Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

ОБЛАДАЮЩИЕ ПРЕВОСХОДНОЙ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬЮ И СВАРИВАЕМОСТЬЮ РЕЛЬСЫ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ ТЕРМООБРАБОТАННОЙ ПЕРЛИТНОЙ СТАЛИ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ИХ ПРОИЗВОДСТВА - Патент РФ 2139946
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ОБЛАДАЮЩИЕ ПРЕВОСХОДНОЙ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬЮ И СВАРИВАЕМОСТЬЮ РЕЛЬСЫ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ ТЕРМООБРАБОТАННОЙ ПЕРЛИТНОЙ СТАЛИ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ИХ ПРОИЗВОДСТВА
ОБЛАДАЮЩИЕ ПРЕВОСХОДНОЙ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬЮ И СВАРИВАЕМОСТЬЮ РЕЛЬСЫ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ ТЕРМООБРАБОТАННОЙ ПЕРЛИТНОЙ СТАЛИ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ИХ ПРОИЗВОДСТВА

ОБЛАДАЮЩИЕ ПРЕВОСХОДНОЙ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬЮ И СВАРИВАЕМОСТЬЮ РЕЛЬСЫ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ ТЕРМООБРАБОТАННОЙ ПЕРЛИТНОЙ СТАЛИ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ИХ ПРОИЗВОДСТВА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к рельсам из перлитной стали, обладающим значительно улучшенными износостойкостью и свариваемостью, которые требуются для рельсов, применяемых на магистральных железных дорогах, а также процессу их производства. Рельс содержит по весу от более чем 0,85 до 1,20% С, 0,10 - 1,00% Si, 0,20 - 1,50% Mn, от более чем 0,50 до 1,00% Cr или содержит от более чем 0,85 до 1,20% С, 0,40 - 1,00% Si, от 0,20 до менее чем 0,40% Mn, 0,35 - 0,50% Cr, причем величина суммы показателей содержания Si/4+Mn/2+Cr составляет 0,8 - 1,8 вес.%, содержит также по весу один или по меньшей мере два элемента, выбранных из группы, включающей Mo, V, Nb и В, а остальное приходится на долю Fe и неизбежных примесей, стальные рельсы имеют перлитную структуру на глубину не менее 20 мм от угла и верхней поверхности головки рельса как исходной точки, перлитная структура обладает твердостью по Виккерсу не менее 320, и различие в твердости по Виккерсу между основным металлом и сварным соединением стального рельса не превышает 30 с тем, чтобы не допустить образования выемки износа, вызванного местным износом верхней поверхности рельса в месте сварного соединения без ухудшения при этом свариваемости. 5 c. и 2 з.п.ф-лы, 12 ил., 16 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2139946
Класс(ы) патента: C21D9/04, C22C38/04
Номер заявки: 97121881/02
Дата подачи заявки: 14.05.1996
Дата публикации: 20.10.1999
Заявитель(и): Ниппон Стил Корпорейшн (JP)
Автор(ы): Масахару Уеда (JP); Хидеаки Кагеяма (JP); Коуити Утино (JP); Кодзи Бабазоно (JP); Кен Кутараги (JP)
Патентообладатель(и): Ниппон Стил Корпорейшн (JP)
Описание изобретения: Изобретение относится к рельсам из перлитной стали, обладающим значительно улучшенными износостойкостью и свариваемостью (выполнение сварки, характеристики сварных соединений), которые требуются для рельсов, применяемых на магистральных железных дорогах, а также способу их производства.
Настоящее изобретение относится, в частности, к рельсам, в которых можно в заданном диапазоне контролировать различие в твердости между сварным швом рельса и основным металлом рельса так, чтобы можно было не допустить возникновения выемки, вызванной износом поверхности головки рельса в месте сварного соединения, не ухудшая при этом свариваемость рельса, а также к процессу производства этих рельсов.
Предпосылки к созданию изобретения
Для дальнейшего повышения эффективности железнодорожных перевозок происходит увеличение скорости и веса поездов. Такие эффективные железнодорожные перевозки означают ужесточение условий эксплуатации рельсов, что требует в свою очередь дальнейшего улучшения материалов, из которых изготавливаются рельсы. В частности, за рубежом у рельсов, уложенных в криволинейных отрезках путей магистральных железных дорог, наблюдалось резкое усиление износа, что вызывало озабоченность сроком службы рельсов. Однако за счет последних достижений в области упрочняющих процессов термообработки были получены описанные ниже высокопрочные (обладающие высокой твердостью) рельсы, в которых используется эвтектоидная сталь с мелкозернистой перлитной структурой. Это привело к значительному увеличению срока службы рельсов на криволинейных участках пути магистральных железных дорог.
(1) Термообработанные рельсы для сверхтяжелой нагрузки, имеющие сорбитную структуру или мелкозернистую перлитную структуру головки рельса (Публикация прошедшего экспертизу японского патента (Кококу) N 54-25490); и
(2) Процесс производства высокопрочных рельсов, обладающих прочностью по меньшей мере 130 кгс/мм2, включая операцию ускоренного охлаждения головки рельса, подвергнутой чистовой прокатке или повторному нагреву, от температуры аустенизации до температуры от 850 до 500oC со скоростью от 1 до 4oC/сек (Публикация прошедшего экспертизу японского, патента (Кококу) N 63-23244).
Особенности этих рельсов, являющихся высокопрочными рельсами, связаны с применением для их изготовления эвтектоидной углеродистой стали, а рельсы должны обладать износостойкостью за счет уменьшения расстояний между пластинками в перлитной структуре.
С другой стороны, рельсовые стыки сваривают с целью предупреждения возможности разрушения и уменьшения стоимости технического обслуживания и контроля. В результате, на практике рельсы используются в форме длинных рельсов. Однако известно, что в сварном соединении, которое было повторно нагрето до температуры аустенизации, скорость охлаждения после завершения сварки является более медленной, чем скорость охлаждения головки, подвергнутой термообработке в процессе производства рельса, в результате чего понижается твердость сварного соединения с образованием более мягкого участка. Более мягкий участок имеет тенденцию к местному износу при контакте с колесами поездов, что ведет к появлению на верхней поверхности рельса углубления износа. Следствием являются серьезные проблемы, связанные с шумом и вибрацией, возникающими при прохождении поездов, и эти проблемы включают ухудшение качества железнодорожных путей.
В качестве контрмеры применяется следующий способ:
сварное соединение рельса сразу после сварки или после повторного нагрева подвергают термообработке с ускоренным охлаждением так, что его твердость повышается примерно до уровня, присущего основному металлу рельса. Однако при этом возникает новая, связанная с этим способом проблема, заключающаяся в увеличении длительности операции сварки и снижении эффективности производства. Соответственно не допускается образования более мягкого участка на сварном соединении рельса непосредственно после сваривания, как описано ниже. В результате оказалось возможным не только улучшить - износостойкость, но и свариваемость (выполнение сварки).
(3) Процесс производства термообработанных рельсов из низколегированной стали, обладающих повышенной износостойкостью и улучшенной свариваемостью (выполнение сварки, характеристики сварного соединения) с добавлением легирующих элементов, таких, как Cr, Nb и т.п. (Публикация прошедшего экспертизу японского патента (Кококу) N 59-19173).
Однако в последние годы в связи со стремлением к дальнейшему повышению эффективности железнодорожных перевозок нагрузка на рельсы магистральных железных дорог продолжала расти. В результате даже в случае применения описанных выше рельсов оказывается невозможным обеспечить износостойкость и не допустить возникновения под воздействием местного износа сварных соединений углублений износа на верхней поверхности головок рельсов, что связано с увеличением контактного давления колес. В результате серьезными проблемами вновь становятся сокращение срока службы, возникновение шума и вибрации в сварных соединениях и износ железнодорожных путей.
В таких условиях возникает потребность в создании износостойких рельсов, обладающих такой же износостойкостью, как и существующие высокопрочные рельсы, изготовленные из эвтектоидной углеродистой стали, способных не допустить местного износа сварных соединений и обладающих превосходной свариваемостью.
Для того, чтобы улучшить износостойкость обычной рельсовой стали, имеющей перлитную структуру с содержанием углерода, соответствующим эвтектоидной углеродистой стали, применяется способ повышения твердости за счет уменьшения расстояний между пластинками в перлитной структуре.
Однако существующая рельсовая сталь с перлитной структурой при содержании углерода, соответствующем эвтектоидной углеродистой стали, обладает верхним пределом твердости по Виккерсу, равным 420. Когда с целью повышения твердости увеличивают скорость охлаждения при термообработке или количество добавляемых легирующих элементов, в перлитной структуре формируется бейнитная или мартенситная структура, вызывая снижение износостойкости и вязкости рельсов.
Кроме того, еще одним способом решения проблемы может быть признан способ применения в качестве рельсовой стали материала, имеющего структуру металла, демонстрирующую более высокую, чем у перлитной структуры, износостойкость. Однако пока не удалось найти материал, который был бы дешевле и превосходил бы по износостойкости мелкозернистую перлитную структуру в условиях износа качением, наблюдающихся на рельсах и колесах.
Перлитная структура, имеющая углеродную составляющую, соответствующую эвтектоидной углеродистой стали обычной рельсовой стали, имеет пластинчатую структуру ферритной фазы, обладающей низкой твердостью, и более твердой цементитной фазы. В результате анализа механизма износа перлитной структуры авторы настоящего изобретения убедились, что улучшение износостойкости происходит следующим образом: сначала колеса, проходящие по рельсам, выдавливают мягкую ферритную фазу, затем оставшаяся твердая цементитная фаза расщепляется на тонкие слои непосредственно под поверхностями качения.
Авторы настоящего изобретения экспериментально выявили, что износостойкость можно значительно улучшить за счет увеличения в перлите доли более твердого цементита, что ведет к повышению твердости перлита и, следовательно, износостойкости и что вызывает увеличение содержания углерода, увеличивая износостойкость, поскольку возрастает плотность цементитной фазы непосредственно под поверхностью качения.
На фиг. 1 показано выполненное в ходе опытов сопоставление взаимозависимости между содержанием углерода и степенью износа. Степень износа уменьшается при увеличении содержания углерода, когда твердость стали остается одинаковой. Таким образом подтверждено, что использование высокоуглеродистой стали (заэвтектоидной стали) способствует значительному повышению износостойкости по сравнению с обычными эвтектоидными марками стали (содержание углерода от 0,7 до 0,8%).
Обратив внимание на влияние, которое оказывает содержание углерода на характеристики перлитного превращения, авторы настоящего изобретения разработали способ термообработки для устойчивого формирования в высокоуглеродистой стали перлитной структуры. На фиг. 2 показана взаимозависимость между содержанием углерода и характеристиками перлитного превращения со ссылкой на диаграмму превращения при непрерывном охлаждении (термокинетическая диаграмма). Было подтверждено, что при возрастании содержания углерода перегиб кривой перлитного превращения сдвигается влево по сравнению с обычными эвтектоидными сталями (содержание углерода от 0,7 до 0,8%), так что перлитное превращение легко осуществляется в диапазоне быстрого охлаждения.
Это означает, что способ термообработки, предназначенный для рельсовой стали с высоким содержанием углерода (заэвтектоидная сталь), заключается в следующем: авторы настоящего изобретения обнаружили, что даже при дополнительном увеличении повышенной скорости охлаждения в процессе термообработки по сравнению с обычными эвтектоидными сталями не происходит формирования анормальных структур, таких как мартенсит, при устойчивом формировании перлитной структуры, так что рельсовая сталь может приобрести дополнительную прочность.
Кроме того, обнаружено, что формирование доэвтектоидного цементита, оказывающего отрицательное воздействие на пластичность и вязкость, что является недостатком высокоуглеродистой стали (заэвтектоидной стали), может быть предотвращено с помощью ускоренного охлаждения при термообработке с целью сильного упрочнения стали и что износостойкость можно повысить, не ухудшая пластичности и вязкости при получении стали с высоким содержанием углерода.
Сущность изобретения
В дополнение к предыдущему изобретению авторы настоящего изобретения исследовали способ предотвращения выемки износа, вызванной местным износом на головной верхней поверхности сварного соединения, без ухудшения свариваемости (выполнения сварки). Для того, чтобы предотвратить местный износ сварного соединения рельсов, необходимо в максимально возможной степени уменьшить различие в твердости между сварным соединением, нагретым до температуры аустенизации, и основным металлом. Во-первых, авторы настоящего изобретения экспериментально определили влияние, которое оказывают добавки на твердость сварного соединения высокоуглеродистой стали (заэвтектоидной стали). В результате, авторы изобретения подтвердили, что количество добавляемого хрома и кремния оказывает влияние на твердость сварного соединения высокоуглеродистой стали (заэвтектоидной стали), хотя кремний не столь эффективен, как хром, и обнаружили, что контроль количества добавок может предотвратить снижение твердости сварного соединения.
Поэтому авторы изобретения использовали высокоуглеродистые стали (заэвтектоидные стали), в которых количество добавляемого хрома, элемента, наиболее эффективно предотвращающего снижение твердости сварного соединения, варьируется, и в ходе опытов выявили взаимозависимость между количеством добавленного хрома и твердостью сварного рельсового соединения непосредственно после сварки (без термообработки). В результате твердость сварного соединения возросла, когда количество добавляемого хрома превысило 0,50%, причем была обеспечена твердость, сопоставимая с твердостью основного рельса.
Кроме того, поскольку содержание углерода в заэвтектоидной стали высоко, происходит ликвация марганца, хрома и т.п. в дополнение к углероду в колончатой части рельса, и в области ликвации наблюдается тенденция к формированию мартенситной структуры, отрицательно влияющей на вязкость. Авторы настоящего изобретения, таким образом, изучили способ ограничения количества добавляемых марганца и хрома определенными значениями, чтобы устранить ликвацию и предупредить снижение твердости сварного соединения. В результате они обнаружили, что в высокоуглеродистых сталях (заэвтектоидные стали) контролирование количества добавляемого кремния, который по существу не подвергается ликвации, в колончатую часть рельса позволяет предотвратить снижение твердости сварного соединения таким же образом, как и хром.
В соответствии с этим авторы настоящего изобретения экспериментально определили взаимозависимость между количеством добавленного кремния и твердостью сварного рельсового соединения непосредственно после сварки (без термообработки) с целью предотвращения ликвации при использовании высокоуглеродистых сталей (заэвтектоидных сталей), в которых количество добавляемого кремния варьируется, в то время как количество добавляемых марганца и хрома ограничено заданными рамками. В результате, когда количество добавленного кремния превышает 0,40%, твердость сварного соединения улучшается даже при незначительном добавлении марганца и хрома, и обеспечивается твердость, сопоставимая с твердостью основного рельса.
На основании результатов опытов авторы изобретения обнаружили, что эффективным способом, позволяющим в максимально возможной степени уменьшить различие в твердости между сварным соединением, нагретым до температуры аустенизации, и основным металлом, является следующий способ: в разнообразных марках стали, применяемых в качестве основного материала рельсов и произведенных в условиях термообработки, соответствующих притязаниям, приведенным выше, на твердость главным образом влияет количество добавляемых легирующих элементов хрома, марганца и кремния, а контроль добавляемого количества марганца в дополнение к контролю добавляемых количеств хрома и кремния, который способствует повышению твердости сварных соединений, эффективен при контроле различий в твердости между основным металлом и соответствующими сварными соединениями. Поэтому авторы настоящего изобретения исследовали взаимозависимость между различием в твердости между основным металлом рельса и сварным соединением, с одной стороны, и добавляемыми количествами кремния, хрома и марганца - с другой. Вклад хрома в твердость принят равным 1, а результаты располагаются таким образом, чтобы вывести вклад в нее трех элементов. В результате, когда кремний, марганец и хром добавлены в одинаковых количествах, выяснено, что вклад отдельных элементов является следующим Si: 1/4; Mn: 1/2. Таким образом обнаружено, что для того, чтобы добиться, чтобы различие в твердости между сварным соединением и основным металлом оставалось в определенном диапазоне так, чтобы не допустить разрушения, вызванного местным износом верхней головной поверхности сварного соединения без ухудшения свариваемости (выполнения сварки), общая сумма содержания в весовых процентах хрома, одной четвертой части содержания в весовых процентах кремния и одной второй содержания в весовых процентах марганца должна находится в определенном диапазоне.
Объектом настоящего изобретения является создание рельсов, обладающих значительно улучшенной износостойкостью и свариваемостью (выполнение сварки, характеристики сварных соединений), которые, согласно проведенному исследованию, требуются для магистральных железных дорог.
Настоящее изобретение достигает поставленной задачи, и объектом настоящего изобретения являются:
рельсы из перлитной стали, обладающие превосходной износостойкостью и свариваемостью, полученными так, как описано ниже:
головка горячекатаных стальных рельсов содержит высокотемпературную тепловую энергию или стальной рельс нагрет до высокой температуры с целью термообработки, причем стальной рельс содержит, по весу:
от более чем 0,85 до 1,20% C, от 0,10 до 1,00% Si, от 0,20 до 1,50% Mn, от более чем 0,50 до 1,00% Cr, или
от более чем 0,85 до 1,20% C, от 0,40 до 1,00% Si, от 0,20 до менее чем 0,40% Mn, от 0,35 до 0,50% Cr, причем сумма содержания Si/4 + Mn/2 + Cr должна составлять по весу от 0,8 до 1,8%,
и далее содержит, в весовых процентах, один или по меньшей мере два элемента, выбранных из группы, которая содержит:
от 0,01 до 0,20% Mn, от 0,02 до 0,30% V, от 0,002 до 0,050% Nb, от 0,10 до 2,00% Co и от 0,0005 до 0,005% В, а остальное приходится на долю Fe и неизбежных примесей,
рельсы, подвергнутые ускоренному охлаждению или контролируемому охлаждению одним из следующих способов: (1) головку подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации со скоростью охлаждения в диапазоне от 1 до 10oC/сек, и ускоренное охлаждение прекращается в момент, когда температура стального рельса достигает от 700 до 500oC; (2) головку подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации со скоростью охлаждения в диапазоне от 10 до 30oC/сек, и ускоренное охлаждение прекращается в момент, когда на долю перлитного превращения стального рельса приходится 70% от суммарного превращения; и (3) головку подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации до температуры от 750 до 600oC со скоростью охлаждения более чем от 10 до 30oC/сек, и затем подвергают контролируемому охлаждению со скоростью охлаждения от 1 до менее чем 10oC в диапазоне температур от 750-600oC до 550-450oC;
стальные рельсы, имеющие перлитную структуру до глубины по меньшей мере 20 мм от угла головки и верхней поверхности головки как начальной точки, причем перлитная структура обладает твердостью по Виккерсу, равной по меньшей мере 320, а различие в твердости по Виккерсу основного металла и сварного соединения стального рельса достигает 30; и
способ производства этих рельсов.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 графически показана взаимозависимость между содержанием углерода и степенью износа;
на фиг. 2 графически показана взаимозависимость между содержанием углерода и характеристиками перлитного превращения;
на фиг. 3 показано изображение, демонстрирующее наименования позиций поперечного сечения головки рельса, а числовые позиции 1 и 2 обозначают соответственно верхнюю поверхность головки и угол головки, соответственно;
на фиг. 4 показано схематическое изображение прибора измерения износа Нисихара, а числовыми позициями 3, 4 и 5 обозначаются соответственно испытательный образец рельса, дополняющий материал и охлаждающее сопло,
на фиг. 5 графически показана взаимозависимость между твердостью и степенью износа по Примеру 1;
на фиг. 6 графически показано распределение твердости головной части в сварном соединении по Примеру 1;
на фиг. 7 графически показана взаимозависимость между твердостью и степенью износа по Примеру 2;
на фиг. 8 графически показано распределение твердости головной части в сварном соединении по Примеру 2;
на фиг. 9 графически показана взаимозависимость между твердостью и степенью износа по Примеру 3;
на фиг. 10 графически показано распределение твердости головной части в сварном соединении по Примеру 3;
на фиг. 11 графически показана иная взаимозависимость между твердостью и степенью износа по Примеру 3;
на фиг. 12 графически показано иное распределение твердости головной части в сварном соединении по Примеру 2.
Наилучший вариант изобретения
По сравнению с обычными рельсовыми сталями рельсовая сталь, являющаяся предметом настоящего изобретения, имеет высокое содержание углерода, демонстрирует уменьшение степени износа при такой же твердости и имеет значительно более высокую износостойкость. Кроме того, возможно устойчивое формирование перлитной структуры с превосходной износостойкостью без одновременного формирования мартенсита, бейнита и доэвтектоидного цементита, способствующих ухудшению пластичности, вязкости и износостойкости рельсов, за счет подбора подходящего химического состава и выбора подходящих условий термообработки.
Кроме того, сокращается понижение твердости линии сплавления, и в сварном соединении (области, повторно нагретой до температуры аустенизации) не формируются анормальные структуры, такие как мартенсит. Различие в твердости по Виккерсу между сварным соединением и основным металлом достигает 30, в результате чего можно предотвратить частичный износ, такой как выемка местного износа, вызванный износом верхней поверхности головной части сварного соединения непосредственно после сварки (без термообработки).
Согласно настоящему изобретению, в качестве рельсов, предназначенных для больших нагрузок, могут быть предложены рельсы с превосходной износостойкостью и свариваемостью (выполнение сварки, характеристики сварных соединений).
Далее настоящее изобретение будет описано подробно.
(1) Химические композиции
Будут подробно описаны причины описанных выше ограничений химического состава рельсов согласно настоящему изобретению. C является элементом, эффективно способствующим перлитному превращению и обеспечению износостойкости. Он добавляется в обычную рельсовую сталь в количестве от 0,60 до 0,85%. Однако при содержании C ниже 0,85% нет возможности обеспечить плотность цементитной фазы в перлитной структуре с целью улучшения износостойкости и, кроме того, возникает тенденция к формированию межзеренного феррита, который может стать исходной точкой усталостного разрушения в головке рельса. Более того, когда содержание C превышает 1,20%, в головке рельса после термообработки образуется много доэвтектоидного цементита, что значительно уменьшает пластичность и вязкость. Таким образом, содержание C должно превышать 0,85% но быть меньше 1,20%.
Si является элементом, который повышает твердость (прочность) основного металла рельса и сварного соединения, повторно нагретого до температуры аустенизации, путем упрочнения на твердый раствор ферритной фазы в перлитной структуре. Si является также элементом, концентрирующимся в перлитной структуре на границах между ферритом и цементитом, и зона концентрации Si препятствует сфероидизации цементита в зоне термического влияния, нагретой в процессе сварки до температуры аустенизации. В результате Si препятствует снижению твердости в зоне термического влияния, то есть Si повышает сопротивление стали разупрочнению при отпуске. При содержании Si менее 0,10% таких результатов ожидать нельзя. Кроме того, когда содержание Si превышает 1,00%, в процессе горячей прокатки появляется много поверхностных дефектов. Наряду с этим происходит охрупчивание рельса и ухудшение свариваемости. Таким образом, содержание Si ограничивается диапазоном от 0,10 до 1,00%. Кроме того, в системе химического состава рельса, при которой содержание Mn и Cr ограничивается определенными значениями с целью уменьшения ликвации в колончатой части рельса, необходимо, чтобы содержание Si ограничивалось по меньшей мере 0,40%, чтобы обеспечить твердость основного металла рельса и сварных соединений.
Mn является элементом, способствующим достижению большой твердости (прочности) рельса за счет снижения температуры перлитного превращения и повышения закаливаемости, а также препятствующим формированию доэвтектоидного цементита. При содержании Mn менее 0,20% его влияние незначительно, и наблюдается тенденция к формированию в головке рельса после термообработку доэвтектоидного цементита. С другой стороны, когда содержание Mn превышает 1,50%, возникает тенденция к формированию мартенситной структуры, оказывающей отрицательное воздействие на вязкость рельса. В связи со сказанным, содержание Mn ограничивается диапазоном 0,20-1,50%. Кроме того, для того, чтобы ослабить ликвацию в колончатой части рельса и препятствовать формированию мартенситной структуры, оказывающей отрицательное воздействие на вязкость стали, содержание Mn должно находиться в диапазоне от 0,20 до менее чем 0,40%.
Cr является элементом, способствующим повышению точки равновесия перлитного превращения, что делает перлитную структуру мелкозернистой. Таким образом Cr придает большую твердость (прочность) основному металлу рельса, улучшает твердость сварного соединения, повторно нагретого до температуры аустенизации, и уменьшает различие в твердости между основным металлом рельса и сварным соединением. Кроме того, Cr является элементом, формирующим карбиды Cr и упрочняющим таким образом цементит в перлитной структуре. В результате Cr не только повышает износостойкость, но и препятствует разупрочнению цементита в зоне термического влияния, повторно нагретой в процессе сварки до температуры, близкой к температуре аустенизации. Хотя основной металл рельса может быть значительно упрочнен при содержании Cr менее 0,50%, твердость сварного шва не может быть обеспечена в удовлетворительной степени, и различие в твердости между основным металлом рельса и сварным швом становится значительной. В результате из-за местного износа на сварном соединении формируется выемка износа. Кроме того, при добавлении Cr в количестве, превышающем 1,00%, т.е. в избыточном количестве, формируются бейнитная и мартенситная структуры, снижающие износостойкость и вязкость рельсов. В соответствии с этим содержание Cr ограничивается диапазоном 0,50-1,00%. Кроме того, для того, чтобы устранить ликвацию в колончатой части рельса и препятствовать формированию мартенситной структуры, отрицательно влияющей на вязкость рельса, добавляемое количество Cr может быть ограничено диапазоном от 0,20 до менее чем 0,40% за счет добавления в большом количестве Si.
Кроме того, в целях повышения прочности, пластичности и вязкости рельса, который предполагается выпускать с химическим составом, упомянутым выше, дополнительно добавляются один или по меньшей мере два элемента, выбранные из числа следующих элементов:
Mo: от 0,01 до 0,20%, V: от 0,02 до 0,30%, Nb: от 0,002 до 0,050%, Co: от 0,10 до 2,00% и B: от 0,0005 до 0,005%.
Далее будут объяснены причины определения химического состава так, как это описано выше.
Mo сходен с Cr в том отношении, что способствует повышению точки равновесия перлитного превращения и в результате делает перлитную структуру мелкозернистой, что способствует значительному упрочнению рельсовой стали и повышению износостойкости. При его добавлении в количестве менее 0,01% эффект незначителен. Когда Mo добавляется в количестве, превышающем 0,20%, т.е. в избыточном количестве, Mo снижает скорость перлитного превращения и в результате способствует формированию мартенситной структуры, оказывающей отрицательное воздействие на вязкость. В связи с этим содержание Mo ограничивается диапазоном от 0,01 до 0,20%.
V является компонентом, способствующим повышению прочности за счет дисперсионного твердения, причем карбонитриды ванадия, образующиеся в ходе охлаждения в процессе горячей прокатки, способствуют измельчению зерен аустенита путем подавления роста зерен во время термообработки в форме нагревания стали до высокой температуры, что способствует повышению прочности, пластичности и вязкости, требующихся от рельсов. Однако результатов трудно ожидать, если содержание V меньше 0,02%. Кроме того, результата нельзя ожидать, если V добавляется в количестве, превышающем 0,30%. Поэтому содержание V ограничивается диапазоном от 0,02 до 0,30%.
Nb сходен с V в том отношении, что является элементом, способствующим измельчению зерен аустенита за счет формирования карбонитридов ниобия. Nb оказывает влияние на подавление роста зерен аустенита при более высоких по сравнению с V температурах, приближающихся к 1200oC, и способствует улучшению пластичности и вязкости рельсов. Результата нельзя ожидать, если содержание Nb меньше 0,002%. Кроме того, если Nb добавляют в количестве, превышающем 0,050%, т. е. в избыточном количестве, дополнительного эффекта ожидать нельзя. В соответствии с этим содержание Nb ограничивается диапазоном от 0,002 до 0,050%.
Co является элементом, повышающим прочность за счет повышения энергии перлитного превращения с целью измельчения структуры перлита. Однако эффекта нельзя ожидать при его содержании менее 0,10%. Когда Co добавляется в количестве, превышающем 2,00%, т.е. в избыточном количестве, происходит насыщение при отсутствии дополнительного эффекта. В соответствии с этим содержание Co ограничивается диапазоном от 0,10 до 2,00%.
B является элементом, который оказывает влияние на подавление формирования доэвтектоидного цементита из прежних границ аустенитного зерна и который способствует устойчивому формированию перлитной структуры. Однако при его содержании менее 0,0005% эффект оказывается слабым. Когда B добавляется в количестве, превышающем 0,0050%, образуются грубые карбиды бора, снижающие пластичность и вязкость рельсов. В соответствии с этим содержание В ограничивается диапазоном от 0,0005 до 0,0050%.
Кроме того, разъясним причины ограничения суммы показателей содержания Si/4 + Mn/2 + Cr величиной от 0,8 до 1,8 вес.%. Когда величина суммы показателей содержания Si/4 + Mn/2 + Cr меньше 0,8 вес.%, твердость сварного соединения рельсов после сварки, такой как стыковая контактная сварка, значительно снижается по сравнению с твердостью основного металла рельса, и различие в твердости между сварным соединением и основным металлом возрастает, что не позволяет удовлетворить требование, согласно которому различие в твердости по Виккерсу должно не превышать 30, условие, позволяющее не допустить местного износа рельса на верхней поверхности головки в сварном соединении. Кроме того, когда величина суммы показателей содержания Si/4 + Mn/2 + Cr превышает 1,8 вес.%, твердость сварного соединения рельсов значительно возрастает по сравнению с основным металлом, что не позволяет удовлетворить требование, согласно которому различие в твердости по Виккерсу должно не превышать 30, условие, позволяющее не допустить местного износа рельса на верхней поверхности головки в сварном соединении. В дополнение к неудовлетворительности в сварном соединении образуются анормальные структуры, такие как мартенсит, а вязкость и усталостная прочность рельсового сварного соединения значительно понижаются. В соответствии с этим величина суммы показателей содержания Si/4 + Mn/2 + Cr ограничивается диапазоном от 0,8 до 1,8 вес.%. Кроме того, с тем чтобы предупредить ликвацию в колончатой части рельса, в системе компонентов, в которой содержание Mn и Cr уменьшается, a Si добавляется в большом количестве для того, чтобы не допустить ликвации в колончатой части рельса, анормальные структуры типа мартенсита не формируются в сварном соединении даже при максимально допустимом содержании Mn, Cr и Si, а различие в твердости по Виккерсу между сварным соединением и основным металлом не превышает 30. В соответствии с этим величина суммы показателей содержания Si/4 + Mn/2 + Cr ограничивается значением 0,95.
Рельсовую сталь с описанным выше химическим составом выплавляют в обычном сталеплавильном агрегате, таком, как конвертер или электропечь. Полученную жидкую сталь разливают в слитки с последующей прокаткой в блюмы, или непрерывной разливке, а полученные заготовки подвергают затем горячей прокатке в рельсы. Горячекатаные рельсы, обладающие большой тепловой энергией при высокой температуре, или рельсы, нагретые до высокой температуры, в целях термообработки подвергаются ускоренному охлаждению головной части для повышения твердости перлитной структуры головки рельса.
(2) Твердость перлитной структуры и ее диапазон
Сначала следует объяснить причины ограничения твердости перлитной структуры по Виккерсу уровнем по меньшей мере 320. Когда твердость по Виккерсу ниже 320, возникают следующие проблемы: становится затруднительным обеспечение в данной системе компонентов такой износостойкости, которая требуется для рельсов современных магистральных железных дорог; кроме того, на повороте рельсовой колеи при крутом изгибе под воздействием плотного контакта между рельсом и колесами возникает течение металла, влекущее за собой появление поверхностных дефектов, таких как трещины в головке или отслаивание. В связи с этим твердость по Виккерсу перлитной структуры должна составлять не менее 320.
Далее разъясним причины ограничения распространения перлитной структуры, имеющей твердость по Виккерсу не менее 320 глубиной не менее 20 мм от угла головки и верхней поверхности головки. Когда глубина меньше 20 мм, она мала по сравнению с той, которую должна иметь износостойкая область головки рельса, и в связи с продолжением износа рельса оказывается невозможно добиться достаточного продления срока службы рельса. С другой стороны, когда глубина распространения упомянутой выше перлитной структуры достигает по меньшей мере 30 мм от угла головки и верхней поверхности головки, имеет место дальнейшее усиление эффекта увеличения срока службы рельса. В соответствии с этим оказывается желателен указанный диапазон.
На фиг. 3 показаны наименования позиций поверхности поперечного разреза головки рельса, являющегося предметом настоящего изобретения и обладающего превосходными износостойкостью и свариваемостью. В головке рельса числовыми позициями 1 и 2 обозначены верхняя часть головки и углы головки, соответственно. Один из углов 2 головки является углом полотна (G.C.), более всего соприкасающимся с колесами.
Далее будут объяснены причины ограничения разности показателя твердости по Виккерсу между основным металлом рельса и сварным соединением величиной не более 30. Когда различие в твердости по Виккерсу между сварным соединением и основным металлом превышает 30, на верхней поверхности головки рельса в месте сварного соединения происходит частичный износ в форме выемки износа. В результате при прохождении поезда возникают шум и вибрация, и происходит заметное ухудшение качества железнодорожного пути. В связи с этим различие показателя твердости по Виккерсу между основным металлом рельса и сварным соединением ограничивается величиной не более 30. Кроме того, различие в твердости ограничивается различием в распределении твердости головки между сварным соединением рельса, повторно нагретым до температуры аустенизации, и основным металлом. Различие в твердости не означает различия в твердости между зоной термического влияния, образованной вокруг сварного соединения или областью с пониженной твердостью, образованной под воздействием обезуглероживания по линии сварки, и основным металлом. Кроме того, различие в твердости является, в первую очередь, показателем абсолютного понижения твердости сварного соединения по сравнению с твердостью основного металла. Твердость сварного соединения иногда повышается и в зависимости от системы компонентов и условий сварки становится сопоставимой с твердостью основного металла. Однако поскольку достигающая такого высокого уровня твердость не оказывает значительного влияния на характеристики сварного шва, и различие в твердости определяют, когда твердость сварного шва низка по сравнению с основным металлом или когда твердость сварного шва по сравнению с ним велика.
(3) Об условиях производства
Далее будут детально рассмотрены причины ограничения каждого из условий охлаждения в процессе упомянутого выше производства рельсов согласно пунктам 4-6 формулы изобретения.
Согласно п. 4 стальной рельс подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации при скорости охлаждения от 1 до 10oC/сек, и охлаждение прекращается, когда температура стальных рельсов достигает от 700 до 500oC. Причины ограничения условий охлаждения будут объяснены далее. Кроме того, условия охлаждения являются условиями термообработки, при которой в качестве охлаждающей среды используют воздух или смесь, содержащую главным образом воздух и туман.
Сначала объясним причины ограничения температуры прекращения ускоренного охлаждения и скорости ускоренного охлаждения в ходе операции ускоренного охлаждения стального рельса от температуры аустенизации до температуры от 700 до 500oC.
Когда ускоренное охлаждение прекращается при температуре, превышающей 700oC, сразу после ускоренного охлаждения начинается перлитное превращение с образованием большого количества перлитной структуры, обладающей низкой твердостью. В результате твердость по Виккерсу головки рельса оказывается ниже 320, что не позволяет гарантировать необходимую износостойкость. В связи с этим температура прекращения ускоренного охлаждения ограничивается уровнем не более 700oC. Кроме того, в случае если ускоренное охлаждение осуществляется до температуры менее 500oC, после завершения ускоренного охлаждения невозможно ожидать достаточного возвращения энергии из внутренних областей рельса, и в области ликвации происходит формирование мартенситной структуры, оказывающей отрицательное воздействие на вязкость и износостойкость рельса. В связи с этим температура прекращения ускоренного охлаждения должна быть не менее 500oC.
Объясним причины ограничения скорости ускоренного охлаждения диапазоном от 1 до 10oC.
Когда скорость ускоренного охлаждения оказывается меньше 1oC/сек, в ходе ускоренного охлаждения в высокотемпературной области начинается перлитное превращение, и образуется большое количество перлитной структуры, обладающей низкой твердостью. В результате этого твердость головки рельса по Виккерсу оказывается меньше 320, что не позволяет гарантировать необходимую износостойкость. Кроме того, в больших количествах образуется доэвтектоидный цементит, оказывающий отрицательное воздействие на вязкость и пластичность рельса. В связи с этим скорость ускоренного охлаждения должна быть не меньше 1oC/сек. Далее, в случае использования в качестве охлаждающей среды воздуха или среды, содержащей главным образом воздух, туман и т.п., каковая среда обладает при осуществлении термообработки устойчивыми характеристиками, оказывается невозможным обеспечить устойчивую скорость охлаждения, превышающую 10oC/сек. Поэтому скорость ускоренного охлаждения ограничивается диапазоном от 1 до 10oC.
Кроме того, скорость ускоренного охлаждения определяется как средняя скорость охлаждения с момента его начала и до завершения охлаждения. Иногда возможны временные повышения температуры, вызванные выделением тепла при перлитном превращении или естественным переносом тепла в ходе ускоренного охлаждения из внутренней области рельса. Однако, когда средняя скорость охлаждения с начала до завершения ускоренного охлаждения находится в установленных выше рамках, никакого заметного влияния на характеристики рельса из перлитной стали, являющегося предметом настоящего изобретения, не оказывается. Поэтому условия ускоренного охлаждения рельсов согласно настоящему изобретению включают уменьшение скорости охлаждения, вызванное временным повышением температуры в ходе охлаждения.
Заданная скорость охлаждения в диапазоне от 1 до 10oC может быть достигнута с помощью воздуха или охлаждающей среды, содержащей воздух, главным образом, тумана или ему подобного, или комбинации воздуха и охлаждающей среды.
В соответствии со сказанным, для того, чтобы получить рельс с перлитной структурой с твердостью по Виккерсу не менее 320 и превосходной износостойкостью и свариваемостью, головку стального рельса подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации при скорости охлаждения от 1 до 10oC воздухом или охлаждающей средой, состоящей главным образом из воздуха, туманом и т.п., и ускоренное охлаждение прекращается, когда температура стального рельса достигает от 700 до 500oC, так что в головке рельса не допускается формирование перлитной структуры, обладающей низкой твердостью, и не формируются анормальные структуры, такие как доэвтектоидная цементитная структура и мартенситная структура, оказывающие отрицательное воздействие на пластичность, вязкость и износостойкость. В результате может устойчиво формироваться перлитная структура, обладающая большой твердостью.
Хотя перлитная структура является желательной в качестве структуры металла рельса, в ней в зависимости от системы компонентов, скорости ускоренного охлаждения и степени ликвации стального материала иногда формируется незначительное количество доэвтектоидного цементита. Однако даже при формировании незначительного количества доэвтектоидного цементита этот доэвтектоидный цементит не оказывает заметного влияния на пластичность, вязкость, износостойкость и прочность. Структура рельса из перлитной стали, являющегося предметом настоящего изобретения, может, следовательно, содержать в себе некоторое количество доэвтектоидной цементитной структуры.
Объясним далее причины определения следующих условий охлаждения по п. 5: головку стального рельса подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации со скоростью охлаждения от более чем 10 до 30oC/сек, и ускоренное охлаждение прекращают в тот момент, когда на перлитное превращение стального рельса приходится 70% всего превращения. Кроме того, настоящие условия охлаждения являются условиями термообработки, при которых используется охлаждающая среда, которая содержит главным образом воду, такая, как туман или водяные брызги.
Как показано на фиг. 2, упомянутом выше, когда скорость ускоренного охлаждения меньше 10oC/сек, кривая охлаждения постоянно пересекает точку перегиба кривой перлитного превращения и перлитное превращение в большинстве случаев завершается во время непрерывного охлаждения. Однако, когда скорость ускоренного охлаждения превышает 10oC/сек, обнаруживается, что кривая охлаждения пересекает точку перегиба кривой перлитного превращения только тогда, когда используются стали, содержащие по меньшей мере определенное количество С. Кроме того, когда скорость ускоренного охлаждения превышает 10oC/сек, продолжение охлаждения до температур, составляющих всего порядка 300oC, ведет к формированию в перлитной структуре большого количества мартенситной структуры. Это оказывает отрицательное влияние на износостойкость и вязкость рельса.
Однако, когда стальной рельс охлаждается с такой высокой скоростью охлаждения, во время перлитного превращения становится значительной степень переохлаждения. Когда в ходе охлаждения в определенных размерах происходит перлитное превращение, прекращение ускоренного охлаждения в определенной температурной области в ходе превращения вызывает выделение тепла при перлитном превращении и естественный перенос тепла из внутренней области головки рельса, что ведет к временному возникновению состояния, сходного с изотермическим превращением. В результате перлитное превращение может быть завершено во всей головке рельса.
Были выполнены детальные опыты, которые подтвердили, что для того, чтобы завершить перлитное превращение в головке рельса за счет использования тепла перлитного превращения и естественного переноса тепла из внутренней области головки рельса, после ускоренного охлаждения минимальное необходимое перлитное превращение составляет по меньшей мере 70% от всего превращения.
Концепция упомянутого выше производственного процесса показана на диаграмме превращения при непрерывном охлаждении (термокинетической диаграмме), причем в качестве примера взяли сталь с фиг. 2, содержащую 1,0% C. В этом примере сталь подвергают ускоренному охлаждению (от более чем 10 до 30oC) от температуры аустенизации, и ускоренное охлаждение прекращается, когда величина перлитного превращения становится равной по меньшей мере 75% от всего превращения. Скорость охлаждения становится меньше 10oC/сек после прекращения ускоренного охлаждения в связи с выделением тепла перлитного превращения и естественного переноса тепла из внутренней области самого рельса. Таким образом может устойчиво завершаться перлитное превращение.
Сначала разъясним причины ограничения скорости ускоренного охлаждения диапазоном от более чем 10 до 30oC/сек.
Когда стальной рельс охлаждают охлаждающей средой, иной, чем воздух, и главным образом содержащей воду, такой как туман и водяные брызги, при высокой скорости охлаждения ниже 10oC/сек, равномерность охлаждения оказывается совершенно недостаточной в области таких низких скоростей охлаждения, что связано с очень высокой охлаждающей способностью, что затрудняет контроль охлаждения. Кроме того, при неустойчивом охлаждении варьируется твердость и становится затруднительным устойчиво добиваться, чтобы твердость по Виккерсу головки рельса равнялась по меньшой мере 320. В связи с этим скорость ускоренного охлаждения должна превышать 10oC/сек. Кроме того, как показано на диаграмме превращения при непрерывном охлаждении (термокинетической диаграмме) на фиг. 2, когда скорость ускоренного охлаждения превышает 30oC/сек, кривая охлаждения не пересекает во время ускоренного охлаждения в достаточной степени точку перегиба кривой перлитного превращения и происходит образование мартенситной структуры, оказывающей отрицательное влияние на вязкость и износостойкость рельса. Кроме того, даже когда во время ускоренного охлаждения кривая охлаждения пересекает точку перегиба кривой перлитного превращения в достаточной степени, невозможно ожидать перлитного превращения, соответствующего по меньшей мере 70% всего превращения, и в результате перлитное превращение во всей головке рельса не завершается. В результате происходит образование мартенситной структуры, оказывающей отрицательное влияние на вязкость и износостойкость рельса. Поэтому скорость ускоренного охлаждения ограничивается диапазоном от более чем 10 до 30oC/сек.
Кроме того, скорость ускоренного охлаждения определяется как средняя скорость охлаждения с момента его начала и до завершения охлаждения. Иногда возможны временные повышения температуры, вызванные выделением тепла при перлитном превращении или естественным переносом тепла в ходе ускоренного охлаждения из внутренней области рельса. Однако, когда средняя скорость охлаждения с начала до завершения ускоренного охлаждения находится в установленных выше рамках, никакого заметного влияния на характеристики рельса из перлитной стали, являющегося предметом настоящего изобретения, не оказывается. Условия ускоренного охлаждения рельсов согласно настоящему изобретению включают уменьшение скорости охлаждения, вызванное временным повышением температуры в ходе охлаждения.
Далее, к способам достижения заданной скорости охлаждения в диапазоне от более чем 10 до 30oC/сек относятся следующие: инжекционное охлаждение смесью воды и воздуха или их сочетанием, головку рельса или весь рельс погружают в масло, горячую воду, смесь полимера и воды или солевую ванну.
Теперь разъясним причины прекращения ускоренного охлаждения в момент достижения 70% всего перлитного превращения.
Если в момент прекращения ускоренного охлаждения достигается менее 70% всего перлитного превращения, количество тепла, выделяющегося при перлитном превращении после прекращения охлаждения оказывается мало, и в результате перлитное превращение не может быть завершено по всей головке рельса. В связи с этим в головке рельса формируется большое количество мартенсита. Более того, при наличии в головке рельса участков микроликвации эти участки охлаждаются далее без превращения, что ведет к возникновению островков, каждый из которых имеет мартенситную структуру. Все это ведет к значительному ухудшению вязкости и износостойкости рельса.
Развитие перлитного превращения в момент прекращения ускоренного охлаждения ограничивается поэтому значением не более 70%. Развитие перлитного превращения можно определять по изменению температуры головки рельса во время ускоренного охлаждения. При начале перлитного превращения отчетливо наблюдается участок выделения тепла, вызванного превращением. Согласно результатам детальных опытов, состояние рельса непосредственно перед завершением подъема температуры на участке выделения тепла соответствует температуре, при которой завершается 70% всего перлитного превращения. Кроме того, в качестве простого способа контроля величины превращения наиболее желательным является контроль этой величины, исходя из длительности охлаждения в процессе ускоренного охлаждения.
В соответствии со сказанным, для того, чтобы изготовить рельс с перлитной структурой и с твердостью по Виккерсу не менее 320, а также с превосходными износостойкостью и свариваемостью, головную часть рельса подвергают ускоренному охлаждению со скоростью охлаждения от более чем 10 до 30oC/сек охлаждающей средой, иной чем воздух и содержащей главным образом воду, такой, как туман и водяные брызги, и ускоренное охлаждение прекращается в момент, когда перлитное превращение в стальном рельсе достигает 70% всего превращения. В результате оказывается возможным устойчивое формирование перлитной структуры, обладающей большой твердостью.
Хотя перлитная структура является желательной в качестве структуры металла рельса, в ней в зависимости от системы компонентов, скорости ускоренного охлаждения и степени ликвации стального материала иногда формируется незначительное количество доэвтектоидного цементита. Однако даже при формировании незначительного количества доэвтектоидного цементита этот доэвтектоидный цементит не оказывает заметного влияния на пластичность, вязкость, износостойкость и прочность. Структура рельса из перлитной стали, являющегося предметом настоящего изобретения, может, следовательно, содержать в себе некоторое количество доэвтектоидной цементитной структуры.
Объясним далее причины ограничения следующих условий охлаждения по п. 6: головку стального рельса подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации до температуры от 750 до 600oC со скоростью охлаждения от более чем 10 до 30oC/сек и последующему контролируемому охлаждению со скоростью охлаждения от 1 до менее 10oC/сек в диапазоне температур от 750-600oC до 550-450oC. Кроме того, условия охлаждения являются условиями термообработки в случаях, когда при начальном охлаждении используют воду в форме тумана или водяных брызг, а при последующем охлаждении - охлаждающую среду, содержащую воздух или, главным образом, воздух и туман.
Как показано на фиг. 2, когда скорость ускоренного охлаждения меньше 10oC/сек, кривая охлаждения постоянно пересекает точку перегиба кривой перлитного превращения, и перлитное превращение завершается большей частью во время непрерывного охлаждения. Когда скорость ускоренного охлаждения превышает 10oC/сек, обнаруживается, что кривая охлаждения пересекает точку перегиба кривой перлитного превращения только тогда, когда используются стали, содержащие по меньшей мере определенное количество углерода. Кроме того, когда скорость ускоренного охлаждения превышает 10oC/сек, продолжение охлаждения до температур, составляющих всего порядка 300oC, ведет к формированию в перлитной структуре большого количества мартенситной структуры. Это оказывает отрицательное влияние на износостойкость и вязкость рельса.
Однако при ускоренном охлаждении со скоростью, превышающей 10oC/сек, перлитное превращение может быть завершено во всей головке рельса путем прекращения ускоренного охлаждения в температурной области, в которой устойчиво формируется перлитная структура, обладающая большой твердостью, и начала процесса охлаждения, допускающего последующий контроль выделения тепла при перлитном превращении при возможности естественного переноса тепла из внутренней области головки рельса.
В качестве примера взяли сталь с фиг. 2, содержащую 1,0% C, а концепция упомянутого выше производственного процесса показана на диаграмме превращения при непрерывном охлаждении (термокинетической диаграмме). Причем в этом примере сталь подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации со скоростью от более чем 10 до 30oC, и перлитное превращение может быть устойчиво завершено путем дальнейшего контроля последующего выделения тепла перлитного превращения и естественного переноса тепла из внутренней области самого рельса (1-10oC/сек).
Объясним сначала причины ограничения температуры прекращения ускоренного охлаждения и скорости ускоренного охлаждения в способе, предусматривающем ускоренное охлаждение стали от температуры аустенизации до температуры от 750 до 600oC со скоростью охлаждения от более чем 10 до не более 30oC/сек.
Когда ускоренное охлаждение прекращают при температуре, превышающей 750oC, в ходе последующего контролируемого охлаждения в области высоких температур происходит формирование доэвтектоидного цементита, что ведет к значительному снижению пластичности и вязкости рельса. В связи с этим температура прекращения ускоренного охлаждения не должна быть выше 750oC. Когда ускоренное охлаждение осуществляют до температур менее 600oC, в ходе последующего контролируемого охлаждения не завершается перлитное превращение. В результате возникает тенденция к формированию анормальных структур, таких как бейнит и мартенсит, которые оказывают отрицательное воздействие на вязкость и износостойкость рельса. В связи с этим температура прекращения ускоренного охлаждения не должна быть ниже 600oC.
Когда стальной рельс охлаждают охлаждающей средой, иной, чем воздух и главным образом содержащей воду, такой как туман и водяные брызги, при высокой скорости охлаждения ниже 10oC/сек, равномерность охлаждения оказывается совершенно недостаточной в области таких низких скоростей охлаждения, что связано с очень высокой охлаждающей способностью, что затрудняет контроль охлаждения. Кроме того, при неустойчивом охлаждении варьируется твердость и становится затруднительным устойчиво добиваться, чтобы твердость по Виккерсу головки рельса равнялась по меньшей мере 320. В связи с этим скорость ускоренного охлаждения должна превышать 10oC/сек. Кроме того, когда скорость ускоренного охлаждения превышает 30oC/сек, перлитное превращение во время контролируемого охлаждения, следующего за ускоренным охлаждением, не завершается, и возникает тенденция к образованию анормальных структур, таких как бейнит и мартенсит, оказывающих отрицательное влияние на вязкость и износостойкость рельса. Поэтому скорость ускоренного охлаждения ограничивается диапазоном от более чем 10 до 30oC/сек.
Кроме того, скорость ускоренного охлаждения определяется как средняя скорость охлаждения с момента его начала и до завершения охлаждения. Иногда возможны временные повышения температуры, вызванные выделением тепла при перлитном превращении или естественным переносом тепла в ходе ускоренного охлаждения из внутренней области рельса. Однако, когда средняя скорость охлаждения с начала до завершения ускоренного охлаждения находится в установленных выше рамках, никакого заметного влияния на характеристики рельса из перлитной стали, являющегося предметом настоящего изобретения, не оказывается. Условия ускоренного охлаждения рельсов согласно настоящему изобретению включают, следовательно, уменьшение скорости охлаждения, вызванное временным повышением температуры в ходе охлаждения.
Далее, к способам достижения заданной скорости охлаждения в диапазоне от более чем 10 до 30oC/сек относятся следующие: инжекционное охлаждение смесью воды и воздуха или их сочетанием; головку рельса или весь рельс погружают в масло, горячую воду, смесь полимера и воды или солевую ванну.
Теперь разъясним причины ограничения температуры прекращения контролируемого охлаждения и скорости контролируемого охлаждения при способе контролируемого охлаждения со скоростью охлаждения от 1 до менее 10oC/сек в диапазоне температур от 750-600oC до 550-450oC.
Когда контролируемое охлаждение прекращается при температуре, превышающей 550oC, сразу после контролируемого охлаждения образуется большое количество перлитной структуры, обладающей низкой твердостью. В результате твердость по Виккерсу головки рельса оказывается ниже 320, что не позволяет гарантировать необходимую износостойкость головки. В связи с этим температура прекращения контролируемого охлаждения ограничивается уровнем не более 550oC. Кроме того, в случае если контролируемое охлаждение осуществляется до температуры менее 450oC, после завершения ускоренного охлаждения невозможно ожидать достаточного возвращения энергии из внутренних областей рельса, и в области ликвации происходит формирование мартенситной структуры, оказывающей отрицательное воздействие на вязкость рельса. В связи с этим температура прекращения контролируемого охлаждения должна быть не менее 450oC.
Объясним причины ограничения скорости ускоренного охлаждения диапазоном от 1 до 10oC. Когда скорость контролируемого охлаждения оказывается меньше 1oC/сек, в ходе контролируемого охлаждения в высокотемпературной области начинается перлитное превращение, и образуется большое количество перлитной структуры, обладающей низкой твердостью. В результате этого твердость головки рельса по Виккерсу оказывается меньше 320, что не позволяет гарантировать необходимую износостойкость. В связи с этим скорость ускоренного охлаждения должна быть не меньше 1oC/сек. Кроме того, когда контролируемое охлаждение осуществляется со скоростью охлаждения не менее 10oC/сек, перлитное превращение в ходе охлаждения не завершается, и в процессе контролируемого охлаждения и последующего охлаждения происходит формирование анормальных структур, таких как бейнит и мартенсит, оказывающих отрицательное влияние на вязкость и износостойкость рельсов. Поэтому скорость ускоренного охлаждения ограничивается диапазоном от 1 до 10oC.
Кроме того, скорость контролируемого охлаждения определяется как средняя скорость охлаждения с момента его начала и до завершения охлаждения. Иногда возможно временное повышение температуры, вызванное выделением тепла при перлитном превращении или естественным переносом тепла в ходе ускоренного охлаждения из внутренней области рельса. Однако, когда средняя скорость охлаждения с начала до завершения контролируемого охлаждения находится в установленных выше рамках, никакого заметного влияния на характеристики рельса из перлитной стали, являющегося предметом настоящего изобретения, не оказывается. Поэтому условия контролируемого охлаждения рельсов согласно настоящему изобретению включают уменьшение скорости охлаждения, вызванное временным повышением температуры в ходе охлаждения.
Заданная скорость охлаждения в диапазоне от 1 до 10oC может быть достигнута с помощью охлаждающей среды, содержащей воздух, главным образом, тумана или ему подобного, или комбинации этих сред.
В соответствии со сказанным, для того, чтобы получить рельс с перлитной структурой с твердостью по Виккерсу не менее 320 и превосходной износостойкостью и свариваемостью, головку стального рельса подвергают ускоренному охлаждению от температуры аустенизации при скорости охлаждения от более чем 10 до 30oC с последующим контролируемым охлаждением со скоростью охлаждения от 1 до менее 10oC/сек в диапазоне температур от 750-600oC до 550-450oC с использованием охлаждающей среды, иной, чем воздух, и содержащей главным образом воду, такую как туман и водяные брызги. В результате может устойчиво формироваться перлитная структура, обладающая большой твердостью.
Хотя перлитная структура является желательной в качестве структуры металла рельса, в ней в зависимости от системы компонентов, скорости ускоренного охлаждения и степени ликвации стального материала иногда формируется незначительное количество доэвтектоидного цементита. Однако даже при формировании в перлитной структуре незначительного количества доэвтектоидного цементита этот доэвтектоидный цементит не оказывает заметного влияния на пластичность, вязкость, износостойкость и прочность рельса. Структура рельса из перлитной стали, являющегося предметом настоящего изобретения, может, следовательно, содержать в себе некоторое количество доэвтектоидной цементитной структуры.
Примеры
Далее настоящее изобретение будет объяснено со ссылками на примеры.
Пример 1
Данный пример относится к объекту изобретения, раскрытому в пунктах 1-3 формулы изобретения.
В табл. 1 и 2 (табл. 1-16 см. в конце описания) приведены химический состав, данные о твердости и микроструктуре основного металла рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, а также приведенных для сравнения рельсовых сталей, а также степень износа после повторения при форсированных условиях 700000 циклов испытаний на показанном на фиг. 4 приборе измерения износа Нисихара.
Остальная часть химического состава приходится на Fe и неизбежные примеси.
Кроме того, в табл. 1 и 2 ясно показано различие в твердости между полученным стыковой сваркой сварным соединением и основным металлом любой из рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, и рельсовых сталей, приведенных для сравнения. Кроме того, показатели твердости металла основы и сварного шва любой из рельсовых сталей, указанных в табл. 1 и 2, являются средними значениями для головки и не представляют собой ни максимальных, ни минимальных значений.
Наряду с этим на фиг. 5 показана взаимозависимость между твердостью и величиной износа рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, и рельсовых сталей, приведенных для сравнения (эвтектоидные углеродистые стали: порядковые номера от 10 до 13), перечисленных в табл. 1 и 2 для сопоставления результатов испытаний на износ. На фиг. 6 показаны примеры распределения твердости в сварных соединениях в головках рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения (порядковые номера: 2, 3), и рельсовых сталей, приведенных для сравнения (порядковые номера: 17, 18), показанных в примерах в табл. 1 и 2. Кроме того, ниже описаны рельсы, использованные в примерах.
Рельсы, являющиеся предметом настоящего изобретения (9 штук) с порядковыми номерами от 1 до 9: стальные рельсы, являющиеся термообработанными рельсами, имеющие каждый химический состав, описанный выше, и перлитную структуру на глубину по меньшей мере 20 мм от поверхности головки как начальной точки, причем перлитная структура имеет твердость по Виккерсу не менее 320 и головка была подвергнута ускоренному охлаждению.
Рельсы, приведенные для сравнения (9 штук):
рельсы, приведенные для сравнения (4 штуки), с порядковыми номерами от 10 до 13: изготовлены из эвтектоидных углеродистых сталей, химический состав которых выходит за рамки пунктов настоящего изобретения; и
рельсы, приведенные для сравнения (5 штук) с порядковыми номерами от 14 до 18: изготовлены из заэвтектоидных углеродистых сталей, химический состав которых выходит за рамки пунктов настоящего изобретения.
Условия проведения испытаний на износ были следующими:
испытательный прибор: прибор измерения износа Нисихара, форма испытательного образца: дисковидный образец
наружный диаметр: 30 мм, толщина: 8 мм;
испытательная нагрузка: 686 Н;
коэффициент скольжения: 20%;
противоположный материал: перлитная сталь (твердость по Виккерсу 390);
атмосфера: на воздухе;
охлаждение: принудительное охлаждение сжатым воздухом (при расходе 100 нл/мин), и
количество циклов: 700000
Условия стыковой контактной сварки оплавлением были следующими:
сварочный аппарат: К-355 (изготовлен в СССР);
мощность: 150 кВА;
вторичный ток: 20000 А (макс);
усилие зажима: 125 тонн (макс) и величина осадки: 10 мм.
Пример 2
Данный пример относится к пределам применения пунктов 2-3 формулы изобретения.
В табл. 3 и 4 приведены химический состав, данные о твердости и микроструктуре основного металла рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, а также приведенных для сравнения рельсовых сталей, а также степень износа после повторения при форсированных условиях 700000 циклов испытаний на показанном на фиг. 4 в примере 1 приборе измерения износа Нисихара в условиях принудительного охлаждения.
Кроме того, в табл.3 и 4 ясно показано различие в твердости между полученным стыковой сваркой сварным соединением и основным металлом любой из рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, и рельсовых сталей, приведенных для сравнения. Кроме того, показатели твердости металла основы и сварного шва любой из рельсовых сталей, указанных в табл.3 и 4, являются средними значениями для головки и не представляют собой ни максимальных, ни минимальных значений.
Наряду с этим на фиг. 7 показана взаимозависимость между твердостью и величиной износа рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, и рельсовых сталей, приведенных для сравнения (эвтектоидные углеродистые стали: порядковые номера от 28 до 31), перечисленных в табл.3 и 4, для сопоставления результатов испытаний на износ. На фиг. 8 показаны примеры распределения твердости в сварных соединениях в головках рельсовой стали, являющейся предметом настоящего изобретения (порядковый номер 21), и рельсовой стали, приведенной для сравнения (порядковый номер 35), показанных в примерах в табл. 3 и 4.
Кроме того, ниже описаны рельсы, использованные в примерах.
Рельсы, являющиеся предметом настоящего изобретения (9 штук) с порядковыми номерами от 19 до 27:
стальные рельсы, являющиеся термообработанными рельсами, имеющие каждый химический состав, описанный выше, и перлитную структуру на глубину по меньшей мере 20 мм от поверхности головки как начальной точки, причем перлитная структура имеет твердость по Виккерсу не менее 320, и головка была подвергнута ускоренному охлаждению.
Рельсы, приведенные для сравнения (9 штук):
рельсы, приведенные для сравнения (4 штуки), с порядковыми номерами от 28 до 31: изготовлены из эвтектоидных углеродистых сталей, химический состав которых выходит за рамки пунктов настоящего изобретения; и
рельсы, приведенные для сравнения (5 штук) с порядковыми номерами от 32 до 36: изготовлены из заэвтектоидных углеродистых сталей, химический состав которых выходит за рамки пунктов настоящего изобретения.
Условия проведения испытаний на износ и стыковой контактной сварки были такими же, как и в примере 1.
Пример 3
Данный пример относится к объекту изобретения, раскрытому в пунктах 4-6 формулы изобретения.
В табл. 5-10 и 11-16 приведены химический состав, условия термической обработки (диапазоны температур термической обработки, скорости охлаждения и показатели формирования перлита), данные о твердости и микроструктуре основного металла рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, а также приведенных для сравнения рельсовых сталей, а также степень износа после повторения при форсированных условиях 700000 циклов испытаний на показанном на фиг. 4 в примере 1 приборе измерения износа Нисихара в условиях принудительного охлаждения. Кроме того, в табл. 5-8 и 11-14 ясно показано различие в твердости между полученным стыковой сваркой оплавлением сварным соединением и основным металлом рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения и рельсовых сталей, приведенных для сравнения.
Кроме того, показатели твердости металла основы и сварного шва любой из рельсовых сталей, указанных в табл. 5-8 и 11-14, являются средними значениями для головки и не представляют собой ни максимальных, ни минимальных значений.
Наряду с этим на фиг. 9 показана взаимозависимость между твердостью и величиной износа рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения и рельсовых сталей, приведенных для сравнения (эвтектоидные углеродистые стали: порядковые номера от 64 до 67), перечисленных в табл. 5-10 для сопоставления результатов испытаний на износ. На фиг. 10 показаны примеры распределения твердости в сварных соединениях в головках рельсовой стали, являющейся предметом настоящего изобретения (порядковые номера: 41, 44), и рельсовых сталей, приведенных для сравнения (порядковые номера 71, 72), показанных в примерах в табл. 5-10.
Кроме того, на фиг. 11 показана взаимозависимость между твердостью и величиной износа рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, и рельсовых сталей, приведенных для сравнения (эвтектоидные углеродистые стали: порядковые номера от 112 до 115), перечисленных в табл. 11-16 для сопоставления результатов испытаний на износ. На фиг. 12 показаны примеры распределения твердости в сварных соединениях в головках рельсовой стали, являющейся предметом настоящего изобретения (порядковый номер 91), и рельсовой стали, приведенной для сравнения (порядковый номер 120), показанных в примерах в табл. 11-16.
Кроме того, ниже описаны рельсы, использованные в примерах.
(Примеры из табл. 5-10)
Рельсы, являющиеся предметом настоящего изобретения (27 штук) с порядковыми номерами от 37 до 63:
стальные рельсы, являющиеся термообработанными рельсами, имеющие каждый химический состав, описанный выше, и перлитную структуру на глубину по меньшей мере 20 мм от поверхности головки как начальной точки, причем перлитная структура имеет твердость по Виккерсу не менее 320 и головка была подвергнута ускоренному охлаждению.
Рельсы, приведенные для сравнения (21 штука):
рельсы, приведенные для сравнения (4 штуки) с порядковыми номерами от 64 до 67: изготовлены из эвтектоидных углеродистых сталей, химический состав которых выходит за рамки пунктов настоящего изобретения;
рельсы, приведенные для сравнения (5 штук) с порядковыми номерами от 68 до 72: изготовлены из заэвтектоидных углеродистых сталей, химический состав которых выходит за рамки пунктов настоящего изобретения;
и рельсы, приведенные для сравнения (12 штук) с порядковыми номерами от 73 до 84: изготовлены в условиях термообработки, выходящих за рамки пунктов настоящего изобретения.
(Примеры из табл. 11-16)
Рельсы, являющиеся предметом настоящего изобретения (8 штук) с порядковыми номерами от 85 до 111:
стальные рельсы, являющиеся термообработанными рельсами, имеющие каждый химический состав, описанный выше, и перлитную структуру на глубину по меньшей мере 20 мм от поверхности головки как начальной точки, причем перлитная структура имеет твердость по Виккерсу не менее 320 и головка была подвергнута ускоренному охлаждению.
Рельсы, приведенные для сравнения (21 штука):
рельсы, приведенные для сравнения (4 штуки) с порядковыми номерами от 112 до 115: изготовлены из эвтектоидных углеродистых сталей, химический состав которых выходит за рамки пунктов настоящего изобретения;
рельсы, приведенные для сравнения (5 штук) с порядковыми номерами от 116 до 120: изготовлены из заэвтектоидных углеродистых сталей, химический состав которых выходит за рамки пунктов настоящего изобретения; и
рельсы, приведенные для сравнения (12 штук) с порядковыми номерами от 121 до 132: изготовлены в условиях термообработки, выходящих за рамки пунктов настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 5, 7, 9 и 11, любая из рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, демонстрирует уменьшение степени износа по сравнению с любой имеющей такую же твердость соответствующей сталью, взятой для сравнения, за счет более высокого содержания углерода, что ведет к значительному улучшению износостойкости даже в том случае, когда рельсовая сталь, являющаяся предметом настоящего изобретения, имеет такую же твердость, как и обычная сталь. Кроме того, возможно устойчивое формирование обладающей превосходной износостойкостью перлитной структуры без образования мартенсита, бейнита и доэвтектоидного цементита, оказывающих отрицательное воздействие на вязкость, износостойкость и пластичность, за счет удерживания химического состава в приемлемых рамках и выбора подходящих условий термообработки, как показано в табл. 1-4.
Как показано на фиг. 6 и 10, снижение твердости сварного соединения, которое имеет место в то время, когда содержание Cr меньше 0,50% (взятые для сравнения рельсы с порядковыми номерами 17, 71) или когда при содержании Cr не менее 1,00% происходит образование анормальных структур, таких как мартенсит (взятые для сравнения рельсы с порядковыми номерами 18, 72), можно предупредить, установив содержание Cr в диапазоне от более 0,50 до 1,00%, не допуская, чтобы различие в твердости между основным металлом рельса и сварным соединением превысило 30. Таким образом можно не допустить частичного износа, такого как выемка местного износа, вызванная износом сварного шва на верхней поверхности головки в состоянии непосредственно после сварки (без термообработки).
Как показано на фиг. 8 и 12, снижение твердости сварного соединения, которое имеет место в то время, когда содержание Si меньше 0,40% (взятые для сравнения рельсы с порядковыми номерами 35, 120), можно предупредить, установив содержание Si в диапазоне от 0,40 до 1,00%, не допуская, чтобы различие в твердости между основным металлом рельса и сварным соединением превысило 30. Таким образом можно не допустить частичного износа, такого, как выемка местного износа, вызванная износом сварного шва на верхней поверхности головки в состоянии, непосредственно после сварки (без термообработки).
Промышленная применяемость
Как показано на фиг. 5, 7, 9 и 11, любая из рельсовых сталей, являющихся предметом настоящего изобретения, демонстрирует уменьшение степени износа по сравнению с любой имеющей такую же твердость соответствующей сталью, взятой для сравнения, за счет более высокого содержания углерода, что ведет к значительному улучшению износостойкости. Кроме того, возможно устойчивое формирование обладающей превосходной износостойкостью перлитной структуры без образования мартенсита, бейнита и доэвтектоидного цементита, оказывающих отрицательное воздействие на вязкость, износостойкость и пластичность, за счет удерживания химического состава в приемлемых рамках и выбора подходящих условий термообработки, как показано в табл. 11-16.
Кроме того, настоящее изобретение имеет следующие преимущества, показанные на фиг. 6, 8, 10 и 12: сокращается снижение твердости сварного шва, вызванное обезуглероживанием; в сварном соединении (в части, подвергающейся повторному нагреву до температуры аустенизации) отсутствуют анормальные структуры, такие как мартенсит, различие в твердости по Виккерсу между основным металлом и сварным соединением не превышает 30 и могло не допустить частичного износа, такого, как выемка местного износа, вызванная износом сварного шва на верхней поверхности головки в состоянии непосредственно после сварки (без термообработки).
Согласно настоящему изобретению, описанному выше, для магистральных дорог с большой нагрузкой могут быть предложены рельсы, обладающие превосходной износостойкостью и свариваемостью (выполнение сварки, характеристики сварных соединений).
Формула изобретения: 1. Рельс из стали с повышенной износостойкостью и свариваемостью, содержащей углерод, кремний, марганец, железо и неизбежные примеси, имеющий структуру перлита, отличающийся тем, что рельс выполнен из стали, дополнительно содержащей хром, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод от более чем 0,85 до 1,20; кремний от 0,10 до 1,00; марганец от 0,20 до 1,50; хром от более чем 0,5 до 1,00, причем величина суммы показателей содержания кремний / 4 + марганец / 2 + хром составляет от 0,80 до 1,80, железо и неизбежные примеси остальное, структура перлита на глубине не менее 20 мм от угла и верхней поверхности головки рельса имеет твердость не менее 320 HV с разницей твердости между основным металлом и сварным соединением рельса, не превышающей 30 HV.
2. Рельс по п.1, отличающийся тем, что рельс выполнен из стали, дополнительно содержащей один или по меньшей мере два элемента, выбранных из числа следующих элементов, мас.%:
Молибден - 0,01 - 0,20
Ванадий - 0,02 - 0,30
Ниобий - 0,002 - 0,050
Кобальт - 0,10 - 2,00
Бор - 0,0005 - 0,005
Железо и неизбежные примеси - Остальное
структура перлита на глубине не менее 20 мм от угла и верхней поверхности головки рельса имеет твердость не менее 320 HV с разницей твердости между основным металлом и сварным соединением стального рельса, не превышающей 30 HV.
3. Рельс из стали с повышенной износостойкостью и свариваемостью, содержащей углерод, кремний, марганец, железо и неизбежные примеси, имеющий структуру перлита, отличающийся тем, что рельс выполнен из стали, дополнительно содержащей хром, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод от более чем 0,85 до 1,20; кремний от 0,40 до 1,00; марганец от 0,20 до менее чем 0,40; хром от 0,35 до 0,50, причем величина суммы показателей содержания кремния / 4 + марганец / 2 + хром составляет от 0,80 до 0,95 железо и неизбежные примеси остальное, структура перлита на глубине не менее 20 мм от угла и верхней поверхности головки рельса имеет твердость не менее 320 HV с разницей твердости между основным металлом и сварным соединением стального рельса, не превышающей 30 HV.
4. Рельс по п.3, отличающийся тем, что рельс выполнен из стали, дополнительно содержащей один или по меньшей мере два элемента, выбранных из числа следующих элементов, мас.%:
Молибден - 0,01 - 0,20
Ванадий - 0,02 - 0,30
Ниобий - 0,002 - 0,050
Кобальт - 0,10 - 2,00
Бор - 0,0005 - 0,005
Железо и неизбежные примеси - Остальное
структура перлита на глубине не менее 20 мм от угла и верхней поверхности головки имеет твердость не менее 320 HV с разницей твердости между основным металлом и сварным соединением стального рельса, не превышающей 30 HV.
5. Способ производства рельса из стали с повышенной износостойкостью и свариваемостью, включающий получение рельса из стали, аустенитизацию с использованием тепловой энергии горячекатаного рельса или с дополнительного нагрева, ускоренное охлаждение головки рельса с температуры аустенитизации и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что рельс получают из стали, имеющей химический состав по любому из пп.1 - 4, ускоренное охлаждение ведут со скоростью 1 - 10oС от температуры аустенитизации до 700 - 500oС, стальной рельс имеет перлитную структуру на глубине не менее 20 мм от угла и верхней поверхности головки рельса с твердостью не менее 320 HV с разницей твердости между основным металлом и сварным соединением стального рельса, не превышающей 30 HV.
6. Способ производства рельса из стали с повышенной износостойкостью и свариваемостью, включающий получение рельса из стали, аустенитизацию с использованием тепловой энергии горячекатаного рельса или с дополнительного нагрева, ускоренное охлаждение головки рельса с температуры аустенитизации и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что получают рельс из стали, имеющей химический состав по любому из пп.1 - 4, ускоренное охлаждение ведут со скоростью 10 - 30oС/с от температуры аустенитизации до получения 70% перлита от всего превращения, стальной рельс имеет перлитную структуру на глубине не менее 20 мм от угла и верхней поверхности головки рельса с твердостью не менее 320 HV, с разницей твердости между основным металлом и сварным соединением стального рельса, не превышающей 30 HV.
7. Способ производства рельса из стали с повышенной износостойкостью и свариваемостью, включающий получение рельса из стали, аустенитизацию с использованием тепловой энергии горячекатаного рельса или с дополнительного нагрева, ускоренное охлаждение головки рельса с температуры аустенитизации и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что получают рельс из стали, имеющей химический состав по любому из пп.1 - 4, ускоренное охлаждение ведут со скоростью 10 - 30oС/с от температуры аустенитизации до 750 - 600oС, затем ведут контролируемое охлаждение головки рельса со скоростью охлаждения от 1 до менее чем 10oС/с в диапазоне температур от 750 - 600 до 550 - 450oС, стальной рельс имеет перлитную структуру на глубине не менее 20 мм от угла и верхней поверхности головки рельса с твердостью не менее 320 HV, с разницей твердости между основным металлом и сварным соединением стального рельса, не превышающей 30 HV.