EA044780B1 - Сердечник крестовины для стрелочного перевода - Google Patents
Сердечник крестовины для стрелочного перевода Download PDFInfo
- Publication number
- EA044780B1 EA044780B1 EA202000041 EA044780B1 EA 044780 B1 EA044780 B1 EA 044780B1 EA 202000041 EA202000041 EA 202000041 EA 044780 B1 EA044780 B1 EA 044780B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- steel
- stage
- welded
- rail
- welding
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 37
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 15
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 229910000617 Mangalloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 241000239290 Araneae Species 0.000 claims description 5
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 4
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 4
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical group [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области опор качения и направляющих элементов для железнодорожных транспортных средств и сварки указанных элементов друг с другом, более конкретно к области стрелочных переводов и их сварного соединения с рельсами.
Предшествующий уровень техники
В железнодорожной отрасли сердечники крестовины и прочие компоненты, входящие в состав стрелочного перевода, должны выдерживать многократные воздействия от перемещения по ним катящихся транспортных средств. В связи с этим необходимо, чтобы указанные элементы имели достаточную твердость для сопротивления воздействию многократных давлений, производимых в результате движения железнодорожных транспортных средств.
В настоящее время текущее решение для достижения минимального уровня твердости состоит в применении литой стали с композицией марганца, придающего сплаву аустенитную структуру. Марганцевая сталь, также называемая сталью Гадфильда, имеет твердость 220 НВ. После воздействия взрывного упрочнения твердость этой стали может достигать 320 НВ.
Вместе с тем реализация этого решения приводит к производству элементов путей, в которых многократные перемещения по ним транспортных средств ведут к деформации поверхностей движения (циркуляционных). При возникновении подобной деформации требуется вмешательство в данном месте с исправлением элементов стрелочного перевода (путевых спецчастей) во избежание их разрушения и преждевременного появления трещин. Кроме того, нельзя исключить и возможность ошибки, которая может быть допущена на литейном производстве и способна повлечь за собой разрушение путевых элементов при движении транспортного средства даже с небольшим тоннажем в зоне, расположенной в непосредственной близости от дефекта литейного производства.
Кроме того, несмотря на то, что эта сталь соответствует требованиям, предъявляемым к твердости элементов стрелочного перевода, она, тем не менее, обладает определенным недостатком, который заключается в том, что она не пригодна для изготовления деталей, которые могут быть сварены непосредственно друг с другом или с соответствующими рельсами. В частности, сварка путевых элементов, выполненных из стали Гадфильда, требует добавления промежуточного слоя из нержавеющей стали во избежание свойственного стали рельса медленного охлаждения. Соответственно, данные манипуляции вдвое увеличивают время сварки такого соединения между стрелочным переводом и рельсом ввиду необходимости добавления промежуточного слоя.
Недостатков, связанных с применением марганцевой стали, можно избежать с помощью альтернативного решения, заключающегося в использовании закаленной прокатной стали с мартенситной структурой. Преимуществом данной стали является ее высокая твердость, позволяющая производить детали с твердостью между 380 и 400 НВ.
Вместе с тем мартенситная структура такой стали претерпевает определенные изменения при температуре выше 250°С, что во время процессов предварительного нагрева и сварки приводит к быстрому снижению первоначальной твердости стали. Таким образом, операция сварки элемента стрелочного перевода из данного вида стали влечет за собой изменение качества стали и приводит к преждевременному износу детали. Кроме того, эта сталь имеет низкую пластичность и тягучесть, что, в свою очередь, служит причиной быстрого распространения трещин.
Сущность изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в устранении данного недостатка путем предложения направляющего и опорного элемента для железнодорожного транспортного средства, выполненного из стали, состав которой позволяет не только соответствовать требованиям твердости, накладываемым функцией элемента опоры качения и направления, но и допускает возможность сварки сердечника крестовины напрямую со вторым элементом в отсутствие вставной детали без существенного ухудшения его характеристик твердости.
В связи с этим настоящее изобретение относится к элементу направления и опоры качения для железнодорожного транспортного средства, отличающемуся тем, что по меньшей мере один участок, расположенный в верхней части указанного элемента и формирующий поверхность качения, выполнен с применением стали, в состав которой, помимо Fe, входят:
0,15 < С <0,3%, < Mn < 2%,
0,2% < Ni < 1%,
0,5 < Cr < 2%, сталь, имеющая смешанную структуру из мартенсит отпуска и бейнита и остаточного аустенита после термической обработки с закалкой и с контролируемой скоростью в течение контролируемого периода времени.
Изобретение также относится к способу соединения по меньшей мере одного элемента по изобретению с дополнительной деталью путем прямой сварки оплавлением, который, в частности, включает:
первый этап, реализуемый первой фазой оплавления, предназначенный для повышения температу- 1 044780 ры поверхностей, подлежащих сварке, гомогенным образом, причем продолжительность первого этапа составляет между 15 с и 40 с, второй этап, реализуемый фазой предварительного нагрева на основе эффекта Джоуля деталей, подлежащих сварке, причем продолжительность второго этапа составляет между 45 с и 55 с и с интенсивностью нагрева между 55 кА и 70 кА, третий этап, реализуемый второй фазой оплавления для раскисления поверхностей, подлежащих сварке, не подвергая их при этом повторному окислению, продолжительность третьего этапа составляет между 12 с и 22 с и c интенсивностью оплавления между 16 кА и 19 кА и скоростью подачи в конце оплавления между 2 мм/с и 3 мм/с, этап приведения в контакт поверхностей, подлежащих сварке.
Изобретение также относится к сварному соединению (шву) прямой сваркой по меньшей мере одного элемента согласно изобретения, полностью выполненного из стали вышеописанного состава, с по меньшей мере одним рельсом, полученному способом соединения согласно изобретения, отличающемуся тем, что сила F разрыва, выраженная в кН, сварного соединения на изгиб согласно стандарта EN 14587-3 больше, чем произведение модуля инерции W подошвы рельса в области подошвы рельса, выраженного в см3, и 4,261 согласно формуле:
F 4,2 6 1 X Wподошвы рельса
Перечень фигур чертежей
Изобретение будет лучше понятно благодаря описанию, приведенному ниже, в котором представлен предпочтительный вариант осуществления изобретения в качестве примера, не носящего ограничительный характер и поясняемый ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 является схематическим изображением примера конструкции элемента согласно изобретения, выполненного исключительно из стали заявленного состава, фиг. 2 является схематическим изображением примера конструкции элемента по изобретению, выполненного наложением двух различных видов стали.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Следует отметить, что в настоящем документе выражение элемент направления и опоры качения для железнодорожного транспортного средства относится к стрелочным переводам и рельсам, более конкретно к различным компонентам этих устройств, в частности, к сердечникам крестовины, тупым крестовинам, остриям сердечников, стрелкам, рамным рельсам и парам стрелок и рамных рельсов.
Изобретение относится к элементу направления и опоры качения 2 для железнодорожного транспортного средства, отличающемуся тем, что по меньшей мере один участок, расположенный в верхней части элемента 2 и формирующий поверхность качения, выполнен с применением стали 1, состав которой, помимо Fe, включает:
0,15< С <0,3%, < Mn < 2%,
0,2%< Ni <l%,
0,5 < Cr < 2%, сталь 1, имеющая смешанную структуру из мартенсит отпуска и бейнита и остаточного аустенита после термической обработки с закалкой и с контролируемой скоростью в течение контролируемого периода времени.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения элемент направления и опоры качения 2, таким образом, состоит из по меньшей мере двух различных типов стали 1, 1bis, в форме сэндвича, так что верхняя часть элемента выполнена из стали 1 вышеупомянутого состава.
В соответствии с альтернативным предпочтительным вариантом осуществления элемент 2 по изобретению отличается тем, что он полностью выполнен из стали 1 вышеупомянутого состава.
Что касается этого второго указанного варианта осуществления, то конструкция элемента 2, выполненная полностью из стали 1 указанного состава и с такой структурой, позволяет использовать свойства высокой механической прочности стали 1, чтобы противостоять нагрузкам износа и многократные воздействия, испытываемые стрелочным переводом, гарантируя при этом оптимальную свариваемость. Эта оптимизация свариваемости, может быть, в частности, охарактеризована различными исследованиями, изложенными в стандарте EN14587-3, в частности, указанными в §10.4.9 и §10.4.10.
Таким образом, можно охарактеризовать прочность элемента направления и опоры качения 2 согласно изобретения, достигаемую за счет определенных свойств стали 1, в частности, следующим образом:
предел упругости при 0,2% деформации (Rp 0,2%), который выше 1050 МПа, предел прочности (Rm), который выше 1400 МПа, удлинение при разрыве (А%), который выше 11%.
Оптимизация свариваемости детали может быть достигнута за счет низкой концентрации углерода по сравнению с марганцевой сталью и термической обработки стали 1 элемента 2 согласно изобретению. Концентрация углерода в стали 1 на уровне между 0,15% и 0,3% позволяет получить, с одной стороны, достаточно высокую твердость стали 1, а с другой стороны, хорошую свариваемость. Добиться сочета- 2 044780 ния этих двух свойств весьма затруднительно ввиду концентрации углерода, которая благоприятствует тому, чтобы эти свойства были несовместимы.
В соответствии с конкретным вариантом элемент 2 согласно изобретения выполнен из такой стали 1, которая отличается тем, что твердость поверхности превышает 440 НВ. Преимущество этой исходной твердости поверхности состоит в том, что она может быть дополнительно улучшена наклепом - упрочнением при пластической деформации, например, в процессе эксплуатации, для повышения и достижения твердости более 540 НВ. Соответственно, подобная твердость позволяет снизить скорость износа стрелочного перевода при его использовании. Выполнение сердечника крестовины с применением стали 1 также позволит исключить риск деформации поверхностей движения, ограничивая или даже исключая вмешательства по исправлению в данном месте.
Металлургическая структура, составленная из мартенсита отпуска, бейнита и остаточного аустенита, полученная благодаря применению особого химическому составу в сочетании с термической обработкой с закалкой с контролируемым охлаждением и отпуском, позволяет создание износостойкого сердечника крестовины, поверхность материала которого способна к наклепу при эксплуатации.
В соответствии с одним вариантом конструкции элемент 2 по изобретению отличается тем, что содержание никеля составляет менее 0,8%. Предпочтительное содержание никеля составляет порядка 0,4%.
В соответствии с другим вариантом конструкции элемент 2 по изобретению отличается тем, что содержание углерода составляет более 0,2%.
В соответствии с другим вариантом конструкции элемент 2 по изобретению отличается тем, что содержание марганца составляет менее 1,5%.
В соответствии с другим аспектом конструкции элемент 2 по изобретению отличается тем, что содержание хрома составляет менее 1,5%.
В соответствии с другим аспектом конструкции элемент 2 по изобретению имеет высоту между 80 мм и 200 мм. Сталь 1, используемая в контексте элемента 2 по изобретению, позволяет изготавливать деталь, толщина которой составляет порядка 200 мм, без ухудшения ее свойств прочности и твердости. Это свойство, таким образом, позволяет конструкцию элементов 2 со значительным диапазоном толщины, сохраняя при этом однородность их твердости и возможность прямой свариваемости.
Изобретение также относится к способу соединения по меньшей мере одного элемента 2 согласно изобретению с дополнительной деталью 4 путем прямой сварки оплавлением, который, в частности, включает:
первый этап, реализуемый первой фазой оплавления, предназначенный для повышения температуры поверхностей, подлежащих сварке, гомогенным образом, причем продолжительность первого этапа составляет между 15 с и 40 с, второй этап, реализуемый фазой предварительного нагрева на основе эффекта Джоуля деталей, подлежащих сварке, причем продолжительность второго этапа составляет между 45 с и 55 с и с интенсивностью нагрева между 55 кА и 70 кА, третий этап, реализуемый второй фазой оплавления для раскисления поверхностей, подлежащих сварке, не подвергая их при этом повторному окислению, причем продолжительность третьего этапа составляет между 12 с и 22 с и с интенсивностью оплавления между 16 кА и 19 кА, этап приведения в контакт поверхностей, подлежащих сварке.
В соответствии с аспектом осуществления способа по изобретению первая фаза оплавления предпочтительно проводят в течение более 30 секунд. Такая продолжительность позволяет гарантировать однородность и гомогенность температуры на соответствующем участке элемента 2 по изобретению, подлежащего сварке.
В соответствии с другим дополнительным аспектом осуществления способа по изобретению фаза предварительного нагрева выполняется с интенсивностью порядка 60 кА, так что характеристики стали 1 не подвергаются чрезмерному воздействию. Таким образом, несмотря на то, что на этапе предварительного нагрева твердость элемента 2 в зоне термического воздействия претерпевает изменения, следует отметить, что в этой зоне средняя твердость составляет порядка 370 НВ.
В соответствии с другим дополнительным аспектом осуществления способ соединения согласно изобретения отличается тем, что в конце второй фазы оплавления скорость проходки составляет между 2 мм/с и 3 мм/с.
В соответствии с конкретным аспектом указанного дополнительного аспектом осуществления способа по изобретению скорость проходки второй фазы оплавления остается достаточно низкой, чтобы избежать любого короткого замыкания, предпочтительно составляющей между 2 мм/с и 2,8 мм/с.
Необходимо подчеркнуть, что в контексте установки на месте дополнительная деталь 4, как правило, представляет собой участок рельса, предназначенный для размещения в удлинении стрелочного перевода.
Изобретение также относится к сварному соединению 3 прямой сваркой элемента 2 согласно изобретения, полностью выполненному из стали 1 вышеупомянутого состава, с по меньшей мере одним рельсом 4, полученный способом соединения согласно изобретения. Это сварное соединение 3 прямой сваркой, т.е. без вставных элементов, полученное способом по изобретению, отличается тем, что сила F
-
Claims (7)
- разрыва, выраженная в кН, сварного соединения 3 при изгибе согласно стандарта EN 14587-3 больше, чем произведение модуля инерции W подошвы рельса в области подошвы рельса, выраженного в см3, и 4,261 согласно формуле:X W подошвы рельсаЭту силу разрыва при изгибе измеряют в ходе испытаний, проводимых в соответствии со стандартом EN 14587-3 и подробно описанных в § 10.4.7 и в приложении В к указанному документу, после сварки элемента 2 согласно изобретению с рельсом 4.В соответствии с особенностью этого сварного соединения 3 прямой сварки сила разрыва выше 1600 кН на том участке рельса 4 профиля 60Е1, где модуль инерции W в области подошвы равен 375,5 см3. Для сравнения сварочное соединение аналогичного рельса того же профиля и сердечника крестовины, выполненного из стандартной марганцевой стали с аустенитной структурой, позволяет гарантировать силу разрыва при изгибе только порядка 850 кН.Впрочем, следует отметить также, что прочность, полученная сварным соединением 3 в результате применения прямой сварки по изобретению в отношении элемента 2 согласно изобретения, полностью выполненного из стали состава, описанного выше, и рельса 4, соответствует показателям прочности, обычно наблюдаемым при сварке двух рельсов 4.В соответствии с дополнительной особенностью этого сварного соединения 3 прямой сварки, сопротивление усталости (усталостная прочность) по методу все или ничего без разрушения составляет по меньшей мере 5 миллионов циклов воздействия при давлении от 21 до 210 МПа. Эту усталостную прочность измеряют в ходе испытаний, проводимых в соответствии со стандартом EN 14587-3 и подробно описанных в §10.4.8 и в приложении D к указанному документу. Для сравнения сварное соединение сердечника крестовины, выполненного из стандартной марганцевой стали с аустенитной структурой, позволяет обеспечить прочность без разрыва до 5 миллионов циклов воздействия при давлении только от 14 до 144 МПа.Безусловно, изобретение не ограничивается вариантами осуществления, описанными и представленными на прилагаемых чертежах. Возможно как внесение изменений в конструкцию различных элементов, так и их замена техническими эквивалентами, которые не выходят за рамки изобретения.ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Элемент (2) направления и опоры качения для железнодорожного транспортного средства, отличающийся тем, что по меньшей мере один участок, расположенный в верхней части указанного элемента и формирующий поверхность качения, выполнен с применением стали (1), состав которой, помимо Fe, включает:0,15 < С < 0,3%, 1 < Mn < 2%, 0,2% < Ni < 1%, 0,5 < Cr < 2%, причем сталь (1) имеет смешанную структуру из мартенсит отпуска и бейнита и остаточного аустенита после термической обработки с закалкой и с контролируемой скоростью в течение контролируемого периода времени.
- 2. Элемент (2) по п.1, отличающийся тем, что весь элемент выполнен из стали (1) состава, как указано в п.1.
- 3. Элемент (2) по п.1 или по п.2, отличающийся тем, что содержание никеля в составе стали составляет порядка 0,4%.
- 4. Элемент (2) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что твердость поверхности превышает 440 НВ.
- 5. Элемент (2) по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что этот элемент имеет высоту между 80 мм и 200 мм.
- 6. Элемент (2) по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что твердость поверхности превышает 540 НВ.
- 7. Способ соединения по меньшей мере одного элемента (2) по любому из пп.1-6, с дополнительной деталью (4) путем прямой сварки оплавлением, включающий:первый этап, реализуемый первой фазой оплавления, предназначенный для повышения температуры поверхностей, подлежащих сварке, гомогенным образом, причем продолжительность первого этапа составляет между 15 с и 40 с, второй этап, реализуемый фазой предварительного нагрева на основе эффекта Джоуля деталей, подлежащих сварке, причем продолжительность этого второго этапа составляет между 45 с и 55 с и с интенсивностью нагрева между 55 кА и 70 кА, третий этап, реализуемый второй фазой оплавления для раскисления поверхностей, подлежащих сварке, не подвергая их при этом повторному окислению, причем продолжительность третьего этапа со-
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1756903 | 2017-07-20 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA044780B1 true EA044780B1 (ru) | 2023-09-29 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Porcaro et al. | Microstructure and mechanical properties of a flash butt welded pearlitic rail | |
US10851436B2 (en) | Method for joining steel rails with controlled weld heat input | |
JP5531845B2 (ja) | フラッシュバット溶接部近傍の後熱処理方法 | |
RU1819305C (ru) | Способ соединени деталей стрелки | |
JPS6299438A (ja) | 不安定破壊伝播停止能力を有する耐摩耗性高性能レ−ル | |
JP2016055337A (ja) | 溶接方法及び溶接構造物 | |
Pang et al. | Hardness and microstructural gradients in the heat affected zone of welded low-carbon quenched and tempered steels | |
EA044780B1 (ru) | Сердечник крестовины для стрелочного перевода | |
JP5331812B2 (ja) | マンガン鋼の成形品を炭素鋼に接合するための中間部片及びマンガン高炭素鋼の鋳造部品をコントロール・レールに接合する方法 | |
AU2018303285B2 (en) | Frog for switches and crossings | |
KR20080017396A (ko) | 개선된 용접성을 갖는 잠수함 외피들을 위한 강철 | |
US20240150971A1 (en) | Frog for switches and crossings | |
RU2443530C1 (ru) | Сварочная проволока для сварки и наплавки деталей из разнородных сталей | |
JP7364992B1 (ja) | フラッシュバット溶接レールの製造方法 | |
CN117161528A (zh) | 提升钢轨闪光焊接头轨头内部硬度的方法及钢轨 | |
KR101949053B1 (ko) | 초고강도 강의 용접 방법 | |
FI96230B (fi) | Menetelmä sydänkappaleen valmistamiseksi | |
CN117403049A (zh) | 一种消除中碳低合金耐蚀钢轨气压焊接头异常组织的方法 | |
JP2005262281A (ja) | 疲労寿命にすぐれた溶接継手 | |
JPH02258193A (ja) | レールエンクローズアーク溶接用被覆アーク溶接棒 | |
PL227636B1 (pl) | Sposób łączenia elementów rozjazdowych wykonanych z austenitycznego staliwa lub stali wysokomanganowej i szyn ze stali węglowo-manganowej lub węglowej |