BR112018011842B1

BR112018011842B1 - Método para selecionar aço de trilho e aço de roda

Info

Publication number: BR112018011842B1
Application number: BR112018011842-7A
Authority: BR
Inventors: Minoru Honjo; Tatsumi Kimura; Katsuyuki Ichimiya; Kazukuni Hase
Original assignee: Jfe Steel Corporation
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2021-09-14
Also published as: AU2016374421A1; CN108431265B; CA3006945C; CN108431265A; AU2016374421B2; JP6222403B1; WO2017104719A1; US20190249280A1; BR112018011842A2; JPWO2017104719A1; CA3006945A1; US11401591B2

Abstract

método para selecionar aço de trilho e aço de roda. trata-se de um método para selecionar um aço de trilho e um aço de roda, em que o dano de fadiga de uma roda de ferrovia e de um trilho usado em uma via de ferrovia pode ser suprimido, e a vida de serviço tanto do trilho quanto da roda pode ser estendida. um método para selecionar um aço de trilho e um aço de roda, sendo que o méto-do para selecionar um aço de trilho tem uma composição que contém, em termos de % em massa, 0,70% a menos do que 0,85% de c, 0,10% a 1,50% de si, 0,40% a 1,50% de mn e 0,05% a 1,50% de cr, em que o restante compreende fe e impurezas inevitáveis, e o método para selecionar um aço de roda tem uma composição que contém, em termos de % em massa, 0,57% a menos do que 0,85% de c, 0,10% a 1,50% de si, 0,40% a 1,50% de mn e 0,05% a 1,50% de cr, em que o restante compreende fe e impurezas inevitáveis, de maneira que, quando o aço de trilho e o aço de roda forem usados como um trilho e uma roda em uma ferrovia real, o limite de elasticidade ysr em uma parte de cabeça do trilho seja de 830 mpa ou mais, o limite de elastici-dade ysw em uma parte de aro da roda seja de 580 mpa ou mais e a razão ysr/ysw do limite de elasticidade ysr na parte de cabeça do trilho e do limite de elasticidade ysw na parte de aro da roda seja de 0,85 a 1,95.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente revelação refere-se a um método para selecionar um aço de trilho e um aço de roda que tem capacidade de suprimir dano de fadiga em um trilho e uma roda de ferrovia usada em uma via de ferrovia e de estender a vida de serviço tanto do trilho quanto da roda controlando-se a razão do limite de elasticidade em uma porção de cabeça do trilho para o limite de elasticidade em uma porção de aro da roda.

ANTECEDENTES

[0002] Em ferrovias de carregamento pesado principalmente construídas para transportar minério, a carga aplicada no eixo de um vagão de carga é muito maior do que a mesma em vagões de passageiro, e trilhos e rodas são usados em ambientes cada vez mais severos. Para trilhos e rodas usados mediante tais circunstâncias, aços de trilho convencionais têm primariamente uma estrutura de perlita do ponto de vista da importância de resistência ao desgaste e tem um limite de elasticidade de 800 MPa ou menos, que pode variar dependendo do ambiente operacional. Similarmente, aços de roda que têm um limite de elasticidade de 500 MPa ou menos são convenientemente usados para rodas de ferrovia.

[0003] Em anos recentes, no entanto, a fim de aprimorar a eficiência de transporte por ferrovia, o peso de carga em vagões de carga se torna maior e maior e consequentemente, existe uma necessidade para aprimoramento adicional de durabilidade de aços de trilho e aços de roda. É observado que as ferrovias de carregamento pesado são ferrovias onde trens e vagões de carga transportam grandes cargas (o peso de carga é cerca de 150 toneladas, por exemplo).

[0004] Mediante tais circunstâncias, por exemplo, o documento de no JP2004315928A (PTL 1) propõe uma roda para veículos de ferrovia de alto carbono em que resistência ao desgaste e resistência à quebra térmica são aprimoradas aumentando-se o teor de C para 0,85% a 1,20%. O documento no JP2013147725A (PTL 2) propõe um método para reduzir o desgaste de trilhos e rodas controlando-se a razão da rigidez do aço de trilho e a dureza do aço de roda.

LISTA DE CITAÇÃO LITERATURA DE PATENTE

[0005] PTL 1: JP2004315928A

[0006] PTL 2: JP2013147725A

SUMÁRIO (PROBLEMA TÉCNICO)

[0007] Por outro lado, conforme descrito acima, visto que os ambientes operacionais de trilhos e rodas se torna mais severo, trilhos e rodas sofrem de dano de fadiga. Em particular, em seções de curva de uma ferrovia de carregamento pesado, é exigido suprimir dano de fadiga que resulta do estresse de rolagem exercido por rodas e da força de deslizamento devido à força centrífuga.

[0008] No entanto, na técnica descrita no documento no JP2004315928A (PTL 1), embora a resistência ao desgaste e a resistência à quebra térmica da roda sejam aprimoradas até certa medida, o teor de C é tão alto quanto 0,85% a 1,20%, o que torna difícil aprimorar a resistência a dano de fadiga. Isso acontece pelo fato de que, como um resultado de aço que contém uma grande quantidade de C, uma estrutura de cementita proeutectoide é formada dependendo de condições de tratamento de calor e a quantidade de fase de cementita contida em uma estrutura lamelar de perlita aumenta.

[0009] Adicionalmente, em PTL 2, visto que é prestada atenção somente à relação entre o trilho e a dureza da roda (dureza de Vickers), embora seja possível suprimir desgaste, é difícil suprimir dano de fadiga.

[0010] Seria, assim, útil fornecer um método para selecionar um aço de trilho e um aço de roda que tenha capacidade de suprimir dano de fadiga em um trilho usado em uma via de ferrovia e de uma roda de ferrovia, e que possa estender a vida de serviço tanto do trilho quanto da roda.

(SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA)

[0011] A fim de endereçar os problemas acima, foram feitos aços de trilho e aços de roda com teores variantes de C, Si, Mn e Cr, e extensivamente investigada a relação entre limite de elasticidade e resistência a dano de fadiga. As investigações revelaram com a definição da razão YSR/YSW do limite de elasticidade YSR em uma porção de cabeça de um trilho e o limite de elasticidade YSW em uma porção de aro de uma roda para 0,85 ou mais e 1,95 ou menos, é possível suprimir o dano de fadiga no trilho e na roda.

[0012] A presente revelação tem como base as constatações descritas acima e tem os recursos primários a seguir.

[0013] 1. Um método para selecionar um aço de trilho e um aço de roda que compreende: selecionar um aço de trilho e um aço de roda a ser usado como um trilho e uma roda em uma via real, respectivamente, sendo que o aço de trilho tem uma composição química que contém, em % em massa, C: 0,70% ou mais e menos do que 0,85%, Si: 0,10% a 1,50%, Mn: 0,40% a 1,50%, e Cr: 0,05% a 1,50%, com o balanço de Fe e impurezas inevitáveis, sendo que o aço de roda tem uma composição química que contém, em % em massa, C: 0,57% ou mais e menos do que 0,85%, Si: 0,10% a 1,50%, Mn: 0,40% a 1,50% e Cr: 0,05% a 1,50%, com o balanço de Fe e impurezas inevitáveis, de maneira que o trilho compreenda uma porção de cabeça que tem um limite de elasticidade YSR de 830 MPa ou mais, a roda compreenda uma porção de aro que tem um limite de elasticidade YSW de 580 MPa ou mais e uma razão YSR/YSW do limite de elasticidade YSR na porção de cabeça do trilho para o limite de elasticidade YSW na porção de aro da roda esteja em uma faixa de: 0,85 < YSR/YSW < 1,95 (1).

[0014] O método para selecionar um aço de trilho e um aço de roda de acordo com 1. acima, em que a composição química do aço de trilho adicionalmente contém, em % em massa, pelo menos um selecionado dentre o grupo que consiste em Cu: 1,0% ou menos, Ni: 1,0% ou menos, V: 0,30% ou menos, Nb: 0,05% ou menos, Mo: 0,5% ou menos, W: 0,5% ou menos, Al: 0,07% ou menos, Ti: 0,05% ou menos e B: 0,005% ou menos.

[0015] O método para selecionar um aço de trilho e um aço de roda de acordo com 1. ou 2. acima, em que a composição química do aço de roda adicionalmente contém, em % em massa, pelo menos um selecionado dentre o grupo que consiste em Cu: 1,0% ou menos, Ni: 1,0% ou menos, V: 0,30% ou menos, Nb: 0,05% ou menos, Mo: 0,5% ou menos, W: 0,5% ou menos, Al: 0,07% ou menos, Ti: 0,05% ou menos e B: 0,005% ou menos.

(EFEITO VANTAJOSO)

[0016] De acordo com a presente revelação, com o uso de um aço de trilho e um aço de roda que têm composições químicas predeterminadas e controlando-se a razão do limite de elasticidade do trilho resultante para o mesmo da roda resultante, é possível suprimir o dano de fadiga no trilho e na roda, de modo a alongar a vida de serviço de ambos.

BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO

[0017] A Figura 1 ilustra esquematicamente um método de teste de dano de fadiga.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0018] A descrição detalhada é dada abaixo. Na presente revela- ção, é importante que um aço de trilho e um aço de roda tenham as composições químicas descritas acima. As razões para limitar as composições químicas conforme declarado acima são descritas primeiro. A unidade do teor de cada componente é "% em massa", mas é abreviada como "%". COMPOSIÇÃO QUÍMICA DE AÇO DE TRILHO

[0019] C: 0,70% ou mais e menos do que 0,85%

[0020] C é um elemento que forma cementita em uma estrutura de perlita e tem o efeito de assegurar o limite de elasticidade e a resistência a dano de fadiga. Se o teor de C é menor do que 0,70%, o limite de elasticidade diminui, o que torna difícil para obter excelente resistência a dano de fadiga. Por outro lado, quando o teor de C é 0,85% ou mais, cementita proeutectoide é formada em limites de grânulos de austenita no momento de transformação após laminação a quente e a resistência a dano de fadiga é notadamente deteriorada. Portanto, o teor de C é definido para 0,70% ou mais e menos do que 0,85%.

[0021] Si: 0,10% a 1,50%

[0022] Si é um elemento que é adicionado como um desoxidante e tem um elemento de fortalecimento de estrutura de perlita. Para obter o efeito de adição de Si, o teor de Si precisa ser 0,10% ou mais. Por outro lado, um teor de Si além de 1,50% leva a um aumento excessivo no limite de elasticidade, o que acaba por tornar o material de contrapartida, o aço de roda, propenso a dano de fadiga. Portanto, o teor de Si é definido em uma faixa de 0,10% a 1,50%.

[0023] Mn: 0,40% a 1,50%

[0024] Mn é um elemento que contribui para alcançar alto limite de elasticidade do trilho diminuindo-se a temperatura de transformação de perlita para refinar o espaçamento lamelar. Quando o teor de Mn é abaixo de 0,40%, no entanto, esse efeito não pode ser obtido suficientemente. Por outro lado, um teor de Mn além de 1,50% leva a um au- mento excessivo no limite de elasticidade, o que acaba por tornar o material de contrapartida, o aço de roda, propenso a dano de fadiga. Portanto, o teor de Mn é definido em uma faixa de 0,40% a 1,50%.

[0025] Cr: 0,05% a 1,50%

[0026] Cr é um elemento que tem o efeito de aumentar a temperatura de transformação de equilíbrio de perlita para refinar o espaçamento lamelar e aprimorar o limite de elasticidade através de fortalecimento de solução sólida. Quando o teor de Cr é abaixo de 0,05%, no entanto, um limite de elasticidade suficiente não pode ser obtido. Por outro lado, um teor de Cr além de 1,50% leva a um aumento excessivo no limite de elasticidade, o que acaba por tornar o material de contrapartida, o aço de roda, propenso a dano de fadiga. Portanto, o teor de Cr é definido para 0,05% a 1,50%.

[0027] O aço de trilho em uma modalidade da presente revelação tem uma composição química que contém os componentes acima com o balanço de Fe e impurezas inevitáveis. Exemplos das impurezas inevitáveis incluem P e S, e até 0,025% de P e até 0,025% de S são permitidos. Por outro lado, um limite inferior para o teor de P e o teor de S pode ser 0% sem limitação, ainda que o limite inferior seja mais do que 0% em termos industriais. Além disso, visto que reduzir excessivamente os teores de P e S leva a um aumento no custo de refino, o teor de P e o teor de S são preferencialmente 0,0005% ou mais. A composição química do aço de trilho da presente revelação preferencialmente consiste nos componentes acima e o balanço de Fe e impurezas inevitáveis, ou alternativamente, além desses, componentes opcionais conforme especificado abaixo. No entanto, aços de trilho que contêm outros resíduos em uma faixa que não afeta substancialmente a ação e o efeito da presente revelação também são abrangidos pela presente revelação.

[0028] Opcionalmente, a composição química do aço de trilho po- de adicionalmente conter, em % em massa, pelo menos um selecionado dentre o grupo que consiste em Cu: 1,0% ou menos, Ni: 1,0% ou menos, V: 0,30% ou menos, Nb: 0,05% ou menos, Mo: 0,5% ou menos, W: 0,5% ou menos, Al: 0,07% ou menos, Ti: 0,05% ou menos e B: 0,005% ou menos.

[0029] V: 0,30% ou menos

[0030] V é um elemento que tem o efeito de aprimorar o limite de elasticidade através de dispersão e precipitação na matriz formando- se carbonetos ou nitretos. Por outro lado, um teor de V além de 0,30% leva a um aumento excessivo no limite de elasticidade, o que acaba por tornar o material de contrapartida, o aço de roda, propenso a dano de fadiga. Além disso, visto que V é um elemento dispendioso, o custo de aço de trilho aumenta. Portanto, no caso de adicionar V, é preferencial definir o teor de V para 0,30% ou menos. O limite inferior do teor de V não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial definir o teor de V para 0,001% ou mais.

[0031] Cu: 1,0% ou menos

[0032] Assim como Cr, Cu é um elemento que tem o efeito de aprimorar o limite de elasticidade através de fortalecimento de solução sólida. No entanto, quando o teor de Cu excede 1,0%, é provável que ocorra quebra de Cu. Portanto, no caso de adicionar Cu, é preferencial definir o teor de Cu para 1,0% ou menos. O limite inferior do teor de Cu não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial definir o teor de Cu para 0,001% ou mais.

[0033] Ni: 1,0% ou menos

[0034] Ni é um elemento que tem o efeito de aprimorar o limite de elasticidade sem deteriorar a ductilidade. Além disso, no caso de adicionar Cu, é preferencial adicionar Ni pelo fato de que quebra de Cu pode ser suprimida pela adição de Ni em combinação com Cu. Quando o teor de Ni excede 1,0%, no entanto, a temperabilidade por arrefecimento brusco aumenta e martensita é formada, com o resultado de que a resistência a dano de fadiga tende a diminuir. Portanto, no caso de adicionar Ni, é preferencial definir o teor de Ni para 1,0% ou menos. O limite inferior do teor de Ni não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial definir o teor de Ni para 0,001% ou mais.

[0035] Nb: 0,05% ou menos

[0036] Nb se liga a C ou N no aço para formar precipitados como carbonetos, nitretos ou carbonitretos durante e após laminação, e age de modo eficaz para aumentar o limite de elasticidade. Portanto, adicionando-se Nb, a resistência a dano de fadiga pode ser muito aprimorada e a vida de serviço do trilho pode ser adicionalmente estendida. No entanto, um teor de Nb além de 0,05% leva a um aumento excessivo no limite de elasticidade, o que acaba por tornar o material de contrapartida, o aço de roda, propenso a dano de fadiga. Portanto, no caso de adicionar Nb, é preferencial definir o teor de Nb para 0,05% ou menos. O limite inferior do teor de Nb não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial definir o teor de Nb para 0,001% ou mais.

[0037] Mo: 0,5% ou menos

[0038] Mo é um elemento que tem o efeito de aprimorar o limite de elasticidade através de fortalecimento de solução sólida. No entanto, um teor de Mo além de 0,5% leva a um aumento excessivo no limite de elasticidade, o que acaba por tornar o material de contrapartida, o aço de roda, propenso a dano de fadiga. Portanto, no caso de adicionar Mo, é preferencial definir o teor de Mo para 0,5% ou menos. O limite inferior do teor de Mo não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial de- finir o teor de Mo para 0,001% ou mais.

[0039] W: 0,5% ou menos

[0040] W é um elemento que tem o efeito de aprimorar o limite de elasticidade através de fortalecimento de solução sólida. No entanto, um teor de W além de 0,5% leva a um aumento excessivo no limite de elasticidade, o que acaba por tornar o material de contrapartida, o aço de roda, propenso a dano de fadiga. Portanto, no caso de adicionar W, é preferencial definir o teor de W para 0,5% ou menos. O limite inferior do teor de W não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial definir o teor de W para 0,001% ou mais.

[0041] Al: 0,07% ou menos

[0042] Al se liga a N no aço para formar precipitados como nitretos durante e após laminação, e age de modo eficaz para aumentar o limite de elasticidade. Portanto, adicionando-se Al, a resistência a dano de fadiga pode ser muito aprimorada e a vida de serviço do trilho pode ser adicionalmente estendida. No entanto, quando o teor de Al excede 0,07%, uma grande quantidade de óxidos é produzida no aço, o que acaba por tornar o aço de trilho propenso a dano de fadiga. Portanto, no caso de adicionar Al, é preferencial definir o teor de Al para 0,07% ou menos. O limite inferior do teor de Al não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial definir o teor de Al para 0,001% ou mais.

[0043] B: 0,005% ou menos

[0044] B precipita como nitretos durante e após laminação, e age de modo eficaz para aumentar o limite de elasticidade através de fortalecimento de precipitação. Portanto, adicionando-se B, a resistência a dano de fadiga pode ser muito aprimorada e a vida de serviço do trilho pode ser adicionalmente estendida. No entanto, um teor de B além de 0,005% leva a um aumento excessivo no limite de elasticidade, o que acaba por tornar o material de contrapartida, o aço de roda, propenso a dano de fadiga. Portanto, no caso de adicionar B, é preferencial definir o teor de B para 0,005% ou menos. O limite inferior do teor de B não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial definir o teor de B para 0,0001% ou mais.

[0045] Ti: 0,05% ou menos

[0046] Ti forma precipitados como carbonetos, nitretos e carboni- tretos durante e após laminação, e age de modo eficaz para aumentar o limite de elasticidade através de fortalecimento de precipitação. Portanto, adicionando-se Ti, a resistência a dano de fadiga pode ser muito aprimorada e a elevação do trilho pode ser adicionalmente estendida. No entanto, quando o teor de Ti excede 0,05%, carbonetos, nitretos ou carbonitretos grossos são formados, o que acaba por diminuir a resistência a dano de fadiga do trilho. Portanto, no caso de adicionar Ti, é preferencial definir o teor de Ti para 0,05% ou menos. O limite inferior do teor de Ti não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial definir o teor de Ti para 0,001% ou mais. COMPOSIÇÃO QUÍMICA DE AÇO DE RODA

[0047] C: 0,57% ou mais e menos do que 0,85%

[0048] C é um elemento que forma cementita em uma estrutura de perlita e tem o efeito de assegurar limite de elasticidade e a resistência a dano de fadiga. Se o teor de C é menor do que 0,57%, o limite de elasticidade diminui, o que torna difícil para obter excelente resistência a dano de fadiga. Por outro lado, se o teor de C é 0,85% ou mais, ce- mentita proeutectoide é formada em limites de grânulos de austenita no momento de transformação após laminação a quente, e a resistência a dano de fadiga é notadamente deteriorada. Portanto, o teor de C é definido para 0,57% ou mais e menos do que 0,85%.

[0049] Si: 0,10% a 1,50%

[0050] Si é um elemento que é adicionado como um desoxidante e tem um elemento de fortalecimento de estrutura de perlita. Para obter o efeito de adição de Si, o teor de Si precisa ser 0,10% ou mais. Por outro lado, um teor de Si além de 1,50% leva a um aumento excessivo no limite de elasticidade, o que acaba por tornar o material de contrapartida, o aço de trilho, propenso a dano de fadiga. Portanto, o teor de Si é definido em uma faixa de 0,10% a 1,50%.

[0051] Mn: 0,40% a 1,50%

[0052] Mn é um elemento que contribui para alcançar um alto limite de elasticidade da roda diminuindo-se a temperatura de transformação de perlita para refinar o espaçamento lamelar. Quando o teor de Mn é menor do que 0,40%, no entanto, esse efeito não pode ser obtido suficientemente. Por outro lado, um teor de Mn além de 1,50% leva a um aumento excessivo no limite de elasticidade, o que acaba por tornar o material de contrapartida, o aço de trilho, propenso a dano de fadiga. Portanto, o teor de Mn é definido em uma faixa de 0,40% a 1,50%.

[0053] Cr: 0,05% a 1,50%

[0054] Cr é um elemento que tem o efeito de aumentar a temperatura de transformação de equilíbrio de perlita para refinar o espaçamento lamelar e aprimorar o limite de elasticidade através de fortalecimento de solução sólida. Quando o teor de Cr é abaixo de 0,05%, no entanto, um limite de elasticidade suficiente não pode ser obtido. Por outro lado, um teor de Cr além de 1,50% leva a um aumento excessivo no limite de elasticidade, o que acaba por tornar o material de contrapartida, o aço de trilho, propenso a dano de fadiga. Portanto, o teor de Cr é definido para 0,05% a 1,50%.

[0055] O aço de roda em uma modalidade da presente revelação tem uma composição química que contém os componentes acima com o balanço de Fe e impurezas inevitáveis. Exemplos das impurezas inevitáveis incluem P e S, e até 0,030% de P e até 0,030% de S são permitidos. Por outro lado, um limite inferior para o teor de P e o teor de S pode ser 0% sem limitação, ainda que seja mais do que 0% em termos industriais. Além disso, visto que reduzir excessivamente os teores de P e S leva a um aumento no custo de refino, o teor de P e o teor de S são preferencialmente 0,0005% ou mais. A composição química do aço de roda da presente revelação preferencialmente consiste nos componentes acima e o balanço de Fe e impurezas inevitáveis, ou alternativamente, além desses, componentes opcionais conforme especificado abaixo. No entanto, aços de roda que contêm outros resíduos em uma faixa que não afeta substancialmente a ação e o efeito da presente revelação também são abrangidos pela presente revelação.

[0056] Opcionalmente, a composição química do aço de roda pode adicionalmente conter, em % em massa, pelo menos um selecionado dentre o grupo que consiste em Cu: 1,0% ou menos, Ni: 1,0% ou menos, V: 0,30% ou menos, Nb: 0,05% ou menos, Mo: 0,5% ou menos, W: 0,5% ou menos, Al: 0,07% ou menos, Ti: 0,05% ou menos e B: 0,005% ou menos.

[0057] V: 0,30% ou menos

[0058] V é um elemento que tem o efeito de aprimorar o limite de elasticidade através de dispersão e precipitação na matriz formando- se carbonetos ou nitretos. Por outro lado, um teor de V além de 0,30% leva a um aumento excessivo no limite de elasticidade, o que acaba por tornar o material de contrapartida, o aço de trilho, propenso a dano de fadiga. Além disso, visto que V é um elemento dispendioso, o custo do aço de roda aumenta. Portanto, no caso de adicionar V, é preferencial definir o teor de V para 0,30% ou menos. O limite inferior do teor de V não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial definir o teor de V pa- ra 0,001% ou mais.

[0059] Cu: 1,0% ou menos

[0060] Assim como Cr, Cu é um elemento que tem um efeito de aprimorar o limite de elasticidade através de fortalecimento de solução sólida. No entanto, quando o teor de Cu excede 1,0%, é provável que ocorra quebra de Cu. Portanto, no caso de adicionar Cu, é preferencial definir o teor de Cu para 1,0% ou menos. O limite inferior do teor de Cu não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial definir o teor de Cu para 0,001% ou mais.

[0061] Ni: 1,0% ou menos

[0062] Ni é um elemento que tem um efeito de aprimorar o limite de elasticidade sem deteriorar a ductilidade. Além disso, no caso de adicionar Cu, é preferencial adicionar Ni pelo fato de que a quebra de Cu pode ser suprimida pela adição de Ni em combinação com Cu. Quando o teor de Ni excede 1,0%, no entanto, a temperabilidade por arrefecimento brusco aumenta e martensita é formada, com o resultado de que a resistência a dano de fadiga tende a diminuir. Portanto, no caso de adicionar Ni, é preferencial definir o teor de Ni para 1,0% ou menos. O limite inferior do teor de Ni não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial definir o teor de Ni para 0,001 % ou mais.

[0063] Nb: 0,05% ou menos

[0064] Nb se liga a C ou N no aço para formar precipitados como carbonetos, nitretos, ou carbonitretos durante e após laminação, e age de modo eficaz para aumentar o limite de elasticidade. Portanto, adicionando-se Nb, a resistência a dano de fadiga pode ser muito aprimorada e a vida de serviço da roda pode ser adicionalmente estendida. No entanto, um teor de Nb além de 0,05% leva a um aumento excessivo no limite de elasticidade, o que acaba por tornar o material de con trapartida, o aço de trilho, propenso a dano de fadiga. Portanto, no caso de adicionar Nb, é preferencial definir o teor de Nb para 0,05% ou menos. O limite inferior do teor de Nb não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial definir o teor de Nb para 0,001% ou mais.

[0065] Mo: 0,5% ou menos

[0066] Mo é um elemento que tem um efeito de aprimorar o limite de elasticidade através de fortalecimento de solução sólida. No entanto, um teor de Mo além de 0,5% leva a um aumento excessivo no limite de elasticidade, o que acaba por tornar o material de contrapartida, o aço de trilho, propenso a dano de fadiga. Portanto, no caso de adicionar Mo, é preferencial definir o teor de Mo para 0,5% ou menos. O limite inferior do teor de Mo não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial definir o teor de Mo para 0,001 % ou mais.

[0067] W: 0,5% ou menos

[0068] W é um elemento que tem um efeito de aprimorar o limite de elasticidade através de fortalecimento de solução sólida. No entanto, um teor de W além de 0,5% leva a um aumento excessivo no limite de elasticidade, o que acaba por tornar o material de contrapartida, o aço de trilho, propenso a dano de fadiga. Portanto, no caso de adicionar W, é preferencial definir o teor de W para 0,5% ou menos. O limite inferior do teor de W não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial definir o teor de W para 0,001 % ou mais.

[0069] Al: 0,07% ou menos

[0070] Al se liga a N no aço para formar precipitados como nitretos durante e após laminação, e age de modo eficaz para aumentar o limite de elasticidade. Portanto, adicionando-se Al, a resistência a dano de fadiga pode ser muito aprimorada e a vida de serviço da roda pode ser adicionalmente estendida. No entanto, quando o teor de Al excede 0,07%, uma grande quantidade de óxidos é produzida no aço, o que acaba por tornar o aço de roda propenso a dano de fadiga. Portanto, no caso de adicionar Al, é preferencial definir o teor de Al para 0,07% ou menos. O limite inferior do teor de Al não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial definir o teor de Al para 0,001 % ou mais.

[0071] B: 0,005% ou menos

[0072] B precipita como nitretos durante e após laminação, e age de modo eficaz para aumentar o limite de elasticidade através de fortalecimento de precipitação. Portanto, adicionando-se B, a resistência a dano de fadiga pode ser muito aprimorada e a vida de serviço da roda pode ser adicionalmente estendida. No entanto, um teor de B além de 0,005% leva a um aumento excessivo no limite de elasticidade, o que acaba por tornar o material de contrapartida, o aço de trilho, propenso a dano de fadiga. Portanto, no caso de adicionar B, é preferencial definir o teor de B para 0,005% ou menos. O limite inferior do teor de B não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial definir o teor de B para 0,0001% ou mais.

[0073] Ti: 0,05% ou menos

[0074] Ti forma precipitados como carbonetos, nitretos, e carboni- tretos durante e após laminação, e age de modo eficaz para aumentar o limite de elasticidade através de fortalecimento de precipitação. Portanto, adicionando-se Ti, a resistência a dano de fadiga pode ser muito aprimorada e a vida de serviço da roda pode ser adicionalmente estendida. No entanto, quando o teor de Ti excede 0,05%, carbonetos, nitretos ou carbonitretos grossos são formados, o que acaba por diminuir a resistência a dano de fadiga da roda. Portanto, no caso de adicionar Ti, é preferencial definir o teor de Ti para 0,05% ou menos. O limite inferior do teor de Ti não é particularmente limitado, ainda que do ponto de vista de aprimorar o limite de elasticidade, é preferencial definir o teor de Ti para 0,001% ou mais. RAZÃO DE LIMITE DE RESISTÊNCIA YSR/YSW

[0075] Na presente revelação, um aço de trilho e um aço de roda a ser usado como um trilho e uma roda em uma via real, respectivamente, que têm as composições químicas descritas acima são selecionados de modo que o trilho compreenda uma porção de cabeça que tem um limite de elasticidade YSR, a roda compreenda uma porção de aro que tem um limite de elasticidade YSW e uma razão YSR/YSW esteja em uma faixa de:

[0076] Nesse caso, o limite de elasticidade YSR do trilho é determinado coletando-se um espécime de teste de tração com uma porção paralela de 0,63 centímetro (0,25 polegada) ou 1,27 centímetro (0,5 polegada) conforme especificado em ASTM A370 de uma posição conforme especificado em AREMA Capítulo 4, 2.1.3.4, e submetendo- se o mesmo a um teste de tração. O limite de elasticidade YSW da roda é obtido coletando-se um espécime de teste de tração similar ao mesmo obtido no teste de trilho de uma posição descrita em Especificação AAR M-107/M-208, 3.1.1., e submetendo-se o mesmo a um teste de tração.

[0077] A resistência a dano de fadiga do aço de trilho e do aço de roda depende do limite de elasticidade de cada. Acredita-se assim que o dano de fadiga no trilho e na roda pode ser suprimido aumentando- se o limite de elasticidade. No entanto, se a razão do limite de elasticidade do aço de trilho para o limite de elasticidade do aço de roda não é uma faixa apropriada, a resistência a dano de fadiga é, ao invés disso, diminuída devido ao acúmulo de camadas de fadiga. Se a razão YSR/YSW é abaixo de 0,85, o limite de elasticidade do aço de trilho é muito baixo, o limite de elasticidade do aço de roda é muito alto, ou ambos. Se o limite de elasticidade do aço de trilho é baixo, a resistência a dano de fadiga do próprio aço de trilho diminui e o aço de trilho é consequentemente propenso a dano de fadiga. Além disso, se o limite de elasticidade do aço de roda é alto, as camadas de fadiga acumulam no aço de trilho como o material de contrapartida, o que termina fazendo com que dano de fadiga ocorra no aço de trilho facilmente. Se a razão YSR/YSW é além de 1,95, o limite de elasticidade do aço de roda é muito baixo, o limite de elasticidade do aço de trilho é muito alto, ou ambos. Quando o limite de elasticidade do aço de roda é baixo, a re-sistência a dano de fadiga do próprio aço de roda diminui, e o aço de roda é consequentemente propenso a dano de fadiga. Além disso, se o limite de elasticidade do aço de trilho é alto, as camadas de fadiga acumulam no aço de roda como o material de contrapartida, o que termina fazendo com que dano de fadiga ocorra no aço de roda facilmente. Portanto, a razão YSR/YSW é definida para 0,85 ou mais e 1,95 ou menos. A razão YSR/YSW é preferencialmente 0,86 ou mais. A razão YSR/YSW é preferencialmente 1,90 ou menos. LIMITE DE ELASTICIDADE YSR NA PORÇÃO DE CABEÇA DE TRILHO

[0078] Visto que a resistência a dano de fadiga do próprio trilho pode ser adicionalmente melhorada aumentando-se o limite de elasticidade YSR na porção de cabeça do trilho, YSR é definido para 830 MPa ou mais. Embora nenhum limite superior seja colocado em YSR, aumentar excessivamente YSR torna difícil satisfazer a condição da fórmula (1). Assim, um limite superior preferencial é 1.200 MPa.

[0079] Quando um trilho é produzido laminando-se a quente um material bruto de aço em um formato de trilho e arrefecendo-se o mesmo, o limite de elasticidade YSR na porção de cabeça do trilho pode ser ajustado controlando-se a temperatura de aquecimento antes de laminação a quente e a taxa de arrefecimento em arrefecimento após laminação a quente. Em outras palavras, visto que o limite de elasticidade YSR se torna maior conforme a temperatura de aquecimento se torna mais alta e a taxa de arrefecimento após laminação a quente se torna mais alta, a temperatura de aquecimento e a taxa de arrefecimento podem ser ajustadas para o YSR alvo. LIMITE DE ELASTICIDADE YSW EM PORÇÃO DE ARO DE RODA

[0080] Aumentando-se o limite de elasticidade YSW na porção de aro da roda, a resistência a dano de fadiga da própria roda pode ser melhorada. Portanto, o YSW é definido para 580 MPa ou mais. Embora nenhum limite superior seja colocado em YSW, aumentar excessivamente YSW torna difícil satisfazer a condição da fórmula (1). Assim, um limite superior preferencial é 1.000 MPa.

[0081] Quando uma roda é formada por trabalho a quente tal como laminação a quente e forja a quente, o limite de elasticidade YSW na porção de aro da roda pode ser ajustado controlando-se a temperatura de aquecimento antes de trabalhar a quente e a taxa de arrefecimento em arrefecimento após trabalho a quente. Em outras palavras, visto que o limite de elasticidade YSW se torna maior conforme a temperatura de aquecimento se torna mais alta e a taxa de arrefecimento após laminação a quente se torna mais alta, a temperatura de aquecimento e a taxa de arrefecimento pode ser ajustada para o YSW alvo. MICROESTRUTURA DE AÇO DO AÇO DE TRILHO E AÇO DE RODA

[0082] No aço de trilho, a microestrutura de aço da porção de cabeça do trilho é preferencialmente uma estrutura de perlita. Isso se dá pelo fato de que a estrutura de perlita tem melhor resistência a dano de fadiga do que a estrutura de martensita temperada e a estrutura de bainita.

[0083] Além disso, no aço de roda, a microestrutura de aço da por- ção de aro da roda é preferencialmente uma estrutura de perlita. Isso se dá pelo fato de que uma estrutura de perlita tem excelente resistência a dano de fadiga em comparação com a estrutura de martensita temperada e a estrutura de bainita conforme descrito acima.

[0084] A fim de tornar a microestrutura de aço da porção de cabeça do aço de trilho em uma estrutura de perlita, o material bruto de aço é aquecido até 1.000°C a 1.300°C e então laminado a quente. Então, um arrefecimento a ar é realizado até 400°C a uma taxa de arrefecimento de 0,5°C/s a 3°C/s.

[0085] Adicionalmente, a fim de tornar a microestrutura de aço da porção de aro do aço de roda em uma estrutura de perlita, o material de aço é aquecido até 900°C a 1.100°C e então forjado a quente. Então, um arrefecimento a ar é realizado até 400°C a uma taxa de arrefecimento de 0,5°C/s a 3°C/s. EXEMPLOS

[0086] Foi avaliado o efeito da razão de limite de elasticidade YSR/YSW na ocorrência de dano de fadiga. A avaliação de dano de fadiga é realizada de modo desejável com o uso de trilhos e rodas em uma via real, ainda que esse processo exija um tempo de testes extremamente longo. Portanto, nos exemplos abaixo, a ocorrência de dano de fadiga foi avaliada usando-se espécimes de teste fabricados de um aço de trilho e um aço de roda, respectivamente, e realizando- se testes que simulam um conjunto de condições de contato reais entre o trilho e a roda com o uso de um maquinário de teste de dois cilindros. Nesse momento, o espécime de aço de trilho e o espécime de aço de roda foram produzidos mediante um conjunto de condições que simulam a porção de cabeça do trilho e a porção de aro da roda, respectivamente. As condições específicas de produção e os métodos de teste são conforme a seguir. (EXEMPLO 1)

[0087] Nesse caso, 100 kg de aços que têm as composições químicas na Tabela 1 foram submetidos, cada um, a fusão a vácuo e laminados a quente até uma espessura de 80 mm. Cada material laminado assim obtido foi cortado em um comprimento de 150 mm, aquecido até 1.000°C a 1.300°C e laminado a quente até uma espessura final de folha de 12 mm. Então, foi realizado um arrefecimento a ar a 400°C a uma taxa de arrefecimento de 0,5°C/s a 3°C/s, e então foi permitido que arrefecesse para obter um aço de trilho. Nesse momento, o limite de elasticidade do aço de trilho finalmente obtido foi contro-lado ajustando-se a temperatura de aquecimento e a taxa de arrefecimento antes da laminação a quente.

[0088] Similarmente, 100 kg de aços que têm as composições químicas na Tabela 2 foram submetidos, cada um, a fusão a vácuo e laminados a quente até uma espessura de 80 mm. Cada material laminado assim obtido foi cortado em um comprimento de 150 mm, aquecido a 900°C a 1.100°C e laminado a quente até uma espessura final de folha de 12 mm. Então, foi realizado um arrefecimento a ar a 400°C a uma taxa de arrefecimento de 0,5°C/s a 3°C/s e então foi permitido que arrefecesse. Nesse momento, o limite de elasticidade do aço de roda finalmente obtido foi controlado ajustando-se a temperatura de aquecimento e a taxa de arrefecimento antes da laminação a quente. • LIMITE DE ELASTICIDADE

[0089] O limite de elasticidade de cada aço de trilho e aço de roda assim obtido foi avaliado por um teste de tração em concordância com ASTM A370. De cada aço de trilho e aço de roda, um espécime de teste de tração que tem um diâmetro de porção paralela de 0,63 centímetro (0,25 polegada) (6,35 mm) conforme prescrito em ASTM A370 foi coletado e submetido a um teste de tração a uma taxa de tração de 1 mm/min, em que um estresse de prova de 0,2% foi determinado a partir da curva de tensão-deformação e usado como o limite de elasticidade. Os valores medidos são apresentados na Tabela 2. • MICROESTRUTURA DE AÇO

[0090] Após polir a superfície de cada aço de trilho e aço de roda obtido até uma superfície espelhada, a mesma foi cauterizada com nital e uma observação de microestrutura foi realizada em ampliação de 100x. • DANO DE FADIGA

[0091] Espécimes de teste com um diâmetro de 30 mm foram preparados de cada aço de trilho e aço de roda obtido sendo que uma superfície de contato é uma superfície curva que tem um raio de curvatura de 15 mm. Então, em cada combinação de um aço de trilho e um aço de roda listado na Tabela 3, a ocorrência de dano de fadiga foi avaliada com o uso de um maquinário de teste de dois cilindros. Testes foram conduzidos em uma pressão de contato de 2,2 GPa e uma taxa de deslizamento de -20% mediante condição de lubrificação de óleo, e a quantidade de revoluções no momento em que descasca- mento (dano de fadiga) ocorreu foi contada conforme apresentado na Tabela 3. A quantidade de revoluções pode ser considerada como um índice de vida de dano de fadiga do trilho e da roda. Visto que leva um longo tempo para continuar o teste até que um descascamento ocorrer, nesse exemplo, no caso em que o aço de trilho foi descascado em menos do que 1.728.000 revoluções e em que o aço de roda foi descascado em menos de do que 2.160.000 revoluções, foi julgado que uma resistência a dano de fadiga satisfatória não pode ser obtida com essa combinação de aço de trilho e aço de roda, e o teste foi interrompido. Nesse caso, para membros que não descascaram, a quantidade de revoluções na Tabela 2 é definida para "-". Por outro lado, foi determinado que a resistência a dano de fadiga é boa quando a quantidade de revoluções foi 1.728.000 ou mais para aços de trilho e 2.160.000 ou mais para aços de roda, conforme indicado por "sem descascamento" na Tabela 3.

[0092] Pode ser visto a partir dos resultados na Tabela 3 que o dano de fadiga em um trilho e uma roda pode ser suprimido de modo eficaz selecionando-se um aço de trilho e um aço de roda de modo que suas composições químicas e razão de limite de elasticidade YSR/YSW satisfaçam as condições reveladas no presente documento. Por outro lado, será apreciado que nessas combinações que não satisfazem as condições da presente revelação, ocorre descascamento em pouco tempo e dano de fadiga tende a ocorrer facilmente.

(EXEMPLO 2)

[0093] Os testes foram conduzidos mediante as mesmas condições que no Exemplo 1, exceto que aços de trilho que têm as composições listadas na Tabela 4 e aços de roda que têm as composições na Tabela 5 foram usados. A Tabela 6 lista as combinações de aço de trilho e aço de roda usadas e os resultados de avaliação. Pode ser visto a partir desses resultados que o dano de fadiga em um trilho e uma roda pode ser suprimido de modo eficaz selecionando-se um aço de trilho e um aço de roda de modo que suas composições químicas e razão de limite de elasticidade YSR/YSW satisfaçam as condições reveladas no presente documento.

(EXEMPLO 3)

[0094] Os testes foram conduzidos mediante as mesmas condições como no Exemplo 1 exceto que os aços de trilho que têm as composições químicas listadas na Tabela 7 e os aços de roda que têm as composições na Tabela 8 foram usados. Além disso, a dureza de Vickers HR do aço de trilho finalmente obtido e a dureza de Vickers HW do aço de roda finalmente obtido foram medidas com o uso de um maquinário de teste de dureza de Vickers com uma carga de 98 N, e a razão HR/HW da dureza HR do aço de trilho para a dureza HW do aço de roda foi determinada. A Tabela 9 lista as combinações de aço de trilho e aço de roda usadas e os resultados de avaliação.

[0095] Novamente, pode ser visto a partir desses resultados que o dano de fadiga em um trilho e uma roda pode ser suprimido de modo eficaz selecionando-se um aço de trilho e um aço de roda de modo que suas composições químicas e razão de limite de elasticidade YSR/YSW satisfaçam as condições reveladas no presente documento. Além disso, conforme descrito em PTL 2, foi constatado que mesmo com o uso de uma combinação de um aço de trilho e um aço de roda na qual a razão HR/HW da dureza HR do aço de trilho para a dureza HW do aço de roda é 1,00 ou mais e 1,30 ou menos é usada, a resistência a dano de fadiga do trilho e a roda é inferior se o limite de elasticidade do aço de trilho é menor do que 830 MPa, se o limite de elasticidade do aço de roda é menor do que 580 MPa e se a razão de limite de elasticidade YSR/YSW está fora da faixa de 0,85 a 1,95 revelada no presente documento. Também é entendido que a resistência a dano de fadiga da roda é inferior quando o aço de roda tem uma microestru- tura de aço que não seja perlita.

LISTA DE REFERÊNCIAS NUMÉRICAS 1 material de roda 2 material de trilho

Claims

1. Método para selecionar um aço de trilho e um aço de roda caracterizado pelo fato de que compreende: selecionar um aço de trilho e um aço de roda a serem usados como um trilho e uma roda em uma via real, respectivamente, sendo que o aço de trilho tem uma composição química que contém, em % em massa, C: 0,70% ou mais e menos do que 0,85%, Si: 0,10% a 1,50%, Mn: 0,40% a 1,50%, e Cr: 0,05% a 1,50%, com o balanço de Fe e impurezas inevitáveis, sendo que o aço de roda tem uma composição química que contém, em % em massa, C: 0,57% ou mais e menos do que 0,85%, Si: 0,10% a 1,50%, Mn: 0,40% a 1,50%, e Cr: 0,05% a 1,50%, com o balanço de Fe e impurezas inevitáveis, de maneira que o trilho compreenda uma porção de cabeça que tem um limite de elasticidade YSR de 830 MPa ou mais, a roda compreenda uma porção de aro que tem um limite de elasticidade YSW de 580 MPa ou mais, e uma razão YSR/YSW do limite de elasticidade YSR na porção de cabeça do trilho para o limite de elasticidade YSW na porção de aro da roda esteja em uma faixa de: 0,85< YSR/YSW < 1,95 (1)

2. Método para selecionar um aço de trilho e um aço de roda, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição química do aço de trilho adicionalmente contém, em % em massa, pelo menos um selecionado dentre o grupo que consiste em: Cu: 1,0% ou menos, Ni: 1,0% ou menos, V: 0,30% ou menos, Nb: 0,05% ou menos, Mo: 0,5% ou menos, W: 0,5% ou menos, Al: 0,07% ou menos, Ti: 0,05% ou menos, e B: 0,005% ou menos.

3. Método para selecionar um aço de trilho e um aço de roda, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a composição química do aço de roda adicionalmente contém, em % em massa, pelo menos um selecionado dentre o grupo que consiste em: Cu: 1,0% ou menos, Ni: 1,0% ou menos, V: 0,30% ou menos, Nb: 0,05% ou menos, Mo: 0,5% ou menos, W: 0,5% ou menos, Al: 0,07% ou menos, Ti: 0,05% ou menos, e B: 0,005% ou menos.