BR112018067359B1

BR112018067359B1 - Roda para ferrovia

Info

Publication number: BR112018067359B1
Application number: BR112018067359-5A
Authority: BR
Inventors: Manabu Kubota
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2022-08-02
Also published as: CA3016296A1; US20200269632A1; TR201900375T4; AU2017226534A1; UA119629C2; JPWO2017150545A1; EA035081B1; AU2017226534B2; ES2710305T3; JP6528894B2; CA3016296C; EP3214201B1; US11110741B2; EP3214201A1; WO2017150545A1; BR112018067359A2; EA035081B9; CN108699654A; EA201891943A1; CN108699654B

Abstract

É fornecida uma roda de ferrovia tendo características excepcionais de resistência à fadiga por corrosão. A roda de ferrovia de acordo com a presente modalidade tem uma composição química contendo, em % em massa, 0,65 a 0,80% de C, 0,10 a 1,0% de Si, 0,10 a 1,0% de Mn, 0,030% ou menos de P, 0,030% ou menos de S, 0,05 a 0,20% de Cr, 0,005 a 0,50% de Sn, 0,010 a 0,050% de Al, 0,0020 a 0,015% de N, 0 a 0,20% de Cu, 0 a 0,20% de Ni, 0 a 0,20% de Mo, 0 a 0,20% de V, 0 a 0,030% de Nb, e 0 a 0,030% de Ti, o saldo sendo Fe e impurezas. A estrutura da matriz de uma porção de placa compreende perlita.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se a uma roda, e mais especifi camente a uma roda para ferrovia usada em um veículo ferroviário.

TÉCNICA ANTECEDENTE

[002] Para um transporte ferroviário altamente eficiente, têm sido feitos esforços para aumentar o peso da carga nos veículos ferroviários e também aumentar a velocidade dos veículos ferroviários. Consequentemente, foram conduzidos estudos quanto à redução dos danos por fadiga devido ao contato de rolamento com um trilho e melhoria da resistência ao desgaste.

[003] Técnicas para melhorar a resistência ao desgaste de rodas de veículos de ferrovias foram propostas na Publicação de Pedido de Patente Japonês No. 2012-107295 (Literatura de Patente 1) e na Publicação de Pedido de Patente Japonês No. 2013-231212 (Literatura de Patente 2).

[004] O aço para rodas descrito na Literatura de Patente 1 con siste, em % em massa, de: C: 0,65 a 0,84%, Si: 0,02 a 1,00%, Mn: 0,50 a 1,90%, Cr: 0,02 a 0,50%, V: 0,02 a 0,20%, e S: não mais que 0,04%, com o saldo sendo Fe e impurezas, onde Fn1 representado pela Fórmula (1) é 34 a 43, e Fn2 representado pela Fórmula (2) é não mais que 25. Aqui, a Fórmula (1) é dada como Fn1 = 2,7 + 29,5C + 2,9Si + 6,9Mn + 10,8Cr + 30,3Mo + 44,3V e a Fórmula (2) como Fn2 = 0,76 x exp(0,05C) x exp(1,35Si) x exp(0,38Mn) x exp(0,77Cr) x exp(3,0Mo) x exp(4,6V).

[005] A roda para veículo ferroviário descrita na Literatura de Pa tente 2 consiste, em % em massa, de: C: 0,65% a 0,84%, Si: 0,4 a 1,0%, Mn: 0,50 a 1,40%, Cr: 0,02 a 0,13%, S: não mais que 0,04%, e V: 0,02 a 0,12%, com o saldo sendo Fe e impurezas, onde Fn1 repre- sentado pela Fórmula (1) é 32 a 43, e Fn(2) representado pela Fórmula (2) é não mais que 25. Aqui, a Fórmula (1) é dada como Fn1 = 2,7 + 29,5C + 2,9Si + 6,9Mn + 10,8Cr + 30,3Mo + 44,3V, e a Fórmula (2) como Fn2 = exp(0,76) x exp(0,05C) x exp(1,35Si) x exp(0,38Mn) x exp(0,77Cr) x exp(3,0Mo) x exp(4,6V).

[006] As Literaturas de Patente 1 e 2 descritas acima descrevem que a resistência ao desgaste de rodas de veículos ferroviários é melhorada quando a Fórmula (1) é satisfeita.

[007] A propósito, no transporte ferroviário, é também antecipado que quando uma roda montada em um veículo ferroviário é submetida a um ambiente corrosivo severo, ocorre a fadiga por corrosão na qual a corrosão e a fadiga são combinadas. A fadiga por corrosão é um fenômeno de fadiga que é gerado por estresse repetido em um ambiente corrosivo. Especificamente, é antecipado que quando uma porção de placa de uma roda de veículo ferroviário é exposta a um ambiente corrosivo, é formado um ponto de corrosão, e um ocorre um fenômeno de fadiga no qual o ponto de corrosão age como uma origem de fraturas. Portanto, a roda a ser usada para um veículo ferroviário precisa também ter resistência à fadiga por corrosão.

[008] Técnicas para melhorar a resistência à corrosão do aço fo ram propostas na Publicação de Pedido Internacional No. WO2012/056785 (Literatura de Patente 3), Publicação de Pedido Internacional No. WO2013/111407 (Literatura de Patente 4), e Publicação de Pedido de Patente Japonês No. 2008/274367 (Literatura de Patente 5).

[009] O aço para estrutura de máquina para cementação descrito na Literatura de Patente 3 consiste, em % em massa, de: C: 0,30 a 0,60%, Si: 0,02 a 2,0%, Mn: 0,35 a 1,5%, Al: 0,001 a 0,5%, Cr: 0,05 a 2,0%, Sn: 0,001 a 1,0%, S: 0,0001 a 0,021%, N: 0,0030 a 0,0055%, Ni: 0,01 a 2,0%, Cu: 0,01 a 2,0%, P: não mais que 0,030%, e O: não mais que 0,005%, com o saldo sendo Fe e impurezas inevitáveis, onde as Fórmulas (1) a (3) são satisfeitas. Aqui, a Fórmula (1) é dada como - 0,19 < 0,12 x Sn + Cu - 0,1 x Ni < 0,15, a Fórmula (2) como 60 < Mn/S < 300, e a Fórmula (3) como Sn > 0,2 x Cr.

[0010] O caso de material de aço para cementação descrito na Literatura de Patente 4 tem uma composição química consistindo, em % em massa, de: C: 0,05 a 0,45%, Si: 0,01 a 1,0%, Mn: mais de 0 a 2,0%, Al: 0,001 a 0,06%, N: 0,002 a 0,03%, S: mais de 0 a 0,1%, P: mais de 0 a 0,05%, também pelo menos não menos de um tipo de Mo, V, Nb, Cu, Ni, Cr e Sn, e o saldo sendo Fe e as inevitáveis impurezas, e satisfaz as Fórmulas (1) a (3). Aqui, a Fórmula (1) é dada como Re = (Ae/Ao) x 100 < 30%, a Fórmula (2) como (Cmin, 1/Co) > 0,95 , e a Fórmula (3) como (Cmin, 2/Co) > 0,95. A macroestrutura desse caso de material de aço para cementação tem uma seção transversal incluindo uma região de cristal equiaxial e uma região de cristal colunar dispostas nas redondezas da região de cristal equiaxial.

[0011] O aço para parafusos descrito na Literatura de Patente 5 consiste, em % em massa, de: C: 0,15 a 0,6%, Si: 0,05 a 0,5%, Mn e Cr: 0,5 a 3,5% no total, P: não mais que 0,05%, S: não mais que 0,03%, Cu: menos de 0,3%, Ni: menos de 1%, O: não mais que 0,01%, e Sn: 0,05 a 0,50%, com o saldo sendo Fe e impurezas. Além disso, o aço para parafusos tem uma composição na qual a razão Cu/Sn é de não mais que 1.

LISTA DE CITAÇÕES LITERATURA DE PATENTE

[0012] Literatura de Patente 1: Publicação de Pedido de Patente Japonês No. 2012-107295

[0013] Literatura de Patente 2: Publicação de Pedido de Patente Japonês No. 2013-231212

[0014] Literatura de Patente 3: Publicação de Pedido Internacional No. WO2012/056785

[0015] Literatura de Patente 4: Publicação de Pedido Internacional No. WO2013/111407

[0016] Literatura de Patente 5: Publicação de Pedido Japonês No. 2008-274367

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA TÉCNICO

[0017] As Literaturas de Patente 3 a 5 descritas acima descrevem que conter Sn melhora a resistência à corrosão do aço. Entretanto, nas Literaturas de Patente 3 a 5, não foi conduzido nenhum estudo em uma roda para ferrovia e resistência à fadiga por corrosão da roda de ferrovia. Portanto, quando as técnicas das Literaturas de Patente 3 5 são usadas para uma roda de ferrovia, pode haver casos em que a resistência se torna insuficiente e/ou uma resistência à fadiga por corrosão suficiente não pode ser obtida.

[0018] É um objetivo da presente invenção fornecer uma roda de ferrovia que seja excelente em resistência à fadiga por corrosão.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[0019] A roda de ferrovia de acordo com a presente modalidade tem uma composição química consistindo, em % em massa, de C: 0,65 a 0,80%, Si: 0,10 a 1,0%, Mn: 0,10 a 1,0%, P: não mais que 0,030%, S: não mais que 0,030%, Cr: 0,05 a 0,20%, Sn: 0,005 a 0,50%, Al: 0,010 a 0,050%, N: 0,0020 a 0,015%, Cu: 0 a 0,20%, Ni: 0 a 0,20%, Mo: 0 a 0,20%, V: 0 a 0,20%, Nb: 0 a 0,030%, e Ti: 0 a 0,030% com o saldo sendo Fe e impurezas. Uma porção de placa da roda de ferrovia tem uma estrutura matriz composta de perlita.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[0020] Uma roda de ferrovia de acordo com a presente modalida de tem excelente resistência à fadiga por corrosão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0021] A Figura 1 é um diagrama para mostrar a relação entre o teor de Sn e a resistência à fadiga por corrosão.

[0022] A Figura 2 é uma vista frontal vista de frente de uma roda de ferrovia.

[0023] A Figura 3 é uma vista lateral vista de uma parte do lado de uma roda de ferrovia.

[0024] A Figura 4 é uma vista frontal de um corpo de prova de re sistência à fadiga por corrosão de dobramento rotativo do tipo Ono, que é usado para avaliação da resistência à fadiga por corrosão.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES

[0025] O inventor da presente invenção conduziu investigações e estudos sobre a resistência à fadiga por corrosão de rodas de ferrovia usando rodas de ferrovia tendo várias composições químicas e micro- estruturas, e obtiveram as descobertas a seguir.

[0026] Quando uma roda de ferrovia em um estado semimanufatu- rado antes do revestimento é transportada por mar em um navio, a roda de ferrovia é exposta à umidade (condensação), água salgada, e sal no ar. Nesse momento, um ponto de corrosão pode ser formado na roda de ferrovia. A roda de ferrovia é usada após ser revestida. Se, enquanto a roda de ferrovia estiver sendo usada, o revestimento de uma porção da placa da roda de ferrovia for danificado e removido devido à deterioração secular e à colisão com um objeto estranho (pedra, etc.) e assim o aço do material de partida é exposto e submetido a um ambiente atmosférico (inclusive um caso em que o sal está presente no ar), um ponto de corrosão pode ser formado na roda de ferrovia. Um ponto de corrosão ocorrido em tal situação pode possivelmente causar deterioração da resistência à fadiga por corrosão.

[0027] Para evitar tal fadiga por corrosão de uma roda de ferrovia, é eficaz melhorar a resistência à corrosão do aço na atmosfera e no sal flutuante, suprimindo assim a formação de um ponto de corrosão profundo que age como local de iniciação de uma fratura de fadiga. Para melhorar a resistência à corrosão do aço, é eficaz incluir uma grande quantidade de Cr e Ni no aço para formar um aço inoxidável. Entretanto, incluir Cr e Ni aumentará o custo da matéria-prima. Além disso, a produtividade e a resistência do aço deteriorarão. Além disso, Cr forma carbonetos no aço de alto carbono para uso em rodas de ferrovia. Por essa razão, é difícil garantir uma quantidade de Cr dissolvido que contribua para a resistência à corrosão. Portanto, um aço contendo uma grande quantidade de Cr e Ni não é adequado para uso em rodas de ferrovia.

[0028] Como descrito até aqui, para melhorar a resistência à fadi ga por corrosão, é crucial suprimir a formação de um ponto de corrosão profundo em uma porção de placa de uma roda de ferrovia. Incluir Sn em uma roda de ferrovia permite a supressão da corrosão e a formação de um ponto de corrosão sob um ambiente de água salgada. Como resultado, é possível melhorar a resistência à fadiga por corrosão do aço.

[0029] A Figura 1 é um diagrama para mostrar a relação entre o teor de Sn e a resistência à fadiga por corrosão. A Figura 1 foi obtida dos Exemplos a serem descritos abaixo.

[0030] Em relação à Figura 1, incluir Sn melhora notavelmente a resistência à fadiga por corrosão de uma roda de ferrovia. Quando o teor de Sn é menor que 0,005%, a resistência à fadiga por corrosão se tornará não menos que 400 MPa, fornecendo assim uma roda de ferrovia tendo excelente resistência à fadiga por corrosão.

Estrutura da matriz

[0031] Quando a porção de placa de uma roda de ferrovia tem uma estrutura de matriz de perlita, pode ser obtida uma roda de ferrovia tendo excelente tenacidade e ductilidade. Sn é concentrado nas bordas do grão de austenita. Um aço composto de estrutura não perlí- tica tal como martensita e bainita inclui bordas de grão de austenita anterior. Por essa razão, a fratura é mais passível de ocorrer ao longo das bordas de grão de austenita anterior onde Sn é concentrado. Como resultado, a tenacidade e a ductilidade do aço deterioram. Quando a estrutura da matriz de aço é perlita, não há borda de grão de auste- nita anterior. Portanto, mesmo se o Sn for concentrado nas bordas do grão da austenita anterior antes do resfriamento, a fratura ao longo da borda do grão não ocorrerá uma vez que não há borda de grão de austenita anterior na estrutura da matriz (perlita) após o resfriamento. Assim, é possível suprimir a deterioração da tenacidade e da ductilida- de do aço.

[0032] A roda de ferrovia da presente modalidade que foi comple tada com base nas descobertas descritas acima tem uma composição química consistindo, em % em massa, de: C: 0,65 a 0,80%, Si: 0,10 a 1,0%, Mn: 0,10 a 1,0%, P: não mais que 0,030%, S: não mais que 0,030%, Cr: 0,05 a 0,20%, Sn: 0,005 a 0,50%, Al: 0,010 a 0,050%, N: 0,0020 a 0,015%, Cu: 0 a 0,20%, Ni: 0 a 0,20%, Mo: 0 a 0,20%, V: 0 a 0,20%, Nb: 0 a 0,030% e Ti: 0 a 0,030%, com o saldo sendo Fe e impurezas. A porção de placa da roda de ferrovia tem uma estrutura de matriz composta de perlita.

[0033] A composição química descrita acima pode conter, em % em massa, pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo em Cu: 0,02 a 0,20% e Ni: 0,02 a 0,20%.

[0034] A composição química descrita acima pode conter, em % em massa, pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo em Mo: 0,005 a 0,20%, V: 0,005 a 0,20%, Nb: 0,010 a 0,030% e Ti: 0,010 a 0,030%.

[0035] Daqui em diante uma roda de ferrovia da presente modali dade será descrita em detalhes. O símbolo "%" em relação aos elementos significa % em massa a menos que especificado de forma dife- rente.

Composição química

[0036] A composição química de uma roda de ferrovia da presente modalidade contém os elementos a seguir.

C: 0,65 a 0,80%

[0037] Carbono (C) aumenta a resistência do aço e melhora a re sistência ao desgaste e a resistência à fadiga. Quando o teor de C é muito baixo, tais efeitos não podem ser alcançados. Por outro lado, quando o teor de C é muito alto, a resistência do aço se torna excessivamente alta, e a capacidade de usinagem durante o trabalho de acabamento deteriora. Portanto, o teor de C é 0,65 a 0,80%. O limite inferior do teor de C é preferivelmente 0,67%, e mais preferivelmente 0,69%. O limite superior do teor de C é preferivelmente 0,75%, e mais preferivelmente 0,73%.

Si: 0,10 a 1,0%

[0038] Silício (Si) aumenta a resistência do aço. Quando o teor de Si é muito baixo, tal efeito não pode ser alcançado. Por outro lado, quando o teor de Si é muito alto, a resistência do aço se torna excessivamente alta, e a capacidade de usinagem durante o trabalho de acabamento deteriora. Portanto, o teor de Si é 0,10 a 1,0%. O limite inferior do teor de Si é preferivelmente 0,15% e mais preferivelmente 0,20%. O limite superior do teor de Si é preferivelmente 0,90%, e mais preferivelmente 0,80%.

Mn: 0,10 a 1,0%

[0039] Manganês (Mn) refina o espaçamento lamelar da estrutura perlita, aumentando assim a resistência do aço. Quando o teor de Mn é muito baixo, tal efeito não pode ser alcançado. Por outro lado, se o teor de Mn for muito alto, a capacidade de usinagem durante o trabalho de acabamento e o rendimento do processo de produção da roda de ferrovia deteriora uma vez que uma estrutura diferente de perlita tal como martensita ou bainita é produzida. Portanto, o teor de Mn é de 0,10 a 1,0%. O limite inferior do teor de Mn é preferivelmente 0,50%, e mais preferivelmente 0,55%. O limite superior do teor de Mn é preferivelmente 0,90%, e mais preferivelmente 0,85%.

P: não mais que 0,030%

[0040] Fósforo (P) é uma impureza. P segrega nas bordas do grão, deteriorando assim a tenacidade do aço. Portanto, o teor de P é de não mais que 0,030%. O limite superior do teor de P é preferivelmente 0,025%, e mais preferivelmente 0,015%, e mais preferivelmente 0,012%. O teor de P é preferivelmente tão baixo quanto possível.

S: não mais que 0,030%

[0041] Enxofre (S) está inevitavelmente contido. S forma MnS, me lhorando assim a capacidade de usinagem do aço. Por outro lado, quando o teor de S é muito alto, inclusões de sulfeto bruto são formadas, deteriorando assim as propriedades da roda tais como resistência à fadiga, tenacidade, ou similares do aço. Portanto, o teor de S é de não mais que 0,030%. O limite superior do teor de S é preferivelmente 0,025%, e mais preferivelmente 0,012%, e mais preferivelmente 0,010%. O limite inferior do teor de S para melhorar a capacidade de usinagem é preferivelmente 0,008%.

Cr: 0,05 a 0,20%

[0042] Cromo (Cr) assim como o Mn refina o espaçamento lamelar da estrutura perlita, aumentando assim a resistência do aço. Quando o teor de Cr é muito baixo, tal efeito não pode ser alcançado. Por outro lado, quando o teor de Cr é muito alto, a capacidade de usinagem durante o trabalho de acabamento e o rendimento no processo de produção da roda deterioram uma vez que uma estrutura diferente de perlita tal como martensita e bainita é produzida. Portanto, o teor de Cr é 0,05% a 0,20%. O limite inferior do teor de Cr é preferivelmente 0,07%. O limite superior do teor de Cr é preferivelmente 0,18%, e mais prefe- rivelmente 0,16%.

Sn: 0,005 a 0,50%

[0043] Estanho (Sn) melhora a resistência à corrosão do aço. Além disso, Sn suprime a formação de um ponto de corrosão que age como uma origem de fratura de fadiga, melhorando assim a resistência à fadiga por corrosão de uma roda. Quando o teor de Sn é muito baixo, tais efeitos não podem ser alcançados. Por outro lado. Quando o teor de Sn é muito alto, a ductilidade a quente do aço deteriora, prejudicando assim a produtividade do aço. Portanto, o teor de Si é 0,005% a 0,50%. O limite inferior do teor de Sn é preferivelmente 0,15%, e mais preferivelmente 0,20%. O limite superior do teor de Sn é preferivelmente 0,40%, e mais preferivelmente 0,35%.

Al: 0,010 a 0,050%

[0044] Alumínio (Al) forma um nitreto estável mesmo em uma faixa de alta temperatura. O nitreto de Al suprime o embrutecimento dos grãos de austenita como uma partícula de fixação durante o aquecimento para o resfriamento brusco, refinando assim a estrutura do aço. Como resultado, o equilíbrio entre a resistência e a tenacidade e ducti- lidade do aço é melhorado. Além disso, Al é um elemento eficaz para desoxidar o aço durante a fusão. Por outro lado, quando o teor de Al é muito alto, inclusões brutas são produzidas, deteriorando assim a tenacidade. Portanto, o teor de Al é 0,010% a 0,050%. O limite inferior do teor de Al é preferivelmente 0,015%, e mais preferivelmente 0,020%. O limite superior do teor de Al é preferivelmente 0,045%, e mais preferivelmente 0,040%. O teor de Al mencionado aqui significa o teor de Al solúvel em ácido (Al sol.).

N: 0,0020 a 0,015%

[0045] Nitrogênio (N) forma um nitreto estável mesmo em uma fai xa de alta temperatura, e o nitreto suprime o embrutecimento dos grãos de austenita como uma partícula de pinagem durante o aqueci- mento para o resfriamento brusco, refinando assim a estrutura do aço. Por outro lado, quando o teor de N é muito alto, inclusões brutas são produzidas, deteriorando assim a tenacidade. Portanto, o teor de N é 0,0020% a 0,015%. O limite inferior do teor de N é preferivelmente 0,0030%. O limite superior do teor de N é preferivelmente 0,0080% e mais preferivelmente 0,0070%.

[0046] O saldo da composição química da roda de ferrovia de acordo com a presente modalidade consiste em Fe e impurezas. Aqui, o termo impureza significa aquelas que são introduzidas de minérios e sucatas como matérias-primas, ambientes de produção, ou similares quando se produz industrialmente a roda de ferrovia, e aquelas que são permitidas dentro de uma faixa que não afete adversamente a roda de ferrovia da presente modalidade.

Elementos opcionais

[0047] A roda de ferrovia descrita acima pode também conter, em lugar de uma parte de Fe, pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo em Cu e Ni. Qualquer um desses elementos é um elemento opcional, e melhora a capacidade de endurecimento do aço aumentando assim a resistência do aço.

Cu: 0 a 0,20%

[0048] Cobre (Cu) é um elemento opcional e pode não estar conti do. Quando contido, Cu aumenta a resistência do aço. Entretanto, quando o teor de Cu é muito alto, a ductilidade a quente do aço deteriora, e a produtividade deteriora. Portanto, o teor de Cu é de 0 a 0,20%. O limite inferior do teor de Cu é preferivelmente 0,02%, e mais preferivelmente 0,04%. O limite superior do teor de Cu é preferivelmente 0,15%, e mais preferivelmente 0,13%.

Ni: 0 a 0,20%

[0049] Níquel (Ni) é um elemento opcional e pode não estar conti do. Quando contido, Ni melhora a resistência e a tenacidade do aço. Entretanto, quando o teor de Ni é muito alto, o custo da matéria-prima aumenta. Portanto, o teor de Ni é 0 a 0,20%. O limite inferior do teor de Ni é 0,02%, e mais preferivelmente 0,04%. O limite superior do teor de Ni é preferivelmente 0,15%, e mais preferivelmente 0,13%.

[0050] A roda de ferrovia descrita acima pode também conter, no lugar de parte do Fe, pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo em Mo, V, Nb e Ti. Qualquer um desses elementos é um elemento opcional, e refina a estrutura do aço, aumentando assim a resistência do aço.

Mo: 0 a 0,20%

[0051] Molibdênio (Mo) é um elemento opcional e pode não estar contido. Quando contido, Mo aumenta a resistência do aço pelo reforço da precipitação. Além disso, o Mo, assim como o Mn e o Cr, refina o espaçamento lamelar da estrutura perlita, aumentando assim a resistência do aço. Entretanto, quando o teor de Mo é muito alto, uma estrutura diferente da perlita, tal como martensita e bainita, é produzida, e a capacidade de usinagem durante o trabalho de acabamento e o rendimento do processo de produção da roda deterioram. Portanto, o teor de Mo é 0 a 0,20%. O limite inferior do teor de Mo é preferivelmente 0,005%, e mais preferivelmente 0,008%. O limite superior do teor de Mo é preferivelmente 0,15%, e mais preferivelmente 0,13%.

V: 0 a 0,20%

[0052] Vanádio (V) é um elemento opcional e pode não estar con tido. Quando contido, V forma carbonetos finos e aumenta a resistência do aço pelo reforço da precipitação. Entretanto, quando o teor de V é muito alto, uma estrutura diferente da perlita, tal como martensita e bainita, é produzida, e a capacidade de usinagem durante o trabalho de acabamento e o rendimento no processo de produção da roda deterioram. Portanto, o teor de V é 0 a 0,20%. O limite inferior do teor de V é preferivelmente 0,005% e mais preferivelmente 0,007%. O limite superior do teor de V é preferivelmente 0,15%, e mais preferivelmente 0,13%.

Nb: 0 a 0,030%

[0053] Nióbio (Nb) é um elemento opcional e pode não estar conti do. Quando contido, Nb forma um nitreto e um carboneto em uma faixa de alta temperatura e refina a estrutura do aço, aumentando assim a resistência do aço. Entretanto, quando o teor de Nb é muito alto, a ductilidade a quente do aço deteriora e a produtividade durante a fundição contínua deteriora. Portanto, o teor de Nb é 0 a 0,030%. O limite inferior do teor de Nb é preferivelmente 0,010%, e mais preferivelmente 0,012%. O limite superior do teor de Nb é preferivelmente 0,025%, e mais preferivelmente 0,022%.

Ti: 0 a 0,030%

[0054] Titânio (Ti) é um elemento opcional e pode não estar conti do. Quando contido, Ti forma um nitreto e um carboneto em uma faixa de alta temperatura e refina a estrutura do aço, aumentando assim a resistência do aço. Entretanto, quando o teor de Ti é muito alto, a tenacidade do aço deteriora. Portanto, o teor de Ti é 0 a 0.030%. O limite inferior do teor de Ti é preferivelmente 0,010%, e mais preferivelmente 0,012%. O limite superior do teor de Ti é preferivelmente 0,025%, e mais preferivelmente 0,022%.

Estrutura da matriz

[0055] A Figura 2 é uma vista frontal vista a partir da frente da roda de ferrovia da presente modalidade, e a Figura 3 é uma vista de seção transversal de uma porção próxima à porção de aro da roda de ferrovia da presente modalidade. Em relação às Figuras 2 e 3, a roda de ferrovia inclui uma porção de aro 1, uma porção de placa 2 e uma porção saliente 5. A porção de aro 1 é disposta na borda externa da roda de ferrovia e inclui uma banda de rodagem 3 que contata o trilho. A porção saliente 5 é formada na porção central da roda de ferrovia. Uma perfuração é formada no centro da porção saliente 5, e um eixo é ajustado por prensagem no furo perfurado.

[0056] A porção de placa 2 é formada entre a porção de aro 1 e a porção saliente 5 e é conectada à porção de aro 1 e à porção saliente 5. A espessura da porção de placa 2 é mais fina que a espessura da porção de aro 1 e que a espessura da porção saliente 5.

[0057] A estrutura da matriz da porção de placa 2 da roda de fer rovia é composta de perlita. Na presente descrição, a frase "estrutura da matriz é composta de perlita" significa que a fração de área de perli- ta é de não menos que 95% na estrutura da matriz de uma porção de placa 2.

[0058] Quando a roda de ferrovia que é composta de uma estrutu ra diferente de perlita tal como martensita e bainita contém Sn, o Sn concentrará nas bordas do grão da austenita anterior, deteriorando assim a propriedade mecânica da roda de ferrovia. Especificamente, suas tenacidade e ductilidade deterioram, e as rodas são mais passíveis de fraturar. Quando a estrutura da matriz da porção de placa 2 da roda de ferrovia é composta de perlita, não há borda de grão de aus- tenita anterior. Portanto, é possível alcançar uma roda de ferrovia que seja menos passível de fraturar e seja excelente em resistência à fadiga por corrosão.

[0059] Note que, preferivelmente, na estrutura da matriz, cementita hipereutética deteriora a tenacidade do aço. Portanto, é preferível ter uma menor fração de área de cementita hipereutética na porção de placa 2.

[0060] Note que a estrutura da matriz da porção de aro 1 da roda de ferrovia é composta de perlita como a porção de placa 2. Isto é, na estrutura da matriz da porção de aro 1, a razão de área de perlita é 95% ou mais. Por outro lado, na estrutura da matriz da porção saliente 5 da roda de ferrovia, a razão de área de perlita é 85% ou mais, e a razão de área de ferrita pró-eutectóide é 15% ou menos.

[0061] A estrutura da matriz é medida pelo método a seguir. Uma amostra é obtida a partir da roda de ferrovia (na porção de placa 2, se a espessura da porção de placa 2 for definida como t, a posição tem profundidade de t/4 a partir da superfície). Dentre as superfícies da amostra obtida, uma superfície perpendicular à direção circunferencial da porção de placa 2 é selecionada para a superfície de observação. Após ser polida, a superfície de observação é causticada com 3% de álcool ácido nítrico (líquido corrosivo nital). A superfície de observação causticada é observada com um microscópio ótico com uma ampliação de 500 para produzir imagens fotográficas de 5 campos visuais arbitrários.

[0062] Em cada campo visual, cada fase de perlita, ferrita, bainita, martensita ou similar apresentam contrastes diferentes, respectivamente. Portanto, com base no contraste, cada fase é determinada. É descoberta a área (μm2) de perlita, dentre as fases determinadas, em cada campo visual. A fração de área de perlita (%) é definida como a razão da soma total das áreas de perlita em todos os campos visuais para a área total de todos os campos visuais. O limite inferior da fração de área de perlita é preferivelmente 95%, e mais preferivelmente 98%.

Método de produção

[0063] Será descrito um exemplo do método de produção da roda de ferrovia descrita acima.

[0064] O método de produção de uma roda de ferrovia da presente modalidade inclui uma etapa de preparar uma matéria-prima (processo de preparação), uma etapa de conformar a roda de ferrovia a partir da matéria-prima (etapa de conformação), e uma etapa de executar o tratamento térmico na roda de ferrovia conformada (processo de tratamento térmico). Daqui em diante, cada etapa será descrita.

Processo de preparação

[0065] Um aço fundido tendo a composição química descrita aci ma é produzido usando-se um forno elétrico, um conversor, ou similar. O aço fundido é usado para produzir uma matéria-prima. Por exemplo, o aço fundido é usado para produzir uma peça fundida por um método de fundição contínua. Alternativamente, o aço fundido é usado para produzir um lingote pelo método de produção de lingotes. A peça fundida ou o lingote é usado para produzir uma barra como matérias- primas por desbaste ou forjamento. A matéria-prima pode ser uma peça fundida produzida por um método de fundição contínua. A forma da matéria-prima é preferivelmente colunar.

Processo de conformação

[0066] Um produto intermediário para rodas de ferrovia é confor mado usando-se a matéria-prima preparada. A matéria-prima é cortada em uma direção perpendicular à direção longitudinal. O trabalho a quente é executado em uma direção perpendicular à superfície cortada da matéria-prima para conformar em forma de disco. Além disso, o produto intermediário da roda de ferrovia é conformado de modo a ter uma forma bruta das rodas por trabalho a quente. O trabalho a quente é, por exemplo, forjamento a quente, laminação a quente, ou similar. Uma vez que o produto intermediário tem a forma de uma roda de ferrovia, o produto intermediário tem uma banda de rodagem 3 e uma porção de flange 4.

Processo de tratamento térmico.

[0067] No processo de tratamento térmico, um tratamento térmico é realizado no produto intermediário das rodas de ferrovia moldadas. Especificamente, um tratamento térmico é realizado na banda de rodagem 3 e na porção de flange 4 do produto intermediário a alta temperatura após o trabalho a quente. Após o trabalho a quente (forja- mento a quente ou laminação a quente), o produto intermediário pode ser reaquecido (tratamento de reaquecimento) e então o tratamento térmico pode ser executado. O processo de tratamento térmico inclui o tratamento de resfriamento brusco. Após o tratamento de resfriamento brusco, pode ser executado o tratamento de têmpera. Como resultado, uma estrutura perlita dura pode ser garantida na banda de rodagem 3 e na porção de flange 4 da porção de aro 1 na camada inferior da estrutura martensita (camada de resfriamento brusco) da camada de superfície mais externa que pode ser removida por trabalho de corte.

[0068] No resfriamento brusco, por exemplo, pode ser aplicado o resfriamento brusco da banda de rodagem por água de resfriamento. O meio de resfriamento do resfriamento brusco não é particularmente limitado desde que possa ser obtida a taxa de resfriamento adequada para a estrutura desejada. O meio de resfriamento inclui, por exemplo, ar, névoa, vapor (pulverização), banho de sal, etc. Mesmo se o resfriamento brusco da banda de rodagem for aplicado, a estrutura da porção de placa 2, que tem uma taxa de resfriamento menor que a da banda de rodagem 3 e a da porção de flange 4, se torna perlita.

[0069] A têmpera é executada no produto intermediário após o resfriamento brusco. A têmpera pode ser suficientemente executada a uma temperatura conhecida e por um período de tempo conhecido. Por exemplo, a temperatura da têmpera é 400 a 600°C, e o tempo de encharque é de 60 a 180 minutos.

[0070] Uma roda de ferrovia, que foi produzida pelos processos de produção descritos acima, terá uma estrutura na qual a fração de área de perlita é de não menos que 95% na porção de placa 2. Por essa razão, a quantidade de desgaste da roda de ferrovia será reduzida. Além disso, é possível obter uma roda de ferrovia que seja excelente em capacidade de trabalho, que não seja passível de fraturar, e também excelente em resistência à fadiga por corrosão mesmo se Sn estiver contido.

Exemplos

[0071] Peças fundidas tendo as composições químicas mostradas na Tabela 1 foram produzidas por fundição contínua. A peça fundida teve um diâmetro de 453 mm (Φ 453 mm). Usando-se as peças fundidas, foram conformadas rodas de ferrovia por forjamento a quente. Tabela 1

[0072] Para cada uma das rodas de ferrovia conformadas, o resfri amento brusco a 850°C foi executado na banda de rodagem 3 e na porção de flange 4 da roda de ferrovia. Especificamente, uma roda de ferrovia aquecida até 850°C foi resfriada pulverizando-se água de um bocal enquanto a roda foi girada (o assim chamado "resfriamento rápido de banda de rodagem"). Além disso, a têmpera foi conformada a 450°C na banda de rodagem 3 e na porção de flange 4 da roda de ferrovia após o resfriamento rápido. Uma vez que a camada resfriada rapidamente (martensita e bainita como uma estrutura super-resfriada) existe na camada mais externa da banda de rodagem 3, o trabalho de corte foi executado na camada mais externa da banda de rodagem 3 para remover a camada resfriada rapidamente. Através do processo acima, as rodas de ferrovia para os testes nos 1 a 17 foram produzidas.

[0073] As formas das rodas de ferrovia foram como mostradas nas Figuras 2 e 3. O diâmetro da roda de ferrovia foi 1200 mm, a largura W 3 da porção de aro 1 foi 125 mm, e a espessura D 3 a partir da banda de rodagem 3 da porção de aro 1 foi 65 mm.

Teste de observação da microestrutura

[0074] Uma amostra para observação da microestrutura foi tirada da posição de t/4 de profundidade a partir da superfície da porção de placa 2 cortando-se perpendicularmente à superfície da porção de placa 2 da roda de ferrovia. A amostra foi preenchida com resina de modo que a superfície de corte de uma parte de placa 2 fosse a superfície a ser inspecionada, e foi executado o polimento espelhado. Posteriormente a observação da microestrutura foi executada pelo método acima. Como resultado da micro-observação, em qualquer número de teste, a razão de área de perlita na estrutura da matriz foi 95% ou mais e a microestrutura foi substancialmente perlita.

Teste de resistência à fadiga por corrosão

[0075] Um corpo de prova de fadiga de dobramento rotativo do tipo Ono 10 mostrado na Figura 4, foi cortado das posições mostradas na Figura 2 e na Figura 3 da porção de placa 2 da roda de ferrovia de cada número de teste. Um corpo de prova foi cortado de modo que a direção longitudinal do corpo de prova foi ao longo da direção circunfe- rencial da roda.

[0076] Em relação à Figura 4, o corpo de prova de teste de fadiga de dobramento rotativo do tipo Ono 10 teve uma seção transversal cir-cular, e uma porção paralela de um comprimento de 15 mm. Numerais mostrados sem unidade na Figura 4 indicam dimensões (na unidade mm) de regiões correspondentes do corpo de prova. Na figura, "numerais Φ" indicam diâmetro (mm) das regiões especificadas.

[0077] CCT (Teste de Corrosão Cíclica) foi executado no corpo de prova de fadiga de dobramento rotativo do tipo Ono 10. Para evitar efeitos de corrosão provocados pelo CCT, porções do corpo de prova diferentes da porção paralela foram submetidas a mascaramento. As condições do CCT foram como segue. Inicialmente, 5% de solução de NaCl foram pulverizados a uma temperatura atmosférica de 35oC por 8 horas (etapa de pulverização). A seguir, o corpo de prova foi retido em uma atmosfera a uma temperatura de 35°C e a uma umidade relativa de 60% por 16 horas (etapa de retenção). Com a etapa de pulverização e a etapa de retenção sendo 1 ciclo, foram executados 14 ciclos.

[0078] Um teste de fadiga de dobramento rotativo do tipo Ono foi conduzido usando-se corpos de prova dos quais um mascaramento foi removido. Especificamente, o teste de fadiga de dobramento rotativo em conformidade com JIS Z2274 (1974) foi conduzido em uma condição alternada a uma frequência de rotação de 3000 rpm na atmosfera à temperatura ambiente (25°C), e a resistência à fadiga por corrosão (MPa) foi definida ser o estresse máximo no qual a fratura não ocorre após a repetição do número de vezes de N = 107.

Resultados dos testes

[0079] Os resultados dos testes estão mostrados na Tabela 1.

[0080] Em relação à Tabela 1, a composição química da roda de ferrovia de cada um dos testes nos 1 a 13 e do teste n° 17 foi adequada, e a fração de área de perlita da estrutura da matriz de sua porção de placa foi de não menos que 95%. Como resultado, a resistência à fadiga por corrosão foi de não menos de 400 MPa, apresentando excelente resistência à fadiga por corrosão.

[0081] Por outro lado, nos testes nos 14 a 16, o teor de Sn foi muito baixo. Por essa razão, a resistência à fadiga por corrosão foi menor que 400 MPa, apresentando baixa resistência à fadiga por corrosão.

[0082] Até aqui, foram descritas modalidades da presente inven ção. Entretanto, as modalidades descritas acima são meramente exemplos para execução da presente invenção. Portanto, a presente invenção não será limitada às modalidades descritas acima e pode ser executada alterando-se adequadamente as modalidades descritas acima dentro de uma faixa que não saia do seu espírito. LISTA DE SINAIS DE REFERÊNCIA 1 Porção de aro 2 Porção de placa 3 Banda de rodagem 4 Porção de flange 5 Porção saliente

Claims

1. Roda de ferrovia, caracterizada pelo fato de que compre-ende uma composição química consistindo, em % em massa, de: C: 0,65 a 0,80%, Si: 0,10 a 1,0%, Mn: 0,10 a 1,0%, P: não mais que 0,030%, 5: não mais que 0,030%, Cr: 0,05 a 0,20%, Sn: 0,005 a 0,50%, Al: 0,010 a 0,050%, N: 0,0020 a 0,015% Cu: 0 a 0,20% Ni: 0 a 0,20% Mo: 0 a 0,20% V: 0 a 0,20% Nb: 0 a 0,030%, e Ti: 0 a 0,30%, com o saldo sendo Fe e impurezas, onde a porção de placa (2) tem uma estrutura de matriz composta de perlita, em que a fração de área de perlita é de não menos que 95%.

2. Roda de ferrovia, de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizada pelo fato de que a roda de ferrovia contém pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo em: Cu: 0,02 a 0,20% e Ni: 0,02 a 0,20%.

3. Roda de ferrovia, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a roda de ferrovia contém pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo em: Mo: 0,005 a 0,20%, V: 0,005 a 0,20%, Nb: 0,010 a 0,030%, e Ti: 0,010 a 0,030%.