Сталь

Сталь, яка містить вуглець, марганець, кремній, сірку, фосфор і залізо, яка відрізняється тим, що вона додатково містить алюміній, кальцій, барій і бор при такому співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,55-0,65 марганець 0,50-0,90 кремній 0,22-0,45 сірка не більше 0,030 фосфор не більше 0,035 алюміній 0,005-0,30 кальцій 0,005-0,010 барій 0,001-0,005 бор 0,002-0,05 залізо решта. Винахід відноситься до галузі чорної металургії, зокрема, до сталеплавильного виробництва, і може бути використаним, наприклад, при виплавці сталі для виготовлення суцільнокатаних залізничних коліс, важливими службовими властивостями яких є механічні характеристики сталі в зоні обода. Відома сталь [1], що містить в мас. %: вуглець 0,35-0,70, марганець 0,50-1,20, кремній 0,20-0,60, ванадій 0,08-0,20, мідь 0,03-0,50, залізо інше. Недоліком цієї сталі є схильність до зкрихчення при деформаційному й термічному старінні внаслідок високого вмісту міді (особливо при одночасній наявності в ній нікелю більше 0,10мас. %). Найбільш близькою за технічною сутністю й ефектом, що досягається, до сталі, що заявляється, є відома сталь [2], що містить в мас. %: вуглець 0,55-0,65, марганець 0,50-0,90, кремній 0,22-0,45, ванадій не більше 0,10, нікель не більше 0,30%, хром не більше 0,30%, мідь не більше 0,30%, молібден не більше 0,08%, сірка не більше 0,030, фосфор не більше 0,035, залізо інше. Недоліком цієї сталі є нерегульований вміст технічних домішок - азоту й кисню, які впливають на міцнісні й пластичні властивості конструкційних сталей такого складу, особливо за умови утворення їхніх скупчень («кластерів») або виділень у вигляді включень самостійних фаз, розташованих по границях зерен металевої основи або усередині її, утворення неметалічних включень при кристалізації сталі й у твердому стані по границях зерен. Все це викликає неоднорідність структури металевої основи й появу прихованих дефектів (мікротріщин, залишків усадочних пор і ін.). (19) UA (11) 93155 (13) (21) a200912387 (22) 30.11.2009 (24) 10.01.2011 (46) 10.01.2011, Бюл.№ 1, 2011 р. (72) ЯЦЕНКО ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ, БОРИСЕНКО АНДРІЙ ЮРІЙОВИЧ, БАБАЧЕНКО ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ, КОНОНЕНКО ГАННА АНДРІЇВНА, НЕСТЕРЕНКО АНАТОЛІЙ МИХАЙЛОВИЧ, ГРУШКО ПАВЛО ДЕМ'ЯНОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ НАН УКРАЇНИ (56) SU, 451785, 29.03.1975 SU, 1109467, A, 23.08.1984 SU, 1254051, A1, 30.08.1986 GB, 545269, 18.05.1942 US, 20040055667, A1, 25.03.2004 C2 1 3 Завдання, розв'язуване винаходом полягає в збільшенні надійності й терміну служби залізничних коліс шляхом підвищення структурної однорідності й ударної в'язкості сталі. Відповідно до запропонованого винаходу, зазначене завдання вирішується тим, що в сталь, що містить вуглець, марганець, кремній, сірку й фосфор, залізо - інше, додатково вводять алюміній, кальцій, барій і бор при такому співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,55-0,65, марганець 0,50-0,90, кремній 0,22-0,45, сірка не більше 0,030, фосфор не більше 0,035, алюміній 0,005-0,30, кальцій 0,005-0,010, барій 0,001-0,005, бор 0,002-0,05, залізо інше. Технічний результат від використання технічного рішення, що заявляється, полягає в підвищенні всього комплексу механічних властивостей сталі. Порівняння заявленого технічного рішення із найближчим аналогом показало, що воно відрізняється тим, що сталь додатково містить алюміній, кальцій, барій, бор, при такому співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,55-0,65, марганець 0,50-0,90, кремній 0,22-0,45, сірка не більше 0,030, фосфор не більше 0,035, алюміній 0,005-0,30, кальцій 0,005-0,010, барій 0,001-0,005, бор 0,002-0,05, залізо інше. Отже, сталь, що заявляється, відповідає критерію «новизна». Порівняння сталі, що заявляється, з іншими технічними рішеннями в даній галузі техніки не дозволило виявити в них ознаки, що відрізняють її від найближчого аналогу. Отже, сталь, що заявляється, відповідає критерію «винахідницький рівень». Сутність винаходу полягає в тому, що при введенні в сталь, що заявляється, таких елементів як алюміній, кальцій, барій відбувається їхня взаємодія з домішками, такими як кисень, азот, сірка, при цьому відбувається зміна механічних властивостей структурної основи сталі. У процесі взаємодії алюмінію, кальцію й барію з домішками відбувається зв'язування й видалення цих домішок при кристалізації сталі, внаслідок чого поліпшується форма залишкових включень, уповільнюється нерівномірність росту зерен при підвищених температурах. Введення в сталь, що заявляється, бору перешкоджає утворенню включень у формі плівки між металевими зернами. При цьому при спільній дії бору, кремнію й марганцю ускладнюється ріст зерен аустеніту при підвищених температурах, що сприяє зміцненню й підвищенню всього комплексу властивостей. 93155 4 При введенні в сталь алюмінію менш 0,005мас. % при розливанні й охолодженні у твердому стані азот буде зв'язаний неповною мірою, при введенні в сталь алюмінію більше 0,30мас. % будуть утворюватися внутрішні включення оксидів (плівок). При введенні в сталь кальцію менш 0,005мас. % азот буде зв'язаний неповною мірою й форма включень, що утворяться, карбооксидів алюмінію й кальцію буде несприятливої форми з погляду механічних властивостей, при введенні в сталь кальцію більше 0,010мас. % буде підвищене забруднення сталі включеннями оксидів. При введенні бору менш 0,002мас. % будуть утворюватись неметалічні включення карбіду бору на границях зерен, при введенні в сталь бору більше 0,05мас. % будуть утворюватись карбідні виділення у вигляді плівок. При введенні в сталь барію менш 0,001мас. % не буде стабілізований процес розкислення сталі алюмінієм, при введенні в сталь барію більше 0,005мас. % відбувається перемодифікування, сталь буде забруднена включеннями. Приклад конкретного виконання. Сталь виплавляли в індукційній печі ємністю 100кг. Було виплавлено п'ять плавок з хімічними елементами запропонованого складу й одна плавка відомого складу (найближчий аналог). Склад сталей (під номерами 1-6) представлений у таблиці 1. Плавки №№1-5 - дослідного складу. З них плавка №1 - з вмістом елементів нижче рівня, що заявляється, плавка №5 - з вмістом елементів вище рівня, що заявляється, плавки №№2, 3, 4 склад, що заявляється. Плавка №6 - відповідає відомому складу (найближчого аналогу). Із круглих зливків діаметром 500мм відбирали заготовку. У лабораторних умовах були проведені дослідження по визначенню механічних властивостей. Були виготовлені проби для проведення гарячої пластичної деформації (шляхом вільного осадження) при температурі 1250°С, що відповідає деформаційному нагріванню, якому піддається колісна заготовка на пресо-прокатній лінії обробки в зоні обода колеса. Потім з дослідних проб виготовляли зразки для випробувань. Дослідження при статичному розтягзі проводили на циліндричних зразках діаметром 15мм (на випробувальній машині «Instron», ГОСТ 1497-73), ударну в'язкість визначали на призматичних зразках 10 10 55мм із U-подібним надрізом глибиною 2мм, маятниковим копром PSW-800 (ГОСТ 9454-78). Отримані результати наведені в таблиці 2. Дослідні дані свідчать про те, що запропонована сталь у порівнянні з відомою сталлю найближчим аналогом - має більш високі характеристики статичної міцності й ударної в'язкості. Тому запропонована сталь може застосовуватися для виготовлення суцільнокатаних коліс. Застосування запропонованої сталі замість відомої дозволить збільшити надійність і термін служби залізничних коліс. Технологія виробництва пропонованої сталі не міняється в порівнянні з відомою й екологічно безпечна. Джерела інформації, прийняті до уваги при складанні матеріалів заявки 5 93155 1. А.с. СССР, №451785 «Сталь». Кл. С22С 39/00, опубл. 20.03.75 6 2. Колеса цельнокатаные. Технические условия. Межгосударственные стандарт, ГОСТ 107912004 Таблиця 1 Вміст елементів, % мас. №№ плавки вуглець марганець кремній ванадій сірка фосфор алюміній кальцій барій бор залізо 1 0,45 0,40 0,20 0,003 0,001 0,003 0,002 0,005 0,001 інше 2 0,55 0,50 0,22 0,005 0,002 0,005 0,005 0,001 0,002 -//3 0,60 1,00 0,40 0,015 0,010 0,010 0,007 0,003 0,005 -//4 0,65 0,90 0,45 0,030 0,035 0,30 0,010 0,005 0,05 -//5 0,70 1,20 0,55 0,030 0,035 0,35 0,015 0,007 0,10 -//6 0,60 0,90 0,25 0,10 0,030 0,035 -//Таблиця 2 №№ плавки 1 2 3 4 5 6 Механічні властивості Границя міцнос- Границя текучос- Відносне подов- Відносне звуженті,Н/мм2 ті, Н/мм2 ження, % ня,% 680,0 492 6,0 9,5 710,0 510 8,0 11,5 730,0 522 12,0 13,5 735,5 530 10,5 12,0 737,0 528 8,5 9,5 672,0 480 7,0 8,5 Комп’ютерна верстка Л. Купенко Підписне Ударна в'язкість КСU+20, Дж/см2 20,5 23,5 27,3 29,5 20,2 18,5 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601