BR112019017967B1 - Trilho de alta resistência e método para produzir o mesmo - Google Patents

Abstract

Um trilho exibe uma tensão de prova de 0,2% alta após a expedição, que é eficaz para aperfeiçoar a resistência à fadiga de contato de rolamento do trilho, sendo que o trilho tem uma composição química que contém C: 0,70% a 0,85%, Si: 0,1% a 1,5%, Mn: 0,4% a 1,5%, P: 0,035% ou menos, S: 0,010% ou menos, e Cr: 0,05% a 1,50%, com o saldo sendo Fe e impurezas inevitáveis, e que exibe, pelo menos 90 dias após uma data de preparação de um certificado de inspeção de material de aço do trilho que descreve pelo menos um resultado de medição de uma tensão de prova de 0,2% de um boleto do trilho, uma margem de aperfeiçoamento de uma tensão de prova de 0,2% de 40 MPa ou mais, em relação à tensão de prova de 0,2% descrita no certificado de inspeção de material de aço.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A revelação refere-se a um trilho, particularmente um trilho perlítico de alta resistência, e a um método para produzir o mesmo. Especificamente, devido ao fato de que esse tipo de trilho é usado sob condições severas de carga por eixo alta como em ferrovias de mineração que são ponderadas com vagões de carga pesados e muitas vezes têm curvas acentuadas, a revelação fornece um método para fornecer um trilho perlítico de alta resistência que tem resistência à fadiga de contato de rolamento excelente que é adequada para prolongar a vida útil do trilho.

FUNDAMENTOS

[002] Em ferrovias de carga pesada principalmente construídas para transportar minério, a carga aplicada ao eixo de um vagão de carga é muito maior do que aquela em vagões de passageiros, e os trilhos e as rodas são usados em ambientes cada vez mais agressivos. Para tal trilho usado em ferrovias de carga pesada, especificamente, em ferrovias em que os trens e vagões de carga funcionam com alto peso de carregamento, o aço que tem uma estrutura de perlita é usado principalmente de modo convencional, a partir do ponto de vista da importância de resistência à fadiga de contato de rolamento. Nos últimos anos, no entanto, para aumentar o peso de carregamento em vagões de carga e aperfeiçoar a eficiência do transporte, tem existido uma demanda por aperfeiçoamento adicional da resistência à fadiga de contato de rolamento de trilhos.

[003] Consequentemente, diversos estudos têm sido feitos para o aperfeiçoamento da resistência à fadiga de contato de rolamento. Por exemplo, o documento no JP 5292875 B (PTL 1) propõe um trilho que tem excelente resistência ao desgaste, resistência à fadiga de contato de rolamento, e resistência à fratura retardada, sendo que o trilho tem razões definidas do teor de Mn e do teor de Cr, e do teor de V e do teor de N. O documento no JP 5493950 B (PTL 2) propõe um método para produzir um trilho perlítico que tem excelente resistência ao desgaste e ductilidade, em que o trilho perlítico tem teores definidos de C e Cu e é submetido ao pós-tratamento térmico em temperatura de aquecimento de 450 °C a 550 °C durante 0,5 h a 24 h. O documento no JP 2000-219939 A (PTL 3) propõe um trilho perlítico que tem excelente resistência ao desgaste e resistência ao dano de superfície, sendo que o trilho perlítico tem uma estrutura e teor de C definido e tem ainda uma tensão de prova (proof stress) de 0,2% de 600 MPa a 1.200 MPa. O documento no JP 5453624 B (PTL 4) propõe um trilho de aço de perlita que tem uma tensão de prova de 0,2% maior do que 500 MPa e menor do que 800 MPa, sendo que o trilho de aço de perlita tem teores definidos de C, Si, Mn, P, S e Cr, e uma soma definida de teores de C, Si, Mn e Cr.

LISTA DE CITAÇÃO Literatura de patente

[004] PTL 1: JP 5292875 B PTL 2: JP 5493950 B PTL 3: JP 2000-219939 A PTL 4: JP 5453624 B

SUMÁRIO (Problema da Técnica)

[005] Um trilho obtido através de laminação a quente e resfriamento acelerado é tipicamente submetido ao tratamento de endireitamento para eliminar uma curvatura do trilho. Nesse tratamento de endireitamento, a tensão de prova de 0,2% é significativamente diminuída pelo efeito de Bauschinger. Especificamente, para conferir linearidade para um trilho, por exemplo, o trilho tem que ser endireitado com uma carga de 294,2 kN a 686,5 kN (30 tf a 70 tf). Quando o tratamento de endireitamento é realizado com tal carga alta, a tensão de prova de 0,2% após o tratamento de endireitamento é significativamente diminuída em comparação com antes do tratamento.

[006] Então, elementos de liga precisam ser adicionados para otimizar suficientemente a tensão de prova de 0,2% antes do tratamento de endireitamento de um trilho, mas a adição de uma grande quantidade de elementos de liga causa, de preferência, uma estrutura anormal diferente de uma estrutura de perlita. Dessa forma, a adição de mais elementos de liga do que o presente nível é difícil. Portanto, uma diminuição na tensão de prova de 0,2% causada pelo efeito de Bauschinger precisa ser impedida por meio de um método diferente da adição de elementos de liga.

[007] Todas as técnicas descritas em PTL 1 a PTL 4, no entanto, meramente aperfeiçoam a tensão de prova de 0,2% em um estágio antes de um trilho ser submetido ao tratamento de endireitamento. Qualquer uma das técnicas não pode evitar uma diminuição na tensão de prova de 0,2% após o tratamento de endireitamento.

[008] Especificamente, a técnica descrita na PTL 1 define uma razão entre o teor de Mn e o teor de Cr, e uma razão entre o teor de V e o teor de N, mas o trilho perde a tensão de prova de 0,2% no tratamento de endireitamento, conforme descrito acima. Dessa forma, a tensão de prova de 0,2% não pode ser suficientemente mantida após o tratamento de endireitamento apenas pela definição da razão entre elementos de liga.

[009] A PTL 2 propõe definir os teores de C e Cu e realizar o pós-tratamento térmico em temperatura de aquecimento de 450 °C a 550 °C durante 0,5 h a 24 h, mas a temperatura de aquecimento é alta apenas para diminuir a tensão de prova de 0,2% devido à recuperação de deslocamento. Dessa forma, a tensão de prova de 0,2% é mais diminuída após o tratamento de endireitamento.

[010] A técnica descrita na PTL 3 define o teor de C para mais que 0,85% e aumenta a quantidade de cementita, assegurando, assim, uma tensão de prova de 0,2% alta. Por outro lado, uma diminuição em alongamento tende a causar rachadura, tornando, dessa forma, difícil assegurar a resistência à fadiga de contato de rolamento.

[011] O trilho de aço de perlita da PTL 4 tem uma tensão de prova de 0,2% tão baixa quanto menos que 800 MPa, e realmente tem dificuldades para assegurar a resistência à fadiga de contato de rolamento.

[012] A revelação foi desenvolvida à luz das circunstâncias acima. Poderia ser útil fornecer um método para alcançar uma tensão de prova de 0,2% alta em um trilho após a expedição, que é eficaz no aperfeiçoamento da resistência à fadiga de contato de rolamento do trilho.

(Solução para o problema)

[013] Foi estudado como lidar com esse problema e constatou-se que a otimização da composição química de um trilho e, adicionalmente, a realização de modo adequado do tratamento de endireitamento antes do envelhecimento natural é eficaz para aperfeiçoar a tensão de prova de 0,2% de um trilho perlítico. Em particular, os trilhos usados em ferrovias de carga pesada em minas têm um período de transporte longo a partir da expedição até o lançamento em locais de mineração domésticos e estrangeiros. Dessa forma, com base nas constatações que o uso do período para envelhecimento natural é vantajoso, a revelação foi concluída.

[014] A revelação tem por base as constatações descritas acima e tem as seguintes características primárias. 1. Um trilho acompanhado de um certificado de inspeção de material de aço que descreve pelo menos um resultado de medição de uma tensão de prova de 0,2% de um boleto (head) do trilho, que tem uma composição química que contém (consiste em), em % em massa, C: 0,70% a 0,85%, Si: 0,1% a 1,5%, Mn: 0,4% a 1,5%, P: 0,035% ou menos, S: 0,010% ou menos, e Cr: 0,05% a 1,50%, com o balanço sendo Fe e impurezas inevitáveis, em que o trilho exibe, pelo menos 90 dias após uma data de preparação do certificado de inspeção de material de aço, uma margem de aperfeiçoamento de uma tensão de prova de 0,2% de 40 MPa ou mais, em relação à tensão de prova de 0,2% descrita no certificado de inspeção de material de aço.

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

[016] 3. Um método para produzir um trilho que compreende: laminar a quente uma matéria-prima de aço para obter um trilho, sendo que a matéria-prima de aço tem uma composição química que contém (consiste em), em % em massa, C: 0,70% a 0,85%, Si: 0,1% a 1,5%, Mn: 0,4% a 1,5%, P: 0,035% ou menos, S: 0,010% ou menos, e Cr: 0,05% a 1,50%, com o balanço sendo Fe e impurezas inevitáveis; endireitar o trilho com uma carga de 980,7 kN (100 tf) ou mais; e preparar um certificado de inspeção de material de aço que inclui pelo menos um resultado de medição de uma tensão de prova de 0,2% de um boleto do trilho dentro de 480 horas após o endireitamento.

[017] 4. O método, de acordo com 3., em que a composição química contém adicionalmente, em % em massa, pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste em V: 0,30% ou menos, Cu: 1,0% ou menos, Ni: 1,0% ou menos, Nb: 0,05% ou menos, Mo: 0,5% ou menos, Al: 0,07% ou menos, W: 1,0% ou menos, B: 0,005% ou menos, e Ti: 0.05% ou menos. (Efeito Vantajoso)

[018] De acordo com a revelação, é possível fornecer um trilho perlítico de alta resistência que obtém uma excelente tensão de prova de 0,2% através do envelhecimento e, dessa forma, pode ser adequadamente usado em ferrovias de carga pesada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[019] Nos desenhos anexos: A Figura 1 é um diagrama esquemático de um boleto de trilho que ilustra uma posição de coleta de uma peça de teste de tração; As Figuras 2A e 2B são, cada uma, um diagrama esquemático de um boleto de trilho que ilustra uma posição de coleta de uma peça de teste de fadiga de contato de rolamento; e A Figura 3 é um diagrama esquemático que ilustra uma visão geral do endireitamento de curvatura de um trilho.

DESCRIÇÃO DETALHADA [Composição química]

[020] O presente trilho será especificamente explicado abaixo. É importante que o presente trilho tenha a composição química descrita acima. As razões para limitar a composição química, conforme descrito acima, são explicadas primeiramente. A unidade do teor de cada componente é “% em massa”, mas é abreviada como “%”. C: 0,70% a 0,85%

[021] C é um elemento que forma cementita em uma estrutura de perlita e tem o efeito de aperfeiçoar a tensão de prova de 0,2% por meio de envelhecimento natural. Portanto, a adição de C é necessária para assegurar a tensão de prova de 0,2% em um trilho. À medida que o teor de C aumenta, a tensão de prova de 0,2% é aperfeiçoada. Especificamente, quando o teor de C é menor do que 0,70%, é difícil obter uma tensão de prova de 0,2% excelente após o envelhecimento natural. Por outro lado, quando o teor de C estiver além de 0,85%, a cementita pró-eutetoide é formada em limites de grão de austenita anteriores, terminado na deterioração da resistência à fadiga de contato de rolamento de um trilho. Portanto, o teor de C é definido para 0,70% a 0,85% e, de preferência, 0,75% a 0,85%. Si: 0,1% a 1,5%

[022] Si é um elemento que tem um efeito como um desoxidante. Adicionalmente, Si tem um efeito de aperfeiçoar a tensão de prova de 0,2% de um trilho por meio do reforço de solução solida de ferrita em perlita. Portanto, o teor de Si precisa ser de 0,1% ou mais. Por outro lado, um teor de Si além de 1,5% produz uma grande quantidade de inclusões à base de óxido devido ao fato de que Si tem uma alta força de ligação com oxigênio, deteriorando assim a resistência à fadiga de contato de rolamento. Portanto, o teor de Si é definido para 0,1% a 1,5% e, de preferência, 0,15% a 1,5%. Mn: 0,4% a 1,5%

[023] Mn é um elemento que aperfeiçoa a resistência de um trilho mediante a diminuição da temperatura de transformação de aço para reduzir, assim, o espaçamento lamelar. Um teor de Mn menor do que 0,4%, no entanto, não pode alcançar um efeito suficiente. Por outro lado, um teor de Mn além de 1,5% tende a gerar uma estrutura de martensita por meio da microssegregação de aço, deteriorando, assim, a resistência à fadiga de contato de rolamento. Portanto, o teor de Mn é definido para 0,4% a 1,5% e, de preferência, 0,4% a 1,4%. P: 0,035% ou menos

[024] Um teor de P além de 0,035% deteriora a ductilidade de um trilho. Portanto, o teor de P é definido para 0,035% ou menos. Por outro lado, o limite inferior do teor de P não é limitado e pode ser de 0%, embora industrialmente maior do que 0%. A diminuição do teor de P em excesso causa um aumento no custo da refinação. Dessa forma, a partir da perspectiva de eficiência econômica, o teor de P é, de preferência, definido para 0,001% ou mais. Mais preferencialmente, o teor de P é de 0,025% ou menos. S: 0,010% ou menos

[025] S existe no aço principalmente sob a forma de uma inclusão do tipo A (à base de sulfeto). Um teor de S além de 0,010% aumenta significativamente a quantidade das inclusões e gera inclusões grossas, deteriorando, assim, a resistência à fadiga de contato de rolamento. A definição do teor de S para menos do que 0,0005% causa um aumento em custo de refinação. Dessa forma, a partir da perspectiva de eficiência econômica, o teor de S é, de preferência, definido para 0,0005% ou mais. Mais preferencialmente, o teor de S é de 0,009% ou menos. Cr: 0,05% a 1,50%

[026] Cr é um elemento que tem um efeito de aperfeiçoar a tensão de prova de 0,2% por meio do reforço de solução solida de cementita em perlita. Para alcançar esse efeito, o teor de Cr precisa ser de 0,05% ou mais. Por outro lado, um teor de Cr além de 1,50% gera uma estrutura de martensita por meio do reforço de solução sólida de Cr, terminando na deterioração da resistência à fadiga de contato de rolamento. Portanto, o teor de Cr é definido para 0,05% a 1,50% e, de preferência, 0,10% a 1,50%.

[027] O presente trilho compreende a composição mencionada anteriormente como uma matéria-prima de aço, com o balanço sendo Fe e impurezas inevitáveis. O balanço pode ser Fe e impurezas inevitáveis, e pode conter adicionalmente os seguintes elementos dentro de uma faixa que não afeta substancialmente a ação e o efeito da revelação.

[028] Especificamente, o balanço pode conter adicionalmente, conforme necessário, pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste em V: 0,30% ou menos, Cu: 1,0% ou menos, Ni: 1,0% ou menos, Nb: 0,05% ou menos, Mo: 0,5% ou menos, Al: 0,07% ou menos, W: 1,0% ou menos, B: 0,005% ou menos, e Ti: 0.05% ou menos. V: 0,30% ou menos

[029] V é um elemento que tem um efeito de precipitar como um carbonitreto durante e após a laminação e aperfeiçoar a tensão de prova de 0,2% por meio do reforço de precipitação. Portanto, 0,001% ou mais de V é, de preferência, adicionado. Por outro lado, um teor de V além de 0,30% causa a precipitação de uma grande quantidade de carbonitretos grossos, deteriorando, assim, a resistência à fadiga de contato de rolamento. Portanto, no caso da adição de V, o teor de V é, de preferência, definido para 0,30% ou menos. Cu: 1,0% ou menos

[030] Conforme com Cr, Cu é um elemento que tem um efeito de aperfeiçoar a tensão de prova de 0,2% por meio do reforço de solução solida. Portanto, 0,001% ou mais de Cu é, de preferência, adicionado. Por outro lado, um teor de Cu além de 1,0% causa o craqueamento de Cu. Portanto, no caso da adição de Cu, o teor de Cu é, de preferência, definido para 1,0% ou menos. Ni: 1,0% ou menos

[031] Ni tem um efeito de aperfeiçoar a tensão de prova de 0,2% sem deteriorar a ductilidade. Portanto, 0,001% ou mais de Ni é, de preferência, adicionado. Além disso, a adição de Ni juntamente com Cu pode impedir o craqueamento de Cu. Dessa forma, no caso da adição de Cu, Ni é, de preferência, adicionado. Por outro lado, um teor de Ni além de 1,0% aumenta a temperabilidade por arrefecimento brusco para produzir martensita, deteriorando a resistência à fadiga de contato de rolamento. Portanto, no caso da adição de Ni, o teor de Ni é, de preferência, definido para 1,0% ou menos. Nb: 0,05% ou menos

[032] Nb precipita como um carbonitreto durante e após a laminação e aperfeiçoa a tensão de prova de 0,2% de um trilho perlítico. Portanto, 0,001% ou mais de Nb é, de preferência, adicionado. Por outro lado, um teor de Nb além de 0,05% causa a precipitação de uma grande quantidade de carbonitretos grosso, deteriorando, assim, a ductilidade. Portanto, no caso da adição de Nb, o teor de Nb é, de preferência, definido para 0,05% ou menos. Mo: 0,5% ou menos

[033] Mo precipita como um carbonitreto durante e após a laminação e aperfeiçoa a tensão de prova de 0,2% por meio do reforço de precipitação. Portanto, 0,001% ou mais de Mo é, de preferência, adicionado. Por outro lado, um teor de Mg além de 0,5% produz martensita, deteriorando, assim, a resistência à fadiga de contato de rolamento. Portanto, no caso da adição de Mo, o teor de Mo é, de preferência, definido para 0,5% ou menos. Al: 0,07% ou menos

[034] Al é um elemento que é adicionado como um desoxidante. Portanto, 0,001% ou mais de Al é, de preferência, adicionado. Por outro lado, um teor de Al além de 0,07% produz uma grande quantidade de inclusões à base de óxido devido ao fato de que Al tem uma alta força de ligação com oxigênio, deteriorando assim a resistência à fadiga de contato de rolamento. Portanto, o teor de Al é, de preferência, definido para 0,07% ou menos. W: 1,0% ou menos

[035] W precipita como um carbonitreto durante e após a laminação e aperfeiçoa a tensão de prova de 0,2% por meio do reforço de precipitação. Portanto, 0,001% ou mais de W é, de preferência, adicionado. Por outro lado, um teor de W além de 1,0% produz martensita, deteriorando, assim, a resistência à fadiga de contato de rolamento. Portanto, no caso da adição de W, o teor de W é, de preferência, definido para 1,0% ou menos. B: 0,005% ou menos

[036] B precipita como um nitreto durante e após a laminação, e aperfeiçoa a tensão de prova de 0,2% por meio do reforço de precipitação. Portanto, 0,0001% ou mais de B é, de preferência, adicionado. Um teor de B além de 0,005% produz martensita, deteriorando assim a resistência à fadiga de contato de rolamento. Portanto, no caso da adição de B, o teor de B é, de preferência, definido para 0,005% ou menos. Ti: 0,05% ou menos

[037] Ti precipita como um carbureto, um nitreto ou um carbonitreto durante e após a laminação, e aperfeiçoa a tensão de prova de 0,2% por meio do reforço de precipitação. Portanto, 0,001% ou mais de Ti é, de preferência, adicionado. Por outro lado, um teor de Ti além de 0,05% produz carburetos grossos, nitretos ou carbonitretos, deteriorando, assim, a resistência à fadiga de contato de rolamento. Portanto, no caso da adição de Ti, o teor de Ti é, de preferência, 0,05% ou menos.

[Margem de aperfeiçoamento de uma tensão de prova de 0,2% de 40 MPa ou mais]

[038] Na revelação, é importante que o trilho tem a composição química mencionada anteriormente e exibe adicionalmente, pelo menos 90 dias após uma data de preparação de um certificado de inspeção de material de aço do trilho que descreve pelo menos um resultado de medição de uma tensão de prova de 0,2% de um boleto do trilho, uma margem de aperfeiçoamento de uma tensão de prova de 0,2% de 40 MPa ou mais, em relação à tensão de prova de 0,2% descrita no certificado de inspeção de material de aço.

[039] Especificamente, para aperfeiçoar a resistência à fadiga de contato de rolamento do trilho, a tensão de prova de 0,2% do trilho precisa ser aperfeiçoado para limitar uma área de deformação plástica tanto quanto possível. A tensão de prova de 0,2% pode ser aperfeiçoada mediante a adição de elementos de liga que, no entanto, deteriora, de preferência, a resistência à fadiga de contato de rolamento do trilho por meio da geração de uma estrutura anormal como martensita. Para impedir a geração de uma estrutura anormal e aperfeiçoar a tensão de prova de 0,2%, o tratamento de endireitamento e tratamento de envelhecimento sob as condições mencionadas anteriormente são eficazes. A tensão de prova de 0,2%, pelo menos após a passagem de 90 dias, pode ser aperfeiçoada mediante o tratamento de endireitamento sob cargas ideais e o envelhecimento natural durante um período ideal.

[040] Quando a margem de aperfeiçoamento de uma tensão de prova de 0,2% é tão pequena quanto menos que 40 MPa, um fluxo plástico é facilmente causado sobre uma superfície do trilho, e as camadas de fadiga se acumulam facilmente sobre uma superfície do trilho, diminuindo a margem de aperfeiçoamento da resistência à fadiga de contato de rolamento. Portanto, a margem de aperfeiçoamento de uma tensão de prova de 0,2% é definida para 40 MPa ou mais. Como usado no presente documento, a “margem de aperfeiçoamento de uma tensão de prova de 0,2%” pode ser determinada como uma diferença entre uma tensão de prova de 0,2% do trilho em uma data de preparação de um “certificado de inspeção de material de aço” após a produção do trilho, especificamente, quase no momento da expedição (mais adiante neste documento, denominado de trilho antes do envelhecimento) e uma tensão de prova de 0,2% obtida mediante a realização de um teste de tração em peças de teste coletadas a partir do trilho, pelo menos 90 dias após a data de preparação (mais adiante neste documento, denominado de trilho envelhecido) (uma tensão de prova de 0,2% do trilho envelhecido - uma tensão de prova de 0,2% do trilho antes do envelhecimento).

[041] A margem de aperfeiçoamento de uma tensão de prova de 0,2% pelo menos após a passagem de 90 dias é usada para avaliar uma tensão de prova de 0,2% do trilho que tem exibido de modo suficiente envelhecimento por deformação, em que C adere às deformações introduzidas no trilho no endireitamento do trilho, aperfeiçoando, assim, a tensão de prova de 0,2%.

[042] O certificado de inspeção de material de aço descreve um resultado do teste de propriedades mecânicas no trilho obtido através de um processo final de produção do trilho. O trilho é expedido para um cliente anexado com o certificado de inspeção de material de aço. O trilho da revelação é anexado com o certificado de inspeção de material de aço, o qual descreve pelo menos um resultado de medição de uma tensão de prova de 0,2% de um boleto do trilho. O resultado de medição descrito de uma tensão de prova de 0,2% é um valor obtido em um teste de tração em amostras coletadas a partir de um boleto do trilho. Adicionalmente, pelo menos 90 dias após uma data de preparação do certificado de inspeção de material de aço, a tensão de prova de 0,2% é aperfeiçoada por 40 MPa ou mais, em relação à tensão de prova de 0,2% descrita no certificado de inspeção de material de aço. Dessa forma, considerando-se que existem tipicamente 90 dias ou mais a partir da expedição do trilho até o lançamento do trilho, o trilho obtém resistência à fadiga de contato de rolamento mais aperfeiçoada do que esperado a partir da tensão de prova de 0,2% descrita no certificado de inspeção de material de aço. Mesmo se o momento a partir de uma data de preparação do certificado de inspeção de material de aço até o lançamento do trilho for menor do que 90 dias, o trilho tem, tipicamente, uma vida útil substancialmente mais longa que 90 dias. Dessa forma, durante o uso do trilho, 90 dias passam a contar da data de preparação do certificado de inspeção de material de aço antes de a fadiga de contato de rolamento ocorrer no trilho e, dessa forma, a tensão de prova de 0,2% é aumentada, aperfeiçoando a resistência à fadiga de contato de rolamento.

[043] A margem de aperfeiçoamento de uma tensão de prova de 0,2% pode ser medida pelo menos 90 dias após uma data de preparação do certificado de inspeção de material de aço e não precisa ser medida em 90 dias a partir de uma data de preparação. Em outras palavras, a margem de aperfeiçoamento de uma tensão de prova de 0,2% pode ser medida em 90 dias a partir de uma data de preparação, ou 1 ano ou mais após uma data de preparação do certificado de inspeção de material de aço.

[044] O aperfeiçoamento de uma tensão de prova de 0,2% de 40 MPa ou mais pode ser considerado como uma margem de segurança para um valor previsto da vida útil do trilho. Alternativamente, 40 MPa é ainda adicionado a uma tensão de prova de 0,2% descrita no certificado de inspeção de material de aço e o valor obtido pode ser usado para prever a vida útil do trilho.

[Condições de produção]

[045] A seguir será descrito um método para produzir o presente trilho.

[046] O presente trilho pode ser produzido mediante a fabricação de um trilho através de laminação a quente e resfriamento, de acordo com um método habitual e subsequentemente submetendo o trilho ao tratamento de endireitamento com cargas de 980,7 kN (100 tf) ou mais.

[047] O trilho é produzido por laminação a quente, por exemplo, de acordo com os seguintes procedimentos.

[048] Primeiramente, o aço é fundido em um conversor ou um forno de aquecimento elétrico e submetido, conforme necessário, à refinação secundária como desgaseificação. Subsequentemente, a composição química do aço é ajustada dentro da faixa mencionada anteriormente. Em seguida, o aço é submetido à fundição contínua para fabricar uma matéria-prima de aço como bloco. Subsequentemente, a matéria-prima de aço é aquecida em um forno de aquecimento até 1.200 °C a 1.350 °C e laminada a quente para obter um trilho. A laminação a quente é, de preferência, realizada em temperatura de acabamento de laminação: 850 °C a 1.000 °C e o trilho após a laminação a quente é, de preferência, resfriado em taxa de resfriamento: 1 °C/s a 10 °C/s.

[049] Após o resfriamento, depois que a laminação a quente é terminada, o trilho é submetido ao tratamento de endireitamento com cargas de 980,7 kN (100 tf) ou mais para endireitar uma curvatura do trilho. A curvatura do trilho é endireitada por meio da passagem do trilho através de cilindro de endireitamento dispostos em ziguezague ao longo da direção de alimentação do trilho e submetendo-se o trilho à deformação de restauração de curvatura/flexão repetida. A Figura 3 é um diagrama conceitual que ilustra um método para endireitar uma curvatura do trilho. O endireitamento de curvatura de um trilho é realizada por meio da passagem de um trilho R através de cilindros de endireitamento A a G dispostos em ziguezague ao longo da direção de alimentação do trilho. Na Figura 3, as superfícies de topo de cilindros de endireitamento A, B e C dispostos abaixo da linha de alimentação são dispostas em um lado superior em relação às superfícies de fundo de cilindros de endireitamento D, E, F e G dispostos acima da linha de alimentação. Por meio da passagem do trilho através do grupo de cilindros de endireitamento, o trilho é submetido à deformação de restauração de curvatura/flexão. Durante o endireitamento, pelo menos uma dentre as cargas de endireitamento aplicadas aos cilindros de endireitamento A a G é de 980,7 kN (100 tf) ou mais. Por exemplo, no exemplo da Figura 3, sete cilindros de endireitamento no total, isto é, três cilindros de endireitamento no lado inferior da Figura e quatro cilindros de endireitamento no lado superior da Figura são aplicados com cargas de endireitamento de FA, FB, FC, FD, FE, FF e FG, entre as quais, a carga de endireitamento maior é de 980,7 kN (100 tf) ou mais. Mediante a definição da carga de endireitamento para 980,7 kN (100 tf) ou mais, podem ser introduzidas deformações no trilho de modo que a margem de aperfeiçoamento de uma tensão de prova de 0,2% possa ser de 40 MPa após a passagem de 90 dias. A carga de endireitamento é, de preferência, de 1029, 7 kN (105 tf) ou mais e 1667,1 kN (170 tf) ou menos.

[050] As deformações acumuladas no trilho pelo tratamento de endireitamento são alteradas dependendo da carga de endireitamento e da área da seção transversal do trilho (tamanho do trilho) a ser submetida ao tratamento de endireitamento. Aqui, o trilho a ser usado sob as condições de carga por eixo alta que é principalmente alvejado na revelação tem um tamanho de 52,16 kg (115 lb), 61,69 kg (136 lb) e 63,96 kg (141 lb) no padrão norte-americano AREMA que tem uma seção transversal relativamente grande e um tamanho de 50 kgN e 60 kg no padrão JIS. Quando o trilho que tem tal tamanho é aplicado com uma carga de endireitamento de 980,7 kN (100 tf) ou mais, deformações suficientes podem ser acumuladas no trilho para produzir uma margem de aperfeiçoamento suficiente de uma tensão de prova de 0,2% em relação a uma tensão de prova de 0,2% medido dentro de 480 horas após o endireitamento.

[051] Dentro de 480 horas depois que o endireitamento de curvatura do trilho é realizado, é preparado um certificado de inspeção de material de aço que inclui pelo menos o resultado de medição de uma tensão de prova de 0,2% de um boleto do trilho. Quando as propriedades de material do trilho que incluem uma tensão de prova de 0,2% são inspecionados após um período de tempo longo que causa envelhecimento por deformação tiver passado, depois do endireitamento de curvatura do trilho, a tensão de prova de 0,2% é constatada como sendo aumentada em relação à aquela inspecionada imediatamente após o endireitamento. Dessa forma, o trilho pode ser expedido como um trilho que tem uma tensão de prova de 0,2% alta. No entanto, o armazenamento do trilho em fábricas durante um período de tempo longo após o tratamento de endireitamento é impossível devido à limitação da extensão de um repositório. Portanto, o certificado de inspeção de material de aço que descreve pelo menos o resultado de medição de uma tensão de prova de 0,2% de um boleto do trilho é preparado imediatamente após o endireitamento de curvatura, isto é, dentro de 480 horas após o endireitamento de curvatura.

[052] Um trilho produzido a partir de uma matéria-prima de aço que tem a composição química mencionada anteriormente exibe uma margem de aperfeiçoamento de uma tensão de prova de 0,2% de 40 MPa ou mais pelo menos 90 dias após uma data de preparação do certificado de inspeção de material de aço, em virtude do envelhecimento natural durante pelo menos 90 dias após o tratamento de endireitamento.

EXEMPLOS (Exemplo 1)

[053] As matérias-primas de aço (bloco) que tem uma composição química listada na Tabela 1 foram laminadas a quente para obter trilhos que têm um tamanho listado na Tabela 2. Nesse momento, a temperatura de aquecimento antes da laminação a quente foi de 1.250 °C, e a temperatura de entrega foi de 900 °C. Os trilhos laminados a quente foram resfriados até 400 °C em uma taxa média de resfriamento de 3 °C/s. Subsequentemente, os trilhos resfriados foram submetidos ao tratamento de endireitamento sob condições listadas na Tabela 2.

[054] Um teste de tração foi realizado nos trilhos obtidos para medir sua tensão de prova de 0,2%, resistência à tração e alongamento. Adicionalmente, um teste de resistência à fadiga de contato de rolamento foi realizado para medir a resistência à fadiga de contato de rolamento dos trilhos. A Tabela 2 lista também esses resultados. O método de medição foi conforme exposto a seguir. O teste de tração foi realizado entre o tratamento de endireitamento e a preparação de um certificado de inspeção de material de aço. Adicionalmente, o teste de tração também foi realizado nos trilhos além do No 1 após o tratamento de envelhecimento natural.

[Teste de tração]

[055] Para os boletos dos trilhos obtidos, as peças de teste de tração foram coletadas a partir da porção ilustrada na Figura 1. Especificamente, as peças de teste de tração que têm um diâmetro de porção paralela conforme descrito em ASTM A370 de 12,7 mm foram coletadas a partir de uma posição descrita em 2.1.3.4 do Capítulo 4 de AREMA (consulte a Figura 1). Em seguida, com o uso das peças de teste de tração obtidas, um teste de tração foi realizado sob as condições de uma velocidade de tração de 1 mm/min e um comprimento de calibre (gauge length) de 50 mm para medir a tensão de prova de 0,2%, resistência à tração e alongamento. Os resultados de medição foram listados na Tabela 2.

[056] O teste de tração foi realizado dentro de 480 horas após o tratamento de endireitamento em peças de teste de boletos dos trilhos coletados a partir de imediatamente após (dentro de 480 horas após) o tratamento de endireitamento. Quanto aos trilhos diferentes do No 1 , o teste de tração também foi realizado 90 dias após a preparação de um certificado de inspeção de material de aço. Adicionalmente, as peças de teste foram coletadas a partir de boletos dos trilhos após os trilhos terem passado pelo tratamento de envelhecimento natural durante um período de tratamento de envelhecimento natural conforme listado na Tabela 2. Nas peças de teste, um teste de tração foi realizado após o tempo (dias) a partir da preparação de um certificado de inspeção de material de aço até o teste de tração conforme listado na Tabela 2 ter passado. Então, a margem de aperfeiçoamento (MPa) de uma tensão de prova de 0,2% após o tratamento de envelhecimento natural foi medida, em relação à tensão de prova de 0,2% medida no teste de tração imediatamente após o tratamento de endireitamento.

[Resistência à fadiga de contato de rolamento]

[057] A resistência à fadiga de contato de rolamento foi avaliada com o uso de um aparelho de teste de desgaste do tipo Nishihara e simulando-se condições de contato real entre um trilho e uma roda. Especificamente, as peças de teste de cilindro que têm um diâmetro de 30 mm (um diâmetro externo de 30 mm e um diâmetro interno de 16 mm) com uma superfície de contato sendo uma superfície curva que tem um raio de curvatura de 15 mm, foram coletadas a partir de boletos dos trilhos após o tratamento de envelhecimento natural conforme ilustrado na Figura 2A. As peças de teste de cilindro foram alimentadas para o aparelho de teste conforme ilustrado na Figura 2B com uma pressão de contato de 2,2 GPa e uma taxa de deslizamento de -20% sob condições de lubrificação por óleo. No momento quando ocorre escamação em uma superfície de contato das peças de teste, as peças de teste foram determinadas como tendo alcançado sua vida de fadiga de contato de rolamento. Como um padrão mediante a comparação da vida de fadiga de contato de rolamento, foi adotado um trilho de aço de perlita realmente usado que tem o teor de C de 0,81%. Quando o tempo de fadiga de contato de rolamento foi de 10% ou mais longo que no trilho de aço de perlita realmente usado (A1), a resistência à fadiga de contato de rolamento foi determinada como tendo sido aperfeiçoada.

[058] O material de roda ilustrado nas Figuras 2A e 2B foi submetido ao teste, sendo que o material de roda obtido mediante o aquecimento de uma barra redonda com um diâmetro de 33 mm a 900 °C, sendo que a barra tem uma composição química que contém, em % em massa, 0,76% de C, 0,35% de Si, 0,85% de Mn, 0,017% de P, 0,008% de S e 0,25% de Cr com o balanço sendo Fe e impurezas inevitáveis, retendo a barra durante 40 minutos, subsequentemente deixando que a mesma seja resfriada naturalmente, e formando em um material de roda, conforme ilustrado na Figura 2B. A dureza do material de aço foi HV280. Tabela 1 *O balanço é Fe e impurezas inevitáveis *1 Após a preparação de um certificado de inspeção de material de aço, envelhecimento natural é feito durante 90 dias e, então, teste de tração é realizado. *2 Após a preparação de um certificado de inspeção de material de aço, envelhecimento natural é feito durante um período de tratamento de envelhecimento natural listado na Tabela 2 e, então, teste de tração é realizado.

[059] O trilho do Exemplo comparativo No 1 no Exemplo 1 foi um trilho perlítico realmente usado que tem o teor de C de 0,81%. Conforme visto a partir dos resultados listados na Tabela 2, os trilhos dos Exemplos de acordo com a revelação tiveram uma tensão de prova de 0,2% mais excelente do que o trilho do Exemplo comparativo No 1 em 40 MPa ou mais e exibiu uma margem de aperfeiçoamento de resistência à fadiga de contato de rolamento de 10% ou mais. Por outro lado, os trilhos dos Exemplos comparativos que não satisfizeram as condições da revelação foram inferiores em pelo menos uma dentre uma tensão de prova de 0,2%, alongamento e resistência à fadiga de contato de rolamento.

(Exemplo 2)

[060] Os trilhos foram produzidos nos mesmos procedimentos que no Exemplo 1 além do uso de aço que tem uma composição química listada na Tabela 3. Um teste de tração e medição de resistência à fadiga de contato de rolamento foram realizados nos trilhos da mesma forma que no Exemplo 1 . A Tabela 4 lista condições de tratamento de endireitamento e tratamento de envelhecimento, e resultados de medição.

[061] Conforme visto a partir dos resultados listados na Tabela 4, os trilhos dos Exemplos que satisfazem as condições da revelação tiveram uma tensão de prova de 0,2% mais excelente do que o trilho do Exemplo comparativo No 1 em 40 MPa ou mais e exibiu uma margem de aperfeiçoamento de resistência à fadiga de contato de rolamento de 10% ou mais. Por outro lado, os trilhos dos Exemplos comparativos que não satisfizeram as condições da revelação foram inferiores em pelo menos uma dentre uma tensão de prova de 0,2% e resistência à fadiga de contato de rolamento. Tabela 3 Tabela 4 *1 Após a preparação de um certificado de inspeção de material de aço, envelhecimento natural é feito durante 90 dias e, então, teste de tração é realizado. *2 Após a preparação de um certificado de inspeção de material de aço, envelhecimento natural é feito durante um período de tratamento de envelhecimento natural listado na Tabela 2 e, então, teste de tração é realizado

Claims (2)

1. Trilho acompanhado de um certificado de inspeção de material de aço que descreve pelo menos um resultado de medição de uma tensão de prova de 0,2% de um boleto (head) do trilho medida dentro de 480 horas após a produção do trilho, CARACTE RIZADO pelo fato de que tem uma composição química que contém, em % em massa, C: 0,70% a 0,85%, Si: 0,1% a 1,5%, Mn: 0,4% a 1,5%, P: 0,035% ou menos, S: 0,010% ou menos, Cr: 0,05% a 1,50%, V: 0% a 0,30 %, Cu: 0% a 1,0 %, Ni: 0% a 1,0%, Nb: 0% a 0,05%, Mo: 0% a 0,5%, Al: 0% a 0,07%, W: 0% a 1,0%, B: 0% a 0,005%, e Ti: 0% a 0,05%, e com o balanço sendo Fe e impurezas inevitáveis, em que o trilho exibe, pelo menos 90 dias após o envelhecimento natural após a produção, uma margem de aperfeiçoamento de uma tensão de prova de 0,2% de 40 MPa ou mais, em relação à tensão de prova de 0,2% descrita no certificado de inspeção de material de aço; e em que a tensão de prova de 0,2% é medida sob uma velocidade de tração de 1 mm/min e um comprimento de calibre (gauge length) de 50 mm usando uma peça de teste obtida do trilho de acordo com ASTM A370 e seção 2.1.3.4 do Capítulo 4 da AREMA.

2. Método para produzir um trilho CARACTE RIZADO pelo fato de que compreende: laminar a quente uma matéria-prima de aço para obter um trilho, a matéria-prima de aço tendo uma composição química que contém, em % em massa, C: 0,70% a 0,85%, Si: 0,1% a 1,5%, Mn: 0,4% a 1,5%, P: 0,035% ou menos, S: 0,010% ou menos, Cr: 0,05% a 1,50%, V: 0% a 0,30%, Cu: 0% a 1,0%, Ni: 0% a 1,0%, Nb: 0% a 0,05%, Mo: 0% a 0,5%, Al: 0% a 0,07%, W: 0% a 1,0%, B: 0% a 0,005%, Ti: 0% a 0,05%, com o balanço sendo Fe e impurezas inevitáveis; endireitar o trilho com pelo menos um cilindro de endireitamento, ao qual uma carga de 980.7 kN (100 tf) ou mais é aplicada; e preparar um certificado de inspeção de material de aço que inclui pelo menos um resultado de medição de uma tensão de prova de 0,2% de um boleto do trilho dentro de 480 horas após o endireitamento; e em que a tensão de prova de 0,2% é medida sob uma velocidade de tração de 1 mm/min e um comprimento de calibre (gauge length) de 50 mm usando uma peça de teste obtida do trilho de acordo com ASTM A370 e seção 2.1.3.4 do Capítulo 4 da AREMA.