RU2461639C1

RU2461639C1 - Rail with perlite structure that features high resistance to abrasion and impact resistance

Info

Publication number: RU2461639C1
Application number: RU2011110256/02A
Authority: RU
Inventors: Масахару УЕДА (JP); Масахару УЕДА; Кадзунори СЕКИ (JP); Кадзунори СЕКИ; Такуя САТОУ (JP); Такуя САТОУ; Такеси ЯМАМОТО (JP); Такеси ЯМАМОТО
Original assignee: Ниппон Стил Корпорейшн
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2012-09-20
Also published as: WO2010050238A1; CN102137947A; BRPI0918859B1; KR20110036758A; EP2343390A1; CA2734980C; ES2550793T3; EP2343390A4; PL2343390T3; EP2343390B1; BRPI0918859A2; CA2734980A1; AU2009308639B2; AU2009308639A1; US20110155821A1; JPWO2010050238A1; KR101263102B1; JP4757957B2; CN102137947B

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: rail is made from steel containing the following components, in wt %: 0.65-1.20 C, 0.05-2.00 Si, 0.05-2.00 Mn, not over 0.0150 P, not over 0.0100 S, 0.0005-0.0200 Ca, Fe and unavoidable impurities make the rest. Rail head surface area extending from head angular surfaces and top surface down to 10 mm features perlite structure with hardness varying from 320 to 500 Hv. Manganese sulphide-based impurities with main size varying from 10 to 100 mcm in amount of 10-200/mm² in cross-section in direction of perlite structure length.

EFFECT: higher resistance to abrasion and impact resistance.

11 cl, 8 dwg, 15 tbl, 1 ex

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к рельсу с перлитной структурой, используемому на железных дорогах для грузовых перевозок, в головке которого улучшены как сопротивление абразивному износу (износостойкость), так и ударная вязкость.The present invention relates to a pearlitic rail used on freight railways in the head of which both abrasion resistance (wear resistance) and toughness are improved.

Данная заявка притязает на приоритет заявки на японский патент №2008-281847, зарегистрированной в Японии 31 октября 2008, содержание которой этим упоминанием включено в текст данного описания.This application claims the priority of application for Japanese patent No. 2008-281847, registered in Japan on October 31, 2008, the contents of which by this mention are included in the text of this description.

Уровень техникиState of the art

Одновременно с развитием экономики происходит выработка природных ресурсов, таких как уголь или тому подобное. А именно добыча выполняется в тех регионах с суровыми природными условиями, которые до сих пор не развивались. Соответственно, дорожные условия становятся достаточно суровыми на железных дорогах для грузовых перевозок, которые используются для транспортировки природных ресурсов. Существует необходимость того, чтобы в регионах с холодным климатом в дополнение к более высокой износостойкости, чем ранее, рельсы имели ударную вязкость или подобное. В таких обстоятельствах существует потребность в создании рельсов, имеющих более высокую износостойкость и более высокую ударную вязкость по сравнению с теми, которые имеются у высокопрочных рельсов, используемых в настоящее время.Simultaneously with the development of the economy, the development of natural resources, such as coal or the like. Namely, mining is carried out in those regions with harsh environmental conditions that have not yet been developed. Accordingly, road conditions are becoming quite severe on the railways for freight traffic, which are used to transport natural resources. There is a need for regions with a cold climate, in addition to higher wear resistance than before, the rails have impact strength or the like. In such circumstances, there is a need to create rails having higher wear resistance and higher toughness compared to those available with high-strength rails currently in use.

Вообще говоря, известно, что измельчение перлитной структуры, а именно измельчение зерна в аустенитной структуре, которую еще предстоит превратить в перлит, или измельчение блоков перлита является эффективным с точки зрения улучшения ударной вязкости перлитной стали. Чтобы обеспечить измельчение зерна в аустенитной структуре при горячей прокатке, снижают температуру прокатки и повышают степень обжатия и, кроме того, применяют термическую обработку в виде низкотемпературного повторного нагрева после горячей прокатки рельсов. В дополнение к этому, чтобы обеспечить измельчение перлитной структуры, превращение в перлит, начинающееся внутри зерен аустенита, ускоряют за счет использования зародышей или тому подобного.Generally speaking, it is known that grinding the pearlite structure, namely grinding the grain in the austenitic structure, which has yet to be converted into perlite, or grinding blocks of pearlite is effective in terms of improving the impact strength of pearlite steel. In order to ensure grain refinement in the austenitic structure during hot rolling, the rolling temperature is reduced and the compression ratio is increased, and, in addition, heat treatment is applied in the form of low-temperature reheating after hot rolling of the rails. In addition, in order to ensure the refinement of the pearlite structure, the conversion to pearlite starting inside austenite grains is accelerated by the use of nuclei or the like.

Однако при изготовлении рельсов, с точки зрения обеспечения формуемости во время горячей прокатки, существуют ограничения, накладываемые на снижение температуры прокатки и повышение степени обжатия, из-за чего нельзя достичь достаточного измельчения зерен аустенита. В дополнение к этому, что касается превращения в перлит внутри зерен аустенита за счет использования зародышей, существуют проблемы, заключающиеся в том, что количеством зародышей трудно управлять, и превращение в перлит внутри зерен является нестабильным, из-за чего нельзя достичь достаточного измельчения перлитной структуры.However, in the manufacture of rails, from the point of view of ensuring the formability during hot rolling, there are restrictions imposed on lowering the rolling temperature and increasing the degree of reduction, because of which it is impossible to achieve sufficient grinding of austenite grains. In addition, with regard to the conversion to perlite inside austenite grains due to the use of nuclei, there are problems in that the number of nuclei is difficult to control and the conversion to perlite inside the grains is unstable, due to which it is not possible to achieve sufficient refinement of the pearlite structure .

Из-за этих проблем применяется способ фундаментального улучшения ударной вязкости рельсов с перлитной структурой, в котором после горячей прокатки рельса выполняют низкотемпературный повторный нагрев, а затем превращение в перлит выполняют путем ускоренного охлаждения, чтобы измельчить перлитную структуру. Однако в последнее время изготавливают рельсы с высоким содержанием углерода для улучшения износостойкости, поэтому существует проблема, заключающаяся в том, что внутри зерен аустенита остаются крупные карбиды при описанной выше обработке путем низкотемпературного повторного нагрева, что снижает пластичность и ударную вязкость перлитной структуры после ускоренного охлаждения. В дополнение к этому, так как этот способ включает повторный нагрев, существует другая проблема, связанная с экономической эффективностью, например высокая стоимость изготовления, низкая производительность и подобное.Because of these problems, a method of fundamentally improving the toughness of pearlite rails is used, in which, after hot rolling of the rail, low-temperature reheating is performed, and then conversion to pearlite is performed by accelerated cooling to grind the pearlite structure. Recently, however, high carbon rails have been manufactured to improve wear resistance, therefore, there is a problem in that large carbides remain inside austenite grains during the processing described above by low temperature reheating, which reduces the ductility and toughness of the pearlite structure after accelerated cooling. In addition to this, since this method involves reheating, there is another problem associated with economic efficiency, for example, high manufacturing costs, low productivity, and the like.

Как следствие, существует потребность в разработке способа изготовления рельса из высокоуглеродистой стали, который обеспечивает формуемость во время прокатки и позволяет измельчить перлитную структуру после горячей прокатки. Чтобы решить эту проблему, разработаны способы изготовления рельса из высокоуглеродистой стали, которые рассмотрены ниже. Основной особенностью этих способов изготовления рельса является использование того факта, что зерна аустенита в высокоуглеродистой стали легко подвергаются рекристаллизации при относительно низкой температуре и даже при небольшой степени обжатия с целью измельчения перлитной структуры. В результате, путем непрерывной прокатки при небольшой степени обжатия получают мелкие зерна сходного диаметра, что позволяет улучшить пластичность и ударную вязкость перлитной стали (см., например, Патентные документы 1, 2 и 3).As a result, there is a need to develop a method for manufacturing a high carbon steel rail that provides formability during rolling and allows the pearlite structure to be crushed after hot rolling. To solve this problem, methods have been developed for manufacturing a high carbon steel rail, which are discussed below. The main feature of these rail manufacturing methods is the use of the fact that austenite grains in high carbon steel readily recrystallize at a relatively low temperature and even with a small degree of reduction in order to refine the pearlite structure. As a result, by continuous rolling with a small degree of reduction, fine grains of similar diameter are obtained, which improves the ductility and toughness of pearlite steel (see, for example, Patent Documents 1, 2, and 3).

В Патентном документе 1 указано, что рельс, имеющий высокую пластичность, можно получить путем выполнения 3 или более непрерывных проходов с заранее определенным интервалом времени при чистовой прокатке рельса из высокоуглеродистой стали.Patent Document 1 indicates that a rail having high ductility can be obtained by performing 3 or more continuous passes with a predetermined time interval when finishing rolling the rail from high carbon steel.

В Патентном документе 2 указано, что рельс, имеющий превосходную износостойкость и высокую ударную вязкость, можно получить путем выполнения двух или более непрерывных проходов с заранее определенным интервалом времени при чистовой прокатке рельса из высокоуглеродистой стали и, кроме того, выполнения ускоренного охлаждения после непрерывной прокатки.Patent Document 2 states that a rail having excellent wear resistance and high toughness can be obtained by performing two or more continuous passes with a predetermined time interval when finishing rolling the rail from high carbon steel and, moreover, performing accelerated cooling after continuous rolling.

В Патентном документе 3 указано, что рельс, имеющий превосходную износостойкость и высокую ударную вязкость, можно получить путем выполнения охлаждения между проходами при чистовой прокатке рельса из высокоуглеродистой стали, а также выполнения ускоренного охлаждения после непрерывной прокатки.Patent Document 3 states that a rail having excellent wear resistance and high toughness can be obtained by performing cooling between passes when finishing rolling the rail from high carbon steel, as well as performing accelerated cooling after continuous rolling.

Технологии, описанные в Патентных документах 1-3, могут обеспечить измельчение аустенитной структуры на определенном уровне и демонстрируют небольшое улучшение ударной вязкости за счет комбинации температуры, числа проходов и интервала времени между проходами во время непрерывной горячей прокатки. Однако существует проблема, заключающаяся в том, что эти технологии не обеспечивают каких-либо эффектов, связанных с началом разрушения во включениях, имеющихся в стали, и поэтому ударную вязкость нельзя улучшить фундаментальным образом.The technologies described in Patent Documents 1-3 can provide crushing of the austenitic structure at a certain level and show a slight improvement in toughness due to a combination of temperature, number of passes and time interval between passes during continuous hot rolling. However, there is a problem that these technologies do not provide any effects associated with the onset of fracture in the inclusions present in steel, and therefore the toughness cannot be improved fundamentally.

Кроме того, в высокоуглеродистой стали скорость роста зерен аустенитной структуры является большой. В результате, зерна аустенитной структуры, которые измельчены путем прокатки, растут после прокатки, поэтому существует проблема, заключающаяся в том, что ударная вязкость рельса, подвергнутого термической обработке, не улучшается даже в случае выполнения ускоренного охлаждения.In addition, in high-carbon steel, the growth rate of grains of the austenitic structure is large. As a result, the grains of the austenitic structure, which are crushed by rolling, grow after rolling, so there is a problem in that the toughness of the heat-treated rail does not improve even if accelerated cooling is performed.

Учитывая эти обстоятельства, изучалось добавление Ca, снижение содержания кислорода и снижение содержания Al, чтобы воспрепятствовать возникновению в рельсе типичных включений, таких как MnS или Al₂O₃. Особенностью этих способов изготовления является то, что MnS заменяют на CaS путем добавления Ca при предварительной обработке горячего металла, чтобы он стал безвредным, и, кроме того, в максимально возможной степени снижают содержание кислорода путем добавления раскисляющих элементов или применения вакуумной обработки, чтобы снизить количество включений в расплавленной стали, и технологии, на которых основаны эти способы, были изучены (см., например, Патентные документы 4, 5 и 6).Given these circumstances, Ca addition, a decrease in oxygen content and a decrease in Al content were studied to prevent the appearance of typical inclusions in the rail, such as MnS or Al ₂ O ₃ . A feature of these manufacturing methods is that MnS is replaced by CaS by adding Ca during the pretreatment of the hot metal so that it becomes harmless, and in addition, as much as possible reduce the oxygen content by adding deoxidizing elements or using vacuum treatment to reduce the amount of inclusions in molten steel, and the technologies on which these methods are based have been studied (see, for example, Patent Documents 4, 5 and 6).

В Патентном документе 4 описан способ изготовления расплавленной стали, раскисленной кремнием и имеющей высокое содержание углерода и высокую чистоту, в котором оптимизируют добавляемое количество Ca, чтобы связать S в виде CaS, что позволяет снизить количество вытянутых включений на основе MnS. При этой технологии S, которая выделяется и концентрируется в процессе затвердевания, реагирует с Ca, который аналогичным образом выделяется и концентрируется, или силикатом кальция, возникающим в расплавленной стали, что, как следствие, позволяет связать S в виде CaS. В результате, подавляется возникновение вытянутых включений MnS.Patent Document 4 describes a method for manufacturing molten steel deoxidized by silicon and having a high carbon content and high purity, in which the added amount of Ca is optimized to bind S as CaS, thereby reducing the number of elongated MnS inclusions. With this technology, S, which is released and concentrated during the solidification process, reacts with Ca, which is similarly released and concentrated, or with calcium silicate, which occurs in molten steel, which, as a result, allows S to be bound as CaS. As a result, the occurrence of elongated MnS inclusions is suppressed.

В Патентном документе 5 описан способ изготовления расплавленной стали, имеющей высокое содержание углерода и высокую чистоту, в котором уменьшают количество включений MnO, что позволяет уменьшить количество вытянутых включений MnS, выделившихся в виде фазы из MnO. При этой технологии сталь выпускают в нераскисленном или слабораскисленном состоянии после выплавки в атмосферной печи для рафинирования, а затем выполняется вакуумная обработка при уровне вакуума 1 торр или менее, чтобы содержание растворенного кислорода находилось в диапазоне 30 частей на миллион или менее. Далее добавляют Al и Si, а затем Mn. За счет этого уменьшают количество побочных продуктов раскисления, которые станут центрами кристаллизации MnS, который выкристаллизовывается в окончательно затвердевших областях, и снижают концентрацию MnO в оксидах. Это позволяет воспрепятствовать кристаллизации MnS.Patent Document 5 describes a method for manufacturing molten steel having a high carbon content and high purity, in which the number of MnO inclusions is reduced, thereby reducing the amount of elongated MnS inclusions precipitated as a phase from MnO. With this technology, steel is produced in an un-depleted or slightly deoxidized state after smelting in an atmospheric refining furnace, and then vacuum treatment is performed at a vacuum level of 1 torr or less so that the dissolved oxygen content is in the range of 30 ppm or less. Next, Al and Si are added, followed by Mn. Due to this, the number of deoxidation by-products is reduced, which will become the crystallization centers of MnS, which crystallizes in the finally hardened regions, and reduce the concentration of MnO in the oxides. This prevents the crystallization of MnS.

В Патентном документе 6 описан способ изготовления расплавленной стали, имеющей высокое содержание углерода и высокую чистоту, с уменьшенными количествами кислорода и Al в ней. При этой технологии можно изготовить рельс, обладающий превосходной стойкостью к повреждениям за счет ограничения суммарного количества кислорода на основе взаимосвязи между суммарным количеством кислорода во включениях на основе оксидов и повреждаемостью. Кроме того, стойкость рельсов к повреждениям можно дополнительно повысить за счет ограничения количества находящегося в твердом растворе Al или поддержания состава включений в предпочтительном диапазоне.Patent Document 6 describes a method for manufacturing molten steel having a high carbon content and high purity, with reduced amounts of oxygen and Al therein. With this technology, it is possible to manufacture a rail having excellent resistance to damage by limiting the total amount of oxygen based on the relationship between the total amount of oxygen in the oxide-based inclusions and damage. In addition, the rail resistance to damage can be further improved by limiting the amount of Al in the solid solution or by keeping the composition of inclusions in the preferred range.

При помощи описанных выше технологий, рассмотренных в Патентных документах 4-6, управляют конфигурацией и количеством включений на основе MnS и Al, возникающих на стадии блюмной заготовки. Однако конфигурация включений меняется во время горячей прокатки рельсов. В частности, включения на основе сульфида Mn, вытягиваемые в продольном направлении при прокатке, работают как точки начала разрушения в рельсах, поэтому существует проблема, заключающаяся в том, что стойкость к повреждениям или ударная вязкость рельсов не могут быть улучшены устойчивым образом в случае, когда управляют только включениями на стадии блюмной заготовки.Using the technologies described above, discussed in Patent Documents 4-6, the configuration and number of inclusions based on MnS and Al arising at the stage of bloom harvesting are controlled. However, the configuration of the inclusions changes during hot rolling of the rails. In particular, Mn sulphide-based inclusions that are longitudinally stretched during rolling work as points of failure in the rails, so there is a problem in that damage resistance or toughness of the rails cannot be improved in a stable way when only inclusions are controlled at the bloom blank stage.

В дополнение к этому, чтобы препятствовать росту зерна аустенитной структуры после горячей прокатки, изучалось применение выделяющихся фаз. Особенностью этого способа изготовления является добавление легирующих элементов и выделение карбонитридов в виде фаз, чтобы закрепить аустенитную структуру и, таким образом, препятствовать росту зерна. Как следствие, измельчается структура, подвергшаяся термической обработке, и улучшается ударная вязкость (см., например, Патентный документ 7).In addition to this, in order to prevent the grain growth of the austenitic structure after hot rolling, the use of precipitated phases was studied. A feature of this manufacturing method is the addition of alloying elements and the release of carbonitrides in the form of phases in order to fix the austenitic structure and, thus, prevent grain growth. As a result, the heat-treated structure is crushed and the toughness is improved (see, for example, Patent Document 7).

Согласно технологии по Патентному документу 7 добавляют V и Nb и происходит выделение карбонитридов V и Nb в виде фаз. Кроме того, в зависимости от добавленных количеств V и Nb выполняют ускоренное охлаждение и управляют ростом зерна аустенитной структуры после горячей прокатки, что позволяет измельчить перлитную структуру и улучшить ударную вязкость рельса.According to the technology of Patent Document 7, V and Nb are added and the carbonitrides V and Nb are released as phases. In addition, depending on the added amounts of V and Nb, accelerated cooling is performed and grain growth of the austenitic structure after hot rolling is controlled, which allows the pearlite structure to be ground and rail toughness to be improved.

Согласно технологии, описанной в Патентном документе 7, добавляют легирующие элементы и выделяют карбонитриды в виде фаз, чтобы закрепить аустенитную структуру, и, таким образом, препятствуют росту зерна. Однако количество возникающих карбонитридов легирующих элементов в значительной степени меняется в зависимости от температуры прокатки и степени обжатия. В результате возникает очень широкая вариация в эффектах подавления роста зерна и частично происходит укрупнение кристаллических зерен. Таким образом, существует проблема, заключающаяся в том, что стойкость к повреждениям и ударную вязкость рельсов нельзя устойчивым образом улучшить при помощи только карбонитридов легирующих элементов.According to the technology described in Patent Document 7, alloying elements are added and carbonitrides are isolated in the form of phases to fix the austenitic structure, and thus inhibit grain growth. However, the amount of carbonitrides of alloying elements that occur significantly varies depending on the rolling temperature and the degree of compression. As a result, a very wide variation arises in the effects of suppressing grain growth, and crystalline grains partially enlarge. Thus, there is a problem in that the damage resistance and toughness of the rails cannot be steadily improved using only carbonitrides of alloying elements.

В дополнение к этому, при помощи технологии, описанной в Патентном документе 7, достигается только измельчение аустенитной структуры. Эта технология не оказывает влияния на повреждение из-за включений на основе сульфида Mn, вытягиваемых в продольном направлении при прокатке, поэтому существует проблема, заключающаяся в том, что стойкость к повреждениям и ударную вязкость рельсов нельзя улучшить устойчивым образом.In addition to this, using the technology described in Patent Document 7, only grinding of the austenitic structure is achieved. This technology does not affect damage due to Mn sulfide-based inclusions that are elongated in the longitudinal direction during rolling, so there is a problem in that damage resistance and toughness of the rails cannot be improved in a sustainable way.

Кроме того, при использовании технологий, описанных в Патентных документах 4-7, происходит охрупчивание структуры из-за смены компонентов в стали, в частности смены компонентов, входящих в нее в качестве примесей. Таким образом, существует проблема, заключающаяся в том, что стойкость к повреждениям и ударную вязкость рельсов нельзя устойчивым образом улучшить путем управления включениями за счет добавления легирующих элементов и уменьшения содержания кислорода, а также путем измельчения аустенитной структуры за счет применения выделяющихся фаз.In addition, when using the technologies described in Patent Documents 4-7, embrittlement of the structure occurs due to a change in the components in the steel, in particular, a change in the components included in it as impurities. Thus, there is a problem in that the damage resistance and toughness of the rails cannot be steadily improved by controlling inclusions by adding alloying elements and reducing oxygen content, as well as by grinding the austenitic structure through the use of precipitating phases.

Исходя из этих обстоятельств, появилась необходимость в рельсе с перлитной структурой, обладающем превосходными износостойкостью и ударной вязкостью, в котором улучшены как износостойкость, так и стойкость к повреждениям перлитной структуры.Based on these circumstances, there was a need for a rail with a pearlite structure, which has excellent wear resistance and impact strength, in which both wear resistance and damage to the pearlite structure are improved.

Документы по известному уровню техникиPrior Art Documents

Патентные документыPatent documents

Патентный документ 1: Непроверенная заявка на японский патент №Н07-173530,Patent Document 1: Unverified Japanese Patent Application No. H07-173530,

Патентный документ 2: Непроверенная заявка на японский патент №2001-234238,Patent Document 2: Unverified Japanese Patent Application No. 2001-234238,

Патентный документ 3: Непроверенная заявка на японский патент №2002-226915,Patent Document 3: Unverified Japanese Patent Application No. 2002-226915,

Патентный документ 4: Непроверенная заявка на японский патент №Н05-171247,Patent Document 4: Unverified Japanese Patent Application No. H05-171247,

Патентный документ 5: Непроверенная заявка на японский патент №Н05-263121,Patent Document 5: Unverified Japanese Patent Application No. H05-263121,

Патентный документ 6: Непроверенная заявка на японский патент №2001-220651,Patent Document 6: Unverified Japanese Patent Application No. 2001-220651,

Патентный документ 7: Непроверенная заявка на японский патент №2007-291413.Patent Document 7: Unverified Japanese Patent Application No. 2007-291413.

Описание изобретенияDescription of the invention

Проблемы, решаемые изобретениемProblems Solved by the Invention

Настоящее изобретение создано с учетом указанных выше проблем, и его задачей является предложить рельс с перлитной структурой, в головке которого улучшены как износостойкость, так и ударная вязкость и который, в частности, необходим как рельс для железных дорог для грузовых перевозок.The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to propose a pearlite-type rail in the head of which both wear resistance and toughness are improved, and which, in particular, is needed as a rail for railways for freight traffic.

Средства решения проблемProblem Solving Tools

Настоящее изобретение обладает следующими признаками.The present invention has the following features.

Рельс с перлитной структурой, соответствующий настоящему изобретению, состоит из стали, содержащей в процентах по массе: 0,65-1,20 С; 0,05-2,00 Si; 0,05-2,00 Mn; не более 0,0150 Р; не более 0,0100 S; 0,0005-0,0200 Ca; остальное - Fe и неизбежные примеси. В головке рельса ее поверхностная зона, проходящая от поверхностей угловых участков головки и верхнего участка головки на глубину 10 мм, имеет перлитную структуру, и твердость перлитной структуры составляет от 320 до 500 HV. Включения на основе сульфида Mn, имеющие основной размер в диапазоне от 10 до 100 мкм, присутствуют из расчета на единицу площади в количестве 10-200/мм² в сечении (сечении, параллельном продольному направлению рельса) в направлении по длине перлитной структуры.A pearlitic rail according to the present invention consists of steel containing, in percent by weight: 0.65-1.20 C; 0.05-2.00 Si; 0.05-2.00 Mn; not more than 0.0150 P; not more than 0.0100 S; 0.0005-0.0200 Ca; the rest is Fe and inevitable impurities. In the rail head, its surface zone extending from the surfaces of the angular portions of the head and the upper portion of the head to a depth of 10 mm has a pearlite structure, and the hardness of the pearlite structure is from 320 to 500 HV. Mn sulfide-based inclusions having a main size in the range of 10 to 100 μm are present per unit area in an amount of 10-200 / mm ² in a section (a section parallel to the longitudinal direction of the rail) along the length of the pearlite structure.

Здесь HV означает твердость по Виккерсу, определенную в соответствии с японским промышленным стандартом JIS В7774.Here, HV means Vickers hardness determined in accordance with Japanese industrial standard JIS B7774.

В рельсе с перлитной структурой, соответствующем настоящему изобретению, сталь может дополнительно содержать в процентах по массе одно или оба из следующего: 0,0005-0,0200 Mg и 0,0005-0,0100 Zr, кроме того, могут присутствовать оксиды на основе Mg, оксиды Zr и включения на основе сульфида Mn с диаметром зерна в диапазоне от 5 нм до 100 нм из расчета на единицу площади в количестве 500-50000/мм² в поперечном сечении (сечении, параллельном направлению по ширине рельса) перлитной структуры.In a rail with a pearlite structure according to the present invention, the steel may additionally contain, by weight percent, one or both of the following: 0.0005-0.0200 Mg and 0.0005-0.0100 Zr, in addition, oxides based on Mg, Zr oxides and inclusions based on Mn sulfide with a grain diameter in the range from 5 nm to 100 nm per unit area in an amount of 500-50000 / mm ² in a cross section (section parallel to the direction along the rail width) of the pearlite structure.

Сталь может дополнительно содержать в процентах по массе один или более компонентов, указанных далее:The steel may further comprise, in percent by weight, one or more of the components indicated below:

0,01-1,00 Co;0.01-1.00 Co;

одно или оба из следующего: 0,01-2,00 Cr и 0,01-0,50 Mo;one or both of the following: 0.01 to 2.00 Cr and 0.01 to 0.50 Mo;

одно или оба из следующего: 0,005-0,50 V и 0,002-0,050 Nb;one or both of the following: 0.005-0.50 V and 0.002-0.050 Nb;

0,0001-0,0050 B;0.0001-0.0050 B;

0,01-1,00 Cu;0.01-1.00 Cu;

0,01-1,00 Ni;0.01-1.00 Ni;

0,0050-0,0500 Ti;0.0050-0.0500 Ti;

от более 0,0100 до 1,00 Al;from more than 0.0100 to 1.00 Al;

0,0060-0,0200 N.0.0060-0.0200 N.

Эффекты от применения изобретенияEffects of the Application of the Invention

Согласно настоящему изобретению управляют компонентами, структурой и твердостью рельсовой стали и, в дополнение к этому, снижают содержание P и S, добавляют Ca, а также управляют количеством включений на основе сульфида Mn. За счет этого улучшают износостойкость и ударную вязкость перлитной структуры, и, в результате, можно увеличить срок службы рельса, в частности, используемого на железных дорогах для грузовых перевозок за рубежом. Кроме того, можно дополнительно улучшить ударную вязкость перлитной структуры путем добавления Mg и Zr и управления количеством мелких включений на основе сульфида Mn и количеством оксидов на основе Mg и Zr, и, в результате, можно дополнительно увеличить срок службы.According to the present invention, the components, structure and hardness of the rail steel are controlled and, in addition, the content of P and S is reduced, Ca is added, and the number of Mn sulfide-based inclusions is controlled. Due to this, the wear resistance and toughness of the pearlite structure are improved, and, as a result, the service life of the rail, in particular used on railways for freight transportation abroad, can be increased. In addition, the toughness of the pearlite structure can be further improved by adding Mg and Zr and controlling the amount of fine inclusions based on Mn sulfide and the amount of oxides based on Mg and Zr, and as a result, the service life can be further increased.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 указаны условные обозначения частей в поперечном сечении (сечении, перпендикулярном направлению по длине) стального рельса, соответствующего настоящему изобретению.Figure 1 shows the legend of the parts in the cross section (section perpendicular to the direction along the length) of the steel rail corresponding to the present invention.

На фиг.2 показаны эффекты от добавления Ca, а также добавления Mg и Zr на взаимосвязь между количеством S и прочностью на удар, получаемые при выплавке сталей, в которых изменено содержание S, содержание P составляет не более 0,0150%, содержание углерода составляет 1,00%, а также добавлены Ca, Mg и Zr, проведении лабораторного теста с выплавкой и прокаткой, который имитирует эквивалентные условия прокатки рельсов, и проведении испытания на удар.Figure 2 shows the effects of the addition of Ca, as well as the addition of Mg and Zr on the relationship between the amount of S and the impact strength obtained by smelting steels in which the S content is changed, the P content is not more than 0.0150%, the carbon content is 1.00%, as well as Ca, Mg and Zr added, a laboratory test with smelting and rolling, which simulates the equivalent conditions for rolling rails, and a shock test.

На фиг.3 показано место изучения включений на основе сульфида Mn в рельсовой стали, соответствующей пункту 1 Формулы изобретения.Figure 3 shows the study site of inclusions based on Mn sulfide in rail steel, corresponding to paragraph 1 of the claims.

На фиг.4 показано место изучения включений на основе сульфида Mn, оксидов на основе Mg и оксидов Zr в рельсовой стали, соответствующей пункту 2 Формулы изобретения.Figure 4 shows the study site of inclusions based on Mn sulfide, Mg-based oxides and Zr oxides in rail steel, corresponding to paragraph 2 of the claims.

На фиг.5 показано место, из которого берутся образцы для испытания на износ.Figure 5 shows the place from which samples are taken for wear testing.

На фиг.6 в общих чертах показано испытание на износ.6 generally shows a wear test.

На фиг.7 показано место, из которого берутся образцы для испытания на удар.7 shows the place from which samples for impact testing are taken.

На фиг.8 показана взаимосвязь между количеством углерода и степенью износа в результатах испытания на износ рельсовых сталей, соответствующих настоящему изобретению, и сравнительных рельсовых сталей (Сталь №№48, 50, 51, 52, 53, 64, 66 и 67).On Fig shows the relationship between the amount of carbon and the degree of wear in the test results for the wear of rail steels corresponding to the present invention, and comparative rail steels (Steel No. 48, 50, 51, 52, 53, 64, 66 and 67).

На фиг.9 показана взаимосвязь между количеством углерода и прочностью на удар в результатах испытания на удар рельсовых сталей, соответствующих настоящему изобретению, и сравнительных рельсовых сталей (Сталь №№49, 51, 53, 65, 66 и 68).Figure 9 shows the relationship between the amount of carbon and the impact strength in the impact test results of rail steels of the present invention and comparative rail steels (Steel No. 49, 51, 53, 65, 66 and 68).

На фиг.10 показана взаимосвязь между количеством углерода и прочностью на удар в результатах испытания на удар рельсовых сталей, соответствующих настоящему изобретению, и сравнительных рельсовых сталей (Сталь №№54-63 и рельсы с добавленными количествами P, S и Ca, выходящими за пределы диапазонов, соответствующих настоящему изобретению).Figure 10 shows the relationship between the amount of carbon and the impact strength in the impact test results of rail steels according to the present invention and comparative rail steels (Steel No. 54-63 and rails with added amounts of P, S and Ca that go beyond ranges corresponding to the present invention).

На фиг.11 показана взаимосвязь между количеством углерода и прочностью на удар в результатах испытания на удар рельсовых сталей, соответствующих настоящему изобретению (Сталь №№11-13, 18-20, 24-26, 29-31, 33-35, 36-38 и 45-47).11 shows the relationship between the amount of carbon and the impact strength in the impact test of rail steels corresponding to the present invention (Steel No. 11-13, 18-20, 24-26, 29-31, 33-35, 36- 38 and 45-47).

Предпочтительные варианты реализации изобретенияPreferred Embodiments

Далее в качестве вариантов реализации настоящего изобретения подробно будут описаны рельсы с перлитной структурой, обладающие превосходными износостойкостью и ударной вязкостью. При этом единицами измерения содержания легирующих элементов являются проценты по массе, которые далее обозначены просто как %.Next, pearlite rails having excellent wear resistance and impact strength will be described in detail as embodiments of the present invention. In this case, the units of measurement of the content of alloying elements are percent by weight, which are further simply designated as%.

На фиг.1 показано сечение, перпендикулярное направлению по длине рельса с перлитной структурой, обладающего превосходными износостойкостью и ударной вязкостью в соответствии с настоящим изобретением. Головка 3 рельса включает верхний участок 1 головки и угловые участки 2 головки, расположенные с обоих краев от верхнего участка 1 головки. Один из угловых участков 2 головки представляет собой эталонный угловой участок (GC, gauge corner), который в основном контактирует с колесами.Figure 1 shows a cross section perpendicular to the direction along the length of the rail with a pearlite structure having excellent wear resistance and toughness in accordance with the present invention. The rail head 3 includes an upper portion 1 of the head and angular portions 2 of the head located at both edges from the upper portion 1 of the head. One of the corner sections 2 of the head is a reference corner section (GC, gauge corner), which is mainly in contact with the wheels.

Зона, проходящая от поверхностей угловых участков 2 головки и верхнего участка 1 головки на глубину 10 мм, называется поверхностной зоной 3а головки (область с диагональной сплошной линией штриховки). В дополнение к этому, зона, проходящая от поверхностей угловых участков 2 головки и верхнего участка 1 головки на глубину 20 мм, обозначена ссылочным номером 3b (область с диагональной пунктирной линией штриховки).The area extending from the surfaces of the angular portions 2 of the head and the upper portion 1 of the head to a depth of 10 mm is called the surface area 3a of the head (a region with a diagonal solid hatching line). In addition, the area extending from the surfaces of the angular portions 2 of the head and the upper portion 1 of the head to a depth of 20 mm is indicated by 3b (an area with a diagonal dashed hatching line).

Сначала авторы настоящего изобретения изучили систему компонентов стали, оказывающую плохое влияние на ударную вязкость рельсов. Тестовая выплавка и тестовая горячая прокатка, которые имитировали эквивалентные условия горячей прокатки рельсов, были проведены с использованием сталей, в которых содержание P и S менялось, при этом в качестве основы применялись стали, имеющие разное содержание углерода, в результате чего были изготовлены прототипы рельсов. Затем была измерена прочность на удар у прототипов при помощи испытания на удар и было изучено влияние содержания P и S на прочность на удар.First, the inventors of the present invention studied a system of steel components having a poor effect on the toughness of rails. Test smelting and test hot rolling, which simulated equivalent conditions for hot rolling of rails, were carried out using steels in which the content of P and S changed, while steels having different carbon contents were used as the basis, as a result of which prototypes of rails were made. Then, the impact strength of the prototypes was measured using an impact test, and the effect of the content of P and S on the impact strength was studied.

В результате, для перлитных сталей, имеющих твердость на уровне 320-500 HV, было обнаружено, что прочность на удар повышалась в случае, когда содержание как P, так и S было снижено до определенного уровня или еще ниже.As a result, for pearlitic steels having a hardness of 320-500 HV, it was found that the impact strength increased when both P and S were reduced to a certain level or even lower.

Кроме того, в результате изучения оптимального содержания P и S было обнаружено, что прочность на удар значительно повышалась в случае, когда содержание как P, так и S было снижено до определенного уровня или еще ниже.In addition, as a result of studying the optimal content of P and S, it was found that the impact strength was significantly increased when both P and S were reduced to a certain level or even lower.

Далее, авторы настоящего изобретения попытались определить главные факторы, влияющие на прочность на удар, чтобы дополнительно повысить прочность рельсов на удар. В результате, было обнаружено, что рельсы, имеющие низкую прочность на удар, содержали большое число включений на основе сульфида Mn, вытягиваемых в направлении по длине при горячей прокатке, и эти включения работали как точки начала разрушения.Further, the authors of the present invention tried to determine the main factors affecting the impact strength in order to further increase the impact strength of the rails. As a result, it was found that rails having low impact strength contained a large number of Mn sulfide-based inclusions stretched in the lengthwise direction during hot rolling, and these inclusions worked as fracture start points.

Затем авторы настоящего изобретения выяснили механизм возникновения включений на основе сульфида Mn, вытянутых в направлении по длине. При изготовлении рельсов блюмовую заготовку повторно нагревают до температуры в диапазоне 1200-1300°С, а затем ее подвергают горячей прокатке. Авторы исследовали взаимосвязь между условиями горячей прокатки и конфигурацией MnS. В результате было обнаружено, что в случае, когда температура прокатки была высокой, или в случае, когда во время прокатки была высокой степень обжатия, легко происходила пластическая деформация мягких включений на основе сульфида Mn, из-за чего включения на основе сульфида Mn легко вытягивались в направлении по длине рельсов.Then, the authors of the present invention found out the mechanism of occurrence of inclusions based on Mn sulfide, elongated in the direction along the length. In the manufacture of rails, the bloom blank is reheated to a temperature in the range of 1200-1300 ° C, and then it is subjected to hot rolling. The authors investigated the relationship between hot rolling conditions and the configuration of MnS. As a result, it was found that in the case when the rolling temperature was high, or in the case when the degree of compression was high during rolling, plastic deformation of the soft Mn sulfide-based inclusions easily occurred, due to which the Mn sulfide-based inclusions easily stretched in the direction along the length of the rails.

С учетом этих обстоятельств авторы настоящего изобретения изучили способы, чтобы воспрепятствовать вытягиванию включений на основе сульфида Mn. В результате проведения тестовой выплавки и тестовой горячей прокатки было обнаружено, что включения на основе сульфида Mn возникали из оксидов различного типа, служащих зародышами. Кроме того, в результате исследования твердости оксидов и конфигурации включений на основе сульфида Mn было обнаружено, что вытягиванию можно препятствовать путем повышения твердости включений, которые работали как зародыши для включений на основе сульфида Mn.Given these circumstances, the inventors of the present invention have studied methods to prevent the drawing of inclusions based on Mn sulfide. As a result of test smelting and test hot rolling, it was found that inclusions based on Mn sulfide arose from oxides of various types serving as nuclei. In addition, as a result of studying the hardness of oxides and the configuration of Mn sulfide-based inclusions, it was found that stretching can be prevented by increasing the hardness of inclusions that acted as nuclei for Mn sulfide-based inclusions.

Кроме того, авторы настоящего изобретения изучили твердые включения, которые работали как зародыши для включений на основе сульфида Mn. В результате проведения лабораторного теста с использованием оксидов, имеющих высокую температуру плавления, было обнаружено, что Ca, имеющий относительно высокую температуру плавления, образовывал сульфиды и оксиды, и возникали скопления CaO-CaS. В дополнение к этому, авторы обнаружили, что, так как CaS имеет высокую согласованность с включениями на основе сульфида Mn, эти включения эффективным образом возникали в скоплениях оксидов и сульфидов Ca (CaO-CaS).In addition, the inventors of the present invention studied solid inclusions that functioned as nuclei for Mn sulfide-based inclusions. As a result of a laboratory test using oxides having a high melting point, it was found that Ca having a relatively high melting point formed sulfides and oxides, and CaO-CaS clusters arose. In addition to this, the authors found that, since CaS is highly consistent with Mn sulfide-based inclusions, these inclusions efficiently occurred in accumulations of Ca oxides and sulfides (CaO-CaS).

В данном случае термин "согласованность" относится к различию в постоянных решетки (межатомном расстоянии) на кристаллографических плоскостях в кристаллических структурах двух металлов. Чем меньше различие, тем выше согласованность. То есть считается, что два металла легко связываются.In this case, the term "consistency" refers to the difference in lattice constants (interatomic distance) on crystallographic planes in the crystalline structures of two metals. The smaller the difference, the higher the consistency. That is, it is believed that two metals are easily bonded.

Далее авторы настоящего изобретения провели тестовую выплавку и тестовую горячую прокатку с использованием сталей, содержащих Ca, чтобы подтвердить указанное выше наблюдение. В результате, было обнаружено, что включения на основе сульфида Mn, возникшие из скоплений оксидов и сульфидов Ca (CaO-CaS), работающих как зародыши, редко вытягивались после горячей прокатки, и, следовательно, количество включений на основе сульфида Mn, вытянутых в направлении по длине, уменьшалось.Further, the authors of the present invention conducted a test smelting and test hot rolling using steels containing Ca to confirm the above observation. As a result, it was found that Mn sulfide-based inclusions arising from accumulations of Ca oxides and sulfides (CaO-CaS) working as nuclei rarely stretched after hot rolling, and, therefore, the number of Mn sulfide-based inclusions extended in the direction in length, decreased.

Кроме того, в результате проведения теста на удар с использованием этих сталей было обнаружено, что для сталей, в которые был добавлен Ca и у которых количество включений на основе сульфида Mn было небольшим, вероятность возникновения разрушения, начинающегося в вытянутых включениях на основе сульфида Mn, уменьшилась, в результате чего повысилась прочность на удар.In addition, as a result of an impact test using these steels, it was found that for steels to which Ca was added and in which the number of Mn sulfide-based inclusions was small, the likelihood of fracture starting in elongated Mn sulfide-based inclusions decreased, resulting in increased impact strength.

В дополнение к этому, чтобы дополнительно воспрепятствовать вытягиванию включений на основе сульфида Mn, авторы настоящего изобретения путем проведения тестовой выплавки и тестовой горячей прокатки изучили взаимосвязь между добавляемым количеством Ca и добавляемым количеством S, которые делают возможным образование скоплений оксидами и сульфидами. В результате было обнаружено, что при управлении отношением добавляемого количества S и добавляемого количества Ca возникало подходящее число сульфидов Ca, которое было распределенным в мелкой форме, следовательно, оказалось возможным дополнительно подавить вытягивание включений на основе сульфида Mn после горячей прокатки.In addition, in order to further prevent the drawing of inclusions based on Mn sulfide, the inventors of the present invention by test smelting and test hot rolling examined the relationship between the added amount of Ca and the added amount of S, which make it possible to form clusters of oxides and sulfides. As a result, it was found that by controlling the ratio of the added amount of S and the added amount of Ca, a suitable number of Ca sulfides appeared, which was distributed in fine form, therefore, it was possible to further suppress the stretching of Mn sulfide-based inclusions after hot rolling.

Кроме того, в дополнение к подавлению возникновения вытянутых включений на основе сульфида Mn, оказывающих плохое влияние на ударную вязкость, авторы настоящего изобретения изучили способы, при помощи которых можно препятствовать росту зерна аустенитной структуры после горячей прокатки, используя включения на основе сульфида Mn и оксиды. В результате тестовой выплавки и тестовой горячей прокатки было обнаружено, что необходимо распределить в мелкой форме оксиды наноразмера и включения на основе сульфида Mn, вместо ранее использовавшихся легирующих элементов, в аустенитной структуре в качестве закрепляющих элементов, чтобы устойчивым образом препятствовать росту зерна аустенитной структуры.In addition, in addition to suppressing the occurrence of elongated Mn sulfide-based inclusions having a poor effect on toughness, the inventors of the present invention have studied methods by which grain growth of an austenitic structure after hot rolling can be prevented using Mn sulfide-based inclusions and oxides. As a result of test smelting and test hot rolling, it was found that it is necessary to distribute in a fine form the oxides of nanosized and inclusions based on Mn sulfide, instead of the previously used alloying elements, in the austenitic structure as fixing elements in order to stably prevent grain growth of the austenitic structure.

С учетом этих обстоятельств авторы настоящего изобретения изучили способы, при помощи которых можно распределить в мелкой форме оксиды и включения на основе сульфида Mn. В результате было обнаружено, что оксиды Mg и Zr не образовывали скоплений, но были мелко и равномерно распределены. Кроме того, было обнаружено, что, так как оксиды на основе Mg и оксиды Zr имеют хорошую согласованность с включениями на основе сульфида Mn, эти включения также распределялись в мелкой форме в случае мелких оксидов в качестве зародышей.In view of these circumstances, the inventors of the present invention have studied methods by which oxides and inclusions based on Mn sulfide can be finely divided. As a result, it was found that the oxides Mg and Zr did not form clusters, but were finely and uniformly distributed. In addition, it was found that, since Mg-based oxides and Zr oxides are in good agreement with Mn sulfide-based inclusions, these inclusions were also distributed in fine form in the case of small oxides as nuclei.

Далее авторы настоящего изобретения провели тестовую горячую прокатку, используя стали, содержащие Mg и Zr. В результате было обнаружено, что оксиды наноразмера и включения на основе сульфида Mn распределялись в мелкой форме, и можно было препятствовать росту зерна аустенитной структуры после горячей прокатки. Кроме того, в результате проведения испытания на удар с использованием этих сталей было обнаружено, что прочность на удар увеличивалась за счет измельчения перлитной структуры в сталях, содержащих Mg и Zr.Further, the authors of the present invention conducted a test hot rolling using steels containing Mg and Zr. As a result, it was found that the nanosized oxides and inclusions based on Mn sulfide were distributed in a fine form, and it was possible to inhibit the growth of the austenitic grain after hot rolling. In addition, as a result of an impact test using these steels, it was found that the impact strength was increased by grinding the pearlite structure in steels containing Mg and Zr.

Авторы настоящего изобретения провели тестовую выплавку экспериментальных сталей путем подготовки сталей, содержащих 1,00% углерода и не более 0,0150% P, добавления различного количества S и последующего добавления Ca, Mg и Zr. Далее авторы провели тестовую прокатку в лабораторных условиях, имитирующую эквивалентные условия прокатки рельсов, чтобы изготовить прототипы рельсов. Затем в ходе испытания на удар была измерена прочность на удар у этих прототипов и было изучено влияние количества S и влияние добавления Ca, Mg и Zr на прочность на удар. При этом твердость материалов задавалась на уровне 400 HV за счет управления условиями термической обработки.The authors of the present invention conducted a test smelting of experimental steels by preparing steels containing 1.00% carbon and not more than 0.0150% P, adding various amounts of S and then adding Ca, Mg and Zr. Further, the authors conducted test rolling in the laboratory, simulating the equivalent conditions for rolling rails in order to make prototypes of rails. Then, during the impact test, the impact strength of these prototypes was measured and the effect of the amount of S and the effect of the addition of Ca, Mg and Zr on the impact strength were studied. In this case, the hardness of the materials was set at 400 HV due to the control of the heat treatment conditions.

На фиг.2 показана взаимосвязь между количеством S (частей на миллион) и прочностью на удар. Для сталей, содержащих С на уровне 1,00% (символы •), было обнаружено, что в случае, когда содержание Р составляло не более 0,0150%, прочность на удар повышалась, если содержание S было снижено до 0,0100% или менее. В дополнение к этому, на основе результатов для сталей, содержащих Ca (символы ■), было обнаружено, что за счет добавления Ca подавлялось возникновение вытянутых включений на основе сульфида Mn и, как следствие, повышалась прочность на удар. Кроме того, на основе результатов для сталей, содержащих Ca, Mg и Zr (символы Δ), было обнаружено, что за счет добавления Mg и Zr вместе с Ca оксиды наноразмера и включения на основе сульфида Mn распределялись в мелкой форме и, как следствие, заметно повышалась прочность на удар.Figure 2 shows the relationship between the amount of S (parts per million) and impact strength. For steels containing C at a level of 1.00% (symbols •), it was found that when the content of P was not more than 0.0150%, the impact strength increased if the content of S was reduced to 0.0100% or less. In addition, based on the results for steels containing Ca (symbols ■), it was found that due to the addition of Ca, the appearance of elongated inclusions based on Mn sulfide was suppressed and, as a result, the impact strength was increased. In addition, based on the results for steels containing Ca, Mg and Zr (symbols Δ), it was found that, by adding Mg and Zr together with Ca, nanosized oxides and inclusions based on Mn sulfide were distributed in fine form and, as a result, noticeably increased impact strength.

На основе приведенных выше результатов изучения было создано настоящее изобретение, имеющее указанные выше признаки. Признаки настоящего изобретения будут рассмотрены ниже.Based on the above study results, the present invention has been created having the above features. The features of the present invention will be discussed below.

1. Причина, по которой ограничивают содержание химических компонентов в сталях.1. The reason for limiting the content of chemical components in steels.

Далее подробно будет рассмотрена причина, по которой ограничивают содержание химических компонентов в сталях указанными вышечисленными диапазонами для рельса с перлитной структурой, соответствующего настоящему изобретению.Next, the reason why the content of chemical components in the steels is limited to the aforementioned ranges for a pearlite rail according to the present invention will be described in detail.

C является элементом, эффективным с точки зрения ускорения перлитного превращения и обеспечения износостойкости. В случае, когда количество С менее 0,65% в данной системе компонентов, невозможно сохранить минимальный уровень прочности или износостойкости, требуемый для рельсов. В дополнение к этому, в случае, когда количество С превышает 1,20%, в большом объеме возникает структура в виде крупного проэвтектоидного цементита, из-за чего ухудшается износостойкость или ударная вязкость. Поэтому количество С ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 0,65% до 1,20%. При этом предпочтительно, чтобы количество С составляло 0,90% или более, чтобы достаточным образом обеспечить износостойкость.C is an element effective in accelerating pearlite transformation and providing wear resistance. In the case where the amount of C is less than 0.65% in a given system of components, it is not possible to maintain the minimum level of strength or wear resistance required for rails. In addition, in the case where the amount of C exceeds 1.20%, a structure in the form of large pro-eutectoid cementite occurs in a large volume, which deteriorates the wear resistance or toughness. Therefore, the amount of C is limited so that it is in the range from 0.65% to 1.20%. Moreover, it is preferable that the amount of C is 0.90% or more in order to sufficiently ensure wear resistance.

Si является важным элементом с точки зрения раскисления. В дополнение к этому, Si является элементом, который увеличивает твердость (прочность) головки рельса за счет упрочнения твердого раствора в ферритной фазе перлитной структуры. Кроме того, Si является элементом, который препятствует возникновению структур проэвтектоидного цементита в заэвтектоидных сталях, благодаря чему подавляется снижение ударной вязкости. Однако в случае, когда количество Si менее 0,05%, невозможно ожидать таких эффектов в достаточной степени. В дополнение к этому, в случае, когда количество Si превышает 2,00%, во время горячей прокатки возникает ряд поверхностных дефектов и из-за возникновения оксидов ухудшается свариваемость. Кроме того, заметно увеличивается способность к закаливанию и возникает мартенситная структура, которая наносит вред износостойкости и ударной вязкости рельсов. Поэтому количество Si ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 0,05% до 2,00%. При этом предпочтительно, чтобы количество Si находилось в диапазоне от 0,20% до 1,30%, чтобы обеспечить нужную способность к закаливанию и препятствовать возникновению мартенситной структуры, которая наносит вред износостойкости или ударной вязкости.Si is an important element in terms of deoxidation. In addition, Si is an element that increases the hardness (strength) of the rail head by hardening the solid solution in the ferrite phase of the pearlite structure. In addition, Si is an element that prevents the formation of pro-eutectoid cementite structures in hypereutectoid steels, thereby reducing the impact strength. However, in the case when the amount of Si is less than 0.05%, it is impossible to expect such effects to a sufficient degree. In addition, in the case where the amount of Si exceeds 2.00%, a number of surface defects occur during hot rolling and the weldability is impaired due to the occurrence of oxides. In addition, the hardenability increases markedly and a martensitic structure arises, which damages the wear resistance and toughness of the rails. Therefore, the amount of Si is limited so that it is in the range from 0.05% to 2.00%. In this case, it is preferable that the amount of Si be in the range from 0.20% to 1.30%, in order to provide the necessary hardenability and to prevent the occurrence of a martensitic structure, which is detrimental to wear resistance or toughness.

Mn является элементом, который увеличивает способность к закаливанию и уменьшает расстояние между пластинками перлита, за счет чего обеспечивается твердость перлитной структуры и улучшается износостойкость. Однако в случае, когда количество Mn менее 0,05%, такие эффекты становятся небольшими, и становится трудным обеспечить износостойкость, необходимую для рельсов. В дополнение к этому, в случае, когда количество Mn превышает 2,00%, заметно увеличивается способность к закаливанию и легко может возникнуть мартенситная структура, которая наносит вред износостойкости или ударной вязкости. Поэтому количество добавляемого Mn ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 0,05% до 2,00%. При этом предпочтительно, чтобы количество Mn находилось в диапазоне от 0,40% до 1,30%, чтобы обеспечить способность к закаливанию и препятствовать возникновению мартенситной структуры, которая наносит вред износостойкости или ударной вязкости.Mn is an element that increases the ability to harden and reduces the distance between the perlite plates, which ensures the hardness of the pearlite structure and improves wear resistance. However, in the case where the amount of Mn is less than 0.05%, such effects become small and it becomes difficult to provide the wear resistance required for the rails. In addition, in the case where the amount of Mn exceeds 2.00%, the hardening ability increases markedly and a martensitic structure can easily arise, which is detrimental to wear resistance or toughness. Therefore, the amount of added Mn is limited so that it is in the range from 0.05% to 2.00%. In this case, it is preferable that the amount of Mn be in the range from 0.40% to 1.30% in order to provide hardenability and to prevent the occurrence of a martensitic structure, which is detrimental to wear resistance or toughness.

Р является элементом, неизбежно присутствующим в сталях. Количество Р имеет взаимосвязь с ударной вязкостью и, если количество Р увеличивается, перлитная структура охрупчивается из-за охрупчивания ферритных фаз и легко может возникнуть хрупкое разрушение, то есть разрушение рельса. Поэтому количество Р желательно является небольшим, чтобы улучшить ударную вязкость. В результате экспериментального исследования взаимосвязи между прочностью на удар и количеством Р было обнаружено, что в случае, когда количество Р было уменьшено до 0,0150% или менее, сегрегация Р заметно снижается, подавляется охрупчивание перлитной структуры, которая была местом начала разрушения, и за счет этого существенно повышалась прочность на удар. Исходя из этих результатов, количество Р ограничивают таким образом, чтобы оно составляло не более 0,0150%. Нижний предел количества Р не задается, однако при реальном производстве рельсов с учетом способности к дефосфорации в ходе процесса рафинирования нижним пределом считается приблизительно 0,0020%.P is an element inevitably present in steels. The amount of P has a relationship with toughness and, if the amount of P increases, the pearlite structure is brittle due to embrittlement of the ferrite phases and brittle fracture, i.e., rail fracture, can easily occur. Therefore, the amount of P is desirably small in order to improve toughness. As a result of an experimental study of the relationship between impact strength and the amount of P, it was found that in the case when the amount of P was reduced to 0.0150% or less, the segregation of P is noticeably reduced, the embrittlement of the pearlite structure, which was the starting point of fracture, is suppressed, and due to this, the impact strength was significantly increased. Based on these results, the amount of P is limited so that it is not more than 0.0150%. The lower limit of the amount of P is not specified, however, in real rail production, taking into account the ability to dephosphorize during the refining process, approximately 0.0020% is considered the lower limit.

В то же время обработка с целью снижения количества Р (уменьшения количества Р) сопровождается не только увеличением затрат на рафинирование, но также и снижением производительности. В результате, по соображениям экономической эффективности предпочтительно, чтобы количество Р находилось в диапазоне от 0,0030% до 0,0100%, чтобы устойчивым образом повысить прочность на удар.At the same time, processing in order to reduce the amount of P (reduce the amount of P) is accompanied not only by an increase in refining costs, but also by a decrease in productivity. As a result, for reasons of economic efficiency, it is preferable that the amount of P be in the range from 0.0030% to 0.0100% in order to stably increase the impact strength.

S является элементом, неизбежно присутствующим в сталях. Количество S имеет взаимосвязь с ударной прочностью, и если количество S увеличивается, то из-за укрупнения MnS или увеличения плотности MnS возникает концентрация напряжений, из-за чего легко может произойти хрупкое разрушение, то есть повреждение рельса. Поэтому желательно, чтобы количество S было небольшим, чтобы улучшить ударную вязкость. В результате экспериментального исследования взаимосвязи между прочностью на удар и количеством S было обнаружено, что, если количество S было снижено до 0,0100% или менее, уменьшалось количество возникающих включений на основе сульфида Mn, которые были местом начала разрушения, и, кроме того, можно было препятствовать охрупчиванию перлитной структуры за счет препятствования вытягиванию включений на основе сульфида Mn или измельчения включений на основе сульфида Mn, благодаря добавлению Ca, Zr или Mg. В результате, значительно повышалась прочность на удар. Исходя из этих результатов, количество S ограничивают таким образом, чтобы оно составляло не более 0,0100%. Нижний предел количества S не задается, однако при реальном производстве рельсов с учетом способности к десульфурации в ходе процесса рафинирования нижним пределом считается приблизительно 0,0010%.S is an element inevitably present in steels. The amount of S is related to the impact strength, and if the amount of S increases, stress concentration arises due to the enlargement of MnS or an increase in the density of MnS, which can easily cause brittle failure, i.e. damage to the rail. Therefore, it is desirable that the amount of S be small in order to improve the toughness. As a result of an experimental study of the relationship between impact strength and amount of S, it was found that if the amount of S was reduced to 0.0100% or less, the number of arising inclusions based on Mn sulfide, which were the starting point of fracture, was reduced, and, in addition, it was possible to prevent embrittlement of the pearlite structure by preventing the stretching of Mn sulfide-based inclusions or grinding of Mn sulfide-based inclusions by adding Ca, Zr or Mg. As a result, the impact strength was significantly increased. Based on these results, the amount of S is limited so that it is not more than 0.0100%. The lower limit of the amount of S is not set, however, in real rail production, taking into account the desulfurization ability during the refining process, approximately 0.0010% is considered the lower limit.

В то же время обработка для снижения количества S (уменьшения количества S) сопровождается не только увеличением затрат при рафинировании, но также и снижением производительности. В результате, по соображениям экономической эффективности предпочтительно, чтобы количество S составляло не более 0,0060%, чтобы препятствовать возникновению вытянутых включений на основе сульфида Mn и устойчивым образом повысить прочность на удар.At the same time, processing to reduce the amount of S (decrease the amount of S) is accompanied not only by an increase in refining costs, but also by a decrease in productivity. As a result, for reasons of economic efficiency, it is preferable that the amount of S be no more than 0.0060% in order to prevent the occurrence of elongated inclusions based on Mn sulfide and to stably increase the impact strength.

Вместе с тем, чтобы дополнительно повысить прочность на удар, предпочтительно, чтобы количество S находилось в диапазоне от 0,0020% до 0,0035%, чтобы устойчивым образом возникали мелкие включения на основе сульфида Mn, которые закрепляют аустенитную структуру, и чтобы препятствовать возникновению вытянутых включений на основе сульфида Mn.However, in order to further increase the impact strength, it is preferable that the amount of S be in the range from 0.0020% to 0.0035%, so that small inclusions based on Mn sulfide that sustain the austenitic structure occur stably, and to prevent the occurrence of elongated inclusions based on Mn sulfide.

Ca является раскисляющим и обессеривающим элементом, и при добавлении Ca возникают скопления оксидов и сульфидов кальция (CaO-CaS). Эти скопления работают как зародыши для возникновения включений на основе сульфида Mn, поэтому после горячей прокатки подавляется вытягивание включений на основе сульфида Mn. Кроме того, из этих скоплений как зародышей образуются включения на основе сульфида Mn наноразмера (при использовании скоплений как зародышей). Ca является элементом, обладающим подобными функциями. В случае, когда количество Ca менее 0,0005%, такие эффекты становятся небольшими, и скопления не могут в достаточной степени работать как зародыши для возникновения включений на основе сульфида Mn. В случае, когда количество Ca превышает 0,0200%, количество независимого твердого CaO, который не работает как зародыш для включений на основе сульфида Mn, увеличивается в зависимости от количества кислорода в стали. В результате, в значительной степени ухудшается ударная вязкость рельсовой стали. Поэтому количество Ca ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 0,0005% до 0,0200%.Ca is a deoxidizing and desulfurizing element, and when Ca is added, accumulations of calcium oxides and sulfides (CaO-CaS) occur. These clusters act as nuclei for the appearance of Mn sulfide-based inclusions, therefore, after hot rolling, the stretching of Mn sulfide-based inclusions is suppressed. In addition, inclusions based on Mn sulfide of nanoscale (when using clusters as nuclei) are formed from these clusters as nuclei. Ca is an element with similar functions. In the case when the amount of Ca is less than 0.0005%, such effects become small, and the clusters cannot sufficiently function as nuclei for the appearance of inclusions based on Mn sulfide. In the case where the amount of Ca exceeds 0.0200%, the amount of independent solid CaO, which does not work as a nucleus for Mn sulfide-based inclusions, increases depending on the amount of oxygen in the steel. As a result, the toughness of the rail steel is significantly deteriorated. Therefore, the amount of Ca is limited so that it is in the range from 0.0005% to 0.0200%.

При этом предпочтительно, чтобы количество Ca находилось в диапазоне от 0,0015% до 0,0150%, чтобы повысить прочность на удар за счет устойчивого подавления возникновения вытянутых включений на основе сульфида Mn и заблаговременного подавления возникновения твердого CaO, который не работает как зародыш для включений на основе сульфида Mn и наносит вред ударной вязкости. Вместе с тем, чтобы дополнительно повысить прочность на удар, необходимо устойчивым образом создавать мелкие включения на основе сульфида Mn, которые закрепляют аустенитную структуру, с целью препятствовать укрупнению включений на основе сульфида Mn. Таким образом, более предпочтительно, чтобы количество Ca находилось в диапазоне от 0,0020% до 0,0080%.Moreover, it is preferable that the amount of Ca be in the range from 0.0015% to 0.0150% in order to increase the impact strength by stably suppressing the occurrence of elongated inclusions based on Mn sulfide and suppressing in advance the occurrence of solid CaO, which does not work as a nucleus for Mn sulfide-based inclusions and detrimental to toughness. At the same time, in order to further increase the impact strength, it is necessary to sustainably create small inclusions based on Mn sulfide, which fix the austenitic structure, in order to prevent the enlargement of inclusions based on Mn sulfide. Thus, it is more preferable that the amount of Ca be in the range from 0.0020% to 0.0080%.

Как описано выше, S и Ca создают скопления оксидов и сульфидов (CaO-CaS). Эти скопления работают как зародыши для включений на основе сульфида Mn, поэтому скопления в значительной степени влияют на вытягивание включений на основе сульфида Mn. Таким образом, важно управлять количеством S и количеством Ca. С учетом этих обстоятельств была проведена тестовая выплавка сталей с различным количеством S и Ca и была проведена тестовая горячая прокатка. В результате, было обнаружено, что в случае, когда отношения количества Ca к количеству S (S/Ca) находились в пределах конкретного диапазона, возникало подходящее число оксидов и сульфидов Ca, которые распределялись в мелкой форме, за счет этого было возможно дополнительно препятствовать вытягиванию включений на основе сульфида Mn после горячей прокатки.As described above, S and Ca create accumulations of oxides and sulfides (CaO-CaS). These clusters act as nuclei for Mn sulfide-based inclusions; therefore, clusters significantly affect the elongation of Mn sulfide-based inclusions. Thus, it is important to control the amount of S and the amount of Ca. In view of these circumstances, test smelting of steels with different amounts of S and Ca was carried out and test hot rolling was carried out. As a result, it was found that in the case where the ratio of the amount of Ca to the amount of S (S / Ca) was within a specific range, a suitable number of Ca oxides and sulfides appeared, which were distributed in a fine form, due to this it was possible to further prevent stretching Mn sulfide-based inclusions after hot rolling.

Если говорить конкретно, в случае, когда значение S/Ca меньше 0,45, количество независимого твердого CaO, который не работает как зародыш для включений на основе сульфида Mn, слегка увеличивается. В результате, существуют ситуации, когда ударная вязкость рельсовых сталей ухудшается. В случае, когда значение S/Ca превышает 3,00, число скоплений сульфидов (CaO-CaS), которые работают как зародыши для включений на основе сульфида Mn, уменьшается, что способствует вытягиванию этих включений. В результате, существуют ситуации, когда ударная вязкость рельсовых сталей ухудшается. Поэтому предпочтительно, чтобы отношение S/Ca находилось в диапазоне от 0,45 до 3,00.Specifically, in the case where the S / Ca value is less than 0.45, the amount of independent solid CaO that does not work as a nucleus for Mn sulfide-based inclusions increases slightly. As a result, there are situations where the toughness of rail steels deteriorates. In the case where the S / Ca value exceeds 3.00, the number of sulfide accumulations (CaO-CaS) that act as nuclei for Mn sulfide-based inclusions decreases, which contributes to the elongation of these inclusions. As a result, there are situations where the toughness of rail steels deteriorates. Therefore, it is preferred that the S / Ca ratio is in the range of 0.45 to 3.00.

В настоящем изобретении в предпочтительном случае используется одно или оба из следующего: Mg и Zr.In the present invention, one or both of the following is preferably used: Mg and Zr.

Mg является раскисляющим элементом, который в основном связывается с О с образованием комплекса из мелких оксидов (MgO) и сульфидов (MgS) наноразмера. Из комплексов как зародышей образуются включения на основе сульфида Mn наноразмера (при использовании комплексов как зародышей). В результате подавляется рост зерна аустенитной структуры после горячей прокатки и за счет этого измельчается структура рельсовой стали. В результате можно улучшить ударную вязкость перлитной структуры. Однако в случае, когда количество Mg меньше 0,0005%, возникшее количество комплексов мелких оксидов (MgO) и сульфидов (MgS) является небольшим, поэтому невозможно получить в достаточной степени эффект подавления роста зерна аустенитной структуры после горячей прокатки. В случае когда количество Mg превышает 0,0200%, возникают крупные оксиды Mg, поэтому ухудшается ударная вязкость рельсов, и одновременно в крупных оксидах возникает усталостное разрушение. Поэтому количество Mg ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 0,0005% до 0,0200%.Mg is a deoxidizing element that mainly binds to O to form a complex of nanosized fine oxides (MgO) and sulfides (MgS). From complexes as nuclei, inclusions based on Mn sulfide of the nanosize are formed (when using complexes as nuclei). As a result, the grain growth of the austenitic structure after hot rolling is suppressed, and due to this, the rail steel structure is crushed. As a result, the toughness of the pearlite structure can be improved. However, in the case when the amount of Mg is less than 0.0005%, the resulting number of complexes of small oxides (MgO) and sulfides (MgS) is small, therefore it is impossible to sufficiently obtain the effect of suppressing grain growth of the austenitic structure after hot rolling. In the case when the amount of Mg exceeds 0.0200%, large Mg oxides arise, therefore, the toughness of the rails deteriorates, and fatigue failure occurs in large oxides at the same time. Therefore, the amount of Mg is limited so that it is in the range from 0.0005% to 0.0200%.

При этом предпочтительно, чтобы количество Mg находилось в диапазоне от 0,0010% до 0,0050%, чтобы повысить прочность на удар путем обеспечения на достаточном уровне возникающего количества мелких оксидов (MgO), которые закрепляют аустенитную структуру, а также возникающего количества комплексов из оксидов (MgO) и сульфидов (MgS), которые образуют включения на основе сульфида Mn наноразмера, и путем подавления на достаточном уровне возникновения крупных оксидов, которые наносят вред усталостной прочности.In this case, it is preferable that the amount of Mg be in the range from 0.0010% to 0.0050% in order to increase the impact strength by ensuring that the amount of small oxides (MgO) that secures the austenitic structure and the number of complexes of oxides (MgO) and sulfides (MgS), which form inclusions based on Mn sulfide of nanoscale, and by suppressing at a sufficient level the occurrence of large oxides that damage fatigue strength.

Zr является раскисляющим элементом, который в основном связывается с О с образованием мелких оксидов (ZrO₂) наноразмера. Эти оксиды распределяются равномерно и в мелкой форме, и, кроме того, из этих оксидов как зародышей образуются включения на основе сульфида Mn наноразмера (при использовании оксидов как зародышей). В результате подавляется рост зерна аустенитной структуры после горячей прокатки, за счет чего измельчается структура рельсовой стали. В результате можно улучшить ударную вязкость перлитной структуры. Однако в случае, когда количество Zr меньше 0,0005%, возникающее количество мелких оксидов (ZrO₂) является небольшим, поэтому невозможно получить в достаточной степени эффект подавления роста зерна аустенитной структуры после горячей прокатки. В случае, когда количество Zr превышает 0,0100%, возникают крупные оксиды Zr, из-за чего ухудшается ударная вязкость рельсов, и одновременно в крупных выделившихся фазах возникает усталостное разрушение. Поэтому количество добавляемого Zr ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 0,0005% до 0,0100%.Zr is a deoxidizing element that mainly binds to O to form small oxides (ZrO ₂ ) of nanoscale size. These oxides are distributed evenly and in small form, and, in addition, inclusions based on Mn sulfide of nanoscale are formed from these oxides as nuclei (when using oxides as nuclei). As a result, the grain growth of the austenitic structure after hot rolling is suppressed, due to which the structure of rail steel is crushed. As a result, the toughness of the pearlite structure can be improved. However, in the case when the amount of Zr is less than 0.0005%, the resulting amount of small oxides (ZrO ₂ ) is small, therefore it is not possible to sufficiently obtain the effect of suppressing grain growth of the austenitic structure after hot rolling. In the case when the amount of Zr exceeds 0.0100%, large Zr oxides appear, due to which the toughness of the rails deteriorates, and fatigue failure occurs in large precipitated phases. Therefore, the amount of Zr added is limited so that it is in the range from 0.0005% to 0.0100%.

При этом предпочтительно, чтобы количество Mg находилось в диапазоне от 0,0010% до 0,0050%, чтобы повысить прочность на удар путем обеспечения на достаточном уровне возникающего количества мелких оксидов (ZrO₂), которые закрепляют аустенитную структуру, и возникающего количества оксидов (ZrO₂), которые образуют включения на основе сульфида Mn наноразмера, а также путем подавления на достаточном уровне возникновения крупных оксидов, которые наносят вред усталостной прочности.In this case, it is preferable that the amount of Mg be in the range from 0.0010% to 0.0050% in order to increase the impact strength by providing at a sufficient level the arising amount of small oxides (ZrO ₂ ), which fix the austenitic structure, and the arising amount of oxides ( ZrO ₂ ), which form inclusions based on Mn sulfide of nanoscale, as well as by suppressing at a sufficient level the occurrence of large oxides that damage fatigue strength.

Если необходимо, рельсы, изготовленные с описанным выше химическим составом, в предпочтительном случае содержат один или более элементов, выбираемых из группы, состоящей из Co, Cr, Mo, V, Nb, B, Cu, Ni, Ti, Al и N, с целью улучшения твердости (прочности) перлитной структуры или проэвтектоидной ферритной структуры, улучшения ударной вязкости, предотвращения размягчения в зонах теплового воздействия при сварке и управления распределением твердости в сечении головки рельса.If necessary, rails made with the chemical composition described above preferably contain one or more elements selected from the group consisting of Co, Cr, Mo, V, Nb, B, Cu, Ni, Ti, Al and N, s the purpose of improving the hardness (strength) of a pearlite structure or pro-eutectoid ferrite structure, improving toughness, preventing softening in heat affected zones during welding and controlling the distribution of hardness in the section of the rail head.

Ниже будут рассмотрены основные цели добавления указанных выше элементов и получаемые эффекты.Below we will consider the main goals of adding the above elements and the resulting effects.

Co измельчает пластинчатую структуру в контактной поверхности качения и уменьшает диаметр зерна феррита, благодаря чему увеличивается износостойкость перлитной структуры. Cr и Mo повышают температуру равновесного превращения и, в основном, уменьшают расстояние между пластинками перлита, благодаря чему обеспечивается твердость перлитной структуры. V и Nb создают карбиды и нитриды в процессе горячей прокатки и процессе последующего охлаждения, что препятствует росту зерен аустенита. Кроме того, V и Nb выделяются в виде фаз и повышают твердость ферритной структуры и перлитной структуры, благодаря чему улучшаются ударная вязкость и твердость перлитной структуры. В дополнение к этому, V и Nb создают карбиды и нитриды устойчивым образом, благодаря чему предотвращается размягчение зон теплового воздействия сварных соединений.Co grinds the lamellar structure in the contact surface of the rolling element and reduces the diameter of the ferrite grain, thereby increasing the wear resistance of the pearlite structure. Cr and Mo increase the equilibrium transformation temperature and, basically, reduce the distance between the pearlite plates, which ensures the hardness of the pearlite structure. V and Nb create carbides and nitrides during the hot rolling process and the subsequent cooling process, which prevents the growth of austenite grains. In addition, V and Nb stand out as phases and increase the hardness of the ferrite structure and pearlite structure, thereby improving the toughness and hardness of the pearlite structure. In addition, V and Nb create carbides and nitrides in a sustainable manner, which prevents the softening of the heat affected zones of welded joints.

В снижает зависимость температуры превращения в перлит от скорости охлаждения, благодаря чему распределение твердости в головке рельса становится равномерным. Cu способна растворяться в твердом растворе в ферритной структуре и в ферритной фазе перлитной структуры, благодаря чему увеличивается твердость перлитной структуры. Ni улучшает ударную вязкость и твердость ферритной структуры и перлитной структуры, и одновременно Ni предотвращает размягчение зон теплового воздействия сварных соединений. Ti измельчает структуру в зонах теплового воздействия при сварке и предотвращает охрупчивание зон теплового воздействия сварных соединений. Al повышает температуру эвтектоидного превращения до более высокого уровня и увеличивает твердость перлитной структуры. N выделяется по границам зерен аустенита, благодаря чему ускоряется превращение в перлит. В дополнение к этому, N уменьшает размер перлитных блоков, благодаря чему улучшается ударная вязкость.In reduces the dependence of the temperature of transformation into perlite on the cooling rate, so that the distribution of hardness in the rail head becomes uniform. Cu is able to dissolve in solid solution in the ferrite structure and in the ferrite phase of the pearlite structure, thereby increasing the hardness of the pearlite structure. Ni improves the toughness and hardness of the ferrite structure and pearlite structure, while Ni prevents softening of the heat affected zones of welded joints. Ti grinds the structure in the heat-affected zones during welding and prevents embrittlement of the heat-affected zones of welded joints. Al increases the eutectoid transformation temperature to a higher level and increases the hardness of the pearlite structure. N is released along the boundaries of austenite grains, due to which the conversion to perlite is accelerated. In addition to this, N reduces the size of the pearlite blocks, thereby improving toughness.

Ниже подробно будет рассмотрена причина, по которой ограничивают количества этих компонентов.Below, we will consider in detail the reason why the quantities of these components are limited.

Co способен растворяться в твердом растворе в ферритной фазе перлитной структуры. За счет этого происходит дальнейшее измельчение мелкой ферритной структуры, возникающей при контакте с колесами на контактной поверхности качения головки рельса и, как результат, улучшается износостойкость. В случае когда количество Co меньше 0,01%, измельчение ферритной структуры не достигается, поэтому невозможно ожидать эффекта улучшения износостойкости. В дополнение к этому, даже в случае, когда количество Co превышает 1,00%, указанный выше эффект достигает насыщения, поэтому измельчение ферритной структуры, соответствующее добавленному количеству Co, не достигается. К тому же, увеличение затрат при добавлении легирующих элементов снижает экономическую эффективность. Поэтому количество Co ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 0,01% до 1,00%.Co is able to dissolve in solid solution in the ferrite phase of the pearlite structure. Due to this, further grinding of the fine ferritic structure occurs, which occurs upon contact with the wheels on the contact surface of the rolling of the rail head and, as a result, the wear resistance is improved. In the case where the amount of Co is less than 0.01%, grinding of the ferritic structure is not achieved, therefore, it is impossible to expect the effect of improving wear resistance. In addition, even when the amount of Co exceeds 1.00%, the above effect reaches saturation, therefore, grinding of the ferritic structure corresponding to the added amount of Co is not achieved. In addition, the increase in costs when adding alloying elements reduces economic efficiency. Therefore, the amount of Co is limited so that it is in the range from 0.01% to 1.00%.

Cr увеличивает температуру равновесного превращения и, следовательно, Cr измельчает ферритную структуру и перлитную структуру, поэтому Cr способствует увеличению твердости (прочности). В то же время Cr упрочняет фазу цементита, благодаря чему улучшается твердость (прочность) перлитной структуры. Однако в случае, когда количество Cr меньше 0,01%, такой эффект становится небольшим, и эффект улучшения твердости рельсовой стали не наблюдается вообще. В случае когда Cr добавляют в количестве более 2,00%, что является чрезмерным, увеличивается способность к закаливанию и возникает мартенситная структура. Из-за чего в угловых участках и верхнем участке головки происходит растрескивание, начинающееся в мартенситной структуре, и, в результате, ухудшается стойкость к поверхностным повреждениям. Поэтому количество Cr ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 0,01% до 2,00%.Cr increases the equilibrium transformation temperature and, therefore, Cr grinds the ferrite structure and pearlite structure, so Cr contributes to an increase in hardness (strength). At the same time, Cr strengthens the cementite phase, thereby improving the hardness (strength) of the pearlite structure. However, in the case when the amount of Cr is less than 0.01%, this effect becomes small, and the effect of improving the hardness of the rail steel is not observed at all. In the case where Cr is added in an amount of more than 2.00%, which is excessive, the hardenability increases and a martensitic structure occurs. Because of this, cracking occurs in the corner portions and the upper portion of the head, starting in the martensitic structure, and, as a result, the resistance to surface damage deteriorates. Therefore, the amount of Cr is limited so that it is in the range from 0.01% to 2.00%.

Mo, аналогично Cr, увеличивает температуру равновесного превращения и, следовательно, Mo измельчает ферритную структуру и перлитную структуру, поэтому Mo способствует увеличению твердости (прочности). Таким образом, Mo является элементом, который улучшает твердость (прочность). Однако в случае когда количество Mo меньше 0,01%, такой эффект становится небольшим, и эффект улучшения твердости рельсовых сталей не наблюдается вообще. В случае когда Mo добавляют в количестве более 0,50%, что чрезмерно, скорость превращения заметно снижается. Из-за этого в угловых участках и верхнем участке головки происходит растрескивание, начинающееся в мартенситной структуре, и, в результате, ухудшается стойкость к поверхностным повреждениям. Поэтому количество Mo ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 0,01% до 0,50%.Mo, like Cr, increases the equilibrium transformation temperature and, therefore, Mo grinds the ferritic structure and pearlite structure, therefore Mo contributes to an increase in hardness (strength). Thus, Mo is an element that improves hardness (strength). However, in the case when the amount of Mo is less than 0.01%, this effect becomes small, and the effect of improving the hardness of rail steels is not observed at all. In the case when Mo is added in an amount of more than 0.50%, which is excessive, the conversion rate is markedly reduced. Because of this, cracking occurs in the corner portions and the upper portion of the head, starting in the martensitic structure, and, as a result, the resistance to surface damage deteriorates. Therefore, the amount of Mo is limited so that it is in the range from 0.01% to 0.50%.

V измельчает зерна аустенита из-за эффекта закрепления со стороны карбидов и нитридов V в случае, когда термическую обработку проводят при высоких температурах. Кроме того, V увеличивает твердость (прочность) ферритной структуры и перлитной структуры из-за дисперсионного упрочнения за счет карбидов и нитридов V, возникающих в процессе охлаждения после горячей прокатки, и одновременно V улучшает ударную вязкость. V является элементом, действенно обеспечивающим эти эффекты. В дополнение к этому, в областях теплового воздействия, которые повторно нагреваются до температуры в диапазоне Ac1 или менее, V является элементом, эффективно предотвращающим размягчение зон теплового воздействия сварных соединений за счет создания карбидов и нитридов V в диапазоне относительно высоких температур. Однако в случае, когда количество V менее 0,005%, такой эффект нельзя ожидать на достаточном уровне, и улучшение твердости и ударной вязкости ферритной структуры и перлитной структуры не наблюдается. В случае когда количество V превышает 0,50%, дисперсионное упрочнение за счет карбидов и нитридов V становится чрезмерным, и ударная вязкость ферритной структуры и перлитной структуры ухудшается. Из-за чего в угловых участках и верхнем участке головки происходит растрескивание и, в результате, ухудшается стойкость к поверхностным повреждениям. Поэтому количество V ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 0,005% до 0,50%.V grinds austenite grains due to the effect of fixing from the carbides and nitrides of V in the case when the heat treatment is carried out at high temperatures. In addition, V increases the hardness (strength) of the ferrite structure and pearlite structure due to dispersion hardening due to V carbides and nitrides arising in the cooling process after hot rolling, and at the same time V improves toughness. V is an element that effectively provides these effects. In addition, in heat-affected areas that are reheated to a temperature in the range of Ac1 or less, V is an element that effectively prevents the softening of the heat-affected zones of welded joints by creating V carbides and nitrides in the relatively high temperature range. However, in the case when the amount of V is less than 0.005%, this effect cannot be expected at a sufficient level, and no improvement in the hardness and toughness of the ferrite structure and pearlite structure is observed. In the case where the amount of V exceeds 0.50%, the dispersion hardening due to carbides and nitrides of V becomes excessive, and the toughness of the ferrite structure and pearlite structure deteriorates. Because of this, cracking occurs in the corner portions and the upper portion of the head and, as a result, the resistance to surface damage deteriorates. Therefore, the amount of V is limited so that it is in the range from 0.005% to 0.50%.

Nb, аналогично V, измельчает зерна аустенита из-за эффекта закрепления со стороны карбидов и нитридов Nb в случае, когда термическую обработку проводят при высоких температурах. Кроме того, Nb увеличивает твердость (прочность) ферритной структуры и перлитной структуры из-за дисперсионного упрочнения за счет карбидов и нитридов Nb, возникающих в процессе охлаждения после горячей прокатки, и одновременно Nb улучшает ударную вязкость. Nb является элементом, действенно обеспечивающим эти эффекты. В дополнение к этому, в областях теплового воздействия, которые повторно нагреваются до температуры в диапазоне Ac1 или менее, Nb является элементом, эффективно предотвращающим размягчение зон теплового воздействия сварных соединений за счет устойчивого создания карбидов и нитридов Nb от диапазона низких температур до диапазона высоких температур. Однако в случае, когда количество Nb менее 0,002%, такого эффекта нельзя ожидать, и улучшения твердости и ударной вязкости ферритной структуры и перлитной структуры не наблюдается. В случае когда количество Nb превышает 0,050%, дисперсионное упрочнение за счет карбидов и нитридов Nb становится чрезмерным, и ударная вязкость ферритной структуры и перлитной структуры ухудшается. Из-за чего в угловых участках и верхнем участке головки происходит растрескивание и, в результате, ухудшается стойкость к поверхностным повреждениям. Поэтому количество Nb ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 0,002% до 0,050%.Nb, like V, grinds austenite grains due to the effect of fixing on the side of Nb carbides and nitrides in the case when the heat treatment is carried out at high temperatures. In addition, Nb increases the hardness (strength) of the ferrite structure and pearlite structure due to dispersion hardening due to Nb carbides and nitrides that occur during cooling after hot rolling, and at the same time Nb improves toughness. Nb is an element that effectively provides these effects. In addition, in heat-affected areas that are reheated to a temperature in the range of Ac1 or less, Nb is an element that effectively prevents the softening of the heat-affected zones of welded joints by stably creating Nb carbides and nitrides from the low temperature range to the high temperature range. However, in the case when the amount of Nb is less than 0.002%, this effect cannot be expected, and no improvement in the hardness and toughness of the ferrite structure and pearlite structure is observed. When the amount of Nb exceeds 0.050%, the dispersion hardening due to Nb carbides and nitrides becomes excessive, and the toughness of the ferrite structure and pearlite structure deteriorates. Because of this, cracking occurs in the corner portions and the upper portion of the head and, as a result, the resistance to surface damage deteriorates. Therefore, the amount of Nb is limited so that it is in the range from 0.002% to 0.050%.

B образует борокарбиды железа (Fe₂₃(CB)₆) по границам зерен аустенита и ускоряет превращение в перлит. Этот эффект ускорения превращения в перлит уменьшает зависимость температуры превращения в перлит от скорости охлаждения, благодаря чему достигается более равномерное распределение твердости от поверхностной зоны головки до внутренней области рельса. В результате чего можно увеличить срок службы рельса. В случае когда количество B меньше 0,0001%, эти эффекты недостаточны и улучшения распределения твердости в головке рельса не наблюдается. В случае когда количество В превышает 0,0050%, возникают крупные борокарбиды железа, из-за чего ударная вязкость ухудшается. Поэтому количество В ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 0,0001% до 0,0050%.B forms borocarbides of iron (Fe ₂₃ (CB) ₆ ) along the austenite grain boundaries and accelerates the conversion to perlite. This effect of accelerating the conversion to perlite reduces the dependence of the temperature of conversion to perlite on the cooling rate, thereby achieving a more uniform distribution of hardness from the surface zone of the head to the inner region of the rail. As a result, you can increase the service life of the rail. In the case where the amount of B is less than 0.0001%, these effects are insufficient and no improvement in the distribution of hardness in the rail head is observed. In the case when the amount of B exceeds 0.0050%, large iron borocarbides occur, due to which the toughness deteriorates. Therefore, the amount of B is limited so that it is in the range from 0.0001% to 0.0050%.

Cu является элементом, который способен растворяться в твердом растворе в ферритной структуре и ферритной фазе перлитной структуры, и Cu улучшает твердость (прочность) перлитной структуры благодаря твердорастворному упрочнению. В случае когда количество Cu меньше 0,01%, этих эффектов нельзя ожидать. В случае когда количество Cu превышает 1,00%, из-за заметного улучшения способности к закаливанию возникает мартенситная структура, которая наносит вред ударной вязкости. Из-за этого в угловых участках и верхнем участке головки происходит растрескивание и, в результате, ухудшается стойкость к поверхностным повреждениям. Поэтому количество Cu ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 0,01% до 1,00%.Cu is an element that is capable of dissolving in a solid solution in a ferrite structure and a ferrite phase of a pearlite structure, and Cu improves the hardness (strength) of the pearlite structure due to solid solution hardening. In the case where the amount of Cu is less than 0.01%, these effects cannot be expected. In the case where the amount of Cu exceeds 1.00%, a martensitic structure arises due to a marked improvement in the hardenability, which damages the toughness. Because of this, cracking occurs in the corner portions and the upper portion of the head and, as a result, the resistance to surface damage deteriorates. Therefore, the amount of Cu is limited so that it is in the range from 0.01% to 1.00%.

Ni является элементом, который улучшает ударную вязкость ферритной структуры и перлитной структуры, и одновременно Ni увеличивает твердость (прочность) за счет твердорастворного упрочнения. Кроме того, Ni выделяется в виде мелкой фазы интерметаллического соединения Ni₃Ti, которое является комплексным соединением с Ti, в зонах теплового воздействия при сварке, благодаря чему за счет дисперсионного упрочнения подавляется размягчение. В случае когда количество Ni менее 0,01%, эти эффекты чрезвычайно малы. В случае когда количество Ni превышает 1,00%, ударная вязкость ферритной структуры и перлитной структуры заметно ухудшается. Из-за этого в угловых участках и верхнем участке головки происходит растрескивание и, в результате, ухудшается стойкость к поверхностным повреждениям. Поэтому количество Ni ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 0,01% до 1,00%.Ni is an element that improves the toughness of a ferrite structure and pearlite structure, and at the same time Ni increases hardness (strength) due to solid solution hardening. In addition, Ni is precipitated as a small phase of the intermetallic compound Ni ₃ Ti, which is a complex compound with Ti, in the heat affected zones during welding, due to which, softening is suppressed due to dispersion hardening. In the case where the amount of Ni is less than 0.01%, these effects are extremely small. In the case where the amount of Ni exceeds 1.00%, the toughness of the ferrite structure and the pearlite structure deteriorates markedly. Because of this, cracking occurs in the corner portions and the upper portion of the head and, as a result, the resistance to surface damage deteriorates. Therefore, the amount of Ni is limited so that it is in the range from 0.01% to 1.00%.

Ti является элементом, который эффективно измельчает структуру в зонах теплового воздействия, которые нагреваются до диапазона аустенита, за счет использования того факта, что карбиды и нитриды Ti, которые выделяются в виде фазы во время повторного нагрева при сварке, не плавятся, поэтому Ti предотвращает охрупчивание участков сварных соединений. Однако в случае когда количество Ti меньше 0,0050%, эти эффекты являются небольшими, а в случае когда количество Ti превышает 0,0500%, возникают крупные карбиды и нитриды Ti, из-за чего ухудшается ударная вязкость рельса. В то же время из-за крупных выделившихся фаз возникает усталостное разрушение. Поэтому количество Ti ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 0,0050% до 0,050%.Ti is an element that effectively grinds the structure in heat-affected zones that heat up to the austenite range due to the fact that Ti carbides and nitrides that precipitate as a phase during reheating during welding do not melt, so Ti prevents embrittlement sections of welded joints. However, in the case when the amount of Ti is less than 0.0050%, these effects are small, and in the case when the amount of Ti exceeds 0.0500%, coarse Ti carbides and nitrides occur, due to which the toughness of the rail deteriorates. At the same time, fatigue failure occurs due to large precipitated phases. Therefore, the amount of Ti is limited so that it is in the range from 0.0050% to 0.050%.

Al является важным раскисляющим элементом. В дополнение к этому, Al является элементом, который поднимает температуру эвтектоидного превращения до более высокого уровня, и Al способствует увеличению твердости (прочности) перлитной структуры. В случае когда количество Al составляет 0,0100% или менее, эти эффекты являются небольшими. В случае когда количество Al превышает 1,00%, становится трудным обеспечить растворимость Al в твердом растворе в стали, из-за чего возникают крупные включения на основе оксида алюминия. Из-за этого ухудшается ударная вязкость рельса, и одновременно из-за крупных выделившихся фаз происходит усталостное разрушение. Кроме того, во время сварки образуются оксиды, из-за чего заметно ухудшается свариваемость. Соответственно, количество Al ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от более 0,0100% до 1,00%.Al is an important deoxidizing element. In addition, Al is an element that raises the eutectoid transformation temperature to a higher level, and Al contributes to an increase in the hardness (strength) of the pearlite structure. In the case where the amount of Al is 0.0100% or less, these effects are small. In the case where the amount of Al exceeds 1.00%, it becomes difficult to ensure the solubility of Al in the solid solution in steel, which results in large inclusions based on alumina. Because of this, the toughness of the rail deteriorates, and at the same time, fatigue failure occurs due to large precipitated phases. In addition, oxides are formed during welding, due to which weldability is noticeably impaired. Accordingly, the amount of Al is limited so that it is in the range from more than 0.0100% to 1.00%.

N выделяется по границам зерен аустенита, благодаря чему N ускоряет превращение в феррит и превращение в перлит, начинающееся на границах зерен аустенита. В результате размер перлитных блоков в основном уменьшается, благодаря чему можно улучшить ударную вязкость. Однако в случае когда количество N меньше 0,0060%, эти эффекты являются небольшими. В случае когда количество N превышает 0,0200%, становится трудно обеспечить растворимость N в твердом растворе в стали. В результате возникают пузырьки газа, работающие как места начала усталостного разрушения, из-за чего внутри головки рельса возникает усталостное разрушение. Поэтому количество N ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 0,0060% до 0,0200%.N is released along the boundaries of austenite grains, due to which N accelerates the conversion to ferrite and the conversion to perlite, which begins at the boundaries of austenite grains. As a result, the size of the pearlite blocks is generally reduced, so that toughness can be improved. However, in the case where the amount of N is less than 0.0060%, these effects are small. In the case where the amount of N exceeds 0.0200%, it becomes difficult to ensure the solubility of N in the solid solution in steel. As a result, gas bubbles arise that act as the places where fatigue fracture begins, due to which fatigue fracture occurs inside the rail head. Therefore, the amount of N is limited so that it is in the range from 0.0060% to 0.0200%.

2. Причины, по которым ограничивают области и твердость перлитной структуры в поверхностной зоне 3а головки рельса.2. The reasons for limiting the area and hardness of the pearlite structure in the surface area 3a of the rail head.

Далее будут рассмотрены причины, по которым поверхностная зона 3а головки рельса содержит перлитную структуру, и твердость этой структуры ограничивают таким образом, чтобы она находилась в диапазоне от 320 до 500 HV.Next, we will consider the reasons why the surface area 3a of the rail head contains a pearlite structure, and the hardness of this structure is limited so that it is in the range from 320 to 500 HV.

Сначала будет рассмотрена причина, по которой твердость перлитной структуры ограничивают таким образом, чтобы она находилась в диапазоне от 320 до 500 HV.First, the reason why the hardness of the pearlite structure is limited so that it is in the range from 320 to 500 HV will be considered.

В данной системе компонентов в случае, когда твердость перлитной структуры меньше 320 HV, становится трудно обеспечить износостойкость поверхностной зоны 3а головки рельса, из-за чего срок службы рельса уменьшается. В дополнение к этому, на контактной поверхности качения происходит расслаивание из-за пластической деформации, из-за чего в значительной степени ухудшается стойкость к поверхностным повреждениям в поверхностной зоне 3а головки рельса. Помимо этого, в случае, когда твердость перлитной структуры превышает 500 HV, значительно ухудшается ударная вязкость перлитной структуры, из-за чего ухудшается стойкость к повреждениям в поверхностной зоне 3а головки рельса. Поэтому твердость перлитной структуры ограничивают таким образом, чтобы она находилась в диапазоне от 320 до 500 HV.In this component system, in the case where the hardness of the pearlite structure is less than 320 HV, it becomes difficult to provide wear resistance to the surface area 3a of the rail head, due to which the service life of the rail is reduced. In addition to this, delamination occurs on the contact surface due to plastic deformation, as a result of which the resistance to surface damage in the surface area 3a of the rail head is significantly impaired. In addition, in the case where the hardness of the pearlite structure exceeds 500 HV, the toughness of the pearlite structure is significantly deteriorated, as a result of which the resistance to damage in the surface zone 3a of the rail head is impaired. Therefore, the hardness of the pearlite structure is limited so that it is in the range from 320 to 500 HV.

Далее будет рассмотрена причина, по которой область, которая должна содержать перлитную структуру, имеющую твердость в диапазоне от 320 до 500 HV, ограничивают поверхностной зоной 3а головки стального рельса.Next, we will consider the reason why the region that should contain a pearlite structure having a hardness in the range from 320 to 500 HV is limited by the surface area 3a of the steel rail head.

В данном случае поверхностная зона 3а головки рельса, как показано на фиг.1, представляет собой зону, проходящую от поверхностей угловых участков 2 головки и верхнего участка 1 головки на глубину 10 мм (область с диагональной сплошной линией штриховки). Если перлитная структура, содержащая указанные выше компоненты, расположена в поверхностной зоне 3а головки, это препятствует абразивному износу при контакте с колесами, поэтому улучшается износостойкость рельса.In this case, the surface area 3a of the rail head, as shown in FIG. 1, is a zone extending from the surfaces of the corner sections 2 of the head and the upper section 1 of the head to a depth of 10 mm (a region with a diagonal solid hatching line). If the pearlite structure containing the above components is located in the surface area 3a of the head, this prevents abrasion upon contact with the wheels, and therefore, the wear resistance of the rail is improved.

В дополнение к этому, предпочтительно располагать перлитную структуру, имеющую твердость в диапазоне от 320 до 500 HV в зоне 3b, проходящей от поверхностей угловых участков 2 головки и верхнего участка 1 головки на глубину 20 мм, то есть, по меньшей мере, в области диагональной пунктирной штриховки, показанной на фиг.1. За счет этого износостойкость обеспечивается даже в случае, когда абразивный износ из-за контакта с колесами происходит на большей глубине внутри головки рельса, что позволяет увеличить срок службы рельсов. Таким образом, предпочтительно располагать перлитную структуру, имеющую твердость в диапазоне от 320 до 500 HV, на поверхности или в непосредственной близости от поверхности головки 3 рельса, с которой в основном контактируют колеса, а другие области могут иметь металлографическую структуру, отличающуюся от перлитной.In addition to this, it is preferable to arrange the pearlite structure having a hardness in the range of 320 to 500 HV in the zone 3b extending from the surfaces of the angular portions 2 of the head and the upper portion 1 of the head to a depth of 20 mm, that is, at least in the diagonal region dashed hatching shown in figure 1. Due to this, wear resistance is ensured even in the case when abrasive wear due to contact with the wheels occurs at a greater depth inside the rail head, which allows to increase the service life of the rails. Thus, it is preferable to arrange the pearlite structure having a hardness in the range of 320 to 500 HV on the surface or in the immediate vicinity of the surface of the rail head 3, with which the wheels are mainly in contact, and other regions may have a metallographic structure other than pearlite.

При этом в качестве способа создания перлитной структуры, имеющей твердость в диапазоне от 320 до 500 HV, на поверхности или в непосредственной близости от поверхности головки 3 рельса, как описано ниже, предпочтительно выполнять ускоренное охлаждение головки 3 рельса, содержащей аустенитную область с высокой температурой после горячей прокатки или повторного нагрева.Moreover, as a method of creating a pearlite structure having a hardness in the range from 320 to 500 HV, on the surface or in the immediate vicinity of the surface of the rail head 3, as described below, it is preferable to perform accelerated cooling of the rail head 3 containing an austenitic region with a high temperature after hot rolling or reheating.

Для головки 3 рельса в настоящем изобретении предпочтительно, чтобы по металлографической структуре ее поверхностная зона 3а или зона 3b, которая проходит на глубину 20 мм и включает поверхностную зону 3а головки, представляли собой описанную выше перлитную структуру. Однако в зависимости от химического состава рельса, а также условий термической обработки и способов изготовления, существуют ситуации, когда перлитная структура смешана с проэвтектоидной ферритной структурой, проэвтектоидной цементитной структурой, бейнитной структурой и мартенситной структурой в небольшом количестве, например, с долей площади 5% или менее. Даже в случае, когда описанные выше структуры содержатся на уровне 5% или менее, они не оказывают сильного неблагоприятного влияния на износостойкость и ударную вязкость головки 3 рельса. Таким образом, описанная выше перлитная структура может включать структуры, смешанные с проэвтектоидной ферритной структурой, проэвтектоидной цементитной структурой, бейнитной структурой и мартенситной структурой или тому подобным с долей площади 5% или менее.For the rail head 3 in the present invention, it is preferable that, according to the metallographic structure, its surface zone 3a or zone 3b, which extends to a depth of 20 mm and includes the surface zone 3a of the head, is the pearlite structure described above. However, depending on the chemical composition of the rail, as well as the heat treatment conditions and manufacturing methods, there are situations when the pearlite structure is mixed with a proeutectoid ferrite structure, a proeutectoid cementite structure, a bainitic structure, and a martensitic structure in a small amount, for example, with an area fraction of 5% or less. Even when the structures described above are kept at 5% or less, they do not have a strong adverse effect on the wear resistance and toughness of the rail head 3. Thus, the pearlite structure described above may include structures mixed with a pro-eutectoid ferritic structure, a pro-eutectoid cementite structure, a bainitic structure, and a martensitic structure or the like with an area fraction of 5% or less.

Другими словами, для головки 3 рельса в настоящем изобретении необходимо, чтобы по металлографической структуре ее поверхностная зона 3а или зона 3b, которая проходит на глубину 20 мм и включает поверхностную зону 3а головки на 95% или более, представляли собой описанный выше перлит, и предпочтительно, чтобы металлографическая структура головки на 98% или более представляла собой перлит, чтобы на достаточном уровне обеспечить износостойкость и ударную вязкость.In other words, for the rail head 3 in the present invention, it is necessary that the metallographic structure of its surface zone 3a or zone 3b, which extends to a depth of 20 mm and includes a surface zone 3a of the head 95% or more, is the perlite described above, and preferably so that the metallographic structure of the head is 98% or more perlite in order to provide sufficient wear resistance and toughness.

При этом в столбцах "Микроструктура" приведенных ниже Таблиц 1 и 2 указание "небольшое количество" означает содержание на уровне 5% или менее, а без указания "небольшое количество" подразумевается, что структуры, отличающиеся от перлитной, содержатся в количестве более 5% (за пределами диапазона, соответствующего настоящему изобретению).At the same time, in the Microstructure columns of Tables 1 and 2 below, the indication “small amount” means the content is at the level of 5% or less, and without the indication “small amount” it is understood that structures other than pearlite are contained in the amount of more than 5% ( outside the range of the present invention).

3. Причина, по которой ограничивают количество (на единицу площади) включений на основе сульфида Mn, имеющих основную ось (основной размер) в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм.3. The reason for limiting the number (per unit area) of Mn sulfide-based inclusions having a main axis (main size) in the range of 10 μm to 100 μm.

Далее будет подробно рассмотрена причина, по которой в настоящем изобретении длину основной оси (основной размер) включений на основе сульфида Mn, являющихся объектом оценки, в произвольном сечении, выбранном в направлении по длине, ограничивают таким образом, чтобы она находилась в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм.Next, we will consider in detail the reason why, in the present invention, the length of the main axis (main size) of Mn sulfide-based inclusions that are the subject of evaluation is limited in an arbitrary section selected in the length direction so that it is in the range from 10 μm up to 100 microns.

В результате исследования, касающегося длины основной оси включений на основе сульфида Mn и повреждения реальных рельсов (повреждений при реальной эксплуатации рельсов), при данной системе компонентов, было обнаружено, что разрушение рельсов возникало в концевых областях включений на основе сульфида Mn, где происходила концентрация напряжений. С учетом этих обстоятельств были проведены тестовая выплавка сталей с созданием в них включений на основе сульфида Mn, имеющих разную длину основной оси, и тестовая горячая прокатка. В результате было обнаружено, что имелась хорошая взаимосвязь между количеством включений на основе сульфида Mn, имеющих длину основной оси в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм, и стойкостью рельса к повреждениям. Как следствие, длину основной оси включений на основе сульфида Mn, которые подходят в качестве объектов оценки при подсчете количества, ограничивают таким образом, чтобы она находилась в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм.As a result of the study concerning the length of the main axis of Mn sulfide-based inclusions and damage to real rails (damage during actual operation of the rails), with this system of components, it was found that rail destruction occurred in the end regions of Mn sulfide-based inclusions where stress concentration occurred . In view of these circumstances, test smelting of steels was carried out with the creation of inclusions based on Mn sulfide with different lengths of the main axis and test hot rolling. As a result, it was found that there was a good relationship between the number of Mn sulfide-based inclusions having a main axis in the range of 10 μm to 100 μm and the rail resistance to damage. As a result, the length of the main axis of the Mn sulfide-based inclusions, which are suitable as objects of evaluation when counting the quantity, is limited so that it is in the range from 10 μm to 100 μm.

При этом включения на основе сульфида Mn, имеющие большую длину основной оси, в которых возникает заметная концентрация напряжений, оказывают существенное влияние на стойкость к повреждениям, а включения на основе сульфида Mn, имеющие маленькую длину основной оси, оказывают небольшое влияние на стойкость к повреждениям. Причем в стали, соответствующей настоящему изобретению, существует небольшое количество включений на основе сульфида Mn, имеющих длину, превышающую 100 мкм, которые не подходят для определения характеристик сталей. Кроме того, включения на основе сульфида Mn, имеющие длину менее 10 мкм, оказывают небольшое влияние на стойкость к повреждениям. Поэтому в качестве объектов оценки используются включения на основе сульфида Mn, имеющие указанную выше длину основной оси (основной размер).In this case, Mn sulfide-based inclusions having a large main axis length, in which a noticeable stress concentration occurs, have a significant impact on damage resistance, and Mn sulfide-based inclusions having a short main axis length have a small effect on damage resistance. Moreover, in the steel corresponding to the present invention, there is a small number of inclusions based on Mn sulfide having a length exceeding 100 μm, which are not suitable for characterizing steels. In addition, Mn sulfide-based inclusions having a length of less than 10 μm have little effect on damage resistance. Therefore, Mn sulfide-based inclusions having the above-mentioned length of the main axis (main size) are used as objects of evaluation.

Далее подробно будет рассмотрена причина, по которой количество (на единицу площади) включений на основе сульфида Mn, имеющих основной размер в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм в произвольном сечении, выбранном в направлении по длине (сечении, параллельном продольному направлению рельса), ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 10/мм² до 200/мм².Next, we will consider in detail the reason why the number (per unit area) of Mn sulfide-based inclusions having a main size in the range from 10 μm to 100 μm in an arbitrary section selected in the length direction (section parallel to the longitudinal direction of the rail) is limited so that it is in the range from 10 / mm ² to 200 / mm ² .

В случае когда общее количество (на единицу площади) включений на основе сульфида Mn, имеющих основной размер в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм, превышает 200/мм², при данной системе компонентов, количество включений на основе сульфида Mn становится чрезмерным, в результате чего увеличивается вероятность повреждения рельса из-за возникновения концентрации напряжений во включениях или в непосредственной близости от них. Даже с точки зрения механических характеристик стали невозможно повысить прочность на удар. В случае, когда общее количество (на единицу площади) включений на основе сульфида Mn, имеющих основной размер в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм, меньше 10/мм², при данной системе компонентов, заметно уменьшается число мест-ловушек, которые поглощают неизбежный водород, остающийся в стали. Таким образом, увеличивается вероятность появления водородных дефектов (водородного охрупчивания), из-за чего ухудшается стойкость рельса к повреждениям. В результате общее количество (на единицу площади) включений на основе сульфида Mn, имеющих основной размер в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм, ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 10/мм² до 200/мм².In the case when the total number (per unit area) of Mn sulfide-based inclusions having a main size in the range from 10 μm to 100 μm exceeds 200 / mm ² , with this system of components, the number of Mn sulfide-based inclusions becomes excessive, as a result which increases the likelihood of damage to the rail due to the occurrence of stress concentration in inclusions or in the immediate vicinity of them. Even in terms of the mechanical characteristics of the steel, it is impossible to increase the impact strength. In the case when the total number (per unit area) of Mn sulfide-based inclusions having a main size in the range from 10 μm to 100 μm, is less than 10 / mm ² , with this system of components, the number of trap sites that absorb the inevitable hydrogen remaining in steel. Thus, the likelihood of hydrogen defects (hydrogen embrittlement) is increased, due to which the rail resistance to damage deteriorates. As a result, the total number (per unit area) of Mn sulfide-based inclusions having a main size in the range of 10 μm to 100 μm is limited so that it is in the range of 10 / mm ² to 200 / mm ² .

При этом, для данного ограничения, включения на основе сульфида Mn представляют собой как включения на основе сульфида Mn, возникшие из скоплений оксидов и сульфидов кальция (CaO-CaS) как зародышей, так и другие включения на основе сульфида Mn в качестве объектов оценки.Moreover, for this limitation, Mn sulfide-based inclusions are both Mn sulfide-based inclusions arising from accumulations of calcium oxide and sulfide (CaO-CaS) as nuclei, and other Mn sulfide-based inclusions as objects of evaluation.

В дополнение к этому, что касается количества включений на основе сульфида Mn, как показано на фиг.3, образец берется из сечения, выбранного в направлении по длине головки 3 рельса, в которой происходит разрушение рельса, и проводится измерение этих включений. Срез в направлении по длине рельса каждого из взятых образцов подвергается зеркальной полировке, и включения на основе сульфида Mn изучаются в произвольном месте при помощи оптического микроскопа. Затем подсчитывается количество включений, имеющих размеры, ограниченные указанным выше образом, и рассчитывается количество на единицу площади сечения. Типичное значение для каждой рельсовой стали получают на основе среднего значения от количеств на единицу площади сечения для 20 таких просматриваемых полей. Место (область), используемое для исследования включений на основе сульфида Mn, конкретным образом не ограничивается, однако предпочтительно изучать область, проходящую от поверхности головки 3 рельса, которая работает как начальная точка повреждения, на глубину от 3 до 10 мм.In addition, with regard to the number of Mn sulfide-based inclusions, as shown in FIG. 3, a sample is taken from a section selected in the direction along the length of the rail head 3 in which the rail is destroyed, and these inclusions are measured. A slice in the direction along the rail length of each of the samples taken is subjected to mirror polishing, and inclusions based on Mn sulfide are studied in an arbitrary place using an optical microscope. Then, the number of inclusions having dimensions limited in the manner indicated above is calculated, and the number per unit cross-sectional area is calculated. A typical value for each rail steel is obtained based on the average of the quantities per unit cross-sectional area for 20 of these viewed fields. The location (region) used to study Mn sulfide-based inclusions is not specifically limited, however, it is preferable to study the region extending from the surface of the rail head 3, which acts as the starting point of damage, to a depth of 3 to 10 mm.

В дополнение к этому, чтобы устойчивым образом улучшить стойкость рельса к разрушению за счет дальнейшего снижения влияния включений на основе сульфида Mn, работающих как начальные точки разрушения, и за счет заблаговременного препятствования появлению водородных дефектов, предпочтительно управлять общим количеством (на единицу площади) включений на основе сульфида Mn, имеющих основной размер в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм, таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 20/мм² до 180/мм².In addition, in order to sustainably improve the resistance to damage of the rail by further reducing the influence of Mn sulfide-based inclusions acting as the starting points of failure, and by preventing the occurrence of hydrogen defects in advance, it is preferable to control the total number (per unit area) of inclusions per based on Mn sulfide having a main size in the range from 10 μm to 100 μm, so that it is in the range from 20 / mm ² to 180 / mm ² .

4. Причина, по которой ограничивают количество (на единицу площади) оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn, имеющих диаметр зерна в диапазоне от 5 нм до 100 нм.4. The reason for limiting the amount (per unit area) of Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions having grain diameters in the range of 5 nm to 100 nm.

В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы оксиды на основе Mg, оксиды Zr и включения на основе сульфида Mn, имеющие диаметр зерна в диапазоне от 5 нм до 100 нм, присутствовали в произвольном поперечном сечении из расчета на единицу площади в количестве от 500/мм² до 50000/мм².In the present invention, it is preferable that Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions having a grain diameter in the range of 5 nm to 100 nm are present in an arbitrary cross section per unit area in an amount of from 500 / mm ² to 50,000 / mm ² .

Далее будет подробно рассмотрена причина, по которой диаметр зерна оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn, являющихся объектом оценки, ограничивают таким образом, чтобы он находился в диапазоне от 5 нм до 100 нм.Next, we will consider in detail the reason why the grain diameter of Mg-based oxides, Zr oxides, and Mn sulfide-based inclusions that are the subject of evaluation is limited so that it is in the range from 5 nm to 100 nm.

В случае когда диаметр зерна оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn находится в диапазоне от 5 нм до 100 нм, если они возникают в аустенитной структуре, то по границам зерен обеспечивается достаточный эффект закрепления. Поэтому было обнаружено, что, без негативного влияния на стойкость рельса к повреждениям, как следствие, измельчалась перлитная структура, благодаря чему надежно улучшалась ударная вязкость. Поэтому диаметр зерна оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn, которые подходят в качестве объектов оценки, ограничивают таким образом, чтобы он находился в диапазоне от 5 нм до 100 нм.In the case where the grain diameter of Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions is in the range from 5 nm to 100 nm, if they arise in an austenitic structure, a sufficient fixing effect is provided along the grain boundaries. Therefore, it was found that, without negatively affecting the resistance of the rail to damage, as a result, the pearlite structure was crushed, thereby improving the toughness. Therefore, the grain diameter of Mg-based oxides, Zr oxides, and Mn sulfide-based inclusions that are suitable as evaluation objects is limited so that it is in the range of 5 nm to 100 nm.

При этом, что касается эффекта закрепления, чем больше присутствует включений, имеющих небольшой диаметр зерна, тем большим становится эффект. Однако, что касается оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn, имеющих диаметр зерна менее 5 нм, чрезвычайно трудно измерить их количество. В дополнение к этому, что касается оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn, имеющих диаметр зерна более 100 нм, указанный выше эффект закрепления не может быть получен. Таким образом, в качестве объектов оценки используются оксиды на основе Mg, оксиды Zr и включения на основе сульфида Mn, имеющие указанный выше диаметр зерна.Moreover, with regard to the effect of fixing, the more inclusions having a small grain diameter are present, the greater the effect becomes. However, with regard to Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions having a grain diameter of less than 5 nm, it is extremely difficult to measure their amount. In addition, with regard to Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions having a grain diameter of more than 100 nm, the above fixing effect cannot be obtained. Thus, Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions having the above grain diameter are used as objects of evaluation.

Далее, что касается предпочтительных конфигураций, будет подробно рассмотрена причина, по которой количество (число) (на мм²) оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn, имеющих диаметр зерна в диапазоне от 5 нм до 100 нм, в произвольном сечении в направлении по длине ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 500 до 50000.Further, with regard to preferred configurations, the reason why the amount (number) (per mm ² ) of Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions having a grain diameter in the range from 5 nm to 100 nm will be described in detail in arbitrary section in the direction along the length is limited so that it is in the range from 500 to 50,000.

В случае когда общее количество (на единицу площади) оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn, имеющих диаметр зерна в диапазоне от 5 нм до 100 нм, составляет менее 500/мм², в аустенитной структуре после горячей прокатки эффект закрепления не обеспечивается на достаточном уровне. В результате перлитная структура становится укрупненной, и ударная вязкость рельса не улучшается. В случае когда общее количество (на единицу площади) оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn, имеющих диаметр зерна в диапазоне от 5 нм до 100 нм, превышает 50000/мм², происходит чрезмерное выделение фаз, и перлитная структура становится хрупкой, из-за чего ударная вязкость рельса ухудшается. Поэтому общее количество (на единицу площади) оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn, имеющих диаметр зерна в диапазоне от 5 нм до 100 нм, ограничивают таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне от 500/мм² до 50000/мм².In the case when the total amount (per unit area) of Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions having a grain diameter in the range from 5 nm to 100 nm is less than 500 / mm ² , the effect in the austenitic structure after hot rolling fixing is not ensured at a sufficient level. As a result, the pearlite structure becomes coarsened, and the toughness of the rail does not improve. In the case where the total amount (per unit area) of Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions having a grain diameter in the range of 5 nm to 100 nm exceeds 50,000 / mm ² , an excessive phase separation occurs and the pearlite structure becomes brittle, due to which the toughness of the rail deteriorates. Therefore, the total amount (per unit area) of Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions having grain diameters in the range of 5 nm to 100 nm is limited so that it is in the range of 500 / mm ² to 50,000 / mm ² .

При этом, для данного ограничения, оксиды на основе Mg и оксиды Zr представляют собой оксиды, частично содержащие комплексные оксиды, такие как с сульфидом Mn или тому подобное. В дополнение к этому, включения на основе сульфида Mn представляют собой включения, возникшие из мелких оксидов, например, оксидов Mg, оксидов Zr, оксидов Ca или тому подобного, в качестве зародышей.Moreover, for this limitation, Mg-based oxides and Zr oxides are oxides partially containing complex oxides, such as with Mn sulfide or the like. In addition, Mn sulfide-based inclusions are inclusions arising from small oxides, for example Mg oxides, Zr oxides, Ca oxides or the like, as nuclei.

Диаметр зерна и количество оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn изучают и измеряют следующим образом. Сначала из произвольного поперечного сечения, показанного на фиг.4, берут тонкую пленку, и эту пленку изучают с использованием просвечивающего электронного микроскопа при увеличении от 50000 до 500000. Диаметр зерна выделившихся фаз получают путем измерения площади каждой выделившейся фазы при наблюдении и вычисления диаметра окружности, имеющей ту же площадь, что и выделившаяся фаза.The grain diameter and the amount of Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions are studied and measured as follows. First, a thin film is taken from the arbitrary cross-section shown in FIG. 4, and this film is examined using a transmission electron microscope at magnifications of 50,000 to 500,000. The grain diameter of the precipitated phases is obtained by measuring the area of each precipitated phase upon observation and calculating the diameter of the circle, having the same area as the precipitated phase.

Выделившиеся фазы изучают для 20 просматриваемых полей, подсчитывают количество выделившихся фаз, имеющих диаметр в заранее определенном диапазоне от 5 нм до 100 нм, и количество на единицу площади вычисляют на основе подсчитанного количества. Типичное значение для рельсовой стали получают на основе среднего значения для этих 20 просматриваемых полей. При этом место (область), используемое для исследования оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn, конкретным образом не ограничивается, однако предпочтительно изучать область, проходящую от поверхности поверхностной зоны 3а головки рельса на глубину от 3 мм до 10 мм, где необходима ударная вязкость.The released phases are studied for 20 fields viewed, the number of released phases having a diameter in a predetermined range of 5 nm to 100 nm is calculated, and the amount per unit area is calculated based on the calculated amount. A typical value for rail steel is obtained based on the average value for these 20 fields viewed. In this case, the place (region) used to study Mg-based oxides, Zr oxides, and Mn sulfide-based inclusions is not specifically limited, however, it is preferable to study the region extending from the surface of the surface zone 3a of the rail head to a depth of 3 mm to 10 mm where toughness is needed.

5. Способ изготовления рельсовой стали (рельса), соответствующей настоящему изобретению.5. A method of manufacturing a rail steel (rail) according to the present invention.

Способ изготовления рельсовой стали, соответствующей настоящему изобретению, которая имеет указанный выше химический состав и микроструктуру, конкретным образом не ограничивается, однако, в основном, рельсовую сталь изготавливают при помощи следующего способа. Сначала, чтобы получить расплавленную сталь, проводят выплавку с использованием обычной плавильной печи, такой как конвертерная печь, электрическая печь или тому подобное. Затем из расплавленной стали делают слитки или блюмовые заготовки, либо ее используют для выполнения непрерывного литья, чтобы получить блюмовую заготовку (стальной слиток) для прокатки. Кроме того, заготовку повторно нагревают до 1200°С или более, а затем ее подвергают горячей прокатке с несколькими проходами и формуют в рельсы. После этого проводят термическую обработку (повторный нагрев и охлаждение), чтобы изготовить рельс.A method of manufacturing a rail steel according to the present invention, which has the above chemical composition and microstructure, is not specifically limited, however, basically, rail steel is manufactured using the following method. First, in order to obtain molten steel, smelting is carried out using a conventional melting furnace, such as a converter furnace, an electric furnace, or the like. Then, ingots or bloom blanks are made from molten steel, or it is used to perform continuous casting to obtain a bloom blank (steel ingot) for rolling. In addition, the preform is reheated to 1200 ° C or more, and then it is subjected to hot rolling with several passes and formed into rails. After that, heat treatment (reheating and cooling) is carried out to make the rail.

В частности, на стадии существования горячего металла проводят общие десульфурацию и дефосфорацию (обработку для дефосфорации и десульфурации) и, кроме того, десульфурацию и дефосфорацию на достаточном уровне проводят в обычной плавильной печи, такой как конвертерная печь, электрическая печь или тому подобное (обработку для дефосфорации и десульфурации). Далее добавляют Ca, чтобы управлять включениями на основе сульфида Mn. Кроме того, при необходимости, добавляют Mg и Zr, чтобы распределить в мелкой форме оксиды наноразмера и включения на основе Mn.In particular, at the stage of existence of the hot metal, general desulfurization and dephosphorization (treatment for dephosphorization and desulfurization) is carried out and, moreover, desulfurization and dephosphorization are sufficiently carried out in a conventional melting furnace such as a converter furnace, an electric furnace or the like (processing for dephosphorization and desulfurization). Ca is then added to control Mn sulfide-based inclusions. In addition, if necessary, Mg and Zr are added in order to fine-disperse nanosized oxides and Mn-based inclusions.

Ниже будут приведены подробные условия изготовления.Detailed manufacturing conditions will be given below.

На стадии существования горячего металла предпочтительно проводить общую обработку для дефосфорации и обработку для десульфурации тщательным образом, чтобы обеспечить уменьшение количеств P и S.At the stage of existence of the hot metal, it is preferable to carry out a general treatment for dephosphorization and a treatment for desulfurization in a thorough manner so as to reduce the amounts of P and S.

Что касается десульфурации, предпочтительно добавлять CaO медленно и на достаточном уровне в ковш с чугуном (этап, предшествующий рафинированию в конвертерной печи) и выводить CaS как шлак.With regard to desulfurization, it is preferable to add CaO slowly and at a sufficient level to the ladle with cast iron (the stage prior to refining in a converter furnace) and to remove CaS as slag.

При этом добавление CaO представляет собой способ, выполняемый в случае, когда S удаляют из чугуна, имеющего чрезвычайно большое количество S. В отличие от добавления сплава CaO-Si, который добавляют, чтобы создать скопления оксидов и сульфидов кальция (CaO-CaS), как описано ниже, этот способ не оказывает влияния.Moreover, the addition of CaO is a method performed when S is removed from cast iron having an extremely large amount of S. In contrast to the addition of CaO-Si alloy, which is added to create accumulations of calcium oxides and sulfides (CaO-CaS), described below, this method has no effect.

Что касается дефосфорации, при рафинировании в конвертерной печи предпочтительно скачивать шлак в середине процесса рафинирования, чтобы предотвратить повторный переход Р из шлака, содержащего Р (P₂O₅ или тому подобное), который был отделен при дефосфорации.With regard to dephosphorization, when refining in a converter furnace, it is preferable to download slag in the middle of the refining process in order to prevent the re-transition of P from slag containing P (P ₂ O ₅ or the like) that was separated during dephosphorization.

Далее добавляют Ca, чтобы управлять включениями на основе сульфида Mn.Ca is then added to control Mn sulfide-based inclusions.

Предпочтительно добавлять Ca в процессе рафинирования перед литьем. Предпочтительным способом добавления Ca является либо добавление проволоки из сплава Ca (сплава Ca-Si или тому подобного), либо слитков из сплава Ca в ковш, либо введения порошка из сплава Ca.It is preferable to add Ca in the refining process before casting. The preferred method for adding Ca is either adding Ca alloy wire (Ca-Si alloy or the like), or Ca alloy ingots to the ladle, or introducing Ca alloy powder.

В качестве сплава Ca используют сплав Ca-Si (50Ca-50Si или тому подобное), сплав Fe-Si-Ca (Fe-30Si-30Ca или тому подобное) и сплав Ni-Ca (90Ni-10Ca или тому подобное). Так как давление паров Ca является высоким, если добавляется чистый Ca, происходит выплескивание расплавленной стали, либо шлак, находящийся на поверхности расплавленной стали, попадает в эту сталь, из-за чего снижается чистота расплавленной стали. В дополнение к этому, снижается усвоение. Как следствие, широко применяют добавление сплава Ca, например сплава Ca-Si. По сравнению с чистым Ca, активность в сплаве Ca снижается. Таким образом, в случае добавления сплава Ca испарение во время добавления становится относительно слабым, а также повышается усвоение.As the Ca alloy, a Ca-Si alloy (50Ca-50Si or the like), an Fe-Si-Ca alloy (Fe-30Si-30Ca or the like) and a Ni-Ca alloy (90Ni-10Ca or the like) are used. Since the vapor pressure of Ca is high, if pure Ca is added, the molten steel splashes out, or the slag located on the surface of the molten steel enters this steel, which reduces the purity of the molten steel. In addition to this, absorption is reduced. As a result, the addition of a Ca alloy, for example a Ca — Si alloy, is widely used. Compared to pure Ca, the activity in the Ca alloy is reduced. Thus, in the case of adding a Ca alloy, evaporation during addition becomes relatively weak, and absorption is also increased.

Чем ниже концентрация Ca в сплаве, тем в большей степени повышается усвоение и, кроме того, подавляется возникновение выплескивания во время добавления. Таким образом, предпочтительна низкая концентрация Ca в сплаве. Однако так как при низкой концентрации Ca содержатся и другие элементы, отличные от Ca (Si или тому подобное), необходимо тщательно подбирать состав сплава Ca.The lower the concentration of Ca in the alloy, the greater the uptake is and, moreover, the occurrence of spatter during addition is suppressed. Thus, a low concentration of Ca in the alloy is preferred. However, since other elements other than Ca (Si or the like) are contained at a low Ca concentration, it is necessary to carefully select the composition of the Ca alloy.

Чтобы предотвратить агрегирование или выделение скоплений оксидов и сульфидов кальция (CaO-CaS), предпочтительно перемешивать расплавленную сталь посредством барботирования Ar или тому подобным в ковше после добавления сплава Ca, чтобы распределение концентрации Ca стало равномерным и всплыли включения больших размеров. В случае когда количество расплавленной стали составляет 200 т или более, предпочтительно проводить перемешивание в течение приблизительно от 5 до 10 минут. Чрезмерное перемешивание вызывает агрегирование включений, из-за чего включения укрупняются. Таким образом, чрезмерное перемешивание не является предпочтительным.To prevent aggregation or precipitation of calcium oxide and sulfide (CaO-CaS), it is preferable to mix the molten steel by sparging Ar or the like in a ladle after adding the Ca alloy so that the Ca concentration distribution becomes uniform and large inclusions float. In the case where the amount of molten steel is 200 tons or more, it is preferable to stir for about 5 to 10 minutes. Excessive mixing causes aggregation of inclusions, due to which inclusions are enlarged. Thus, excessive mixing is not preferred.

С точки зрения обеспечения усвоения Ca выгодно добавлять сплав Ca на последней стадии процесса рафинирования. Ca можно добавлять в разливочное устройство при выполнении процесса литья, вместо процесса рафинирования. Необходимо регулировать скорость добавления сплава Ca в зависимости от производительности во время литья (объем литья в час). В этом случае, так как перемешивание расплавленной стали после добавления Ca проводят внутри разливочного устройства или литейной формы, равномерность концентрации Ca несколько ниже, чем в случае добавления Ca в ковш. Таким образом, предпочтительно перемешивать расплавленную сталь во время затвердевания при помощи электромагнитных сил или тому подобного, чтобы предотвратить агрегирование или выделение скоплений оксидов и сульфидов кальция (CaO-CaS) на этапе литья. В дополнение к этому предпочтительно оптимизировать форму литьевого сопла, чтобы управлять потоком расплавленной стали во время литья.From the point of view of providing assimilation of Ca, it is advantageous to add a Ca alloy at the last stage of the refining process. Ca can be added to the filling device during the casting process, instead of the refining process. It is necessary to adjust the rate of addition of the Ca alloy depending on the productivity during casting (casting volume per hour). In this case, since the mixing of the molten steel after the addition of Ca is carried out inside the casting device or the mold, the uniformity of the concentration of Ca is somewhat lower than in the case of adding Ca to the ladle. Thus, it is preferable to mix the molten steel during solidification by electromagnetic forces or the like in order to prevent aggregation or precipitation of calcium oxide and sulfide (CaO-CaS) in the casting step. In addition to this, it is preferable to optimize the shape of the injection nozzle in order to control the flow of molten steel during casting.

Кроме того, чтобы эффективным образом создавать CaS, имеющий высокую согласованность с включениями на основе сульфида Mn, предпочтительно регулировать количество кислорода в расплавленной стали, чтобы подавлять образование чрезмерного количества CaO. Чтобы регулировать количество кислорода заблаговременно, предпочтительно заблаговременно раскислять расплавленную сталь при помощи Al, Si или тому подобного.In addition, in order to efficiently create CaS having high consistency with Mn sulfide-based inclusions, it is preferable to control the amount of oxygen in the molten steel to suppress the formation of an excessive amount of CaO. In order to control the amount of oxygen in advance, it is preferable to deoxidize the molten steel in advance using Al, Si, or the like.

В дополнение к этому, чтобы распределять в мелкой форме оксиды наноразмера и включения на основе сульфида Mn, предпочтительно добавлять чистый металлический Mg, сплав Mg (Fe-Si-Mg, Fe-Mn-Mg, Fe-Si-Mn-Mg и Si-Mg) или сплав Zr (Fe-Si-Zr, Fe-Mn-Mg-Zr и Fe-Si-Mn-Mg-Zr) в ковш с расплавленной сталью при высоких температурах после общего рафинирования или в разливочное устройство во время литья. Кроме того, предпочтительно перемешивать расплавленную сталь во время затвердевания при помощи электромагнитных сил или тому подобного, чтобы предотвратить агрегирование или выделение на этапе литья. В дополнение к этому, предпочтительно оптимизировать форму литьевого сопла, чтобы управлять потоком расплавленной стали во время литья.In addition, in order to distribute the nanosized oxides and inclusions based on Mn sulfide in a fine form, it is preferable to add pure metal Mg, an Mg alloy (Fe-Si-Mg, Fe-Mn-Mg, Fe-Si-Mn-Mg and Si- Mg) or an alloy of Zr (Fe-Si-Zr, Fe-Mn-Mg-Zr and Fe-Si-Mn-Mg-Zr) in a ladle with molten steel at high temperatures after general refining or in a casting device during casting. In addition, it is preferable to mix the molten steel during solidification by electromagnetic forces or the like in order to prevent aggregation or precipitation during the casting step. In addition, it is preferable to optimize the shape of the injection nozzle in order to control the flow of molten steel during casting.

При этом, хотя порядок добавления Ca, Mg и Zr четко не указан, в случае высокоуглеродистой стали, содержащей небольшое количество кислорода, предпочтительно сначала добавлять Ca, имеющий относительно слабое сродство к кислороду, а затем добавлять Mg и Zr, имеющие более сильное сродство, чтобы создавать оксиды Ca, Mg и Zr с хорошей эффективностью.Moreover, although the order of addition of Ca, Mg and Zr is not clearly indicated, in the case of high-carbon steel containing a small amount of oxygen, it is preferable to first add Ca, which has a relatively weak affinity for oxygen, and then add Mg and Zr, which have a stronger affinity, so that create oxides of Ca, Mg and Zr with good efficiency.

При горячей прокатке температура, при которой выполняют окончательное формование, с учетом материала и обеспечения формы, предпочтительно находится в диапазоне от 900°С до 1000°С.In hot rolling, the temperature at which the final molding is carried out, taking into account the material and the shape, is preferably in the range of 900 ° C. to 1000 ° C.

В дополнение к этому, что касается термической обработки после горячей прокатки, предпочтительно выполнять ускоренное охлаждение головки 3 рельса при высоких температурах, при которых после горячей прокатки или повторного нагрева существуют аустенитные области, чтобы получить перлитную структуру с твердостью от 320 до 500 HV в головке 3 рельса. Что касается способа ускоренного охлаждения путем проведения термической обработки (и охлаждения) с использованием способа, описанного в Патентном документе 8 (Непроверенная заявка на японский патент №Н08-246100), Патентном документе 9 (Непроверенная заявка на японский патент №Н09-111352) или тому подобного, можно получить структуру и твердость в заранее определенных диапазонах.In addition, with regard to heat treatment after hot rolling, it is preferable to perform accelerated cooling of the rail head 3 at high temperatures at which austenitic regions exist after hot rolling or reheating in order to obtain a pearlite structure with a hardness of 320 to 500 HV in head 3 rail. Regarding the method of accelerated cooling by performing heat treatment (and cooling) using the method described in Patent Document 8 (Unverified Japanese Patent Application No. H08-246100), Patent Document 9 (Unverified Japanese Patent Application No. H09-111352) or the like similar, one can obtain structure and hardness in predetermined ranges.

В данном случае, чтобы выполнить термическую обработку с повторным нагревом после прокатки рельса, предпочтительно нагреть головку рельса или весь рельс при помощи пламени или индукционного нагрева.In this case, in order to perform heat treatment with reheating after rolling the rail, it is preferable to heat the rail head or the entire rail with a flame or induction heating.

ПримерыExamples

Далее будут рассмотрены примеры настоящего изобретения.Next will be considered examples of the present invention.

В таблицах 1-6 приведен химический состав протестированных рельсовых сталей. При этом остальными компонентами являются Fe и неизбежные примеси. Рельсовые стали, имеющие химический состав, приведенный в таблицах 1-6, были изготовлены следующим образом.Tables 1-6 show the chemical composition of the tested rail steels. The remaining components are Fe and inevitable impurities. Rail steels having the chemical composition shown in tables 1-6 were made as follows.

Дефосфорация и десульфурация были проведены на стадии существования чугуна, кроме того, дефосфорация и десульфурация на достаточном уровне были проведены в обычной плавильной печи, такой как конвертерная печь, электрическая печь или тому подобное, при получении расплавленной стали. Ca был добавлен в расплавленную сталь, чтобы управлять включениями на основе сульфида Mn, либо были дополнительно добавлены Mg и Zr, чтобы распределить в мелкой форме оксиды наноразмера и включения на основе сульфида Mn. Затем путем непрерывного литья был изготовлен стальной слиток, который был подвергнут горячей прокатке. После этого была проведена термическая обработка, чтобы получить рельс.Dephosphorization and desulfurization were carried out at the stage of the existence of cast iron, in addition, dephosphorization and desulfurization at a sufficient level were carried out in a conventional melting furnace, such as a converter furnace, an electric furnace, or the like, to produce molten steel. Ca was added to the molten steel to control Mn sulfide-based inclusions, or Mg and Zr were further added to fine-disperse nanosized oxides and Mn sulfide-based inclusions. Then, by continuous casting, a steel ingot was made, which was subjected to hot rolling. After that, heat treatment was carried out to obtain a rail.

Таблица 3Table 3 РельсRail СтальSteel Химический состав (% по массе)Chemical composition (% by weight) S/CaS / ca CC SiSi MnMn PP SS CaCa Mg, ZrMg, Zr Co, Cr, Mo, V, Nb, B, Cu, Ni, Ti, Al, NCo, Cr, Mo, V, Nb, B, Cu, Ni, Ti, Al, N Рельсовые стали по настоящему изобретениюRail steels of the present invention 2525 0,850.85 0,550.55 0,850.85 0,00600.0060 0,00800.0080 0,00500.0050 -- 1,601,60 2626 0,850.85 0,550.55 0,850.85 0,00600.0060 0,00800.0080 0,00500.0050 Mg:0,0040
Zr:0,0025Mg: 0.0040
Zr: 0.0025 1,601,60 2727 0,900.90 0,300.30 1,251.25 0,00500.0050 0,00950.0095 0,01400.0140 Zr:0,0050Zr: 0.0050 0,680.68 2828 0,900.90 0,300.30 1,251.25 0,00500.0050 0,00950.0095 0,01400.0140 Zr:0,0050Zr: 0.0050 Co:0,30Co: 0.30 0,680.68 2929th 0,950.95 0,950.95 0,800.80 0,00700.0070 0,00300.0030 0,00050,0005 -- Ti:0,01Ti: 0.01 6,006.00 30thirty 0,950.95 0,950.95 0,800.80 0,00700.0070 0,00300.0030 0,00300.0030 -- Ti:0,01Ti: 0.01 1,001.00 3131 0,950.95 0,950.95 0,800.80 0,00700.0070 0,00300.0030 0,00300.0030 Mg:0,0020
Zr:0,0030Mg: 0.0020
Zr: 0.0030 Ti:0,01Ti: 0.01 1,001.00 3232 0,950.95 0,250.25 1,201.20 0,00950.0095 0,00950.0095 0,01500.0150 -- Mo:0,02Mo: 0.02 0,630.63 3333 1,001.00 0,500.50 0,700.70 0,00400.0040 0,00800.0080 0,00090,0009 -- Cr:0,20Cr: 0.20 8,898.89 3434 1,001.00 0,500.50 0,700.70 0,00400.0040 0,00800.0080 0,00450.0045 -- Cr:0,20Cr: 0.20 1,781.78 3535 1,001.00 0,500.50 0,700.70 0,00400.0040 0,00800.0080 0,00450.0045 Mg:0,0050Mg: 0.0050 Cr:0,20Cr: 0.20 1,781.78 3636 1,051.05 0,100.10 0,900.90 0,00500.0050 0,00250.0025 0,01600.0160 -- Al:0,0080Al: 0.0080 0,160.16

Таблица 5Table 5 РельсRail СтальSteel Химический состав (% по массе)Chemical composition (% by weight) S/CaS / ca CC SiSi MnMn PP SS CaCa Mg, ZrMg, Zr Co, Cr, Mo, V, Nb, B, Cu, Ni, Ti, Al, NCo, Cr, Mo, V, Nb, B, Cu, Ni, Ti, Al, N Сравнительные рельсовые сталиComparative Rail Steel 4848 0,600.60 0,250.25 0,800.80 0,01000,0100 0,00500.0050 0,00200.0020 Mg:0,0020Mg: 0.0020 Cu:0,15Cu: 0.15 2,502,50 4949 1,301.30 0,250.25 0,800.80 0,01000,0100 0,00500.0050 0,00200.0020 Mg:0,0020Mg: 0.0020 Cu:0,15Cu: 0.15 2,502,50 50fifty 0,850.85 0,010.01 0,600.60 0,01200.0120 0,00700.0070 0,00800.0080 -- 0,880.88 5151 0,850.85 2,502,50 0,600.60 0,01200.0120 0,00700.0070 0,00800.0080 -- 0,880.88 5252 0,900.90 0,300.30 0,010.01 0,00600.0060 0,00400.0040 0,00600.0060 Mg:0,0020
Zr:0,0012Mg: 0.0020
Zr: 0.0012 Cr:0,25Cr: 0.25 0,670.67 5353 0,900.90 0,300.30 2,302,30 0,00600.0060 0,00400.0040 0,00600.0060 Mg:0,0020
Zr:0,0012Mg: 0.0020
Zr: 0.0012 Cr:0,25Cr: 0.25 0,670.67 5454 1,001.00 0,500.50 1,001.00 0,02500.0250 0,00300.0030 0,01000,0100 -- 0,300.30 5555 1,101.10 0,500.50 0,700.70 0,01500.0150 0,02400.0240 0,01200.0120 Zr:0,0015Zr: 0.0015 2,002.00 5656 0,950.95 0,950.95 0,800.80 0,00700.0070 0,00300.0030 0,00010.0001 -- Ti:0,01Ti: 0.01 30,0030.00 5757 0,950.95 0,950.95 0,800.80 0,00700.0070 0,00300.0030 0,03000,0300 -- Ti:0,01Ti: 0.01 0,100.10 5858 0,650.65 0,300.30 0,750.75 0,01600.0160 0,00500.0050 0,00350.0035 -- 1,431.43

Таблица 6Table 6 РельсRail СтальSteel Химический состав (% по массе)Chemical composition (% by weight) S/CaS / ca CC SiSi MnMn PP SS CaCa Mg, ZrMg, Zr Co, Cr, Mo, V, Nb, B, Cu, Ni, Ti, Al, NCo, Cr, Mo, V, Nb, B, Cu, Ni, Ti, Al, N Сравнительные рельсовые сталиComparative Rail Steel 5959 0,750.75 0,500.50 1,001.00 0,01800.0180 0,01500.0150 0,00040,0004 -- Nb:0,01Nb: 0.01 37,5037.50 6060 0,850.85 0,550.55 0,850.85 0,00600.0060 0,01200.0120 0,00500.0050 -- 2,402.40 6161 0,950.95 0,950.95 0,800.80 0,01700.0170 0,00300.0030 0,00020,0002 -- Ti:0,01Ti: 0.01 15,015.0 6262 1,051.05 0,100.10 0,900.90 0,00500.0050 0,00250.0025 0,02100.0210 -- Al:0,0080Al: 0.0080 0,120.12 6363 1,201.20 1,251.25 0,450.45 0,01900.0190 0,01300.0130 0,00350.0035 -- N:0,0090N: 0.0090 3,713.71 6464 0,650.65 0,300.30 0,450.45 0,00800.0080 0,00500.0050 0,00100.0010 -- 5,005.00 6565 1,201.20 0,500.50 0,450.45 0,00200.0020 0,00600.0060 0,00500.0050 -- N:0,0080N: 0.0080 1,201.20 6666 0,950.95 1,201.20 1,201.20 0,00700.0070 0,00300.0030 0,00800.0080 -- Ti:0,01Ti: 0.01 0,380.38 6767 0,850.85 0,300.30 0,300.30 0,00600.0060 0,00800.0080 0,00250.0025 -- 3,203.20 6868 1,051.05 1,001.00 1,351.35 0,00500.0050 0,00250.0025 0,00300.0030 -- Al:0,0080Al: 0.0080 0,830.83

а. Измерение количества включений на основе сульфида Mnbut. Measurement of the number of inclusions based on Mn sulfide

На фиг.3 показано место, в котором в рельсовой стали изучались включения на основе сульфида Mn, которые определены в пункте 1 Формулы изобретения.Figure 3 shows the place in which the inclusions based on Mn sulfide, which are defined in paragraph 1 of the claims, were studied in rail steel.

Как показано на фиг.3, в сечениях, выбираемых в направлении по длине получаемой рельсовой стали, образец был вырезан из области, проходящей от поверхности головки рельса на глубину от 3 до 10 мм, которая включает поверхностную зону 3а головки. Затем при помощи описанного выше способа было получено количество (на единицу площади) включений на основе сульфида Mn (включений/мм²), имеющих основной размер (длину основной оси) в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм.As shown in FIG. 3, in sections selected in the direction along the length of the obtained rail steel, the sample was cut from the region extending from the surface of the rail head to a depth of 3 to 10 mm, which includes the head surface zone 3a. Then, using the method described above, the number (per unit area) of Mn sulfide-based inclusions (inclusions / mm ² ) having a major size (main axis length) in the range from 10 μm to 100 μm was obtained.

b. Измерение количества включений на основе сульфида Mn, оксидов на основе Mg и оксидов Zrb. Measuring the number of inclusions based on Mn sulfide, Mg-based oxides and Zr oxides

На фиг.4 показано место, в котором в рельсовой стали изучались включения на основе сульфида Mn, оксиды на основе Mg и оксиды Zr, которые определены в пункте 2 Формулы изобретения.Figure 4 shows the place at which Mn sulfide-based inclusions, Mg-based oxides and Zr oxides, as defined in paragraph 2 of the claims, were studied in rail steel.

Как показано на фиг.4, в поперечных сечениях получаемой рельсовой стали образец был вырезан из области, проходящей от поверхности головки рельса на глубину от 3 до 10 мм, которая включает поверхностную зону 3а головки. Затем при помощи описанного выше способа было получено количество (на единицу площади) оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn (включений/мм²), имеющих диаметр зерна в диапазоне от 5 нм до 100 нм.As shown in FIG. 4, in cross sections of the obtained rail steel, the sample was cut from the region extending from the surface of the rail head to a depth of 3 to 10 mm, which includes the surface zone 3a of the head. Then, using the method described above, the amount (per unit area) of Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions (inclusions / mm ² ) having a grain diameter in the range from 5 nm to 100 nm was obtained.

с. Изучение микроструктуры и измерение твердости поверхностной зоны 3а головкиfrom. The study of the microstructure and measurement of hardness of the surface area 3A of the head

Образец был вырезан из области, находящейся на глубине 4 мм от поверхности головки 3 рельса. После чего изучаемая поверхность была отполирована, а затем была протравлена с использованием травильного раствора ниталь. Микроструктура на изучаемой поверхности исследовалась с использованием оптического микроскопа в соответствии с японским промышленным стандартом JIS G 0551.The sample was cut from an area located at a depth of 4 mm from the surface of the rail head 3. After that, the studied surface was polished and then etched using a nital etching solution. The microstructure on the studied surface was studied using an optical microscope in accordance with Japanese industrial standard JIS G 0551.

В дополнение к этому, в соответствии с японским промышленным стандартом JIS B7774 была измерена твердость вырезанного образца по Виккерсу. В данном случае твердость по Виккерсу измерялась путем вдавливания алмазного наконечника в образец с силой 98 Н (10 кгс). Твердость по Виккерсу в таблицах обозначена как "HV, 98 Н".In addition to this, in accordance with the Japanese industrial standard JIS B7774, the hardness of the cut sample was measured according to Vickers. In this case, the Vickers hardness was measured by pressing a diamond tip into a sample with a force of 98 N (10 kgf). Vickers hardness in the tables is designated as "HV, 98 N".

Полученные результаты приведены в таблицах 7-12. При этом в Таблицах столбец "Материал головки *1" относится к материалу в области, находящейся на глубине 4 мм от поверхности головки 3 рельса.The results are shown in tables 7-12. Moreover, in the Tables, the column "Head material * 1" refers to the material in the region located at a depth of 4 mm from the surface of the rail head 3.

Таблица 7Table 7 РельсRail СтальSteel Количество включений на основе сульфида Mn, имеющих основной размер в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм (/мм²)The number of inclusions based on Mn sulfide having a main size in the range from 10 μm to 100 μm (/ mm ² ) Количество оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn, имеющих диаметр зерна в диапазоне от 5 нм до 100 нм (/мм²)The amount of Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions having grain diameters in the range of 5 nm to 100 nm (/ mm ² ) Материал головки *1Head Material * 1 МикроструктураMicrostructure Твердость (HV, 98 Н)Hardness (HV, 98 N) Рельсовые стали по настоящему изобретениюRail steels of the present invention 1one 50fifty 38003800 Перлит + небольшое количество проэвтектоидного ферритаPerlite + a small amount of proeutectoid ferrite 320320 22 50fifty 38003800 Перлит + небольшое количество проэвтектоидного цементитаPerlite + a small amount of proeutectoid cementite 400400 33 100one hundred -- ПерлитPerlite 330330 4four 100one hundred -- Перлит + небольшое количество мартенситаPerlite + a small amount of martensite 460460 55 7070 56005600 ПерлитPerlite 320320 66 7070 56005600 Перлит + небольшое количество мартенситаPerlite + a small amount of martensite 460460 77 30thirty -- ПерлитPerlite 440440 88 30thirty -- ПерлитPerlite 440440 99 150150 35003500 ПерлитPerlite 420420 1010 30thirty 35003500 ПерлитPerlite 420420 11eleven 200200 -- ПерлитPerlite 430430 1212 1010 -- ПерлитPerlite 430430

Таблица 8Table 8 РельсRail СтальSteel Количество включений на основе сульфида Mn, имеющих основной размер в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм (/мм²)The number of inclusions based on Mn sulfide having a main size in the range from 10 μm to 100 μm (/ mm ² ) Количество оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn, имеющих диаметр зерна в диапазоне от 5 нм до 100 нм (/мм²)The amount of Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions having grain diameters in the range of 5 nm to 100 nm (/ mm ² ) Материал головки *1Head Material * 1 МикроструктураMicrostructure Твердость (HV, 98 Н)Hardness (HV, 98 N) Рельсовые стали по настоящему изобретениюRail steels of the present invention 1313 15fifteen -- ПерлитPerlite 350350 14fourteen 7070 -- ПерлитPerlite 350350 15fifteen 6060 68006800 ПерлитPerlite 350350 1616 100one hundred 40004000 ПерлитPerlite 350350 1717 1212 -- ПерлитPerlite 370370 18eighteen 190190 -- Перлит + небольшое количество бейнитаPerlite + a small amount of bainite 390390 1919 9090 -- Перлит + небольшое количество бейнитаPerlite + a small amount of bainite 390390 20twenty 8080 1700017000 Перлит + небольшое количество бейнитаPerlite + a small amount of bainite 390390 2121 180180 -- ПерлитPerlite 400400 2222 100one hundred -- ПерлитPerlite 400400 2323 20twenty -- ПерлитPerlite 400400 2424 180180 -- ПерлитPerlite 400400

Таблица 9Table 9 РельсRail СтальSteel Количество включений на основе сульфида Mn, имеющих основной размер в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм (/мм²)The number of inclusions based on Mn sulfide having a main size in the range from 10 μm to 100 μm (/ mm ² ) Количество оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn, имеющих диаметр зерна в диапазоне от 5 нм до 100 нм (/мм²)The amount of Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions having grain diameters in the range of 5 nm to 100 nm (/ mm ² ) Материал головки *1Head Material * 1 МикроструктураMicrostructure Твердость (HV, 98 Н)Hardness (HV, 98 N) Рельсовые стали по настоящему изобретениюRail steels of the present invention 2525 140140 -- ПерлитPerlite 400400 2626 130130 3000030000 ПерлитPerlite 400400 2727 170170 1800018000 ПерлитPerlite 420420 2828 170170 1900019000 ПерлитPerlite 420420 2929th 190190 -- ПерлитPerlite 430430 30thirty 140140 -- ПерлитPerlite 430430 3131 130130 1900019000 ПерлитPerlite 430430 3232 170170 -- Перлит + небольшое количество мартенситаPerlite + a small amount of martensite 450450 3333 195195 -- ПерлитPerlite 425425 3434 150150 -- ПерлитPerlite 425425 3535 130130 1500015,000 ПерлитPerlite 425425 3636 18eighteen -- ПерлитPerlite 375375

Таблица 10Table 10 РельсRail СтальSteel Количество включений на основе сульфида Mn, имеющих основной размер в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм (/мм²)The number of inclusions based on Mn sulfide having a main size in the range from 10 μm to 100 μm (/ mm ² ) Количество оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn, имеющих диаметр зерна в диапазоне от 5 нм до 100 нм (/мм²)The amount of Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions having grain diameters in the range of 5 nm to 100 nm (/ mm ² ) Материал головки *1Head Material * 1 МикроструктураMicrostructure Твердость (HV, 98 Н)Hardness (HV, 98 N) Рельсовые стали по настоящему изобретениюRail steels of the present invention 3737 100one hundred -- ПерлитPerlite 375375 3838 8080 2600026000 ПерлитPerlite 375375 3939 6060 635635 ПерлитPerlite 460460 4040 9090 12001200 ПерлитPerlite 445445 4141 8080 1300013000 ПерлитPerlite 445445 4242 50fifty 4500045000 ПерлитPerlite 445445 4343 120120 -- Перлит + небольшое количество проэвтектоидного цементитаPerlite + a small amount of proeutectoid cementite 500500 4444 150150 45004500 ПерлитPerlite 450450 4545 190190 -- Перлит + небольшое количество проэвтектоидного цементитаPerlite + a small amount of proeutectoid cementite 445445 4646 9090 -- Перлит + небольшое количество проэвтектоидного цементитаPerlite + a small amount of proeutectoid cementite 445445 4747 7070 1200012000 Перлит + небольшое количество проэвтектоидного цементитаPerlite + a small amount of proeutectoid cementite 445445

Таблица 11Table 11 РельсRail СтальSteel Количество включений на основе сульфида Mn, имеющих основной размер в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм (/мм²)The number of inclusions based on Mn sulfide having a main size in the range from 10 μm to 100 μm (/ mm ² ) Количество оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn, имеющих диаметр зерна в диапазоне от 5 нм до 100 нм (/мм²)The amount of Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions having grain diameters in the range of 5 nm to 100 nm (/ mm ² ) Материал головки *1Head Material * 1 МикроструктураMicrostructure Твердость (HV, 98 Н)Hardness (HV, 98 N) Сравнительные рельсовые сталиComparative Rail Steel 4848 50fifty 38003800 Перлит + проэвтектоидный феррит Perlite + proeutectoid ferrite 300300 4949 50fifty 38003800 Перлит + проэвтектоидный цементит Perlite + proeutectoid cementite 420420 50fifty 100one hundred -- ПерлитPerlite 310310 5151 100one hundred -- Перлит + мартенситPerlite + martensite 550550 5252 7070 56005600 ПерлитPerlite 280280 5353 7070 56005600 Перлит + мартенситPerlite + martensite 580580 5454 30thirty -- ПерлитPerlite 440440 5555 300300 -- ПерлитPerlite 420420 (количество включений увеличивается → ударная вязкость снижается)(number of inclusions increases → impact strength decreases) 5656 230230 -- ПерлитPerlite 430430 (количество включений увеличивается → ударная вязкость снижается)(number of inclusions increases → impact strength decreases) 5757 55 -- ПерлитPerlite 430430 (возникает CaO → ударная вязкость снижается)(CaO occurs → impact strength decreases) 5858 7070 -- ПерлитPerlite 350350

Таблица 12Table 12 РельсRail СтальSteel Количество включений на основе сульфида Mn, имеющих основной размер в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм (/мм)The number of inclusions based on Mn sulfide having a main size in the range from 10 μm to 100 μm (/ mm) Количество оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn, имеющих диаметр зерна в диапазоне от 5 нм до 100 нм (/мм²)The amount of Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions having grain diameters in the range of 5 nm to 100 nm (/ mm ² ) Материал головки *1Head Material * 1 МикроструктураMicrostructure Твердость, (HV, 98 Н)Hardness, (HV, 98 N) Сравнительные рельсовые сталиComparative Rail Steel 5959 220220 -- Перлит + небольшое количество бейнитаPerlite + a small amount of bainite 390390 (количество включений увеличивается → ударная вязкость снижается)(number of inclusions increases → impact strength decreases) 6060 140140 -- ПерлитPerlite 400400 6161 210210 -- ПерлитPerlite 430430 (количество включений увеличивается → ударная вязкость снижается)(number of inclusions increases → impact strength decreases) 6262 88 -- ПерлитPerlite 375375 (возникает CaO → ударная вязкость снижается)(CaO occurs → impact strength decreases) 6363 9090 -- Перлит + небольшое количество проэвтектоидного цементитаPerlite + a small amount of proeutectoid cementite 445445 6464 7070 -- Перлит + проэвтектоидный феррит Perlite + proeutectoid ferrite 320320 6565 9090 -- Перлит + проэвтектоидный цементит Perlite + proeutectoid cementite 370370 6666 140140 -- Перлит + мартенситPerlite + martensite 490490 6767 140140 -- ПерлитPerlite 300300 6868 100one hundred -- ПерлитPerlite 520520

d. Испытание на износd. Wear test

На фиг.5 показано место, из которого был взят образец для испытания на износ, а численные значения на чертеже демонстрируют размеры (мм).Figure 5 shows the place from which the sample was taken for wear testing, and the numerical values in the drawing show dimensions (mm).

Как показано на фиг.5, из области рельсовой стали, включающей поверхностную зону 3а головки, был вырезан испытываемый образец в форме диска. Затем, как показано на фиг.6, были подготовлены две расположенных напротив оси вращения, испытываемый образец в форме диска (испытываемый образец 4 рельса) был установлен на одной из осей вращения, а на другой оси вращения был установлен расположенный напротив материал 5. Испытываемый образец 4 рельса и расположенный напротив материал 5 были приведены в контакт в состоянии, при котором к испытываемому образцу 4 рельса была приложена заранее определенная нагрузка. В таком состоянии две оси вращения были приведены во вращение с заранее определенной скоростью при одновременном охлаждении испытываемого образца путем подачи сжатого воздуха из охлаждающей форсунки 6. После этого, спустя 700000 оборотов осей, было измерено уменьшение веса (степень абразивного износа) испытываемого образца 4 рельса.As shown in FIG. 5, a disc-shaped test sample was cut from a rail steel region including a head surface area 3a. Then, as shown in FIG. 6, two opposed rotational axes were prepared, the test sample in the form of a disk (test specimen 4 rails) was mounted on one of the rotation axes, and the opposite material 5 was installed on the other rotation axis. Test specimen 4 rails and the opposite material 5 were brought into contact in a state in which a predetermined load was applied to the test rail sample 4. In this state, the two axes of rotation were brought into rotation at a predetermined speed while cooling the test sample by supplying compressed air from the cooling nozzle 6. After that, after 700,000 revolutions of the axes, the weight reduction (degree of abrasion) of the test sample 4 of the rail was measured.

Условия испытания на износ приведены ниже.The wear test conditions are given below.

Машина для испытаний: Машина для испытаний на износ типа Nishihara (см. фиг.6);Testing machine: Nishihara type wear testing machine (see FIG. 6);

Форма испытываемого образца: Испытываемый образец в форме диска (внешний диаметр: 30 мм, толщина: 8 мм);Test Sample Shape: Disc-shaped test sample (Outer Diameter: 30 mm, Thickness: 8 mm);

Место, из которого взят испытываемый образец: на 2 мм ниже поверхности головки рельса (см. фиг.5);The place from which the test sample was taken: 2 mm below the surface of the rail head (see figure 5);

Нагрузка при испытании: 686 Н (давление на контактную поверхность 640 МПа);Test load: 686 N (pressure on the contact surface 640 MPa);

Коэффициент проскальзывания: 20%;Slippage coefficient: 20%;

Расположенный напротив материал: перлитная сталь (380 HV);Opposite material: pearlitic steel (380 HV);

Атмосфера: в атмосфере (воздух)Atmosphere: in the atmosphere (air)

Охлаждение: Принудительное охлаждение сжатым воздухом (расход: 100 н.л./мин) Cooling: Forced cooling with compressed air (flow rate: 100 Nl / min)

Число оборотов: 700000Speed: 700,000

e. Испытание головки на удар e. Head Impact Test

На фиг.7 показано место, из которого был взят испытываемый образец для испытания на удар.7 shows the place from which the test specimen was taken for impact testing.

Как показано на фиг.7, испытываемый образец был вырезан в направлении по ширине стального рельса (в поперечном сечении) таким образом, чтобы дно выемки было создано в области, включающей поверхностную зону 3а головки. Затем полученный испытываемый образец был подвергнут испытанию на удар в приведенных далее условиях, в результате чего была измерена прочность на удар (Дж/см²).As shown in FIG. 7, the test specimen was cut in the direction along the width of the steel rail (in cross section) so that the bottom of the recess was created in the region including the surface area 3a of the head. Then, the obtained test sample was subjected to an impact test under the following conditions, as a result of which the impact strength (J / cm ² ) was measured.

Машина для испытаний: Машина для испытаний на удар;Testing Machine: Impact Testing Machine;

Форма испытываемого образца: U-образная выемка 2 мм в образце по японскому промышленному стандарту JIS № 3;The shape of the test sample: U-shaped notch 2 mm in the sample according to Japanese industrial standard JIS No. 3;

Место, из которого взят испытываемый образец: на 2 мм ниже поверхности головки рельса (см. фиг.7);The place from which the test sample was taken: 2 mm below the surface of the rail head (see Fig. 7);

Температура испытания: обычная температура (20°С);Test temperature: normal temperature (20 ° C);

Полученные результаты приведены в таблицах 13-15. В данном случае в таблицах столбец "Результаты испытания на износ *2" относится к результатам описанного выше испытания на износ, а снижение веса (г) испытываемого образца 13 рельса выражено в виде степени абразивного износа. Столбец "Результаты испытания на удар *3" относится к результатам описанного выше испытания головки на удар, и в этом столбце приведены значения прочности на удар (Дж/см²). При этом большее значение прочности на удар (Дж/см²) означает более высокую ударную вязкость.The results are shown in tables 13-15. In this case, in the tables, the column “Wear Test Results * 2” refers to the results of the wear test described above, and the weight reduction (g) of the rail test specimen 13 is expressed as the degree of abrasion. The column "Impact test results * 3" refers to the results of the impact test described above, and this column shows the impact strength (J / cm ² ). Moreover, a greater value of impact strength (J / cm ² ) means a higher impact strength.

При данной оценке ситуация, когда степень абразивного износа составляла менее 1,5 г после 700000 оборотов, расценивалась как наличие отличной износостойкости. Так как значения прочности на удар, измеренные при 20°С, значительно изменяются с количеством углерода в стали, критерии, которые демонстрировали относительное качество характеристик, не были заданы, и относительное качество значений прочности на удар оценивалось для рельсовых сталей, содержащих одинаковое количество углерода.In this assessment, the situation when the degree of abrasive wear was less than 1.5 g after 700,000 rpm was regarded as having excellent wear resistance. Since the impact strength values measured at 20 ° C vary significantly with the amount of carbon in the steel, criteria that demonstrated the relative quality of the characteristics were not specified, and the relative quality of the impact strength was evaluated for rail steels containing the same amount of carbon.

Таблица 13Table 13 РельсRail СтальSteel Результаты испытания на износ *2,
(г, 700000 оборотов)Wear test results * 2,
(g, 700,000 rpm) Результаты испытания на удар *3Impact Test Results * 3 Прочность на удар,
(Дж/см²)Impact strength,
(J / cm ² ) Рельсовые стали по настоящему изобретениюRail steels of the present invention 1one 1,451.45 37,037.0 22 0,350.35 10,010.0 33 1,251.25 19,019.0 4four 1,101.10 17,017.0 55 1,001.00 16,016,0 66 0,910.91 14,514.5 77 0,620.62 12,512.5 88 0,630.63 16,016,0 99 0,460.46 11,311.3 1010 0,450.45 13,013.0 11eleven 0,800.80 13,013.0 1212 0,810.81 12,012.0 1313 1,351.35 33,033.0 14fourteen 1,331.33 34,534.5 15fifteen 1,371.37 38,538.5 1616 1,251.25 29,029.0 1717 1,221.22 26,026.0 18eighteen 1,181.18 25,025.0 1919 1,191.19 27,027.0 20twenty 1,181.18 31,031,0 2121 1,051.05 18,518.5 2222 1,041,04 19,519.5 2323 1,061.06 22,522.5 2424 0,950.95 19,519.5

Таблица 14Table 14 РельсRail СтальSteel Результаты испытания на износ *2
(г, 700000 оборотов)Wear Test Results * 2
(g, 700,000 rpm) Результаты испытания на удар *3Impact Test Results * 3 Прочность на удар
(Дж/см²)Impact strength
(J / cm ² ) Рельсовые стали по настоящему изобретениюRail steels of the present invention 2525 0,940.94 20,520.5 2626 0,940.94 25,025.0 2727 0,860.86 18,018.0 2828 0,700.70 18,518.5 2929th 0,750.75 14,014.0 30thirty 0,740.74 15,515,5 3131 0,750.75 18,518.5 3232 0,720.72 14,214.2 3333 0,600.60 12,512.5 3434 0,620.62 14,014.0 3535 0,600.60 16,016,0 3636 0,640.64 12,012.0 3737 0,630.63 13,513.5 3838 0,630.63 16,016,0 3939 0,450.45 13,513.5 4040 0,440.44 12,512.5 4141 0,430.43 14,014.0 4242 0,440.44 16,016,0 4343 0,300.30 11,011.0 4444 0,320.32 12,012.0 4545 0,250.25 10,010.0 4646 0,260.26 11,511.5 4747 0,270.27 14,014.0

Таблица 15Table 15 РельсRail СтальSteel Результаты испытания на износ *2,
(г, 700000 оборотов)Wear test results * 2,
(g, 700,000 rpm) Результаты испытания на удар *3Impact Test Results * 3 Прочность на удар,
(Дж/см²)Impact strength,
(J / cm ² ) Сравнительные рельсовые сталиComparative Rail Steel 4848 2,30 (значительный абразивный износ)2.30 (significant abrasive wear) 37,037.0 4949 0,300.30 5,0 (прочность на удар снижена)5.0 (impact strength reduced) 50fifty 1,65 (значительный абразивный износ)1.65 (significant abrasive wear) 18,018.0 5151 1,80 (значительный абразивный износ)1.80 (significant abrasive wear) 4,5 (прочность на удар снижена)4,5 (impact strength reduced) 5252 1,62 (значительный абразивный износ)1.62 (significant abrasive wear) 16,016,0 5353 1,90 (значительный абразивный износ)1.90 (significant abrasive wear) 4,0 (прочность на удар снижена)4.0 (impact strength reduced) 5454 0,620.62 9,09.0 5555 0,460.46 7,57.5 5656 0,750.75 9,59.5 5757 0,750.75 8,08.0 5858 1,351.35 29,029.0 5959 1,181.18 20,020,0 6060 0,950.95 14,014.0 6161 0,750.75 9,89.8 6262 0,640.64 9,09.0 6363 0,250.25 7,07.0 6464 2,00 (значительный абразивный износ)2.00 (significant abrasive wear) 35,035.0 6565 0,400.40 6,0 (прочность на удар снижена)6.0 (impact strength reduced) 6666 1,90 (значительный абразивный износ)1.90 (significant abrasive wear) 4,0 (прочность на удар снижена)4.0 (impact strength reduced) 6767 1,75 (значительный абразивный износ)1.75 (significant abrasive wear) 18,018.0 6868 0,400.40 7,0 (прочность на удар снижена)7.0 (impact strength reduced)

(1) Рельсы, соответствующие настоящему изобретению (47 рельсов), Сталь №№1-47(1) Rails corresponding to the present invention (47 rails), Steel No. 1-47

Сталь №№3, 4, 7, 8, 11-14, 17-19, 21-25, 29, 30, 32-34, 36, 37, 43, 45 и 46: рельсы с перлитной структурой, обладающие превосходными износостойкостью и ударной вязкостью, химический состав которых находится в пределах указанного выше ограниченного диапазона, соответствующего настоящему изобретению, и у которых упомянутое количество включений на основе сульфида Mn имеет основной размер (длину основной оси) в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм, микроструктура головки рельса и твердость находятся в пределах ограниченных диапазонов, соответствующих настоящему изобретению.Steel No. 3, 4, 7, 8, 11-14, 17-19, 21-25, 29, 30, 32-34, 36, 37, 43, 45 and 46: rails with pearlite structure, which have excellent wear resistance and impact strength, the chemical composition of which is within the above limited range corresponding to the present invention, and in which the mentioned number of inclusions based on Mn sulfide has a main size (length of the main axis) in the range from 10 μm to 100 μm, the rail head microstructure and hardness are within the limited ranges of the present invention.

Сталь №№1, 2, 5, 6, 9, 10, 15, 16, 20, 26-28, 31, 35, 38-42, 44 и 47: рельсы с перлитной структурой, обладающие превосходными износостойкостью и ударной вязкостью, химический состав которых находится в пределах указанного выше ограниченного диапазона, соответствующего настоящему изобретению, у которых упомянутое количество включений на основе сульфида Mn имеет основной размер (длину основной оси) в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм, и упомянутое количество оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn имеет диаметр зерна в диапазоне от 5 нм до 100 нм, микроструктура головки рельса и твердость находятся в пределах ограниченных диапазонов, соответствующих настоящему изобретению.Steel No. 1, 2, 5, 6, 9, 10, 15, 16, 20, 26-28, 31, 35, 38-42, 44 and 47: pearlite rails with excellent wear resistance and impact strength, chemical the composition of which is within the aforementioned limited range corresponding to the present invention, in which the aforementioned number of Mn sulfide-based inclusions has a main size (main axis length) in the range of 10 μm to 100 μm, and said amount of Mg-based oxides, Zr oxides and inclusions based on sulfide Mn has a grain diameter in the range from 5 nm to 100 nm, mic rail head structure and hardness are within the limited ranges of the present invention.

(2) Сравнительные рельсы (21 рельс), Сталь №№48-68(2) Comparative rails (21 rails), Steel No. 48-68

Сталь №№48-53: рельсы, у которых количества C, Si и Mn выходят за пределы диапазонов, соответствующих настоящему изобретению.Steel No. 48-53: rails in which the amounts of C, Si and Mn are outside the ranges corresponding to the present invention.

Сталь №№54-55: рельсы, у которых количества P и S выходят за пределы диапазонов, соответствующих настоящему изобретению.Steel No. 54-55: rails in which the quantities P and S are outside the ranges corresponding to the present invention.

Сталь №№56-57: рельсы, у которых количество Ca выходит за пределы диапазона, соответствующего настоящему изобретению.Steel No. 56-57: rails in which the amount of Ca is outside the range corresponding to the present invention.

Сталь №№58-63: рельсы, у которых количества P, S и Ca выходят за пределы диапазонов, соответствующих настоящему изобретению.Steel No. 58-63: rails in which the amounts of P, S and Ca are outside the ranges of the present invention.

Сталь №№64-66: рельсы, у которых химический состав находится в пределах диапазонов, соответствующих настоящему изобретению, однако микроструктура головки рельса не отвечает указанным выше признакам настоящего изобретения.Steel No. 64-66: rails in which the chemical composition is within the ranges corresponding to the present invention, however, the microstructure of the rail head does not meet the above characteristics of the present invention.

Сталь №№67-68: рельсы, у которых химический состав находится в пределах диапазонов, соответствующих настоящему изобретению, однако твердость головки рельса выходит за пределы указанного выше диапазона, соответствующего настоящему изобретению.Steel No. 67-68: rails in which the chemical composition is within the ranges corresponding to the present invention, however, the hardness of the rail head is beyond the above range corresponding to the present invention.

Как показано в таблицах 1-15, по сравнению со сравнительными рельсовыми сталями (Сталь №№48-53), рельсовые стали, соответствующие настоящему изобретению (Сталь №№1-47), содержат C, Si и Mn в пределах ограниченных диапазонов, соответствующих настоящему изобретению. Таким образом, можно устойчивым образом получать перлитную структуру, имеющую твердость в пределах ограниченного диапазона, соответствующего настоящему изобретению, без возникновения эвтектоидной ферритной структуры, эвтектоидной цементитной структуры и мартенситной структуры, которые негативно влияют на износостойкость и ударную вязкость.As shown in tables 1-15, compared with comparative rail steels (Steel No. 48-53), the rail steel corresponding to the present invention (Steel No. 1-47) contain C, Si and Mn within a limited range corresponding to the present invention. Thus, it is possible to stably produce a pearlite structure having hardness within the limited range of the present invention without the occurrence of a eutectoid ferritic structure, eutectoid cementite structure and martensitic structure that adversely affect wear resistance and toughness.

По сравнению со сравнительными рельсовыми сталями (Сталь №№64-68), рельсовые стали, соответствующие настоящему изобретению (Сталь №№1-47), содержат перлитную структуру в микроструктуре головки, и твердость перлитной структуры находится в пределах ограниченного диапазона, соответствующего настоящему изобретению. В результате, можно улучшить износостойкость и ударную вязкость рельса.Compared with comparative rail steels (Steel No. 64-68), rail steels according to the present invention (Steel No. 1-47) contain a pearlite structure in the microstructure of the head, and the hardness of the pearlite structure is within a limited range corresponding to the present invention . As a result, the wear resistance and toughness of the rail can be improved.

На фиг.8 приведены результаты испытания на износ рельсовых сталей, соответствующих настоящему изобретению (Сталь №№1-47), и Сравнительных рельсовых сталей (Сталь №№48, 50, 51, 52, 53, 64, 66 и 67).On Fig shows the results of the wear test of rail steels corresponding to the present invention (Steel No. 1-47), and Comparative rail steels (Steel No. 48, 50, 51, 52, 53, 64, 66 and 67).

В случае когда C, Si и Mn содержатся в количествах, находящихся в пределах ограниченного диапазона, соответствующего настоящему изобретению, предотвращается возникновение эвтектоидной ферритной структуры и мартенситной структуры, которые оказывают негативное влияние на износостойкость, и, в дополнение к этому, твердость находится в пределах ограниченного диапазона, соответствующего настоящему изобретению. За счет этого можно в значительной степени улучшить износостойкость при любом количестве углерода.In the case where C, Si and Mn are contained in amounts within a limited range of the present invention, the occurrence of a eutectoid ferritic structure and a martensitic structure that adversely affect wear resistance is prevented, and, in addition, hardness is within a limited range corresponding to the present invention. Due to this, it is possible to significantly improve the wear resistance with any amount of carbon.

На фиг.9 приведены результаты испытания на удар рельсовых сталей, соответствующих настоящему изобретению (Сталь №№1-47), и Сравнительных рельсовых сталей (Сталь №№49, 51, 53, 65, 66 и 68).Figure 9 shows the results of the impact test of rail steels corresponding to the present invention (Steel No. 1-47) and Comparative rail steels (Steel No. 49, 51, 53, 65, 66 and 68).

В случае, когда C, Si и Mn содержатся в количествах, находящихся в пределах ограниченного диапазона, соответствующего настоящему изобретению, предотвращается возникновение эвтектоидной цементитной структуры и мартенситной структуры, которые оказывают негативное влияние на ударную вязкость, и, в дополнение к этому, твердость находится в пределах ограниченного диапазона, соответствующего настоящему изобретению. За счет этого можно в значительной степени улучшить ударную вязкость при любом количестве углерода.In the case where C, Si and Mn are contained in amounts that are within the limited range of the present invention, the occurrence of a eutectoid cementite structure and martensitic structure, which have a negative impact on the toughness, is prevented, and, in addition, the hardness is in within the limited range of the present invention. Due to this, the toughness can be significantly improved with any amount of carbon.

Как показано на фиг.10, по сравнению со сравнительными рельсовыми сталями (Сталь №№54-63), рельсовые стали, соответствующие настоящему изобретению (Сталь №№1-47), содержат P, S и Ca в количествах, находящихся в пределах ограниченных диапазонов, соответствующих настоящему изобретению. За счет этого можно в значительной степени улучшить ударную вязкость рельсов с перлитной структурой при любом количестве углерода.As shown in FIG. 10, in comparison with comparative rail steels (Steel No. 54-63), the rail steels of the present invention (Steel No. 1-47) contain P, S and Ca in quantities that are within the range of limited ranges corresponding to the present invention. Due to this, it is possible to significantly improve the toughness of pearlite rails with any amount of carbon.

Кроме того, как показано на фиг.11, рельсовые стали, соответствующие настоящему изобретению (Сталь №№11-13, 18-20, 24-26, 29-31, 33-35, 36-38 и 45-47), содержат Ca и, кроме того, добавляемое количество Ca оптимизируют. За счет этого включениями на основе сульфида Mn управляют таким образом, чтобы их количество находилось в пределах ограниченного диапазона, соответствующего настоящему изобретению. В результате, можно улучшить ударную вязкость рельса с перлитной структурой. В дополнение к этому, в случае, когда добавляют Mg и Zr, оксиды и включения на основе сульфида Mn распределяются в мелкой форме, что позволяет обеспечить количество оксидов на основе Mg, оксидов Zr и включений на основе сульфида Mn в пределах диапазона от 500/мм² до 50000/мм². За счет этого можно дополнительно улучшить ударную вязкость рельса с перлитной структурой.In addition, as shown in FIG. 11, rail steels corresponding to the present invention (Steel No. 11-13, 18-20, 24-26, 29-31, 33-35, 36-38 and 45-47) contain Ca and, in addition, the added amount of Ca is optimized. Due to this, Mn sulfide-based inclusions are controlled so that their amount is within the limited range of the present invention. As a result, the toughness of a pearlite rail can be improved. In addition, in the case where Mg and Zr are added, the Mn sulfide-based oxides and inclusions are dispersed in a fine form, which allows the amount of Mg-based oxides, Zr oxides and Mn sulfide-based inclusions to be provided within a range of 500 / mm ² to 50,000 / mm ² . Due to this, it is possible to further improve the toughness of a pearlite rail.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Рельс с перлитной структурой, соответствующий настоящему изобретению, обладает износостойкостью и ударной вязкостью, превосходящими износостойкость и ударную вязкость высокопрочного рельса, используемого в настоящее время. Таким образом, настоящее изобретение в предпочтительном случае может быть применено для рельсов, используемых в чрезвычайно суровых дорожных условиях, например, рельсов для железных дорог для перевозки грузов, по которым транспортируются природные ресурсы, добываемые в регионах с суровыми природными условиями.A pearlite rail according to the present invention has abrasion resistance and toughness exceeding the abrasion resistance and toughness of the currently used high strength rail. Thus, the present invention can advantageously be applied to rails used in extremely harsh road conditions, for example, rails for railways for transporting goods by which natural resources produced in regions with harsh environmental conditions are transported.

Ссылочные обозначенияReference designations

1 - Верхний участок головки1 - The upper section of the head

2 - Угловой участок головки2 - Angular section of the head

3 - Головка рельса3 - Rail head

3а - Поверхностная зона головки 3a - the surface area of the head

3b - Зона, проходящая от поверхностей угловых участков головки и верхнего участка головки на глубину 20 мм3b - Zone passing from the surfaces of the angular portions of the head and the upper portion of the head to a depth of 20 mm

4 - Испытываемый образец рельса4 - Rail test piece

5 - Расположенный напротив материал5 - Opposite material

6 - Форсунка для охлаждения6 - nozzle for cooling

Claims

1. Rail with a pearlite structure, consisting of steel, containing, wt.%:
0.65-1.20 C;
0.05-2.00 Si;
0.05-2.00 Mn;
not more than 0.0150 P;
not more than 0.0100 S;
0.0005-0.0200 Ca and
the rest is Fe and unavoidable impurities,
moreover, in the rail head, its surface zone extending from the surfaces of the angular portions of the head and the upper portion of the head to a depth of 10 mm has a pearlite structure, the hardness of the pearlite structure being from 320 to 500 Hv, and inclusions based on Mn sulfide having a main size of 10 up to 100 microns, are present per unit area in an amount of 10-200 / mm ² in section in the direction along the length of the pearlite structure.

2. The rail according to claim 1, in which the steel further comprises, wt.%: One or both of the following: 0.0005-0.0200 Mg and 0.0005-0.0100 Zr and oxides based on Mg, oxides Zr and Mn sulfide-based inclusions having grain diameters of 5 to 100 nm are present per unit area in an amount of 500-50000 / mm ² in a cross section of a pearlite structure.

3. The rail according to claim 1 or 2, in which the steel further comprises 0.01-1.00 wt.% Co.

4. The rail according to claim 1, in which the steel further comprises one or both of the following: 0.01-2.00 wt.% Cr and 0.01-0.50 wt.% Mo.

5. The rail according to claim 1, in which the steel further comprises one or both of the following: 0.005-0.50 wt.% V and 0.002-0.050 wt.% Nb.

6. The rail according to claim 1, in which the steel further comprises 0.0001-0.0050 wt.% B.

7. The rail according to claim 1, in which the steel further comprises 0.01 to 1.00 wt.% Cu.

8. The rail according to claim 1, in which the steel further comprises 0.01 to 1.00 wt.% Ni.

9. The rail according to claim 1, in which the steel further comprises 0.0050-0.0500 wt.% Ti.

10. The rail according to claim 1, in which the steel further comprises from more than 0.0100 to 1.00 wt.% Al.

11. The rail according to claim 1, in which the steel further comprises 0.0060-0.0200 wt.% N.