Дослідження кінетики розпаду аустеніту за безперервного охолодження сталі з 0,84 % С, 0,44 % SI, 0,95 % MN, 0,01 % b, 0,0006 % СА для залізничних рейок нового покоління

Abstract

UK: Мета роботи − дослідження кінетики розпаду переохолодженого аустеніту за безперервногоохолодження сталі з 0,84 % С, 0,44 % Si, 0,95 % Mn, 0,01 % B, 0,0006 % Са для залізничних рейок нового покоління з підвищеними експлуатаційними властивостями для розроблення параметрів диференційованого охолодження. Методика. Дослідження кінетики розпаду аустеніту проводилось із застосуванням диференціально-термічного аналізу. Охолоджували зразки з різними швидкостями, контроль температури виконували із застосуванням хромель-алюмінієвих термопар, установлених по центру зразка. Мікроструктурнудосліджували із застосуванням оптичного (AxioVert 200M mat) та електронного (РЕМ-106) мікроскопів. Міжпластинчасту відстань у перліті визначали лінійним методом, січні розташовувалися перпендикулярно пакетам пластин. Твердість за Віккерсом − при навантаженні 10 кг. Кількість структурних компонентів визначали на мікроструктурних зображеннях із застосуванням програмного комплексу imageJ. Результати.Аналіз ТКД показав, що за швидкостей охолодження 0,06...5,96 °С/с структура досліджуваної сталі складається в основному з перліту. У міру збільшення швидкості охолодження змінюється морфологія та збільшується дисперсність перліту: від середнього перліту до сорбітоподібного. Слід зазначити, що при діапазоні швидкості охолодження 0,06…0,07 °С/с утворюється цементит третинний. З діаграми видно, що за швидкості охолодження 5,96 °С/с твердість становить 468 НV (432 НВ), а структура не містить бейніту. За швидкості охолодження 1,47 °С/с твердість становить 356 НV (345 НВ). Це трохи нижче мінімально допустимого значення за EN 13674-1:2011 до залізничних рейок категорії R400HT (370НВ), але методом інтерполяції можна визначити, що швидкість охолодження повинна бути не менше 2,5 °C/с для досягнення твердості щонайменше 393 HV (370 НВ). Тобто за охолодження поверхні кочення рейки зі швидкістю 5,96 °С/с, центральних об'ємів головки рейки зі швидкістю не менше 2,5 °С/с можуть бути виготовлені високоміцні рейки категорій : вища (за ДСТУ 4344:2004) та R400HT (за EN 13674-1:2011) зі сталі з 0,84 % С, 0,44 % Si, 0,95 % Mn, 0,01 % B, 0,0006 % Са. Наукова новизна. Побудовано термокінетичну діаграму розпаду аустеніту сталі з 0,84 % С, 0,44 % Si, 0,95 % Mn, 0,01 % B, 0,0006 % Са. Практична значимість. Установлено, що із застосуванням дослідної сталі з 0,84 % С, 0,44 % Si, 0,95 % Mn, 0,01 % B, 0,0006 % Са можливо досягти твердості вище 400НВ без утворення голчастих структур проміжного перетворення, тому рекомендовано названий хімічний склад для виготовлення високоміцних рейок категорії R400НТ за EN 13674-1- 2011.

EN: Purpose. Investigation of the supercooled austenite decay kinetics during continuous cooling of steel with 0.84 % C, 0.44 % Si, 0.95 % Mn, 0.01 % B, 0.0006 % Ca for railway rails of a new generation with increased operational properties to develop parameters of differential cooling. Method. The investigation of the austenite decay kinetics was carried out using differential thermal analysis. Samples were cooled at different cooling rates, temperature control was performed using chromel-aluminum thermocouples installed in the center of the sample. Microstructural investigations are performed using optical (AxioVert 200M mat) and electronic (SEM-106) microscopes. The interplate distance in pearlite is determined by the linear method, the diagonals are located perpendicular to the plate packages. Vickers hardness at a load of 10 kg. The number of structural components is recognized on microstructural images using the imageJ software complex. Results. The TKD analysis showed that at cooling rates of 0,06...5,96 °C/s, the structure of the investigated steel consists of pearlite. As the cooling rate increases, the morphology changes and the dispersion of pearlite increases: from medium pearlite to sorbitol-like. It should be noted that in the cooling rate range of 0,06...0,07°С/s, tertiary cementite is formed from ferrite. The diagram shows that at a cooling rate of 5.96 °С/s the hardness is 468 НВ (432 НВ), and the structure does not contain bainite. At a cooling rate of 1.47 °С/s, the hardness is 356 НV (345 НВ). This is slightly below the minimum allowable value (370 HV), but by interpolation it can be determined that the cooling rate must be at least 2.5 °C/s to achieve a hardness of at least 393 HV (370 HV). That is, when the rolling surface of the rail is cooled at a rate of 5.96 °C/s, the central volumes of the rail head at a rate of at least 2.5 °C/s, high-strength rails of the following categories can be manufactured: higher (DSTU (National Standard of Ukraine) 4344:2004) and R400HT (EN 13674-1:2011) from steel with 0.84 % С, 0.44 % Si, 0.95 % Mn, 0.01 % B, 0.0006 % Ca. Scientific novelty. Constructed thermokinetic diagram of steel austenite decay with 0.84 % С, 0.44 % Si, 0.95 % Mn, 0.01 % B, 0.0006 % Са. Practical value. It was established that with the use of experimental steel with 0.84 % C, 0.44 % Si, 0.95 % Mn, 0.01 % B, 0.0006 % Ca it is possible to achieve a hardness above 400NV without the formation of needle-like structures, therefore this is recommended chemical composition for the manufacture of high strength rails of the R400NT category according to EN 13674-1-2011.