Сталь для вагонобудування

Сталь для вагонобудування, що містить вуглець, кремній, марганець і залізо, яка відрізня 3 20839 Вуглець-ОД 0,15-0,25 Кремній 0,20-0,95 Марганець 1,00-1,85 Азот 0,008-0,03 Титан 0,006-0,10 Алюміній 0,015-0,10 Залізо решта Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі й технічним результатом, що досягається, забезпечується наступним. Мікролегування сталей для вагонобудування азотом, титаном і алюмінієм значно подрібнює зерно, поліпшуючи цим механічні й експлуатаційні властивості металів. Створюється можливість підвищити зміст кремнію до 0,95 мас. %. При цьому кремній, який підвищує коефіцієнт активності азоту і його ди фузійну рухли вість, сприяє поліпшенню термодинамічних і кінетичних умов утворення нітридів титану й алюмінію. Нижній рівень кремнію в сталі 0,20 мас. 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 змісту вуглецю 0,15 мас. і марганцю 1,00 мас. обумовлений необхідною міцністю металу. Максимальний зміст вуглецю 0,25 мас. і марганцю 1,85 мас. обмежені їхнім негативним впливом на пластичні властивості сталі та її зварюваність. Слід зазначити, що максимальний рівень змісту марганцю в пропонованій сталі 1,85 мас. вище, ніж у прототипі, завдяки її мікролегуванню азотом, титаном і алюмінієм, що приводить до здрібнювання зерна й поліпшенню пластичних властивостей металу. Спільне введення до складу сталі азоту й титану в пропонованих співвідношеннях забезпечує зменшення розміру зерна литій сталі за рахунок її модифікування нітридами титану, що підвищує міцність й експлуатаційні властивості виробів. При цьому мінімальний зміст у сталі азоту 0,008 мас. і титану 0,006 мас. обумовлено тим, що при їхньому введенні в метал нижче зазначених величин не відбувається утворення в достатній кількості карбонидів титану й не забезпечується здрібнювання первинної структури литої сталі. Крім того, мінімальний зміст титану повинен забезпечувати зв'язування всього вільного азоту, щоб не допустити утворення газової пористості у виливках. Максимальний зміст азоту 0,03 мас. і титану 0,10 мас. пов'язане з різким погіршенням ударної в'язкості та пластичних характеристик металу. Введення до складу сталі алюмінію в пропонованих співвідношеннях забезпечує підвищення 4 механічних і експлуатаційних властивостей сталі за рахунок додаткового здрібнювання зерна, пов'язаного з утворенням нітридів алюмінію при охолодженні виливків і нормалізації. Мінімальний зміст алюмінію в сталі 0,015 мас. обумовлено тим, що при його введенні в метал нижче зазначеної величини не відбувається додаткове зв'язування азоту твердого розчину в нітриди алюмінію. Максимальний зміст алюмінію в сталі 0,10 мас. пов'язане з погіршенням плинності рідини, зменшенням пластичних властивостей і ударної в'язкості стали. З метою оцінки властивостей сталі, яка заявляється для вагонобудування й порівняння з позамежними сполуками та її прототипом, були виплавлені в індукційній печі опитні плавки, хімічний склад компонентів яких приведений у таблиці 1. Розкислення сталі проводили алюмінієм. Розливання металу здійснювали в проби-трефри, з яких, після нормалізації, виготовлялися зразки для оцінки механічних і експлуатаційних властивостей. Результати випробувань які приведені в таблиці 2, показали, що сталь, яка заявляється, має більш високу міцність, чим сталь у прототипі. Порівняння комплексу механічних властивостей плавок №1 і №3, а також №2 і №4, що мають близький хімічний склад по базових елементах, показало, що спільне мікролегування сталі азотом, титаном і алюмінієм у пропонованих співвідношеннях забезпечує здрібнювання зерна на 1 бал, підвищення границі текучості на 3035МПа, межі міцності на 40МПа при збереженні пластичних характеристик й ударної в'язкості практично на тім же рівні. На підставі результатів випробувань зразків від плавок №№13-27 (позамежні сполуки), визначено, що вони мають значно гірший комплекс механічних властивостей, чим пропонована сталь. Так, сполуки №№ 13,15,16,21,23,25 мають більше низький рівень міцності. Сполуки №№14-18, 21, 24 не мають необхідний рівень ударної в'язкості, а сполуки №№14,17, 18, 21, 24, 26, 27 мають недостатньо високе значення пластичних характеристик. Литі сталі для вагонобудування повинні мати, крім усього, і досить великий запас по циклічній довговічності. Результати випробувань показали, що значення циклічної довговічності в 1,5-2,5 рази більше, ніж у прототипу. Сталь для вагонобудування, за даною заявкою, забезпечує підвищення міцності і експлуатаційних властивостей литих економнолегованих сталей, призначених для виготовлення рам бічних, балок надресорних для візків залізничних вагонів і автозчепних пристроїв, а також інших виробів рухомого складу. 5 20839 6 Таблиця 1 Номер сполуки сталі Зміст елементів, мас. % С Si Mn 1 2 0.23 0.2 0.45 0.25 3** 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0.24 0.2 0.21 0.16 0.25 0.17 0.2 0.15 0.19 0.21 0.47 0.26 0.52 0.53 0.42 0.33 0.41 0.95 0.78 0.2 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 0.2 0.19 0.24 0.22 0.18 0.21 0.2 0.19 0.21 0.22 0.2 0.23 0.14 0.26 0.22 0.29 0.47 0.68 0.38 0.24 0.39 0.34 0.38 0.47 0.43 0.19 0.96 0.36 0.48 0.53 N Відома сталь (прототип) 1.32 0.006* 1.37 0.006* Пропонована сталь 1.34 0.015 1.39 0.015 1.5 0.016 1.21 0.018 1.3 0.017 1.0 0.03 1.33 0.014 1.37 0.013 1.35 0.008 1.85 0.015 Позамежні сполуки 1.3 0.013 1.36 0.02 1.81 0.007 1.39 0.007 1.06 0.031 1.24 0.031 1.36 0.015 1.42 0.017 1.32 0.019 1.37 0.018 1.29 0.013 1.45 0.014 0.99 0.015 1.53 0.012 1.86 0.015 Ті Аl 0.025* 0.024* 0.015 0.013 0.021 0.046 0.025 0.1 0.02 0.012 0.006 0.021 0.038 0.05 0.019 0.072 0.021 0.015 0.052 0.049 0.043 0.1 0.005 0.11 0.016 0.002 0.071 0.11 0.042 0.023 0.015 0.022 0.018 0.026 0.017 0.029 0.032 0.031 0.052 0.062 0.023 0.085 0.024 0.014 0.11 0.035 0.016 0.025 0.037 0.042 0.024 0.044 Примітка: * мікролегування спеціально не проводилось. * * плавка проводилась в дослідницько-промислових умовах Таблиця 2 Характеристики міцності Номер сполуки сталі межа плинності sт тимчасов. опір sв 1 МПа 2 МПа 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 360 360 395 390 440 385 440 385 400 440 425 570 540 610 580 620 580 630 610 600 620 640 Пластичні характеристики Відносне Відносне звуподовж. ження y ss % % 4 5 Відома сталь (прототип) 31 62 25 51 Пропонована сталь 28 53 27 52 24 41 26 49 22 38 21 39 28 53 22 37 25 42 Ударна в'язкість KCU при -60°С. Дж/см 2 Бал зерна за ДСТ 5639-82 6 7 92 51 7-8 7-8 86 85 48 60 31 31 72 53 42 8-9 8-9 8-9 8-9 8-9 8-9 8-9 8-9 8-9 7 20839 8 Продовження табл.2 1 12 2 415 3 620 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 355 375 360 360 460 465 395 400 205 405 340 475 335 415 425 560 610 560 570 670 680 610 600 390 610 550 650 540 630 630 Комп’ютерна в ерстка Д. Шев ерун 4 22 Позамежні сполуки 30 14 18 20 15 16 19 18 11 18 34 15 31 17 16 5 45 6 83 7 8-9 52 34 37 49 30 33 38 36 22 39 65 29 58 34 33 89 20 23 14 14 20 32 31 11 29 96 22 93 38 40 8 8-9 8 7-8 7-8 8-9 8 8-9 8-9 8 8-9 8-9 8-9 8-9 8-9 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