Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, ванадий, алюминий, хром, никель, азот, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,77-0,84, марганец 0,90-0,95, кремний 0,20-0,35, ванадий 0,06-0,10, алюминий не более 0,004, азот 0,010-0,018, хром не более 0,15, никель не более 0,15, железо и примеси остальное. В качестве примесей сталь содержит, в мас.%: серу не более 0,015, фосфор не более 0,020, медь не более 0,20 и кислород не более 0,0018. Повышаются прочностные свойства стали, пластичность и хладостойкость за счет образования дисперсной структуры сорбита закалки и повышения чистоты стали по неметаллическим включениям. 2 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству стали для производства железнодорожных рельсов.

Известна рельсовая перлитная сталь , содержащая 0,71-0,82% С; 0,75- 1,05% Мn; 0,25-0,60% Si; 0,05-0,15% V; не более 0,025% Р; не более 0,030% S; не более 0,02% А1.

Создание высокопрочных рельсов с временным сопротивлением более 1300 Н/мм 2 и относительное удлинение не менее 12,0%, имеющих повышенную эксплуатационную надежность и высокую сопротивляемость образованию дефектов, предполагает однородную перлитную структуру, обеспечить которую при объемной закалке в масле при указанном широком интервале концентраций химических элементов затруднительно.

Известны стали, имеющие следующий химический состав (мас.%):

0,65-0,8 С; 0,18-0,40 Si; 0,6-1,2 Мn; 0,001-0,01 Zr; 0,005-0,04 А1; 0,004-0,011 N один элемент из группы, содержащей Са и Mg 0,0005-0,015; 0,004-0,040 Nb; 0,05-0,3; Fe - ocт..

0,69-0,82 С; 0,45-0,65 Si; 0,6-0,9 Мn; 0,004-0,011 N; 0,005-0,009 Ti; 0,005-0,009 Al; 0,02-0,10 V; 0,0005-0,004 Ca; 0,0005-0,005 Mg; 0,15-0,4 Cr; Fe - ост..

Существенными недостатками данных сталей являются низкая ударная вязкость и хладостойкость, пониженная надежность и эксплуатационная стойкость.

В стали это определяется отсутствием ванадия и низким содержанием азота. Она имеет сравнительно крупное зерно аустенита (баллы 7-8). Высокое содержание алюминия в ней приводит к загрязнению ее грубыми строчечными включениями глинозема, значительно снижающими контактно-усталостную прочность рельсов.

Указанные недостатки стали связаны с наличием в ней титана, низким содержанием ванадия и азота. Образующиеся в жидкой стали при ее охлаждении карбонитриды титана резко снижают ударную вязкость и сопротивление хрупкому разрушению рельсов.

Сравнительно низкое содержание ванадия и азота не обеспечивает образование требуемого количества нитридов алюминия и карбонитридов ванадия, необходимых для измельчения аустенитного зерна и одновременного повышения прочностных свойств и хладостойкости стали. Аустенитное зерно в этой стали сравнительно крупное и составляет баллы 7-8.

Известна сталь , содержащая 0,65-0,89% С; 0,18-0,65% Si; 0,6-1,2% Мn; 0,004-0,030% N; 0,005-0,02% А1; 0,0004-0,005% Са; 0,01-0,10% V; 0,001-0,03% Ti; 0,05-0,4% Сr; 0,003-0,1% Мо; карбонитриды ванадия 0,005-0,08%; при этом Са и А1 находятся в соотношении 1:(4-13); е - остальное.

Существенными недостатками стали являются низкая ударная вязкость, повышенная склонность к хрупкому разрушению и пониженная эксплуатационная стойкость, что обусловлено наличием титана в стали, низким содержанием ванадия, высокой концентрацией алюминия. Образующиеся карбонитриды титана резко снижают ударную вязкость и сопротивление хрупкому разрушению.

Низкая концентрация ванадия не обеспечивает образование требуемого количества карбонитридов ванадия, необходимого для дополнительного измельчения зерна и повышения прочностных свойств и хладостойкости стали.

Применение большого количества алюминия для раскисления стали совместно с кальцием приводит к загрязнению ее скоплениями алюминатов кальция, богатых глиноземом, снижающих контактно-усталостную прочность.

Наличие в стали серы и фосфора в больших количествах приводит к повышению соответственно красно- и хладноломкости стали.

Известна выбранная в качестве прототипа сталь , содержащая (мас.%): 0,78-0,88 С; 0,75-1,05 Мn; 0,25-0,45 Si; 0,03-0,15 V; не более 0,02 Аl; не более 0,020 Р; не более 0,015 S.

Рельсы, изготовленные из стали Э83Ф, подвергаются объемной закалке в масле при пониженной температуре и последующему отпуску.

Существенными недостатками стали являются повышенная склонность к хрупкому разрушению.

Желаемым техническим результатом изобретения является образование дисперсной структуры сорбита закалки, повышение прочностных свойств, пластичности, хладостойкости, чистоты стали по неметаллическим включениям.

Для достижения этого сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий, алюминий, дополнительно содержит хром, никель, азот при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Кроме того, в ее составе дополнительно ограничено количество примесей в следующем соотношении (мас.%):

Заявляемый химический состав выбран исходя из следующих условий. Выбранное содержание углерода обеспечивает при объемной закалке однородную структуру сорбита закалки с временным сопротивлением разрыву более 1300 Н/мм 2 , относительным удлинением более 0,12% и сужением более 35%.

Рельсы из стали, содержащей более 0,84% С, имеют пониженную ударную вязкость при минус 60°С (0,15 МДж/м 2). Введение Mn, V, Сr связано также с необходимостью повышения вязкости и износостойкости стали при рабочем контакте колесо-рельс.

Выбранное соотношение Mn, Si, Ni, Сr в стали, содержащей 0,77-0,84% С, обеспечивает снижение температуры превращения аустенита и получение более дисперсной структуры сорбита закалки.

Снижение содержания марганца по сравнению с прототипом обусловлено введением в сталь достаточных количеств хрома для увеличения прокаливаемости и сопротивления ее износу. При этом заявляемые концентрации Ni и Сr исключают образование в микроструктуре верхнего бейнита, который не допускается в рабочей части головки рельса. Однако при содержании углерода 0,77-0,84% и высокой концентрации марганца (>0,95%) в структуре термоупрочненных рельсов наблюдаются участки верхнего бейнита.

В итоге заявляемые содержания Мn, Si, Cr, Ni обеспечивают требуемое снижение температуры превращения аустенита и образование структуры дисперсного сорбита закалки, который имеет более высокие механические свойства, твердость и износостойкость.

Положительное влияние малых добавок хрома в том, что он, образуя карбиды, увеличивает сопротивление износу. В присутствии хрома увеличивается способность Мn и V сдерживать рост зерна аустенита.

Введение никеля в заявляемых пределах обеспечивает наряду с алюминием и ванадием получение гарантированной ударной вязкости стали при положительных и отрицательных температурах. Его содержание до 0,15% оказывает положительное влияние на ударную вязкость, а при концентрации более 0,15% возможно получение недопустимой в рельсах структуры недопустимого верхнего бейнита.

Применение ванадия в стали обусловлено тем, что он, как Сr и Мn, увеличивает растворимость азота в металле, связывая его в прочные химические соединения (нитриды, карбонитриды ванадия), которые измельчают зерно аустенита и снижают склонность его к росту при нагреве.

Введение V, N в заявляемых пределах в сталь приводит к измельчению зерна аустенита до баллов 9-12 и снижению склонности его к росту при нагреве за счет образования дисперсных частиц карбонитридов ванадия, к повышению прочностных и вязкостных свойств и сопротивления хрупкому разрушению (хладостойкости). Однако без использования азота ванадий при больших концентрациях (>0,1%) снижает ударную вязкость, увеличивает хладноломкость стали. Ванадий повышает предел выносливости, способствует улучшению свариваемости.

В стали, содержащей не менее 0,010% N, оптимальная концентрация ванадия составляет 0,06-0,10%. Нижний предел содержания ванадия в стали выбран потому, что он начинает измельчать зерно при концентрации более 0,06%. Верхний предел содержания ванадия установлен исходя из того, что при увеличении его концентрации выше 0,10% относительная доля азота в карбонитриде ванадия падает, образуется карбонитрид, близкий по составу к карбиду ванадия, который снижает ударную вязкость.

Концентрация азота менее 0,010% в стали, содержащей менее 0,06% ванадия, не обеспечивает требуемый уровень прочностных свойств, ударной вязкости при минус 60°С и измельчение зерна аустенита. При увеличении содержания ванадия и азота в стали до заявляемых пределов возрастает количество карбонитридов в ней, обеспечивающих повышение прочностных свойств и хладостойкости. Однако при повышении азота более 0,018% возможны случаи пятнистой ликвации и "азотного кипения" (пузыри в стали).

Ограничение содержания меди, серы и фосфора выбрано с целью улучшения качества поверхности и повышения пластичности и вязкости стали. Кроме того, концентрация серы определяет красноломкость, фосфора - хладноломкость стали.

Заявляемый химический состав рельсовой стали обеспечивает получение высокопрочных, износо- и хладостойких троститных рельсов повышенной контактно- усталостной выносливости при объемной закалке в масле с последующим отпуском.

Сталь заявляемого состава (таблица 1) выплавляли в 100-тонной дуговой электросталеплавильной печи ДСП-100 И7 и разливали на МНЛЗ. Полученные заготовки нагревали и прокатывали по обычной технологии на рельсы типа Р65, которые подвергали закалке в масле с температуры 800-820°С и отпуску при 460°С. Приведенные в таблице 2 данные показывают, что механические свойства, твердость объемно-закаленных рельсов из заявляемой стали значительно выше, чем рельсов из стали Э83Ф . Заявляемый химический состав рельсовой стали обеспечивает также высокий уровень пластических свойств и высокое сопротивление хрупкому разрушению (KCU-60°C≥0,2 МДж/м 2). Повышение твердости, прочностных, пластических и вязкостных свойств рельсов увеличивает их износо- и хладостойкость, контактно-усталостную прочность и эксплуатационную надежность.

Список источников, принятых во внимание при экспертизе

1. ГОСТ Р 51685-2000 "Рельсы железнодорожные. Общие технические условия".

2. А.с. СССР №1435650, М. кл. С22С 38/16, 1987 г.

3. А.с. СССР №1239164, М. кл. С22С 38/16, 1984 г.

4. Патент РФ №1633008, М. кл. С22С 38/16, 1989 г.

5. ТУ 0921-125-01124328-2001 "Рельсы железнодорожные повышенной износостойкости и контактной выносливости".

Рельсовая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий, алюминий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хром, никель, азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным литейным сталям, применяемым в различных отраслях промышленности, в том числе в автомобилестроении при изготовлении крупногабаритных отливок для карьерных самосвалов особо большой грузоподъемности, работающих при повышенных ударных нагрузках и в экстремальных климатических условиях.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, которые могут быть использованы для изготовления деталей машин и оборудования, работающих в тяжелых условиях, в частности для прокатных валков трубоэлектросварочных станов.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из двухслойного проката, длительно эксплуатирующихся при отрицательных температурах в условиях интенсивного механического, коррозионно-эрозионного воздействия мощных ледовых полей и морской воды, в частности корпусов атомных ледоколов, судов ледового плавания, морских ледостойких стационарных и плавучих платформ для добычи углеводородов на арктическом шельфе

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству крупного горячекатаного сортового и фасонного проката из низкоуглеродистой низколегированной стали. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,08-0,12, марганец 1,30-1,80, кремний от более 0,50 до 0,80, фосфор до 0,030, сера от более 0,01 до не более 0,030, хром до 0,3, никель до 0,3, медь до 0,3, алюминий более 0,01, ванадий 0,05-0,10, кальций 0,0001-0,005, азот до 0,008 и железо остальное. Обеспечивается требуемая величина предела текучести 345 Н/мм2 при изготовления крупного горячекатаного сортового и фасонного проката без использования системы ускоренного охлаждения после прокатки. 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления деталей режущих инструментов. Сталь содержит, в мас.%: от 0,28 до 0,5 С, от 0,10 до 1,5 Si, от 1,0 до 2,0 Mn, максимум 0,2 S, от 1,5 до 4 Cr, от 3,0 до 5 Ni, от 0,7 до 1,0 Mo, от 0,6 до 1,0 V, от следовых количеств до общего максимального содержания 0,4% мас. редкоземельных металлов, остальное составляют, по существу, только железо и примеси. После смягчающего отжига сталь имеет матрицу, включающую перестаренный мартенсит с содержанием примерно до 5% об., по существу, круглых, равномерно распределенных карбидов, причем матрица, по существу, не содержит карбидов по границам зерен. Сталь обладает улучшенной обрабатываемостью, износостойкостью и способностью к закалке. 7 н. и 15 з.п. ф-лы, 21 ил., 6 табл.

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано для получения свариваемых штрипсов категории прочности X100 по стандарту API 5L-04, используемых при строительстве магистральных нефтегазопроводов высокого давления. Техническим результатом является повышение прочностных свойств штрипсов при обеспечении доли волокнистой составляющей в изломе образца не менее 90%. Для достижения технического результата после выплавки стали получают непрерывнолитые слябы, нагревают их до температуры аустенитизации, проводят многопроходную черновую и чистовую прокатку с регламентируемой температурой конца прокатки и охлаждение штрипсов водой, при этом после черновой прокатки раскаты охлаждают до температуры 720-800°C, чистовую прокатку ведут с относительными обжатиями за проход 8-25% и температурой конца прокатки, равной 740-790°C, после чего штрипсы охлаждают со скоростью не менее 17°C/с. Сталь выплавляют следующего химического состава, мас.%: 0,06-0,11 C, 0,02-0,04 Si, 1,45-1,95 Mn, 0,15-0,28 Mo, 0,01-0,06 Nb, 0,01-0,09 Ti, 0,15-0,35 Ni, 0,10-0,30 Cr, 0,002-0,009 N, не более 0,20 V, остальное Fe. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным конструкционным сталям, закаливающимся преимущественно на воздухе, используемым для изготовления осесимметричных корпусных деталей. Сталь содержит углерод, кремний, хром, марганец, никель, молибден, ванадий, медь, серу, фосфор, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,18 - 0,24, марганец 1,0 - 1,5, кремний 0,20 - 0,40, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, хром от более 3,00 до 3,20, никель 0,90 - 1,20, молибден 0,50 - 0,70, ванадий 0,10 - 0,20, медь не более 0,25, железо и неизбежные примеси - остальное. После термомеханической обработки сталь обладает высокой пластичностью, позволяющей деформировать ее методом ротационной вытяжки в холодном состоянии со степенями деформации 50-70% и обеспечением механических свойств в упрочненном состоянии выше 155 кгс/мм2 при относительном удлинении не менее 7%. 3 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным комплекснолегированным высокопрочным сталям, закаливающимся на воздухе, и может быть использовано при производстве осесимметричных деталей, работающих под давлением. Сталь содержит, в мас.%: углерод от 0,18 до менее 0,2, марганец 1,00-1,3, кремний 0,20-0,40, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, хром 2,90-3,20, медь не более 0,25, никель 2,20-2,50, молибден 0,70-0,90, ванадий от 0,15 до менее 0,20, железо и неизбежные примеси остальное. После закалки на воздухе и термомеханической обработки временное сопротивление разрыву σВ составляет не менее 170 кгс/мм2, а относительное удлинение δ5 составляет не менее 6%. 1 ил., 5 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному стальному листу, имеющему отношение предела текучести к пределу прочности 0,6 или более. Лист выполнен из стали следующего состава, в мас.%: 0,03-0,20% С, 1,0% или менее Si, от более 1,5 до 3,0% Mn, 0,10% или меньше Р, 0,05% или менее S, 0,10% или менее Аl, 0,010% или менее N, один или несколько видов элементов, выбранных из Ti, Nb и V, общее содержание которых составляет 0,010-1,000%, 0,001-0,01 Ta, остальное Fe и неизбежные примеси. Структура листа включает феррит и вторичную фазу, включающую мартенсит. Доля площади феррита составляет 50% или более, и средний размер кристаллического зерна 18 мкм или менее. Доля площади мартенсита во вторичной фазе составляет от 1 до менее 7%. Обеспечиваются требуемые прочность и формуемость при снижении веса листа. 12 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов

Продаем стальные рельсы. Цены уточняйте у менеджеров. Заказать рельс можно в офисе компании "Ремстройпуть" (г. Екатеринбург, ул. Таганская, д. 55 а). В наличии рельсы Р65, РП65, Р50, РП50, Р33, Р38, Т62, КР140, КР120, КР100, Р80, КР70, Р43, Р24, Р18, Р11.

При сплошной замене рельсов на основных направлениях железных дорог в путь укладывают в зависимости от грузонапряженности новые двух типов: Р75 (ГОСТ 16210-77) и (ГОСТ 8161-75) (табл. 7). На путях промышленных предприятий находят применение рельсы типов (ГОСТ 7174-75) и (ГОСТ 7173-54). В железнодорожных путях имеются рельсы таких же типов, но более ранних лет укладки (табл. 8). Рельсы, вторично используемые в путях, называются .

Таблица 7. Основные показатели рельсов

Черт. 24. Рельс типа Р75 по ГОСТ 16210-77 (Рельсы поставляются с 1978 г.)

Черт. 25. Рельс типа Р65 по ГОСТ 8161-75 (Рельсы поставляются с 1976 г.)

Черт. 26. Рельс типа Р50 по ГОСТ 7174-75 (Рельсы поставляются с 1976 г.)

Черт. 27. Рельс типа Р43 по ГОСТ 7173-54 (Рельсы поставляются с 1955 г.)

Таблица 8. Некоторые показатели рельсов, снятых с производства, но используемых в пути

Черт. 28. Рельс типа Р75 по ГОСТ 16210-70

(Рельсы поставлялись в период 1966 - 1977 гг.)

Черт. 29. Рельс типа Р75 по проекту 751/ЦП

(Рельсы поставлялись в период 1958 - 1966 гг.)

Черт. 30. Рельс типа Р65 по ГОСТ 8161-63

(Рельсы поставлялись в период 1964 - 1975 гг.)

Черт. 31. Рельс типа Р65 по ГОСТ 8161-56

(Рельсы поставлялись в период 1956 - 1963 гг., отверстия могли быть овальными 38´30 мм)

Черт. 32. Рельс типа Р65 по проекту 1950 г.

(Рельсы поставлялись в период 1953 - 1955 гг.)

Черт. 33. Рельс типа Р50 по ГОСТ 7174-65

(Рельсы поставлялись в период 1965 - 1975 гг.)

Черт. 34. Рельс типа Р50 по ГОСТ 7174-54

(Рельсы поставлялись в период 1955 - 1966 гг.)

Черт. 35. Рельс типа Р50 по ГОСТ 3542-47

(Рельсы поставлялись в период 1948 - 1954 гг.)

Черт. 36. Рельс типа Р43 по ГОСТ 3542-47

(Рельсы поставлялись в период 1946 - 1954 гг.)

Черт. 37. Рельс типа 1-а по ОСТ 119

(Рельсы поставлялись до 1946 г.)

Черт. 38. Рельс типа Р38 (II-a) по ГОСТ 3542-47

Черт. 39. Рельс типа (III-a) ГОСТ 6726-53

(Рельсы поставлялись до 1932 г.)

Основные требования к рельсам типов Р75, Р65 и Р50 из мартеновской стали по ГОСТ 24182-80 (введен с 1 июля 1981 г. взамен ГОСТ 8160-63 и ГОСТ 6944-63)

1. Стандарт распространяется на незакаленные по всей длине рельсы типов Р75, Р65 и Р50, изготовленные из мартеновской стали и предназначенные для укладки на железных дорогах широкой колеи.

2. Конструкция и размеры рельсов соответствуют ГОСТ 7174-75, ГОСТ 8161-75 и ГОСТ 16210-77.

3. Изготавливают рельсы двух групп.

4. Рельсы I группы изготавливают из спокойной мартеновской стали, раскисленной в ковше комплексными раскислителями без применения алюминия или других раскислителей, образующих в стали вредные строчечные неметаллические включения.

5. Рельсы II группы изготавливают из спокойной мартеновской стали, раскисленной алюминием или марганец-алюминиевым сплавом.

6. Химический состав стали должен соответствовать нормам, указанным в табл. 9.

7. Механические свойства стали для рельсов I и II групп при испытаниях на расстояние должны соответствовать нормам, указанным в табл. 10.

8. Технология изготовления рельсов должна гарантировать отсутствие в них флокенов, а также местных неметаллических включений (глинозема, карбидов и нитридов титана или глинозема сцементированного силикатами), вытянутых вдоль направления прокатки в виде дорожек - строчек длиной более 2 мм для рельсов группы I и длиной более 8мм для рельсов группы II.

9. Поверхность головки рельса на его концах должна быть подвергнута закалке с прокатного нагрева или с индукционного нагрева токами высокой частоты.

Таблица 9. Химический состав рельсовой стали

Таблица 10. Механические свойства рельсовой стали

Рельсы, предназначенные для сварки или других специальных целей, по требованию потребителя допускается изготовлять длиной не менее 6,0 м без закалки одного или обоих концов.

10. Рельсы после полного остывания могут быть подвергнуты холодной правке на роликоправильных машинах и штемпельных прессах.

11. После холодной правки не допускаются:

повторная холодная правка рельсов на роликоправильных машинах в одной и той же плоскости;

холодная штемпельная правка концов рельсов, если кривизна концов находится в пределах расположения болтовых отверстий;

падение рельсов с высоты более 1,0 м;

волнистость и скручивание рельсов. Рельс считается скрученным, если при замере его на контрольном стеллаже он имеет по концам зазоры между краем подошвы и стеллажем (по диагонали) более 1/10000 своей длины.

12. Концы рельсов должны быть отфрезерованы перпендикулярно продольной оси рельса. Перекос торцов не должен быть более 1,0 мм при измерении в любом направлении. Обрубать и ломать дефектные концы рельсов не допускается.

Болтовые отверстия на концах рельсов должны быть просверлены перпендикулярно к вертикальной продольной плоскости рельса. Поверхности болтовых отверстий и торцов рельсов должны быть без рванин, задиров и следов усадки в виде расслоений и трещин. Заусенцы и наплывы металла у болтовых отверстий и на торцах рельсов должны быть удалены зачисткой.

Черт. 40. Основная маркировка рельсов:

а - рельсы первого сорта; б - рельсы второго сорта; в - места нанесения маркировки на шейке рельса; 1 - инспекторские клейма; 2 - клеймо ОТК завода (может быть в виде квадрата, треугольника или буквы "К"); 3 - место нанесения номера рельса по расположению его в слитке (1 и 2 - головные рельсы, Х - донные средние рельсы обозначений не имеют); 4 - место нанесения номера плавки стали (номер плавки для рельсов 1 группы начинается с буквы П); 5 - место указания порядкового номера рельса от головной части слитка; 6 - место выкатанной (выпуклой) маркировки по длине рельса, повторяющейся примерно через 2,5 м и обозначающей: завод-изготовитель, месяц и год проката, тип рельса

13. Пробный отрезок рельса для копровых испытаний должен выдержать при температуре от 0° до плюс 40 °С испытание на удар без излома, трещин и выколов подошвы (как в пролете, так и на опорах).

14. Пробный отрезок рельса для испытания на прочность подошвы должен выдержать без трещин или излома статическую нагрузку до получения стрелы прогиба 4,0 мм.

15. Для укладки на магистральных путях МПС не допускаются: рельсы второго сорта типов Р75 и Р65 с раскатанными загрязнениями, пузырьками и трещинами на средней трети низа подошвы глубиной более 0,3 мм; рельсы второго сорта типа Р50.

16. Маркировка рельсов приведена на черт. 40, 41 и в табл. 11.

17. Отгружаемые потребителю рельсы должны сопровождаться документом (актом технической годности рельсов), подписанным представителем предприятия-изготовителя и инспектором МПС, удостоверяющим соответствие рельсов требованиям настоящего стандарта, в котором должно быть указано:

Обозначение предприятия-изготовителя;

Номера стандартов, в соответствии с которыми были изготовлены и приняты рельсы и номера заказа;

Сорт и тип рельсов;

Отпечатки или описание приемочных клейм и маркировки рельсов красками;

Номера вагонов;

Наименование и адрес получателя.

Черт. 41. Пример полной заводской маркировки новых рельсов первого сорта:

а - рельс изготовлен Кузнецким (К) металлургическим комбинатом в мае (V) 1990 г. (90) типа Р65, плавка А293, из обычной стандартной углеродистой стали, с закалкой концов (белая полоса краской на головке), по содержанию углерода "твердый" (желтая окраска подошвы на конце), стрелкой обозначен головной конец; б - рельс изготовлен заводом "Азовсталь" (А) в марте 1990 г. (III 90) типа Р75, плавка П356, закаленный по всей длине (зеленая полоса на шейке и зеленая окантовка торца); в - рельс изготовлен Нижнетагильским (Т) металлургическим комбинатом в сентябре 1989 г. (IX 89) типа Р50, плавка 751Я, закаленный по всей длине, по качеству закалки - первого класса (зеленая окантовка на торце); г

Основные требования к рельсам типов Р50, Р65 и Р75, термообработанных путем объемной закалки в масле по ГОСТ 18267-82
(введен с 1 января 1984 г. взамен ГОСТ 18267-72)

1. Стандарт распространяется на железнодорожные рельсы типов Р50, Р65 и Р75, изготовленные из мартеновской высокоуглеродистой стали и подвергнутые термической обработке по всей длине путем объемной закалки их в масле с последующим печным отпуском.

2. Рельсы, предназначенные для термической обработки, должны соответствовать требованиям, предъявляемым к рельсам первого сорта, изготовляемым по ГОСТ 24182-80.

Допускается по согласованию между изготовителем и потребителем подвергать термической обработке рельсы второго сорта. Закаленные рельсы, переведенные во второй сорт по поверхностным дефектам, предназначены для укладки на путях, не принадлежащих МПС.

3. Твердость на поверхности катания головки закаленных рельсов должна быть в пределах НВ 341...388; твердость шейки и подошвы рельсов - не более НВ 388.

4. Макроструктура закаленного металла головки рельса должна представлять собой сорбит закалки.

Допускается наличие мелких разрозненных участков феррита.

5. Механические свойства закаленных рельсов должны соответствовать следующим:

Временное сопротивление, кгс/мм2 ........................................ ³120

Предел текучести, кгс/мм2 .............................................…….. ³81

Относительное удлинение, % ..........................................…… ³6

Относительное сужение, % ...........................................…….. ³25

Ударная вязкость при 20 °С, кгс м/см2 ................................... ³2,5

6. Пробный отрезок рельса должен выдерживать низкотемпературные испытания на удар под копром без излома и признаков разрушения.

7. При неудовлетворительных результатах повторных испытаний на удар под копром рельсы разрешается подвергать высокому отпуску на твердость НВ 255...302 и сдавать их по ГОСТ 24182-80 как незакаленные.

8. Маркировка рельсов должна соответствовать указанной на черт. 40, 41 и в табл. 11.

9. Рельсы должны сопровождаться документом, подписанным представителем предприятия-изготовителя и инспектором МПС, удостоверяющим соответствие их требованиям настоящего стандарта и содержащим:

Наименование предприятия-изготовителя;

Наименование продукции и способ термической обработки;

Тип, класс и группу рельсов;

Марку стали из которой рельсы изготовлены;

Обозначение настоящего стандарта;

Отпечатки или описание приемочных клейм, а также описание маркировки рельсов красками;

Число рельсов с указанием их длины и массы;

Наименование и адрес потребителя.

Маркировка рельсов

На каждом новом рельсе наносится маркировка на его шейке и на одном из торцов.

Маркировка подразделяется на постоянную, выполняемую во время прокатки и клеймением в горячем и холодном состоянии (см. черт. 40) и временную или дополнительную, выполняемую краской (см. табл. 11). Маркировка (см. черт. 41) необходима для правильной укладки рельсов в путь.

Старогодные рельсы также маркируются (черт. 42).

Черт. 42. Пример маркировки старогодных рельсов (светлой краской):

а - рельс I группы, годный для укладки в путь без ремонта; б - рельс II группы, подлежащий ремонту (II-P); в - рельс IV группы, не годный для укладки в путь (XXX)

До середины 1990-х годов железные дороги США покупали улучшенные рельсы с закаленной головкой у зарубежных поставщиков, которые тогда были единственными изготовителями этой продукции. Однако с 1994 г., когда выпуск рельсов из высококачественной стали освоила компания Pennsylvania Steel Technologies (PST) на перестроенном заводе в Стилтоне, модернизация которого обошлась в 40 млн. дол., ситуация начала меняться. Примеру PST в 1996 г. последовала компания CF&I Steel на реконструированном заводе в Пуэбло.

Сначала она стала изготавливать рельсы с объемнозакаленной головкой типа DHH 370 (цифра обозначает твердость стали в единицах по Бринеллю), а в 1997 г. перешла на рельсы типа DHH 390. Повышение качества рельсовой стали с доведением ее твердости до 390 ед. по Бринеллю достигнуто благодаря сотрудничеству с японской компанией Nippon Steel, позволившему использовать технологию этой компании, являющейся крупнейшим в мире изготовителем рельсов. Согласно техническим требованиям Американской инженерной железнодорожной ассоциации (AREA), твердость рельсов должна быть не ниже 341 ед. по Бринеллю, так что CF&I превысила этот показатель на 14 %. Еще одним изготовителем улучшенных рельсов в США в ближайшем будущем может стать компания Stafford Rail Steel. В настоящее время железные дороги Северной Америки считают выпускаемую в США рельсовую сталь самой лучшей.

Иностранные компании продолжают выпускать рельсы высокого качества, которые отличаются от изготовляемых в США в основном содержанием серы. В Северной Америке в рельсовой стали допускается существенно большее содержание серы, поскольку, как полагают, она снижает вероятность образования водородных флокенов. За рубежом, в частности в Японии, стремятся уменьшить содержание серы, так как считают, что она с течением времени способствует образованию вертикальных усталостных трещин в головке и ускоряет волнообразный износ вследствие возникновения разрывов между включениями серы. Содержание серы в рельсовой стали представляет предмет ведущейся до настоящего времени дискуссии. Сторонники большего содержания серы утверждают, что ее недостаток может повысить риск водородного охрупчивания, если не контролировать содержание водорода в стали. Сторонники меньшего считают, что внедрение новых технологий, таких, как индукционное перемешивание и вакуумная дегазация, устраняет необходимость в присутствии серы. В любом случае в Северной Америке, по мнению специалистов-металлургов, положение в области рельсовой стали можно считать беспрецедентно благоприятным.

Однако в то время как сталь твердостью 350- 400 ед. по Бринеллю удовлетворяет требованиям современных железных дорог с точки зрения использования для изготовления рельсов, укладываемых на перегонных и станционных путях, для особых мест пути, таких, как стрелочные переводы и глухие пересечения, требования иные. Так, для крестовин нужна рельсовая сталь твердостью 450- 500 ед. по Бринеллю.

В настоящее время преобладает мнение, что перлитная рельсовая сталь для работы при больших осевых нагрузках, по всей видимости, не подходит. Даже если ее твердость удастся повысить до требуемой величины, перлитная микроструктура может обеспечить доведение показателя по Роквеллу только до С-40, так как далее возрастает риск разрушения. Показатель от С-40 до С-45 по Роквеллу может дать проблематичная смесь перлитной и бейнитной структур. В зоне С-45- С-50 желательный результат возможен при преимущественно бейнитной структуре(таб.3.1). Бейнит гораздо тверже перлита и обеспечивает лучшую сопротивляемость износу.

Таблица 3.1 - Химический состав рельсов в Америке

Институт штата Орегон совместно с AAR провел исследования, показавшие наличие двух подходов к получению бейнитной микроструктуры. Один из них предполагает изотермическую обработку обычной углеродистой рельсовой стали до твердости порядка С-45- С-50 по Роквеллу. При другом подходе используется углеродистая сталь с пониженным количеством углерода, повышенным кремния, хрома, марганца, средним молибдена и небольшим содержанием бора. После закалки в воде низкоуглеродистая сталь становится весьма прочной и относительно вязкой. Исследования подтвердили многообещающие качества бейнитных сталей, причем последние достижения в технологии изготовления сделали их выпуск коммерчески целесообразным. При предварительных испытаниях рельсов из бейнитной и из улучшенной стали с закаленной головкой оказалось, что бейнитная сталь с низким содержанием углерода лучше поддается сварке. При испытаниях непосредственно в рельсовой колее бейнитная сталь также показала лучшие результаты, чем улучшенная.

Высокая прочность бейнитной стали обеспечивает ее хорошую сопротивляемость выкрашиванию и отслаиванию, а также гораздо лучшие усталостные характеристики. Поскольку такая сталь дороже, на будущее запланировано улучшить экономические показатели. Еще более благоприятными станут физические характеристики рельсовых сталей следующего поколения. Провели сравнительные испытания новой бейнитной стали марки J9 и аустенитной марганцовистой стали (AMS) в лабораторных условиях на свариваемость, износ и деформацию. Результаты этих испытаний оказались успешными. Проведенные примерно в то же время испытания на моделях в университете штата Иллинойс позволили сравнить указанные стали в условиях контакта при качении колеса по рельсу. Полученные результаты подтвердили явное преимущество стали J9 по сроку службы перед сталью AMS.

(Взамен ГОСТ 7174-75, 8161-75 ,ГОСТ 16210-77,ГОСТ 18267-82)

Дата введения 01.07.2001

Область применения

Настоящий стандарт распространяется на железнодорожные рельсы Р50, Р65, Р75 предназначенные для звеньевого и бесстыкового пути железных дорог и для производства стрелочных переводов. Обязательные требования к качеству рельсов, обеспечивающие безопасность движения, изложены в разделах 5-8 настоящего стандарта.

Классификация рельс

4.1. Рельсы подразделяют: по типам:

• Р65К (для наружных нитей кривых участков пути),

• В - рельсы термоупрочненные высшего качества,
• Т1, Т2 - рельсы термоупрочненные,
• Н - рельсы нетермоупрочненные;

по наличию болтовых отверстий:

• с отверстиями на обоих концах,
• без отверстий;

по способу выплавки стали:

• М - из мартеновской стали,
• К - из конвертерной стали,
• Э - из электростали;

по виду исходных заготовок:

• из слитков,
• из непрерывно-литых заготовок (НЛЗ);

по способу противофлокенной обработки:

• из вакуумированной стали,
• прошедшие контролируемое охлаждение,
• прошедшие изотермическую выдержку.

Конструкция и размеры

5.1. Форма и основные (контролируемые) размеры поперечного сечения рельсов должны соответствовать приведенным на рисунке 1 и в таблице 1. Допускаемые отклонения контролируемых размеров и формы поперечного сечения рельсов должны соответствовать значениям, указанным в таблице 2.

Рисунок 1 - Основные размеры поперечного сечения рельса

Таблица 1
В миллиметрах

Таблица 2
В миллиметрах

5.2. Расположение, количество и диаметр болтовых отверстий в шейке на концах рельсов должны соответствовать приведенным на рисунке 2 и в таблице 3. По согласованию сторон рельсы могут быть изготовлены с другим расположением, количеством и диаметром болтовых отверстий.

Рисунок 2 - Расположение болтовых отверстий

Таблица 3
Размеры в миллиметрах

Введение

Рельсовая сталь - это углеродистая легированная сталь, которая легируется кремнием и марганцем. Углерод дает стали такие характеристики, как твердость и износостойкость. Марганец увеличивает эти качества и повышает вязкость. Кремний также делает рельсовую сталь более твердой и износостойкой. Рельсовую сталь может стать еще качественнее с помощью микролегирующих добавок: ванадия, титана и циркония.

Широкий спектр требований, предъявляемых в связи с этим к качеству железнодорожных рельсов, требует совершенствования технологических процессов, разработки, опробования и внедрения новых технологий и использования прогрессивных процессов в области производства рельсов.

Действующая на отечественных металлургических комбинатах технология производства железнодорожных рельсов обеспечивает необходимое качество и стойкость продукции. Однако в силу ряда причин рельсовая сталь в Российской Федерации выплавляется в мартеновских печах, что ограничивает технологические возможности металлургов для существенного и резкого повышения качества стали, используемой для производства рельсов.

Основной причиной малой распространенности производства рельсов из электростали является целевая направленность строительства современных электросталеплавильных цехов с печами большой емкости на утилизацию региональных ресурсов скрапа и обеспечение регионов металлопродукцией промышленного и строительного назначения. При этом достигаются достаточно высокая экономическая эффективность и конкурентоспособность.

Общая характеристика рельсовых сталей

Производство рельсов в нашей стране составляет около 3,5 % от общего производства готового проката, а грузонапряженность железных дорог в 5 раз выше, чем в США, и в 8...12 раз выше, чем на дорогах других развитых капиталистических стран. Это налагает особо высокие требования к качеству рельсов и стали для их изготовления.

Рельсы подразделяют:

По типам Р50, Р65, Р65К (для наружных нитей кривых участков пути), Р75;

Наличию болтовых отверстий: с отверстиями на обоих концах, без отверстий;

Способу выплавки стали: М - из мартеновской стали, К - из конвертерной стали, Э - из электростали;

Виду исходных заготовок: из слитков, из непрерывно-литых заготовок (НЛЗ);

Способу противофлокенной обработки: из вакуумированной стали, прошедшие контролируемое охлаждение, прошедшие изотермическую выдержку.

Химический состав рельсовых сталей представлен в таблице 1 в марках стали буквы М, К и Э обозначают способ выплавки стали, цифры - среднюю массовую долю углерода, буквы Ф, С, X, Т - легирование стали ванадием, кремнием, хромом и титаном соответственно.

Таблица 1 - Химический состав рельсовых сталей (ГОСТ 51685 - 2000)

Рельсы железнодорожные широкой колеи типов Р75 и Р65 изготовляют по ГОСТ 24182-80 из мартеновской стали М76 (0,71... 0,82 % С; 0,75...1,05 % Mn; 0,18...0,40 % Si; < 0,035 % Р и < 0,045 % S), и более легкие типа Р50 - из стали М74 (0,69...0,80 % С). После горячей прокатки все рельсы подвергают изотермической обработке для удаления водорода с целью устранения возможности образования флокенов. Рельсы поставляют для эксплуатации на железных дорогах незакаленными (сырыми) по всей длине и термоупрочненными по всей длине. Концы сырых рельсов подвергают поверхностной закалке с прокатного нагрева или с нагрева ТВЧ. Длина закаленного слоя от торца рельса 50...80 мм, а твердость закаленной части IIB 311...401. Сырые рельсы из стали М76 должны иметь ов > Ј 900 МПа и 5 > 4%. Технология изготовления рельсов должна гарантировать отсутствие в них вытянутых вдоль направления прокатки строчек неметаллических включений (глинозема) длиной более 2 мм (группа I) и более 8 мм (группа II), так как подобные строчки служат источником зарождения трещин контактной усталости в процессе эксплуатации.

Высокая грузонапряженность железных дорог привела к тому, что работоспособность сырых нетермоупрочненных рельсов перестала удовлетворять требованиям тяжелой работы сети железных дорог.

Дальнейшее повышение эксплуатационной стойкости термически упрочненных рельсов может быть достигнуто легированием рельсовой стали. Перспективным является легирование углеродистой рельсовой стали небольшими добавками ванадия (-0,05 %), применение легированных сталей типа 75ГСТ, 75ХГМФ и др., а так же применение термомеханической обработки.