053 0,0001 0,002 0,10 0,034 0,021 0,092 0,00009 0,110 Примітка: * - плавки проводилися в дослідно-промислових умовах. Таблиця 2 Номер складу сталі 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Характеристики міцності Пластичні характеристики Ударна в'язкість Межа текучості Тимчасовий опір Відносне подов- Відносне звуження KCU при -60°С, σт σв Ψ ження d5 МПа МПа % % Дж/см 2 Відома сталь (прототип) 520 700 17 44 54 550 700 16 43 70 515 690 18 51 70 Пропонована сталь 530 700 22 59 75 560 690 22 61 60 520 690 26 64 75 530 660 22 56 59 560 740 22 53 57 540 710 19 49 55 520 650 20 54 58 510 640 25 63 77 535 700 23 58 74 520 660 21 54 60 525 720 24 55 57 Позамежні склади 535 700 17 46 65 510 640 25 63 78 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601