Аналіза структури зразків рейкових криць нового покоління з покращеними експлуатаційними властивостями. Ч. 2
Loading...
Date
2023
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України
Abstract
UKR: Аналіза вітчизняної та світової нормативно-технічної документації на залізничні рейки показала, що в світовій практиці для виробництва серійних рейок використовуються доевтектоїдні середньовуглецеві та високовуглецеві, а також заевтектоїдні криці. За ступенем леґування застосовуються як вуглецеві, так і мікролеґовані, леґовані стопи. Таким чином, питання розроблення залізничних рейок нового покоління з застосуванням мікролеґування Бором та впливу режимів термічного оброблення на структурну складову криці для одержання високого комплексу механічних властивостей є актуальним напрямом досліджень. Розчинений у матриці Бор збільшує інкубаційний період зародження нової фази, понижує температуру початку утворення фериту, в результаті пригнічуючи розпад аустеніту за дифузійним механізмом. Мета роботи: дослідження мікроструктури та тонкої будови дрібнодисперсного перліту в крицях для високоміцних рейок з твердістю на рівні світових вимог. Досліджували зразки з дослідної криці, яких було попередньо деформовано та термічно оброблено за дослідними режимами, які відрізнялися умовами охолодження від 0,52 до 5,1°С/с. На основі результатів рентґенофазової аналізи після термічного оброблення дослідних криць встановлено наявність утворення Fe3C, Mn7C3, FeCr, які мають максимуми на тих самих кутах, що і α-Fe (матриця). Порівнянням та аналізою одержаних даних встановлено, що утворення MnSi, CrMn є у всіх дослідних крицях; тим самим вони не чинять значний вплив на механічні властивості. Встановлено, що за пришвидшеного охолодження від температури у 900°С з наступним відпуском при 200°С протягом 120 хв. у лабораторних дослідних крицях проходить зняття внутрішніх напружень. Мікроструктура являє собою високодисперсний перліт, що відповідає вимогам закордонних стандартів. Дослідна рейкова криця з 0,90% С, 0,39% Si, 0,89% Mn, 0,09% Cr, 0,010% Mo, 00035% В, 0,0123% N з підвищеним вмістом Карбону має механічні властивості: σв = 1295 МПа, σт = 816 МПа, δ5 = 9,8%, ψ = 11,4%, KCU = 17,25 Дж/см2, що відповідають вимогам EN 13674:1-2011 (R400НТ).
ENG: The analysis of domestic and global regulatory and technical documentation for railway rails shows that pre-eutectoid medium-carbon and high-carbon as well as post-eutectoid steels are used for the production of serial rails in world practice. According to the degree of alloying, both carbon and micro-alloyed, alloyed alloys are used. Thus, the issue of developing railway rails of a new generation with the use of boron microalloying and the effect of heat-treatment regimes on the structural component of steel to obtain a high complex of mechanical properties is an actual direction of research. Boron dissolved in the matrix increases the incubation period of the nucleation of a new phase, decreases the temperature of the beginning of ferrite formation, as a result, suppressing the decomposition of austenite by the diffusion mechanism. The goal of the work: the study of the microstructure and fine structure of finely dispersed pearlite in steels for high-strength rails with hardness at the level of world requirements. Samples of test steel, which were pre-deformed and heat-treated according to test regimes, which differed in terms of cooling from 0.52 to 5.1°C/s, are studied. Based on the results of x-ray phase analysis after heat treatment of the experimental steels, the presence of Fe3C, Mn7C3, and FeCr formation is revealed, which have maxima at the same angles as α-Fe (matrix). When comparing and analysing the obtained data, it is established that the formation of MnSi, CrMn is present in all experimental steels, thus, they do not have a significant effect on the mechanical properties. As established, during accelerated cooling from a temperature of 900°C followed by tempering at 200°C for 120 min in laboratory test steels, internal stresses are relieved. At the same time, the microstructure corresponds to a highly-dispersed pearlite that meets the requirements of foreign standards. Experimental rail steel with 0.90% С, 0.39% Si, 0.89% Mn, 0.09% Cr, 0.010% Mo, 00035% B, 0.0123% N and with an increased carbon content has the following mechanical properties: σв = 1295 MPa, σ0.2 = 816 MPa, δ5 = 9.8%, ψ = 11.4%, KCU = 17.25 J/cm2, which meet the requirements of EN 13674:1-2011 (R400НТ).
ENG: The analysis of domestic and global regulatory and technical documentation for railway rails shows that pre-eutectoid medium-carbon and high-carbon as well as post-eutectoid steels are used for the production of serial rails in world practice. According to the degree of alloying, both carbon and micro-alloyed, alloyed alloys are used. Thus, the issue of developing railway rails of a new generation with the use of boron microalloying and the effect of heat-treatment regimes on the structural component of steel to obtain a high complex of mechanical properties is an actual direction of research. Boron dissolved in the matrix increases the incubation period of the nucleation of a new phase, decreases the temperature of the beginning of ferrite formation, as a result, suppressing the decomposition of austenite by the diffusion mechanism. The goal of the work: the study of the microstructure and fine structure of finely dispersed pearlite in steels for high-strength rails with hardness at the level of world requirements. Samples of test steel, which were pre-deformed and heat-treated according to test regimes, which differed in terms of cooling from 0.52 to 5.1°C/s, are studied. Based on the results of x-ray phase analysis after heat treatment of the experimental steels, the presence of Fe3C, Mn7C3, and FeCr formation is revealed, which have maxima at the same angles as α-Fe (matrix). When comparing and analysing the obtained data, it is established that the formation of MnSi, CrMn is present in all experimental steels, thus, they do not have a significant effect on the mechanical properties. As established, during accelerated cooling from a temperature of 900°C followed by tempering at 200°C for 120 min in laboratory test steels, internal stresses are relieved. At the same time, the microstructure corresponds to a highly-dispersed pearlite that meets the requirements of foreign standards. Experimental rail steel with 0.90% С, 0.39% Si, 0.89% Mn, 0.09% Cr, 0.010% Mo, 00035% B, 0.0123% N and with an increased carbon content has the following mechanical properties: σв = 1295 MPa, σ0.2 = 816 MPa, δ5 = 9.8%, ψ = 11.4%, KCU = 17.25 J/cm2, which meet the requirements of EN 13674:1-2011 (R400НТ).
Description
Р. Подольський: ORCID 0000-0002-0288-0641
Keywords
рейкова криця, мікроструктура, мікролеґування, термічне оброблення, механічні випробування, рентґеноструктурна аналіза, rail steel, microstructure, microalloying, heat treatment, mechanical tests, x-ray structural analysis, КМТОМ
Citation
Бабаченко О. І., Кононенко Г. А., Подольський Р. В., Сафронова О. А., Баскевіч О. С. Аналіза структури зразків рейкових криць нового покоління з покращеними експлуатаційними властивостями. Ч. 2. Металофізика та новітні технології. 2023. Т. 45, № 1. С. 137–156. DOI: 10.15407/mfint.45.01.0137.