Analysis of the Structure of Samples of Rail Steels of the New Generation with Improved Operational Properties. Pt. 2

O. I. Babachenko$^{1}$, G. A. Kononenko$^{1}$, R. V. Podolskyi$^{1,2}$, O. A. Safronova$^{1}$, and O. S. Baskevich$^{3}$

$^{1}$Институт черной металлургии им. З. И. Некрасова, пл. Академика Стародубова, 1, 49107 Днепр, Украина
$^{2}$Украинский государственный университет науки и технологии, пер. Гагарина, 4, 49100 Днепр, Украина
$^{3}$ГВУЗ «Украинский государственный химико-технологический университет», просп. Гагарина, 8, 49005 Днепр, Украина

Получена: 24.08.2022; окончательный вариант - 30.09.2022. Скачать: PDF

The analysis of domestic and global regulatory and technical documentation for railway rails shows that pre-eutectoid medium-carbon and high-carbon as well as post-eutectoid steels are used for the production of serial rails in world practice. According to the degree of alloying, both carbon and micro-alloyed, alloyed alloys are used. Thus, the issue of developing railway rails of a new generation with the use of boron microalloying and the effect of heat-treatment regimes on the structural component of steel to obtain a high complex of mechanical properties is an actual direction of research. Boron dissolved in the matrix increases the incubation period of the nucleation of a new phase, decreases the temperature of the beginning of ferrite formation, as a result, suppressing the decomposition of austenite by the diffusion mechanism. The goal of the work: the study of the microstructure and fine structure of finely dispersed pearlite in steels for high-strength rails with hardness at the level of world requirements. Samples of test steel, which were pre-deformed and heat-treated according to test regimes, which differed in terms of cooling from 0.52 to 5.1°C/s, are studied. Based on the results of x-ray phase analysis after heat treatment of the experimental steels, the presence of Fe$_{3}$C, Mn$_{7}$C$_{3}$, and FeCr formation is revealed, which have maxima at the same angles as $\alpha$-Fe (matrix). When comparing and analysing the obtained data, it is established that the formation of MnSi, CrMn is present in all experimental steels, thus, they do not have a significant effect on the mechanical properties. As established, during accelerated cooling from a temperature of 900°C followed by tempering at 200°C for 120 min in laboratory test steels, internal stresses are relieved. At the same time, the microstructure corresponds to a highly-dispersed pearlite that meets the requirements of foreign standards. Experimental rail steel with 0.90% С, 0.39% Si, 0.89% Mn, 0.09% Cr, 0.010% Mo, 00035% B, 0.0123% N and with an increased carbon content has the following mechanical properties: $\sigma_{\textrm{в}}$ = 1295 MPa, $\sigma_{0.2}$ = 816 MPa, $\delta_{5}$ = 9.8%, $\psi$ = 11.4%, $KCU$ = 17.25 J/cm$^{2}$, which meet the requirements of EN 13674:1-2011 (R400НТ).

Ключевые слова: rail steel, microstructure, microalloying, heat treatment, mechanical tests, x-ray structural analysis.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v45/i01/0137.html

PACS: 61.05.cp, 61.72.Hh, 62.20.M-, 62.20.Qp, 81.40.Lm, 81.40.Np, 81.70.Jb


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. А. П. Гуляев, Металловедение (Москва: Металлургия: 1977).
  2. Ю. М. Лахтин, Металловедение и термическая обработка металлов (Москва: Металлургия: 1976).
  3. О. І. Бабаченко, К. Г. Дьоміна, Г. А. Кононенко, Ж. А. Дементьєва, Р. В. Подольський, О. A. Сафронова, Металлофиз. новейшие технол., 43, № 11: 1537 (2021). Crossref
  4. И. Г. Узлов, М. И. Гасик, А. Т. Есаулов, Н. Г. Мирошниченко, Ю. С. Пройдак, Колесная сталь (Київ: Техніка: 1985).
  5. Ю. И. Коковихин, Технология сталепроволочного производства (Киев: Институт системного исследования образования: 1995).
  6. Э. А. Гудремон, Специальные стали (Москва: Металлургия: 1966).
  7. О. І. Бабаченко, Г. А. Кононенко, О. В. Рослик, К. М. Майстренко, Р. В. Подольський, Розробка сталей для металопродукції залізничного призначення (Дніпро: Домінанта-принт: 2020).
  8. I. Hlavatý, M. Sigmund, L. Krejcí, P. Mohyla, Mater. Eng., 16, Iss. 4: 50. (2009).
  9. О. І. Babachenko, H. А. Kоnonenko, R. V. Podolskyi, and O. A. Safronova, Mater. Sci., 56: 814 (2021). Crossref
  10. O. I. Babachenko, G. А. Kononenko, and R. V.Podolskyi, Sci. Innov., 17, No. 4: 25 (2021). Crossref
  11. Н. П. Лякишев, Ю. Л. Плинер, С. И. Лаппо, Борсодержащие стали и сплавы (Москва: Металлургия: 1986).
  12. М. И. Гасик, Н. П. Лякишев, Б. И. Емлин, Теория и технология производства ферросплавов (Москва: Металлургия: 1988).
  13. Д. А. Литвиненко, Сталь, 4: 357 (1964).
  14. W. Berry and M. Thomas, Wire Industry, 6: 1479 (1979).
  15. I. Y. Prikhod’ko, E. V. Parusov, O. V. Parusov, I. N. Chuiko, and E. S. Klemeshov, Steel in Translation, 50: 481 (2020). Crossref
  16. С. М. Винаров, Бор, кальций и цирконий в чугуне и стали (Москва: Металлургиздат: 1961).
  17. E. V. Parusov, V. A. Lutsenko, I. N. Chuiko, and O. V. Parusov, Chernye Metally, 9: 39 (2020).
  18. Л. Майер, Х. Штрасбургер, Х. Шнайдер, Микролегирование ниобием, ванадием, титаном, цирконием и бором и его влияние на свойства современных сталей для автомобилестроения (Москва: Машиностроение: 1988), с. 63.
  19. Y. Ryuichi, K. Yuichi, and F. Yasuto, Welding Int., 28, Iss. 7: 510 (2014). Crossref
  20. M. Fujii, H. Nakanowatari, and K. Nariai, JFE Technical Report, 20: 159 (2015).
  21. K. Saita, K. Karimine, M. Ueda, K. Iwano, T. Yamamoto, and K. Hiroguchi, Nippon Steel and Sumitomo Metal Technical Report, 105: 84 (2013).
  22. B. Dahl, B. Mogard, B. Gretoft, and B. Ulander, Svetsaren, 50: 10 (1995).
  23. T. Takimoto, Tetsu-to-Hagane, 70, Iss. 10: 40 (1984). Crossref
  24. H. Tachikawa, T. Uneta, H. Nishimoto, Y. Sasaki, and J. Yanal, Nippon Steel Technical Report, No. 82: 35 (2000).
  25. M. Okumura, K. Karimine, K. Uchino, and N. Yurioka, Nippon Steel Technical Report, No. 65: 41 (1995).
  26. С. В. Аджамський, Г. А. Кононенко, Р. В. Подольський, Космічна наука і технологія, 27, № 6 (133): 105 (2021). Crossref
  27. С. В. Аджамський, Г. А. Кононенко, Р. В. Подольський, Металлофиз. новейшие технол., 43, № 7: 909 (2021). Crossref
  28. С. С. Горелик, Л. Н. Расторгуев, Ю. А. Скаков, Рентгенографический и электроннооптический анализ (Москва: Металлургия: 1970).
  29. О. І. Бабаченко, Г. А. Кононенко, Р. В. Подольський, О. A. Сафронова, А. О. Тараненко, Металлофиз. новейшие технол., 44, № 12: 1661 (2022). Crossref