CZ284776B6 - Způsob spojování výhybek z legovaných ocelí s kolejnicí z uhlíkové oceli - Google Patents

Abstract

Způsob spojování součástí (1) výhybek, jako například srdcovek, z austenitické tvrdé manganové ocelolitiny, resp. kolejnic z manganové oceli s kolejnicemi (2) z uhlíkové oceli, mezi něž se umístí mezikus (3) z austenitické oceli s nízkým obsahem uhlíku, shodného profilu s profilem spojovaných součástí (1)a kolejnic (2), kde se nejprve mezikus (3) svaří s kolejnicí (2) z uhlíkové oceli, potom se mezikus (3) zkrátí na délkumenší než 25 mm a svaří se se součástí (1) výhybky z tvrdé manganové ocelolitiny, resp. kolejnicí z manganové oceli. Mezikus (3) z austenitické nízko nauhličené oceli, zejména z chrom niklové oceli, stabilizované niobem nebo titanem, se nauhličí a po prvním svaření se tepelně zpracuje difúzním žíháním při teplotě 350 až 1000 .sup.o .n.C. Tepelné zpracování se provádí 2 až 5 hodin, pak následuje ochlazování okolním vzduchem, které se provádí i po druhém svaření.ŕ

Description

Vynález se týká způsobu spojování kolejnice z uhlíkové oceli se součástmi výhybek z austenitické manganové lité oceli, jako například srdcovek nebo druhých kolejnic z manganové oceli, za použití mezikusu z nízkouhlíkové oceli, při kterém je nejdříve mezikus svařen s kolejnicí z uhlíkové oceli a po zkrácení mezikusu na délku pod 25 mm je druhým svařováním mezikus svařen se součástí výhybky z manganové oceli.

Dosavadní stav techniky

Dosud známý způsob spojování částí výhybek z austenitické manganové lité oceli, jako například srdcovek nebo druhých kolejnic z manganové oceli s kolejnicí z uhlíkové oceli za použití mezikusu z nízkouhlíkové oceli, při kterém je nejdříve mezikus svařen s kolejnicí z uhlíkové oceli a po zkrácení mezikusu na délku pod 25 mm je druhým svařováním mezikus svařen se součástí výhybky z manganové oceli, je popsán v AT - PS 350881. Podle tohoto známého způsobu bylo následně po svařování natupo, kterým byl mezikus spojen s kolejnicí z uhlíkové oceli, zkrácen mezikus na délku maximálně 20 až 25 mm, nejlépe na 18 až 20 mm, načež bylo provedeno další svaření natupo odtavením pro spojení mezikusu se srdcovkou z manganové lité oceli. Po druhém svařování následovalo rychlejší ochlazení než po prvním svařování, přičemž pomalejším ochlazením mělo být zamezeno vytvrzení oceli kolejnice z uhlíkové oceli. Relativně krátký mezikus souvisí s okolností, že austenitické oceli jsou zpravidla méně odolné proti opotřebení, takže krátkým mezikusem se může zamezit vývalku na jeho styčné ploše. Tím, že je požadován tak krátký mezikus, dojde při druhém svařování následkem toho ke značnému ohřátí prvního svaru mezi mezikusem a kolejnicí z uhlíkové oceli. Ohřátí však dosáhne teploty kolem 700 °C a vycházejíce z této teploty, není třeba se obávat zkřehnutí, pokud se ochlazuje na volném vzduchu, aniž by bylo požadováno prodlevy. Použití mezikusu přispěje hlavně k tomu, aby se obě svařovaná místa tepelně oddělila a tak se mohly dodržet zde požadované podmínky ochlazení. Možné zkřehnutí manganové lité oceli srdcovky je značným dílem způsobeno tím, že v místě svaru vznikne difúzí směšovací zóna, kde může dojít k vytvoření nepříznivé struktury.

V DE - PS 29 52 079 bylo už navrženo zmíněné svarové spojení mezi obrobkem z austenitické manganové oceli a kolejnicemi z uhlíkové oceli, provedené za použití mezikusu z austenitického materiálu, a to tak, že se mezikus přivaří nejprve na manganovou ocel svařením natupo odtavením, načež je obrobek podroben tepelnému zpracování, sestávajícímu z popouštění a zakalení ve vodě. Spojení s druhou kolejnicí se provede svařováním natupo odtavením tak, že manganová ocel je současně ochlazována a svarové spojení s druhou kolejnicí je ochlazováno samovolně, takže je dosaženo přeměny vjemnozmný perlit. Při tomto dalším, už navrženém, postupu bylo pro materiál zvláště upřednostněno legování na bázi niklu. V případě použití austenitických ocelí byly jako materiál mezikusu navrhovány obvyklé chromniklové oceli a chromniklové oceli, legované manganem.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje způsob spojování kolejnice z uhlíkové oceli se součástmi výhybek z manganové oceli, jako například srdcovek nebo druhých kolejnic z manganové oceli, za použití mezikusu z nízkouhlíkové oceli, při kterém je nejdříve mezikus svařen s kolejnicí z uhlíkové oceli a po zkrácení mezikusu na délku pod 25 mm je druhým svařováním mezikus svařen se součástí výhybky z manganové oceli, jehož podstata spočívá v tom, že použití mezikus z nízkouhlíkové austenitické oceli chromniklové je po svaření

- 1 CZ 284776 B6 s kolejnicí z uhlíkové oceli tepelně zpracován difuzním žíháním při teplotě 350 °C až 1000 °C po dobu 2 až 5 hodin s následným ochlazením okolním vzduchem.

Podle výhodného provedení je tepelné zpracování po svaření mezikusu s kolejnicí z uhlíkové oceli prováděno po dobu 3 hodin při teplotě 850 °C.

Podle dalšího výhodného provedení se provede následně po druhém svařování mezikusu s druhou kolejnicí z manganové oceli ochlazení okolním vzduchem.

Podle dalšího výhodného provedení je pro materiál pro mezikus použito oceli kvality XlOCrNiTi 18 9, XClOCrNiNb 18 9, XlOCrNiTi 18 10 nebo X5CrNiNb 18 10.

Podle dalšího výhodného provedení je obsah niobu v oceli pro mezikus roven minimálně 10-ti násobku obsahu uhlíku a obsah titanu je roven minimálně 5-ti násobku obsahu uhlíku.

Podle dalšího výhodného provedení vykazuje ocel pro materiál mezikusu při materiálové analýze C - max. 0,06, Cr - 17,5, Ni - 9,5, Ti - 5 x C nebo Nb - 10 x C, zbytek tvoří železo a jeho obvyklé přísady.

Výhoda navrženého řešení spočívá vtom, že se svařování může provádět bez speciálních ochlazovacích parametrů, přičemž je docíleno zlepšení meze únavy a homogenní struktury v celé svařovací zóně. Odstraněním tepelného zpracování po druhém svařování s druhou kolejnicí se zlepší reprodukovatelnost pevnostních vlastností svarového spojení, přičemž je současně dosaženo lepších hodnot průhybu a meze únavy. Tím, že je použito mezikusu z nízkouhlíkové oceli, austenitické oceli legované niobem a/nebo titanem, zvláště pak oceli chromniklové, je tak omezena difúze uhlíku, která negativně ovlivňuje mechanické hodnoty svarového spojení. Tím, že následně na první svařování natupo odtavením mezi kolejnicí z uhlíkové oceli a mezikusem je použito tepelného zpracování, je difúzí dosaženo vyrovnání rozdílů koncentrace mezi úplně rozdílně legovaným mezikusem a kolejnicí z uhlíkové oceli, přičemž současně není dosaženo pouze vyrovnání koncentrace ve svařovací zóně, nýbrž také bude odstraněn eventuálně vytvořený martenzit. Tím, že se druhé svarové spojení může ochlazovat okolním vzduchem, nedojde k nežádoucímu vytvrzení v oblasti prvního svařování. Hodnoty průhybu jsou dvojnásobně vyšší než hodnoty docílené známými způsoby a současně bez dalšího zpracování může být dosaženo hodnoty únavy až 250N/mm. Při provádění tepelného zpracování po dobu 2 až 5 hodin je zajištěno odstranění nebezpečí tvorby martenzitu. Řízeným tepelným zpracováním je vedle odstranění případně vytvořeného martenzitu dalekosáhle vyrovnána koncentrace chemických prvků v oblasti svarů, z čehož vyplývají vyšší hodnoty pevnosti v průhybu. Použitím materiálu mezikusu a dodržením požadovaných podmínek pro tepelné zpracování lze zcela zabránit tvoření trhlin v oblasti svarového spojení při svařování natupo odtavením, přičemž se sníží nebezpečí zlomu aje dosaženo vyšších hodnot meze únavy, stejně jako průhybu. Taková svarová spojení jsou proto oprávněna pro vysoké požadavky a pro zatížení velmi rychlé kolejové dopravy.

Za podmínky uklidnění austenitu prostřednictvím niobu a/nebo titanu je během prvního svařování, které probíhá na rozdíl od následujícího tepelného zpracování za značně vyšších teplot, difúze uhlíku účinně omezena. Dosažené hodnoty průhybu jsou 35 mm oproti dosud dosahovaným 18 mm a rovněž tak jsou zvýšeny hodnoty meze únavy z 200 N/mm až na 250 N/mm, jak bylo uvedeno výše. Současně se může pracovat s malou dodávkou tepla, čímž se značně sníží tvorba prasklin. Dosud obvyklé nahřívání svaru ve svařovacím stroji pomocí proudových impulzů může při aplikaci metody vynálezu s použitím mezikusu ustáleného niobem, respektive titanem, odpadnout, z čehož plyne větší hospodárnost. Po druhém svařování může dojít na základě plánovaného tepelného zpracování ke značně rychlejšímu ochlazení svářecí oblasti, čímž může odpadnout dosud obvyklé dodatečné nahřívání. Ze souhrnu výhod vyplývají i kratší svářecí časy a delší životnost svarů.

-2CZ 284776 B6

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, na kterém znázorňuje obr. 1 srdcovku křížení s připojenými kolejnicemi z uhlíkové oceli, obr. 2 ve větším měřítku řez z obr. 1 ve směru II - II a obr. 3 řez z obr. 1 ve směru III - III.

Příklady provedení vynálezu

Příklad provedení je znázorněn na obr. 1 až 3, podle nichž je součást výhybky tvořena srdcovkou 1 z manganové lité oceli, austenitické manganové lité oceli nebo tvrdé manganové oceli o obsahu podle analýzy C 0,95 až 1,30, mangan 11,5 až 14 vlitém, válcovaném nebo kovaném stavu. Součást výhybky může být tvořena druhou kolejnicí z manganové oceli nebo tvrdé manganové oceli analogické analýzy. Kolejnice 2 z uhlíkové oceli je vytvořena z kolejového pásu kvality podle UIC 860, tj. stvrzenou hlavou. Mezikusy 3 jsou zhotoveny znízkouhlíkové oceli nebo nízkouhlíkové austenitické oceli chromniklové v litém, doporučeně kovaném nebo válcovaném stavu. Mezikus 3 může být vytvořen zocelí kvality XlOCrNiTi 18 9, XlOCrNiNb 18 9, XlOCrNiTi 18 10 nebo X5CrNiNb 18 10, přičemž obsah niobu v oceli pro mezikus 3 je roven minimálně 10-ti násobku obsahu uhlíku a obsah titanu je roven minimálně 5-ti násobku obsahu uhlíku. Ocel pro materiál mezikusu 3 vykazuje při materiálové analýze obsah C - max. 0,06, Cr- 17,5, Ni - 9,5, Ti - 5 x C neboNb - 10 x C, zbytek tvoří železo a jeho obvyklé přísady.

Mezikusy 3 délky kolem 500 mm se upnou do stroje pro svařování natupo odtavením. Mezikusy 3 mají profil kolejnice 2 z uhlíkové oceli a jsou zobrazeny na obr. 3. Tyto 500 mm dlouhé mezikusy 3 jsou nejdříve poprvé svařeny s kolejnicí 2 z uhlíkové oceli svařováním natupo odtavením, čímž vznikne první svar 4, znázorněný na obr. 2. Oblast tohoto prvního svaru 4 je podrobena tepelnému zpracování, aby se eliminovalo vytvoření martenzitu. Poté jsou mezikusy 3 tak zkráceny, že jejich délka od prvního svaru 4 je menší než 25 mm, např. asi 15 mm. Poté následuje druhé svařování mezikusu 3 se součástí výhybky také svařováním natupo odtavením, čímž vznikne druhý svar 5. Při tomto druhém svařování se upálí opět mezikus 3 na délku 5 až 10 mm, takže zůstane mezikus 3 pouze mezi oběma svary 4, 5 v minimální délce 5 mm. Mezikus 3 je po svaření s kolejnicí 2 z uhlíkové oceli v oblasti prvního svaru 4 tepelně zpracován difuzním žíháním při teplotě 350 °C až 1000 °C, zejména při teplotě 850 °C po dobu 2 až 5 hodin, zejména po dobu 3 hodin s následným ochlazením okolním vzduchem. Po druhém svařování mezikusu 3 se součástí výhybky, tvořenou druhou kolejnicí z manganové oceli, se provede ochlazení v oblasti druhého svaru 5 okolním vzduchem.

Průmyslová využitelnost

Způsob podle vynálezu lze využít při spojování výhybek a kolejnic z navzájem odlišných materiálů všude tam, kde se užívá kolejový transport.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob spojování kolejnice z uhlíkové oceli se součástmi výhybek z austenitické manganové lité oceli, jako například srdcovek nebo druhých kolejnic z manganové oceli, za použití mezikusu z nízkouhlíkové oceli, při kterém je nejdříve mezikus svařen s kolejnicí z uhlíkové oceli a po zkrácení mezikusu na délku pod 25 mm je druhým svařováním mezikus svařen se součástí výhybky z manganové oceli, vyznačující se tím, že použitý mezikus z nízkouhlíkové austenitické oceli chromniklové je po svaření s kolejnicí z uhlíkové oceli tepelně zpracován difuzním žíháním při teplotě 350 °C až 1000 °C po dobu 2 až 5 hodin s následným ochlazením okolním vzduchem.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že tepelné zpracování po svaření mezikusu s kolejnicí z uhlíkové oceli je prováděno po dobu 3 hodin při teplotě 850 °C.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že následně po druhém svařování mezikusu s druhou kolejnicí z manganové oceli se provede ochlazení okolním vzduchem.
4. 4. Způsob podle jednoho z nároků laž3, vyznačující se tím, že pro materiál pro mezikus je použito oceli kvality XlOCrNiTi 18 9, XlOCrNiNb 18 9, XlOCrNiTi 18 10 nebo X5CrNiNb 18 10.
5. 5. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 5, v y z n a č u j í c í se tím, že obsah niobu v oceli pro mezikus je roven minimálně 10-ti násobku obsahu uhlíku a obsah titanu je roven minimálně 5-ti násobku obsahu uhlíku.
6. 6. Způsob podle jednoho z nároků laž6, vyznačující se tím, že ocel pro materiál mezikusu vykazuje při materiálové analýze obsah C - max. 0,06, Cr - 17,5, Ni - 9,5, Ti - 5 x C nebo Nb - 10 x C, zbytek tvoří železo a jeho obvyklé přísady.