BR112021016279A2

BR112021016279A2 - Método para fabricação de trilho e trilho

Info

Publication number: BR112021016279A2
Application number: BR112021016279-8A
Authority: BR
Inventors: Naoki IIZUKA; Ryo Matsuoka; Minoru Honjo; Shigeo Okamoto
Original assignee: Jfe Steel Corporation
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2020-02-13
Publication date: 2021-10-13
Also published as: WO2020170930A1; JPWO2020170930A1; CN113439001B; AU2020224457B2; CA3130738A1; EP3928910A4; CN113439001A; AU2020224457A1; JP6822612B1; US20220145546A1; EP3928910A1

Abstract

método para fabricação de trilho e trilho. são propostas as condições de soldagem sob as quais as soldas são sempre formadas de forma estável, de modo que a diferença na dureza entre as soldas elétricas por centelhamento e o metal de base de trilho e a deflexão em um teste de flexão estejam em faixas melhores. uma pluralidade de peças de metal de base de trilho são unidas por meio de soldas formadas por soldagem elétrica por centelhamento, onde o metal de base de trilho tem uma composição química contendo c: 0,60 a 1,20% de massa, si: 0,10 a 1,50% de massa, mn: 0,10 a 1,50% de massa, e cr: 0,10 a 1,50% de massa, com o equilíbrio sendo fe e impurezas inevitáveis, e a soldagem elétrica por centelhamento é desempenhada com uma quantidade de entrada de calor de soldagem de 1,50 × 105ka2 × seg ou mais e 4,50 × 105ka2 × seg ou menos.

Description

MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE TRILHO E TRILHO CAMPO TÉCNICO

[001] Esta divulgação se refere a um método para fabricação de um trilho, especificamente, um método para fabricação de um trilho longo unindo continuamente uma pluralidade de peças de metal de base de trilho por soldagem elétrica por centelhamento. Além disso, está divulgação se refere particularmente a um método para a fabricação de um trilho de longa vida no qual a fratura nas soldas por soldagem elétrica por centelhamento pode ser suprimida e um trilho. O trilho da presente divulgação e o método de fabricação do mesmo são adequados para trilhos usados sob condições severas de carga por eixo alto, tal como para ferrovias de mineração no exterior com vagões de carga pesados e muitas curvas acentuadas.

ANTECEDENTES

[002] Em ferrovias de transporte pesado construídas principalmente para transportar minério ou semelhantes, a carga aplicada ao eixo de um vagão de carga é muito maior do que nos vagões de passageiros, e os trilhos são usados em ambientes cada vez mais hostis. Nos últimos anos, o peso de carregamento dos vagões de carga aumentou ainda mais para melhorar a eficiência do transporte dos trilhos. Nota-se que ferrovias de transporte pesado são ferrovias onde trens e vagões de carga transportam grandes cargas (o peso de carregamento por vagão de carga é, por exemplo, cerca de 150 toneladas ou mais).

[003] Ao instalar os trilhos, uma lacuna é fornecida entre as faces de extremidade dos trilhos, considerando a quantidade de expansão dos trilhos no verão quando eles são expostos a altas temperaturas. Quando um trem ou vagão de carga passa pela lacuna, o impacto das rodas tende a causar danos nas extremidades dos trilhos. Por outro lado, se forem usados trilhos longos continuamente unidos (os chamados trilhos longos), o número de lacunas quando instalado os trilhos é reduzido, o que suprime as extremidades dos trilhos danificadas. Como um resultado, a durabilidade dos trilhos pode ser melhorada.

[004] Por esta razão, considera-se o uso de trilhos longos, mesmo para ferrovias de transporte pesado. Tal como usado na presente invenção, um trilho longo é um trilho com um comprimento total de 200 m ou mais, que é obtido pela união das faces de extremidade de uma pluralidade de peças de metal de base de trilho por soldagem elétrica por centelhamento. Para tal trilho unido por meio de soldas, se as propriedades das soldas forem muito inferiores às do metal de base de trilho, ocorre fratura nas soldas quando a deformação por flexão é aplicada ao trilho. Em outras palavras, se as propriedades das soldas são muito inferiores às do metal de base de trilho, ocorre fratura nas soldas quando um trem ou vagão de carga passa, o que é um problema.

[005] Portanto, vários estudos têm sido realizados para melhorar a soldabilidade de um trilho. Por exemplo, JP 5659965 B (PTL 1) descreve um método de soldagem elétrica por centelhamento em que as quantidades ideais de C, Si e Mn e o comprimento no processo de centelhamento da parte final II (a parte do processo de soldagem elétrica por centelhamento após o pré- aquecimento e imediatamente antes da forja) são especificados.

[006] JP 2010-188382 A (PTL 2) descreve um método para resfriar soldas de um trilho, que especifica um método para resfriar as soldas após a soldagem do trilho.

[007] JP 2011-251335 A (PTL 3) descreve um método de soldagem elétrica por centelhamento, incluindo a colocação de eletrodos, que são resfriados pelo contato de um condutor que foi resfriado por um tubo de resfriamento de água por meio de um isolador, na parte superior e inferior do trilho de aço e arranjar os eletrodos de modo que a distância entre as faces de extremidade próximas umas das outras na direção longitudinal do trilho esteja dentro de 100 mm, então desempenhando soldagem elétrica por centelhamento, resfriamento adicional com os eletrodos em uma área imprensada entre uma cabeça de trilho e os eletrodos na direção longitudinal do trilho imediatamente após a soldagem e especificando a largura da zona afetada pelo calor e a largura da área amolecida das soldas.

[008] Todos os métodos descritos nos PTLS 1 a 3 acima mencionados apenas controlam a composição, a quantidade de reviravolta durante a soldagem elétrica por centelhamento ou o método de resfriamento, e nenhum dos métodos descreve a melhoria das propriedades das próprias soldas elétricas por centelhamento.

[009] A este respeito, JP 5532789 B (PTL 4) propõe um trilho no qual a dureza e a deflexão das soldas elétricas por centelhamento são especificadas. Em outras palavras, o PTL 4 propõe uma faixa apropriada da diferença de dureza entre soldas elétricas por centelhamento e metal de base do trilho, e uma faixa apropriada da deflexão em um teste de flexão, respectivamente.

LISTA DE CITAÇÕES Literatura Patentária PTL 1: JP 5659965 B PTL 2: JP 2010-188382 A PTL 3: JP 2011-251335 A PTL 4: JP 5532789 B

SUMÁRIO (Problema Técnico)

[010] É possível suprimir a fratura nas soldas especificando a diferença na dureza entre as soldas elétricas por centelhamento e o metal de base de trilho e a deflexão em um teste de flexão, como descrito no PTL 4 acima mencionado. PTL 4 descreve o controle da composição química, a quantidade de aperto durante a soldagem elétrica por centelhamento e o resfriamento como um método para obter tais soldas, que é semelhante aos métodos descritos nos PTLS 1 a 3.

[011] No entanto, com esses métodos convencionais, é difícil fabricar trilhos de forma estável tendo soldas elétricas por centelhamento com a diferença de dureza e a deflexão descritas acima, sem variação no desempenho. Nos últimos anos, o ambiente operacional dos trilhos está se tornando mais severo e, a fim de estender a vida útil dos trilhos, tem havido um problema não apenas em melhorar as propriedades mecânicas dos próprios trilhos, tais como resistência ao desgaste e resistência à fadiga de contato por rolamento (RCF), mas também para suprimir a deterioração das propriedades das soldas por soldagem elétrica por centelhamento. Portanto, é necessário regular estritamente as próprias condições de soldagem.

[012] Assim, poderia ser útil propor condições de soldagem sob as quais as soldas são sempre formadas de forma estável, onde a diferença na dureza entre as soldas elétricas por centelhamento e o metal de base de trilho e a deflexão em um teste de flexão estão em faixas mais adequadas do que aquelas descritas em PTL 4. De acordo com a presente divulgação, é possível fornecer de forma estável um trilho tendo soldas elétricas por centelhamento com propriedades superiores em comparação com soldas elétricas por centelhamento de trilhos convencionais. (Solução para o Problema)

[013] Para resolver os problemas acima, preparamos soldas elétricas por centelhamento de um trilho variando a quantidade de entrada de calor de soldagem e investigamos intensamente a distribuição de dureza do trilho e a diferença entre a dureza do metal de base de trilho e a dureza das soldas. Como um resultado, descobrimos que, ao definir a quantidade de entrada de calor de soldagem em 1,50  105kA2  seg ou mais e 4,50  105kA2  por seg ou menos, as propriedades das soldas elétricas por centelhamento são melhoradas e a variação das propriedades de cada solda é suprimida.

[014] A quantidade de entrada de calor de soldagem é determinada com a seguinte equação (1). Quantidade de entrada de calor de soldagem (kA2  seg) = quantidade de entrada de calor no processo de centelhamento inicial antes do pré- aquecimento (kA2  seg) + quantidade de entrada de calor no processo de pré- aquecimento (kA2  seg) + quantidade de entrada de calor no processo de centelhamento final (kA2  seg) (1) onde a quantidade de entrada de calor no processo de centelhamento inicial antes do pré-aquecimento = corrente média no processo de centelhamento inicial antes do pré-aquecimento (kA)  corrente média no processo de centelhamento inicial antes do pré-aquecimento (kA)  tempo do processo de centelhamento inicial antes do pré-aquecimento (segundo), a quantidade de entrada de calor no processo de pré-aquecimento =  (corrente média no i-ésimo processo de pré-aquecimento (kA)  corrente média no i-ésimo processo de pré-aquecimento (kA)  tempo do i-ésimo processo de pré-aquecimento (segundo)), onde i é um número inteiro arbitrário e o processo de pré-aquecimento é desempenhado várias vezes, e quantidade de entrada de calor no processo de centelhamento final = corrente média no processo de centelhamento final (kA)  corrente média no processo de centelhamento final (kA)  tempo do processo de centelhamento final (segundo).

[015] A presente divulgação é baseada nas descobertas acima mencionadas. Portanto, fornecemos o seguinte.

1. Um método de fabricação de um trilho, compreendendo unir uma pluralidade de peças de metal de base de trilho por meio de soldas formadas por soldagem elétrica por centelhamento, em que o metal de base de trilho compreende uma composição química contendo (consistindo em) C: 0,60 de massa a 1,20 de massa, Si: 0,10 de massa a 1,50 de massa, Mn: 0,10 de massa a 1,50 de massa, e Cr: 0,10 de massa a 1,50 de massa, com o equilíbrio sendo Fe e impurezas inevitáveis, e a soldagem elétrica por centelhamento é desempenhada com uma quantidade de entrada de calor de soldagem de 1,50  105kA2  seg ou mais e 4,50  105kA2  seg ou menos.

2. O método de fabricação de um trilho, de acordo com 1., em que um valor absoluto de diferença na dureza entre o metal de base de trilho e as soldas em uma camada superficial de uma superfície de uma cabeça de trilho a uma profundidade de 2,5 mm após a soldagem é 20 ou menos na dureza Vickers e a deflexão das soldas é de 20 mm ou mais.

3. O método de fabricação de um trilho de acordo com 1. ou 2., em que a composição química contém adicionalmente pelo menos um selecionado a partir do grupo consistindo em V: 0,30 de massa ou menos, Cu: 1,0 de massa ou menos,

Ni: 1,0 de massa ou menos, Nb: 0,2 de massa ou menos, Mo: 0,5 de massa ou menos, Al: 0,07 de massa ou menos, W: 1,0 de massa ou menos, B: 0,005 de massa ou menos, e Ti: 0,05 de massa ou menos.

4. Um trilho no qual uma pluralidade de peças de metal de base de trilho são unidas por meio de soldas, em que o metal de base de trilho compreende uma composição química contendo (consistindo em) C: 0,60 de massa a 1,20 de massa, Si: 0,10 de massa a 1,50 de massa, Mn: 0,10 de massa a 1,50 de massa, e Cr: 0,10 de massa a 1,50 de massa, com o equilíbrio sendo Fe e impurezas inevitáveis, e um valor absoluto de diferença na dureza entre o metal de base de trilho e as soldas em uma camada superficial de uma superfície de uma cabeça do trilho a uma profundidade de 2,5 mm é 20 ou menos na dureza Vickers, e a deflexão das soldas é 20 mm ou mais.

5. O trilho de acordo com 4., em que a composição química contém adicionalmente pelo menos um selecionado a partir do grupo consistindo em V: 0,30 de massa ou menos, Cu: 1,0 de massa ou menos, Ni: 1,0 de massa ou menos, Nb: 0,2 de massa ou menos, Mo: 0,5 de massa ou menos,

Al: 0,07 de massa ou menos, W: 1,0 de massa ou menos, B: 0,005 de massa ou menos, e Ti: 0,05 de massa ou menos. (Efeitos Vantajosos)

[016] De acordo com a presente divulgação, é possível fabricar de forma estável um trilho unido por soldas elétricas por centelhamento que são muito superiores às soldas convencionais de um trilho e aumentar o comprimento de um trilho sem deteriorar as propriedades das soldas por soldagem elétrica por centelhamento. Como um resultado, a presente divulgação contribui para estender a vida útil de trilhos instalados em ferrovias de transporte pesado e para prevenir acidentes ferroviários, o que é benéfico em termos industriais.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[017] Nos desenhos anexos: A FIG. 1 ilustra esquematicamente uma posição de medição da dureza do metal de base de trilho e das soldas; A FIG. 2 ilustra esquematicamente um teste de flexão; A FIG. 3 ilustra a relação entre a quantidade de entrada de calor durante a soldagem elétrica por centelhamento e a diferença na dureza entre o metal de base de trilho e as soldas elétricas por centelhamento; e A FIG. 4 ilustra a relação entre a quantidade de entrada de calor durante a soldagem elétrica por centelhamento e a deflexão no teste de flexão.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[018] O seguinte descreve o método para a fabricação de um trilho da presente divulgação, primeiro sobre as razões para limitar a composição química do metal de base de trilho. [Composição química do metal de base de trilho]

[019] C: 0,60 de massa a 1,20 de massa

[020] C é um elemento essencial para formar cementita em uma estrutura perlítica e garantir a resistência de soldas elétricas por centelhamento de aço de trilho. No entanto, quando o teor de C é inferior a 0,60 de massa, é difícil garantir a resistência das soldas elétricas por centelhamento de aço de trilho, o que deteriora as propriedades das soldas elétricas por centelhamento. Por outro lado, quando o teor de C excede 1,20 de massa, as propriedades das soldas elétricas por centelhamento são significativamente deterioradas devido à formação de cementita proeutetoide nos limites de grão de austenita nas soldas elétricas por centelhamento. Portanto, o teor de C é definido como 0,60 de massa a 1,20 de massa. O teor de C é preferencialmente 0,70 de massa ou mais. O teor de C é preferencialmente 1,10 de massa ou menos. O teor de C é mais preferencialmente 0,70 de massa a 1,10 de massa.

[021] Si: 0,10 de massa a 1,50 de massa

[022] Si é adicionado como agente desoxidante, mas seu efeito é insuficiente quando o teor de Si é menor que 0,10 de massa. Por outro lado, quando o conteúdo excede 1,50 de massa, óxidos são formados no aço de trilho por causa da alta força de ligação do Si com o oxigênio, e os óxidos permanecem nas soldas após a soldagem elétrica por centelhamento, resultando na deterioração das propriedades das soldas elétricas por centelhamento. Ainda, é difícil para a escama formada nas soldas que foram aquecidas a uma alta temperatura durante a soldagem elétrica por centelhamento descascar, e é difícil remover a escama formada por forja durante a soldagem. Como um resultado, a escama tende a permanecer nas soldas, e as soldas não podem apresentar bom desempenho. Portanto, o teor de Si é definido para 0,10 de massa a 1,50 de massa. O teor de Si é preferencialmente 0,15 de massa ou mais. O teor de Si é preferencialmente

1,45 de massa ou menos. O teor de Si é mais preferencialmente 0,15 de massa a 1,45 de massa.

[023] Mn: 0,10 de massa a 1,50 de massa

[024] O Mn contribui para aumentar a resistência das soldas elétricas por centelhamento, diminuindo a temperatura de transformação da perlita e reduzindo o espaçamento lamelar. Portanto, Mn é adicionado em uma quantidade de 0,10 de massa ou mais. Por outro lado, quando o teor de Mn excede 1,50 de massa, endurecimento e fragilização das soldas ocorrem após a soldagem elétrica por centelhamento, o que deteriora as propriedades das soldas. Portanto, o teor de Mn é definido para 0,10 de massa a 1,50 de massa. O teor de Mn é preferencialmente 0,15 de massa ou mais. O teor de Mn é preferencialmente 1,45 de massa ou menos. O teor de Mn é mais preferencialmente 0,15 de massa a 1,45 de massa.

[025] Cr: 0,10 de massa a 1,50 de massa

[026] Cr é um elemento que aumenta a resistência das soldas elétricas por centelhamento do trilho, que é adicionado em uma quantidade de 0,10 de massa ou mais. Por outro lado, quando o teor de Cr excede 1,50% de massa, é difícil para a escama formada nas soldas que foram aquecidas a uma alta temperatura durante a soldagem elétrica por centelhamento descascar, e é difícil remover a escama formada por forja durante a soldagem. Como um resultado, a escama tende a permanecer nas soldas, e as soldas não podem apresentar bom desempenho. Portanto, o teor de Cr é definido para 0,10 de massa a 1,50 de massa. O teor de Cr é preferencialmente 0,15 de massa ou mais. O teor de Cr é preferencialmente 1,45 de massa ou menos. O teor de Cr é mais preferencialmente 0,15 de massa a 1,45 de massa.

[027] O saldo além dos componentes acima mencionados é Fe e impurezas inevitáveis.

[028] Além dos componentes básicos descritos acima, os seguintes elementos podem ser adicionalmente adicionados ao metal de base de trilho da presente divulgação para aumentar adicionalmente a dureza das soldas.

[029] Ou seja, pode conter adicionalmente, conforme necessário, pelo menos um selecionado a partir do grupo consistindo de V: 0,30 de massa ou menos, Cu: 1,0 de massa ou menos, Ni: 1,0 de massa ou menos, Nb: 0,2 de massa ou menos, Mo: 0,5 de massa ou menos, Al: 0,07 de massa ou menos, W: 1,0 de massa ou menos, B: 0,005 de massa ou menos, e Ti: 0,05 de massa ou menos.

[030] V: 0,30 de massa ou menos

[031] V forma carbonitretos e é disperso e precipitado na base para aumentar a resistência das soldas elétricas por centelhamento do trilho. Portanto, é desejável adicionar V em uma quantidade de 0,005 de massa ou mais. Por outro lado, quando o teor de V excede 0,30 de massa, o efeito mencionado é saturado e o custo da liga aumenta. Portanto, quando V é adicionado, o teor de V é preferencialmente definido para 0,30 de massa ou menos.

[032] Cu: 1,0 de massa ou menos

[033] Cu é um elemento que aumenta adicionalmente a resistência das soldas elétricas por centelhamento do trilho por reforço de solução sólida. Portanto, é desejável adicionar Cu em uma quantidade de 0,005 de massa ou mais. Por outro lado, quando o teor de Cu excede 1,0 de massa, é provável que ocorra rachadura devido ao Cu durante a soldagem elétrica por centelhamento. Portanto, quando Cu é adicionado, o teor de Cu é preferencialmente definido para 1,0 de massa ou menos.

[034] Ni: 1,0 de massa ou menos

[035] Ni é um elemento que aumenta a resistência das soldas elétricas por centelhamento do trilho sem deteriorar a ductilidade. Como a rachadura por Cu durante a soldagem elétrica por centelhamento é suprimida pela adição de Ni em combinação com Cu, é desejável adicionar Ni também quando Cu é adicionado. Portanto, é desejável adicionar Ni em uma quantidade de 0,005 de massa ou mais. Por outro lado, quando o teor de Ni excede 1,0 de massa, o efeito mencionado é saturado e o custo da liga aumenta. Portanto, quando Ni é adicionado, o teor de Ni é preferencialmente definido para 1,0 de massa ou menos.

[036] Nb: 0,2 de massa ou menos

[037] Nb combina com C e N no aço e precipita como carbonetos, nitretos ou carbonitretos durante e após a laminação, o que pode aumentar a dureza das soldas elétricas por centelhamento do trilho. Portanto, é desejável adicionar Nb em uma quantidade de 0,005 de massa ou mais. Por outro lado, quando o teor de Nb excede 0,2 de massa, o efeito mencionado é saturado e o custo da liga aumenta. Portanto, quando Nb é adicionado, o teor de Nb é preferencialmente definido para 0,2 de massa ou menos.

[038] Mo: 0,5 de massa ou menos

[039] Mo um elemento que aumenta adicionalmente a resistência das soldas elétricas por centelhamento do trilho por reforço de solução sólida. Portanto, é desejável adicionar Mo em uma quantidade de 0,005 de massa ou mais. Por outro lado, quando o teor de Mo excede 0,5 de massa, o efeito mencionado é saturado e o custo da liga aumenta. Portanto, quando Mo é adicionado, o teor de Mo é preferencialmente definido para 0,5 de massa ou menos.

[040] Al: 0,07 de massa ou menos

[041] Al é um elemento adicionado como agente de desoxidação. Portanto, é preferencial adicionar Al em uma quantidade de 0,001 de massa ou mais. Por outro lado, quando o teor de Al excede 0,07 de massa, o efeito mencionado é saturado e o custo da liga aumenta. Portanto, quando Al é adicionado, o teor de Al é preferencialmente definido para 0,07 de massa ou menos.

[042] W: 1,0 de massa ou menos

[043] W é um elemento que precipita como carbonetos para aumentar adicionalmente a resistência das soldas elétricas por centelhamento do trilho, reforçando por precipitação. Portanto, é preferencial adicionar W em uma quantidade de 0,001 de massa ou mais. Por outro lado, quando o teor de W excede 1,0 de massa, o efeito mencionado é saturado e o custo da liga aumenta. Portanto, quando W é adicionado, o teor de W é preferencialmente definido para 1,0 de massa ou menos.

[044] B: 0,005 de massa ou menos

[045] B um elemento que precipita como nitretos para aumentar adicionalmente a resistência das soldas elétricas por centelhamento do trilho, reforçando por precipitação. Portanto, é preferencial adicionar B em uma quantidade de 0,0001 de massa ou mais. No entanto, quando o conteúdo B excede 0,005 de massa, o efeito mencionado é saturado e o custo da liga aumenta. Portanto, quando B é adicionado, o teor de B é preferencialmente definido para 0,005 de massa ou menos.

[046] Ti: 0,05 de massa ou menos.

[047] Ti é um elemento que precipita como carbonetos, nitretos ou carbonitretos para aumentar adicionalmente a resistência das soldas elétricas por centelhamento do trilho, reforçando por precipitação. Portanto, é preferencial adicionar Ti em uma quantidade de 0,001 de massa ou mais. Por outro lado, quando o teor de Ti excede 0,05 de massa, o efeito mencionado é saturado e o custo da liga aumenta. Portanto, quando Ti é adicionado, o teor de Ti é preferencialmente definido para 0,05 de massa ou menos.

[048] Uma pluralidade de peças de metal de base de trilho tendo a composição química descrita acima são unidas por meio de soldas formadas por soldagem elétrica por centelhamento para obter um trilho longo. O seguinte descreve as condições de soldagem em detalhes. O metal de base de trilho pode ser qualquer metal de base de trilho, desde que tenha a composição química descrita acima, e pode ser um trilho produzido por um processo normal. Em outras palavras, o metal de base de trilho pode ser um trilho produzido, após a fabricação de aço de um aço tendo uma composição química predeterminada, fundindo o aço para obter um bloco e usando o bloco como matéria-prima e submetendo-o a laminação a quente usando rolos de calibre para obter um trilho. O trilho quente pode ser submetido a têmpera lenta após a laminação a quente, se necessário. O trilho também pode ser endireitado, se necessário. [Condições de soldagem]

[049] Quantidade de entrada de calor de soldagem: 1,50  105kA2  seg ou mais e 4,50  105kA2  seg ou menos.

[050] Quando um veículo ferroviário está rodando sobre um trilho, o trilho é aplicado com uma carga vertical descendente, o que causa a deflexão do trilho. Aqui, quando a quantidade de entrada de calor de soldagem é inferior a 1,50  105kA2  seg, a quantidade de entrada de calor de soldagem é pequena, as soldas são endurecidas e a diferença de dureza entre o metal de base de trilho e as soldas aumenta. Como um resultado, a deflexão sob carga é reduzida. Portanto, quando um veículo ferroviário passa sobre o trilho e as rodas passam pelas soldas e uma grande carga é aplicada às soldas do trilho, a carga não pode ser absorvida pela deflexão das soldas, o que causa fratura nas soldas do trilho. Portanto, para suprimir a fratura nas soldas do trilho, a quantidade de entrada de calor de soldagem é fixada em 1,50  105kA2  seg ou mais. Por outro lado, quando a quantidade de entrada de calor de soldagem excede 4,50  105kA2  seg, a quantidade de entrada de calor de soldagem é muito grande, a dureza das soldas diminui e a diferença de dureza entre o metal de base de trilho e as soldas também aumenta. Como um resultado, ocorre desgaste local nas soldas, e quando um veículo ferroviário passa no trilho e as rodas passam pelas soldas e uma grande carga é aplicada às soldas do trilho, ocorre uma fratura nas soldas dos trilhos. Portanto, para suprimir a fratura nas soldas do trilho, é necessário definir a quantidade de entrada de calor de soldagem em 1,50  105kA2  seg ou mais e 4,50  105kA2  seg ou menos. A quantidade de entrada de calor de soldagem é preferencialmente 1,55  105kA2  seg ou mais. A quantidade de entrada de calor de soldagem é preferencialmente 4,45  105kA2  seg ou menos. A quantidade de entrada de calor de soldagem é mais preferencialmente 1,55  105kA2  seg ou mais e 4,45  105kA2  seg ou menos.

[051] Na presente divulgação, é essencial regular a quantidade de entrada de calor de soldagem durante a soldagem elétrica por centelhamento dentro das faixas descritas acima, e outras condições de soldagem podem estar de acordo com aquelas da fabricação geral de trilhos. Em outras palavras, a soldagem elétrica por centelhamento geralmente inclui um processo de centelhamento inicial antes do pré-aquecimento, um processo de pré-aquecimento, um processo de centelhamento final e um processo de forja. A quantidade de entrada de calor de soldagem é, então, a soma das quantidades de entrada de calor no processo de centelhamento inicial antes do pré-aquecimento, o processo de pré-aquecimento e o processo de centelhamento final. Além disso, a máquina de solda elétrica por centelhamento pode ser qualquer máquina de solda fabricada pela Chemetron Railway Products, Inc., Schlatter Industries AG ou semelhantes.

[052] O seguinte descreve o método de cálculo da quantidade de entrada de calor de soldagem durante a soldagem elétrica por centelhamento em detalhes. Ou seja, é calculado com a corrente média (kA) no processo de centelhamento inicial antes do pré-aquecimento e o tempo (segundo) do processo de centelhamento inicial antes do pré-aquecimento, a corrente média (kA) em cada processo de pré-aquecimento e o tempo (segundo) de cada processo de pré-aquecimento e a corrente média (kA) no processo de centelhamento final e o tempo (segundo) do processo de centelhamento final. Como o processo de pré-aquecimento é desempenhado pelo fluxo de corrente por i vezes, onde i é um número inteiro arbitrário de dois ou mais, para aquecimento (desempenhar aquecimento por várias vezes), é “cada processo de pré-aquecimento”. Com o exposto acima, a quantidade de entrada de calor de soldagem pode ser determinada com a seguinte equação (1).

[053] [Quantidade de entrada de calor de soldagem (kA2  seg)] = quantidade de entrada de calor no processo de centelhamento inicial antes do pré-aquecimento (kA2  seg) + quantidade de entrada de calor no processo de pré-aquecimento (kA2  seg) + quantidade de entrada de calor no processo de centelhamento final (kA2  seg) (1) onde quantidade de entrada de calor no processo de centelhamento inicial antes do pré-aquecimento = corrente média no processo de centelhamento inicial antes do pré-aquecimento (kA)  corrente média no processo de centelhamento inicial antes do pré-aquecimento (kA)  tempo do processo de centelhamento inicial antes do pré-aquecimento (segundo), quantidade de entrada de calor no processo de pré-aquecimento =  (corrente média no i-ésimo processo de pré-aquecimento (kA)  corrente média no i-ésimo processo de pré-aquecimento (kA)  tempo do i-ésimo processo de pré-aquecimento (segundo)), onde o processo de pré-aquecimento é desempenhado várias vezes, e quantidade de entrada de calor no processo de centelhamento final = corrente média no processo de centelhamento final (kA)  corrente média no processo de centelhamento final (kA)  tempo do processo de centelhamento final (segundo).

[054] Para controlar a quantidade de entrada de calor de soldagem assim determinada dentro das faixas acima, é necessário controlar a corrente e o tempo em cada processo de soldagem e o número de vezes do processo de pré- aquecimento.

[055] Depois que o processo de centelhamento final é concluído com a quantidade desejada de entrada de calor de soldagem, é preferencial desempenhar a forja a uma pressão de 45 toneladas a 75 toneladas no processo de forja. Após a soldagem elétrica por centelhamento, é permitido o resfriamento natural ou resfriamento a ar. Por exemplo, o resfriamento a ar pode ser desempenhado de 10 segundos a 70 segundos após o final da soldagem elétrica por centelhamento a uma pressão de ar de 5 psi a 20 psi por 15 segundos a 60 segundos.

[056] As soldas obtidas pela soldagem com a quantidade de entrada de calor de soldagem descrita acima satisfazem as seguintes propriedades: um valor absoluto da diferença de dureza entre o metal de base de trilho e as soldas em uma camada superficial de uma superfície de uma cabeça de trilho até uma profundidade de 2,5 mm (doravante pode ser simplesmente referido como "camada superficial") após a soldagem ter 20 ou menos em dureza Vickers, e a deflexão das soldas for 20 mm ou mais. [Valor absoluto da diferença H entre a dureza do metal de base de trilho e a dureza da solda: 20 ou menos]

[057] A dureza do metal de base de trilho e das soldas na camada superficial neste relatório descritivo é medida como descrito abaixo como uma dureza Vickers em uma posição de uma profundidade de 2,5 mm da superfície da cabeça do trilho após a fabricação. A partir dos valores medidos, a diferença de dureza H é calculado por [dureza do metal base] - [dureza da solda]. Quando o H excede +20, indica que a dureza das soldas é baixa. Como descrito acima, ocorre desgaste local nas soldas, causando fratura nas soldas. Por outro lado, quando a diferença de dureza H está abaixo de -20, indica que a dureza das soldas é muito maior do que a do metal da base. Como descrito acima, quando as rodas passam pelas soldas, uma grande carga é aplicada às soldas do trilho, causando fratura nas soldas do trilho. Mesmo se ocorrer fratura nas soldas, as soldas se projetam da superfície conforme o desgaste do metal de base de trilho se desenvolve. Como um resultado, é necessário triturar a saliência com um triturador ou semelhante. Portanto, o valor absoluto da diferença de dureza H entre o metal de base de trilho e as soldas é definido como 20 ou menos na dureza Vickers. [Deflexão: 20 mm ou mais]

[058] A deflexão do trilho da presente divulgação no teste de flexão descrito abaixo é de 20 mm ou mais. Em outras palavras, em um caso onde a deflexão é inferior a 20 mm, quando um veículo ferroviário passa sobre o trilho e as rodas passam pelas soldas, uma grande carga, que não pode ser absorvida pela deflexão das soldas, é aplicada às soldas do trilho, causando fratura nas soldas do trilho. Portanto, a deflexão é definida para 20 mm ou mais. [Teste de dureza]

[059] Como ilustrado na FIG. 1, o teste de dureza é desempenhado em uma posição de uma profundidade de 2,5 mm da superfície de uma cabeça de trilho de um trilho fabricado 1 ao longo de uma faixa do centro de uma solda 2, que é uma interface de união 3 entre duas peças de metal de base de trilho, a 50 mm em ambos os lados na direção longitudinal do trilho para medir a dureza Vickers com uma carga de 98 N e um afastamento de 1 mm. A média dos valores medidos do metal de base de trilho é a dureza do metal de base, a média dos valores medidos das soldas é a dureza das soldas e a diferença na dureza H é calculada por [dureza do metal base] - [dureza da solda]. [Teste de flexão]

[060] O teste de flexão é desempenhado de acordo com o padrão da American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association Standard: AREMA-sec.2.3.3.6. Em outras palavras, como ilustrado na FIG. 2, uma carga é aplicada com a distância entre os fulcros 4 sendo de 24 polegadas em ambos os lados do centro da solda 2 (isto é, a interface de junção 3 entre duas peças de metal de base de trilho) e a deflexão até que ocorra a fratura é medida. Na presente divulgação, as propriedades das soldas são consideradas boas quando a deflexão é de 20 mm ou mais.

EXEMPLOS (Exemplo 1)

[061] A soldagem elétrica por centelhamento foi desempenhada usando metal de base de trilho tendo a composição química listada na Tabela 1 (Aço divulgado A-1) com a quantidade de entrada de calor de soldagem listada na Tabela 2. A diferença de dureza H entre o metal de base de trilho e as soldas, e a deflexão no teste de flexão foram investigados como descrito acima. Toda a soldagem elétrica por centelhamento foi desempenhada com DC Rail Welder # 923 fabricado pela Chemetron Railway Products, Inc. Além disso, o resfriamento a ar foi desempenhado 50 segundos após o final da soldagem a uma pressão de ar de 10 psi por 45 segundos.

[062] Os resultados da medição do H e a deflexão estão listados na Tabela 2. Ainda, a FIG. 3 ilustra a relação entre a quantidade de entrada de calor durante a soldagem elétrica por centelhamento e a diferença na dureza H entre o metal de base de trilho e as soldas elétricas por centelhamento, e FIG. 4 ilustra a relação entre a quantidade de entrada de calor durante a soldagem elétrica por centelhamento e a deflexão no teste de flexão.

[063] Além disso, a resistência à fratura nas soldas do trilho obtido foi investigada como segue. Isto é, porque as propriedades das soldas são consideradas boas quando a deflexão é de 20 mm ou mais na presente divulgação, a presença ou ausência de fratura foi verificada no trilho na deflexão de 20 mm. Por outro lado, a fim de investigar as propriedades das próprias soldas na presente divulgação, o teste, mesmo se a deflexão foi de 20 mm ou mais, foi continuado sem interromper até que o trilho fraturou e a deflexão no momento da fratura foi investigada. Tabela 1 (% de massa) C Si Mn Cr Observações A-1 0,84 0,55 0,61 0,71 Aço de Exemplo Tabela 2 Quantidade Presença de de entrada de Amostra fratura do calor de Deflexão Nº de aço ΔH trilho na Observações soldagem (mm) Nº deflexão de 20 (×105kA2 mm ×seg)

Exemplo 1 A-1 1,32 -25 18,0 Sim Comparativo Exemplo 2 A-1 1,40 -23 18,1 Sim Comparativo 3 A-1 1,55 -19 24,9 Não Exemplo 4 A-1 2,27 -9 30,0 Não Exemplo 5 A-1 2,99 2 33,0 Não Exemplo 6 A-1 3,56 10 37,0 Não Exemplo 7 A-1 4,45 19 29,0 Não Exemplo Exemplo 8 A-1 4,60 24 19,5 Sim Comparativo

[064] É claro a partir da Tabela 2 e FIGS. 3 e 4 que, quando a quantidade de entrada de calor de soldagem foi de 1,50  105kA2  seg ou mais e 4,5  105kA2  seg ou menos, boas soldas elétricas por centelhamento podem ser formadas e quando a deflexão foi fixada a 20 mm ou mais, o trilho não fraturou na deflexão de 20 mm. (Exemplo 2)

[065] A soldagem elétrica por centelhamento foi desempenhada usando metal de base de trilho tendo a composição química listada na Tabela 3 (Aços divulgados B-1 a B-10 e B-19 a B-26, e aços comparativos B-11 a B-18), e a diferença na dureza ΔH entre o metal de base de trilho e as soldas e a deflexão no teste de flexão foram investigadas como no Exemplo 1. Os resultados dos testes são listados na Tabela 4. Tabela 3

Amostra de C Si Mn Cr V Cu Ni Nb Mo Al W B Ti Observações aço Nº B-1 0,83 1,50 0,48 0,26 - - - - - - - - - Aço de Exemplo B-2 1,09 0,25 0,85 0,61 - - - - - - - - - Aço de Exemplo B-3 0,70 0,42 0,40 1,50 - - - - - - - - - Aço de Exemplo B-4 0,84 0,88 0,46 0,79 - - - - - - - - - Aço de Exemplo B-5 0,83 0,87 0,47 1,46 - - - - - - - - - Aço de Exemplo

Petição 870210075471, de 17/08/2021, pág. 89/103 B-6 1,10 0,42 0,54 0,21 - - - - - - - - - Aço de Exemplo B-7 0,81 0,69 0,56 0,79 - - - - - - - - - Aço de Exemplo B-8 0,71 1,16 1,34 0,88 - - - - - - - - - Aço de Exemplo B-9 0,84 1,06 0,83 0,10 - - - - - - - - - Aço de Exemplo B-10 0,85 0,48 0,71 0,32 - - - - - - - - - Aço de Exemplo B-11 0,59 0,65 0,81 0,77 - - - - - - - - - Aço Comparativo B-12 1,21 0,24 0,81 0,22 - - - - - - - - - Aço Comparativo B-13 0,72 0,05 0,81 0,21 - - - - - - - - - Aço Comparativo B-14 0,82 1,52 0,82 0,99 - - - - - - - - - Aço Comparativo B-15 0,72 0,25 0,05 0,18 - - - - - - - - - Aço Comparativo 22/24

B-16 0,84 0,29 1,52 0,99 - - - - - - - - - Aço Comparativo B-17 0,81 0,63 0,81 0,01 - - - - - - - - - Aço Comparativo B-18 0,85 0,59 0,81 1,52 - - - - - - - - - Aço Comparativo B-19 0,84 0,55 0,55 0,79 - - - 0,05 - - - - - Aço de Exemplo B-20 0,84 0,51 0,61 0,74 - - - 0,15 - - - - - Aço de Exemplo B-21 0,84 0,25 1,10 0,25 - - - - 0,04 - - - - Aço de Exemplo B-22 0,84 0,35 1,05 0,29 - - 0,30 - - - - - - Aço de Exemplo B-23 0,84 0,55 0,55 0,62 0,30 0,50 - - - - - - - Aço de Exemplo B-24 0,84 0,25 1,20 0,29 - - - - - 0,07 0,60 - - Aço de Exemplo B-25 0,84 0,88 0,55 0,45 - - - - - - - 0,003 0,05 Aço de Exemplo B-26 0,84 0,95 0,56 0,79 - - - 0,05 - - - - - Aço de Exemplo Nota) A parte sublinhada indica que está fora da faixa da presente divulgação.

Tabela 4 Quantidade Presença de de entrada Amostra fratura do de calor de Deflexão Nº de aço ΔH trilho na Observações soldagem (mm) Nº deflexão de (×105kA2 20 mm ×seg) Exemplo 1 B-1 1,32 -25 18,0 Sim Comparativo 2 B-2 2,59 5 32,3 Não Exemplo 3 B-3 2,89 10 33,8 Não Exemplo 4 B-4 3,00 5 34,3 Não Exemplo 5 B-5 4,45 19 29,5 Não Exemplo 6 B-6 2,88 -5 33,8 Não Exemplo 7 B-7 2,98 8 34,2 Não Exemplo 8 B-8 2,78 11 33,3 Não Exemplo 9 B-9 2,69 15 32,8 Não Exemplo 10 B-10 2,84 12 33,6 Não Exemplo Exemplo 11 B-11 2,57 28 19,1 Sim Comparativo Exemplo 12 B-12 2,55 -26 18,2 Sim Comparativo Exemplo 13 B-13 2,54 22 19,3 Sim Comparativo Exemplo 14 B-14 2,56 -23 18,8 Sim Comparativo Exemplo 15 B-15 2,54 21 19,3 Sim Comparativo Exemplo 16 B-16 2,58 -23 18,7 Sim Comparativo Exemplo 17 B-17 2,58 24 19,2 Sim Comparativo Exemplo 18 B-18 2,55 -27 18,3 Sim Comparativo 19 B-19 3,01 5 34,3 Não Exemplo 20 B-20 3,29 8 35,3 Não Exemplo 21 B-21 3,38 -6 35,5 Não Exemplo 22 B-22 2,99 -3 34,2 Não Exemplo

23 B-23 2,71 -10 32,9 Não Exemplo 24 B-24 3,10 -12 34,7 Não Exemplo 25 B-25 2,68 -5 32,8 Não Exemplo 26 B-26 2,84 -2 33,6 Não Exemplo

[066] É claro a partir da Tabela 4 que o trilho obtido com o método de fabricação da presente divulgação não fratura na deflexão de 20 mm e que um trilho tendo soldas com boas propriedades pode ser obtido de forma estável com o método de fabricação da presente divulgação. Nenhum dos trilhos dos Exemplos tendo a composição química predeterminada, a diferença na dureza ΔH e a deflexão especificada na presente divulgação fraturou na deflexão de 20 mm. Por outro lado, para os trilhos dos Exemplos Comparativos que não atenderam às condições da presente divulgação, a diferença na dureza ΔH entre o material da base do trilho e as soldas ou a deflexão no teste de flexão não atingiu um nível satisfatório e ocorreu a fratura na deflexão de menos de 20 mm.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[067] Um trilho fabricado de acordo com a presente divulgação contribui para estender a vida útil de trilhos instalados em ferrovias de transporte pesado e para prevenir acidentes ferroviários, o que é benéfico em termos industriais.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de fabricação de um trilho, caracterizado pelo fato de que compreende unir uma pluralidade de peças de metal de base de trilho por meio de soldas formadas por soldagem elétrica por centelhamento, em que o metal de base de trilho compreende uma composição química contendo C: 0,60% de massa a 1,20% de massa, Si: 0,10% de massa a 1,50% de massa, Mn: 0,10% de massa a 1,50% de massa, e Cr: 0,10% de massa a 1,50% de massa, com o equilíbrio sendo Fe e impurezas inevitáveis, e a soldagem elétrica por centelhamento é desempenhada com uma quantidade de entrada de calor de soldagem de 1,50×105kA2×seg ou mais e 4,50×105kA2×seg ou menos.

2. Método de fabricação de um trilho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um valor absoluto de diferença na dureza entre o metal de base de trilho e as soldas em uma camada superficial de uma superfície de uma cabeça de trilho a uma profundidade de 2,5 mm após a soldagem é 20 ou menos na dureza Vickers e a deflexão das soldas é de 20 mm ou mais.

3. Método de fabricação de um trilho, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a composição química contém adicionalmente pelo menos um selecionado a partir do grupo consistindo em V: 0,30% de massa ou menos, Cu: 1,0% de massa ou menos, Ni: 1,0% de massa ou menos, Nb: 0,2% de massa ou menos, Mo: 0,5% de massa ou menos,

Al: 0,07% de massa ou menos, W: 1,0% de massa ou menos, B: 0,005% de massa ou menos, e Ti: 0,05% de massa ou menos.

4. Trilho, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de peças de metal de base de trilho são unidas por meio de soldas, em que o metal de base de trilho compreende uma composição química contendo C: 0,60% de massa a 1,20% de massa, Si: 0,10% de massa a 1,50% de massa, Mn: 0,10% de massa a 1,50% de massa, e Cr: 0,10% de massa a 1,50% de massa, com o equilíbrio sendo Fe e impurezas inevitáveis, e um valor absoluto de diferença na dureza entre o metal de base de trilho e as soldas em uma camada superficial de uma superfície de uma cabeça do trilho a uma profundidade de 2,5 mm é 20 ou menos na dureza Vickers, e a deflexão das soldas é 20 mm ou mais.

5. Trilho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a composição química contém adicionalmente pelo menos um selecionado a partir do grupo consistindo em V: 0,30% de massa ou menos, Cu: 1,0% de massa ou menos, Ni: 1,0% de massa ou menos, Nb: 0,2% de massa ou menos, Mo: 0,5% de massa ou menos, Al: 0,07% de massa ou menos, W: 1,0% de massa ou menos, B: 0,005% de massa ou menos, e

Ti: 0,05% de massa ou menos.