CN1306117C - 轨道单元元件与路轨型钢之间无任何添加材料的焊接 - Google Patents

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Abstract

公开了一种轨段，该轨段包括由至少一种合金元素含量至少等于5重量%的高合金钢制成的铁路路轨元件(12)，以及钢制轨道段(14)。所述元件(12)与轨道段(14)通过无沉积金属的焊接连接一起。轨道段(14)由碳含量低于0.55重量%的低碳中合金钢制成。

Description

轨道单元元件与路轨型钢之间 无任何添加材料的焊接
技术领域
本发明涉及一段包括由高合金钢制成的铁路道岔元件的轨道以及一段通过无熔敷金属的焊缝相互连接的钢轨，其中，所述高合金钢中至少一种合金元素的含量至少等于5重量％。
背景技术
本发明尤其涉及道岔如交叉辙叉与一段轨道(rail)如由碳钢制成的运行线路轨道之间的连接。
已知碳钢部件与高合金钢部件焊接一起时，该操作期间产生的熔合会在两部件界面处形成化学组成与各基础材料不同的合金。当例如采用闪光焊进行无熔敷金属的焊接时，难于控制所形成合金的性质。因此，获得的焊接通常质量很一般，更像是粘贴一起。
目前用于制造运行线路轨道的碳钢含有0.55-0.8重量％的碳。为了确保足够的硬度，轨道中还存在其他金属添加元素如铬。但是，铬含量高会使得无法对两个合金化程度过高的钢进行焊接。
为了解决上述问题，已知的是可在高合金钢制的铁路道岔元件与轨道之间提供形成中间部件的镶块(insert)。该中间部件由一方面能够容易焊接在铁路道岔元件上，而另一方面又容易焊接在轨道上的材料制成。
特别是，由于形成镶块的材料的具体性质以及需要提供两种焊缝，因此，使用这种中间部件会提高实施连接工艺的成本。而且，在由焊接能量产生的热影响区中可观察到轨道硬度下降。
发明内容
本发明的目的是提出一种解决方案，该方案能够确保道岔元件和轨道具有令人满意的硬度，而且，还能够在无需提高形成道岔元件与轨道之间的连接的成本的情况下，确保该连接具有令人满意的硬度。
为此，本发明涉及一段如上所述类型的轨道，其特征在于：该段轨道由碳含量低于0.55重量％的低碳钢制成。
根据特定的实施方案，所述轨道段具有一种或多种如下特性：
-所述轨道段由合金含量适中、而碳含量低于0.5重量％的低碳钢制成；
-制成轨道段的所述中合金低碳钢是贝氏体钢；
-制成轨道段的所述中合金低碳钢具有如下组成(以重量％计)：
●0.05-0.50％碳；
●0.5-2.5％锰；
●0.6-3％硅或铝；
●0.25-3.1％铬；
●0-0.9％钼；
●任选至多0.04钛，
●任选至多0.004硼，
●余量为铁和来自熔炼的杂质。
-制成轨道段的所述中合金低碳钢的组成如下：
●0.28-0.36％碳；
●1.40-1.70％锰；
●最多0.03％磷；
●0.01-0.03％硫；
●最多0.005％铝；
●1-1.40％硅；
●0.40-0.60％铬；
●0.08-0.20％钼；
●最多0.04％钛；
●最多0.004％硼；以及
●余量为铁和来自熔炼的杂质。
-由锰含量为12-14重量％的高合金钢制成的铁路道岔元件。
附图说明
通过参考下面仅以示例方式给出的描述并参照附图，将会更好地了解本发明，所述附图中：
-图1是与四段运行轨道焊接一起的轨道交叉辙叉的正面示意图；
-图2是根据本发明的一段轨道焊缝的光学显微照片；以及
-图3和4示出了在本发明两个不同实施方案的焊缝区中，沿轨道段长度方向测得的硬度值。
具体实施方式
图1示出了一个允许两段相交轨道交叉的交叉辙叉。所以，该交叉辙叉12的四个端部与四段运行线路14相连。
各线路段14通过无熔敷金属的焊缝16与辙叉相连。
如其本身所知，交叉辙叉12由高合金钢，特别是由至少一种合金元素含量至少为5重量％的钢制成。
该钢尤其是一种含有12-14重量％锰的合金化钢，交叉辙叉通过成型加工(moulding)而成。这钟钢是一种众所周知的名为HADFIELD的钢。
该钢的硬度为170-230HB。
根据本发明，轨道段14由碳含量低于0.55重量％的中合金低碳钢制成，而且，每个焊缝16均是在高合金钢与中合金低碳钢之间直接形成的无熔敷金属的焊缝。中合金低碳钢的碳含量优选低于0.5重量％。
中合金低碳钢优选是无碳化物的贝氏体钢。
制成轨道段14的低碳贝氏体钢优选具有如下组成(以重量％计)：
●0.05-0.50％碳；
●0.5-2.5％锰；
●0.6-3％硅或铝；
●0.25-3.1％铬；和
●0-0.9％钼；
●任选至多0.04钛，
●任选至多0.004硼，
●余量为铁和来自熔炼的杂质。
甚至更优选，所述贝氏体钢具有如下组成：
●0.28-0.36％碳；
●1.40-1.70％锰；
●最多0.03％磷；
●0.01-0.03％硫；
●最多0.005％铝；
●1-1.40％硅；
●0.40-0.60％铬；
●0.08-0.20％钼；
●最多0.04％钛；
●最多0.004％硼，
●余量为铁和来自熔炼的杂质。
该钢的硬度为350-390HB。
焊缝16例如根据本身已公知的传统焊接循环采用闪光焊和锻造获得。
另一种方法是，所述焊缝可以借助感应、借助摩擦、借助电子束、借助激光或者其它任何高能束来获得。
所获得的焊缝16的组织形貌如图2所示。在该放大500倍的显微照片上，低碳贝氏体钢与高合金钢的界面似乎非常整齐，两种钢以令人满意的方式相互渗透。
根据此处涉及的第一个实施方案，由高合金钢制成的道岔元件在闪光焊之前处于室温，并且，具有重新退火后的硬度170-230HB。
这时，焊缝附近轨道段硬度的变化如图3所示。
可以看出：在轨道段的运行部分，轨道段14的硬度为290-330HB，而且，恰在焊缝附近，该硬度值提高至接近380HB。轨道段的硬度在由高合金钢制成的道岔元件12中仍保持185-235HB。该硬度与焊接之前道岔元件的硬度相当。
因此，可以看出：采用根据本发明的组成，能够使得恰在焊缝附近保持令人满意的硬度，而且，该硬度不低于相互焊接一起的所述两元件规定的硬度，并且，特别是，在热影响区(HAZ)中无硬度下降。
根据另一种方案，待进行焊接的高合金钢制成的道岔元件的端部在实施闪光焊之前进行预硬化处理，以提高其硬度。这种预硬化通过例如爆炸获得。
结果，可使焊接之前道岔元件的硬度达到330-360HB。
图4示出了采用这一附加步骤获得的硬度测量结果。这时，轨道段的硬度与图3基本一致。相反，恰在焊缝附近的高合金钢制成的道岔元件的硬度基本等于350HB，该值与轨道段运行部分的硬度基本相等。

Claims (20)

1.轨段，其包括由其中至少一种合金元素含量至少为5重量％的高合金钢制成的铁路道岔元件(12)，和通过无熔敷金属焊缝直接相互连接的由中合金钢制成的轨道段(14)，其特征在于：轨道段(14)由碳含量低于0.55重量％的中合金低碳钢制成。
2.根据权利要求1的轨段，其特征在于：轨道段(14)由碳含量低于或等于0.5重量％的中合金低碳钢制成。
3.根据权利要求1的轨段，其特征在于：制成轨道段的中合金低碳钢是贝氏体钢。
4.根据权利要求3的轨段，其特征在于：所述中合金低碳钢是无碳化物的贝氏体钢。
5.根据权利要求1的轨段，其特征在于：制成轨道段的中合金低碳钢具有如下组成，以重量％计：
●0.05-0.50％碳；
●0.5-2.5％锰；
●0.6-3％硅或铝；
●0.25-3.1％铬；和
●0-0.9％钼，
●任选至多0.04％的钛，
●任选至多0.004％的硼，
●余量为铁和来自熔炼的杂质。
6.根据权利要求1-4中任一项的轨段，其特征在于：制成轨道段的中合金低碳钢具有如下组成：
●0.28-0.36％碳；
●1.40-1.70％锰；
●最多0.03％磷；
●0.01-0.03％硫；
●最多0.005％铝；
●1-1.40％硅；
●0.40-0.60％铬；
●0.08-0.20％钼；
●最多0.04％钛；和
●最多0.004％硼，
●余量为铁和来自熔炼的杂质。
7.根据前述权利要求1-4中之任何一项的轨段，其特征在于：所述由高合金钢制成的铁路道岔元件含有12-14重量％锰。
8.根据权利要求5的轨段，其特征在于，形成轨道段的中合金低碳钢是贝氏体钢。
9.根据权利要求6的轨段，其特征在于，形成轨道段的中合金低碳钢是贝氏体钢。
10.根据权利要求8的轨段，其特征在于，所述中合金低碳钢是无碳化合物的贝氏体钢。
11.根据权利要求9的轨段，其特征在于，所述中合金低碳钢是无碳化合物的贝氏体钢。
12.根据前述权利要求5的轨段，其特征在于：所述由高合金钢制成的铁路道岔元件含有12-14重量％锰。
13.根据前述权利要求6的轨段，其特征在于：所述由高合金钢制成的铁路道岔元件含有12-14重量％锰。
14.根据权利要求12轨段，其特征在于，形成轨道段的中合金低碳钢是贝氏体钢。
15.根据权利要求13轨段，其特征在于，形成轨道段的中合金低碳钢是贝氏体钢。
16.根据权利要求14的轨段，其特征在于，所述中合金低碳钢是无碳化合物的贝氏体钢。
17.根据权利要求15的轨段，其特征在于，所述中合金低碳钢是无碳化合物的贝氏体钢。
18.根据权利要求2的轨段，其特征在于，形成轨道段的中合金低碳钢是贝氏体钢。
19.根据权利要求18的轨段，其特征在于，所述中合金低碳钢是无碳化合物的贝氏体钢。
20.根据前述权利要求18或19的轨段，其特征在于：所述由高合金钢制成的铁路道岔元件含有12-14重量％锰。
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