ES2710305T3

ES2710305T3 - Rueda ferroviaria

Info

Publication number: ES2710305T3
Application number: ES17158696T
Authority: ES
Inventors: Manabu Kubota
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2019-04-24
Anticipated expiration: 2037-03-01
Also published as: BR112018067359A2; EA035081B1; JPWO2017150545A1; CA3016296A1; AU2017226534A1; EP3214201A1; JP6528894B2; US20200269632A1; TR201900375T4; EA035081B9; US11110741B2; EP3214201B1; AU2017226534B2; CN108699654A; BR112018067359B1; WO2017150545A1; CN108699654B; UA119629C2; CA3016296C; EA201891943A1

Abstract

Una rueda ferroviaria, que comprende una composición química que consiste en: en % en masa, C: 0.40 a 0.80%, Si: 0.10 a1.0%, Mn: 0.10 a 1.0%, P: no más de 0.030%, S: no más de 0.030%, Cr: 0.05 a 0.18%, Sn: 0.005 a 0.50%, Al: 0.010 a 0.050%, N: 0.0020 a 0.015%, Cu: 0 a 0.20%, Ni: 0 a 0.20%, Mo: 0 a 0.20%, V: 0 a 0.20%, Nb: 0 a 0.030% y Ti: 0 a 0.030%, siendo el resto Fe e impurezas, en donde una porción de placa (2) tiene una estructura matricial compuesta de perlita, en donde la fracción de área de perlita no es menor de 95%.

Description

DESCRIPCION

Rueda ferroviaria

CAMPO DE LA TECNICA

La presente invencion se refiere a una rueda y mas concretamente, a una rueda ferroviaria empleada para un vehmulo ferroviario.

ANTECEDENTES DE LA TECNICA

Para un transporte ferroviario altamente eficaz, se han hecho esfuerzos para aumentar el peso de carga en vehmulos ferroviarios y tambien aumentar la velocidad de los vehmulos ferroviarios. Consecuentemente, se han realizado estudios sobre reduccion del dano por fatiga debido al contacto de rodadira con un rail y mejora de la resistencia al desgaste.

Tecnicas para mejorar la resistencia al desgaste de ruedas ferroviarias se han propuesto en la publicacion de solicitud de patente japonesa N.° 2012-107295 (Bibliograffa de patentes 1) y en la publicacion de solicitud de patente japonesa N.° 2013-231212 (Bibliograffa de patentes 2).

El acero para rueda descrito en la Bibliograffa de patentes 1 contiene: en % en masa, C: 0.65 a 0.84%, Si: 0.02 a 1.00%, Mn: 0.50 a 1.90%, Cr: 0.02 a 0.50%, V: 0.02 a 0.20% y S: no mas de 0.04%, siendo el resto Fe e impurezas, en donde Fn1, representada por la Formula (1) es 34 a 43 y Fn2, representada por la Formula (2), no es mayor que 25. Aqm, la Formula (1) se da como Fn1 = 2.7 29.5C 2.9Si 6.9Mn 10.8Cr 30.3Mo 44.3V y la Formula (2) como Fn2 = 0.76 x exp(0.05C) x exp(1.35Si) x exp(0.38Mn) x exp(0.77Cr) x exp(3.0Mo) x exp(4.6V).

La rueda para vehfculo ferroviario descrita en la Bibliograffa de patentes 2 contiene: en % en masa, C: 0.65 a 0.84%, Si: 0.4 a 1.0%, Mn: 0.50 a 1.40%, Cr: 0.02 a 0.13%, S: no mas de 0.04% y V: 0.02 a 0.12%, siendo el resto Fe e impurezas, en donde Fn1, representada por la Formula (1) es 32 a 43 y Fn2, representada por la Formula (2), no es mayor que 25. Aqm, la Formula (1) se da como Fn1 = 2.7 29.5C 2.9Si 6.9Mn 10.8Cr 30.3Mo 44.3V y la Formula (2) como Fn2 = exp(0.76) x exp(0.05C) x exp(1.35Si) x exp(0.38Mn) x exp(0.77Cr) x exp(3.0Mo) x exp(4.6V).

Las Bibliograffas de patentes 1 y 2, anteriormente descritas, describen que la resistencia al desgaste de ruedas ferroviarias mejora cuando se satisface la Formula (1).

A proposito, en el transporte ferroviario se preve tambien que cuando una rueda montada en un vehmulo ferroviario se somete a un entorno corrosivo muy severo, ocurre fatiga por corrosion, en la cual se combinan corrosion y fatiga. Concretamente, se preve que cuando una porcion de placa de una rueda ferroviaria se expone a un entorno corrosivo, se forma una picadura por corrosion y ocurre un fenomeno de fatiga, enel cual la picadura por corrosion actua como un origen de grieta. Por lo tanto, una rueda que se va a emplear para un vehfculo ferroviario requiere tambien resistencia a la fatiga por corrosion.

Se han propuesto tecnicas para mejorar la resistencia a la corrosion del acero en la publicacion de solicitud internacional N.° WO2012/056785 (Bibliograffa de patentes 3), en la publicacion de solicitud internacional N.° WO2013/111407 (Bibliograffa de patentes 4) y en la publicacion de solicitud de patente japonesa N.° 2008 274367 (Bibliograffa de patentes 5).

El acero para estructura de maquinaria para cementacion en caja descrito en la Bibliograffa de patentes 3 consiste en: en % en masa, C: 0.30 a 0.60%, Si: 0.02 a 2.0%, Mn: 0.35 a 1.5%, Al: 0.001 a 0.5%, Cr: 0.05 a 2.0%, Sn: 0.001 a 1.0%, S: 0.0001 a 0.021%, N: 0.0030 a 0.0055%, Ni: 0.01 a 2.0%, Cu: 0.01 a 2.0%, P: no mas de 0.030% y O: no mas de 0.005%, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, en donde se satisfacen las Formulas (1) a (3). Aqm, la Formula (1) se da como -0.19 < 0.12 3 Sn Cu - 0.1 x Ni < 0.15, la Formula (2) como 60 < Mn/S < 300 y la Formula (3) como Sn > 0.2 x Cr.

El material de acero de cementacion en caja descrito en la Bibliograffa de patentes 4 tiene una composicion qmmica que consiste en: en % en masa, C: 0.05 a 0.45%, Si: 0.01 a 1.0%, Mn: mas de 0 a 2.0%, Al: 0.001 a 0.06%, N: 0.002 a 0.03%, S: mas de 0 a 0.1%, P: mas de 0 a 0.05%, ademas, al menos no menos de un tipo de Mo, V, Nb, Cu, Ni, Cr y Sn y el resto: Fe e impurezas inevitables y satisface las Formulas (1) a (3). Aqm, la Formula (1) se da como Re = (Ae/Ao) x 100 < 30%, la Formula (2) como (Cmm, 1/Co) > 0.95 y la Formula (3) como (Cmm, 2/Co) > 0.95. La estructura macroscopica de este material de acero de cementacion en caja tiene una seccion transversal que incluye una region de cristales equiaxiales y una region de cristales en columna dispuesta en los alrededores de la region de cristales equiaxiales.

El acero para pernos descrito en la Bibliograffa de patentes 5 consiste en: en % en masa, C: 0.15 a 0.6%, Si: 0.05 a 0.5%, Mn y Cr: 0.5 a 3.5% en total, P: no mas de 0.05%, S: no mas de 0.03%, Cu: menos de 0.3%, Ni: menos de 1%, O: no mas de 0.01% y Sn: 0.05 a 0.50%, siendo el resto Fe e impurezas. Ademas, el acero para pernos tiene una composicion en la cual la proporcion Cu/Sn no es mayor que 1.

La Bibliograffa de patentes 6 describe una composicion de acero microaleado empleada para un eje de un vagon ferroviario que tiene resistencia alta, buena plasticidad, buena propiedad de mpacto a baja temperatura y buena sensibilidad de resistencia a las grietas. La composicion contiene: C: 0.50-0.57%, Si: 0.17-0.40%, Mn: 0.60-1.00%, Cr: 0.20-0.35%, Ni: 0.18-0.40%, Mo: 0.08-0.18%, Al: 0.02-0.06%, Ti: 0.020-0.060%, V: 0.030 0.10%, S: menos de o igual a 0.010%, P: menos de o igual a 0.020%, B: menos de o igual a 0.005%, Cu: menos de o igual a 0. 20%, Sb: menos de o igual a 0.010%, Sn: menos de o igual a 0.03%, As: menos de o igual a 0.04%, [O]: menos de o igual a 0.0015% y [N]: menos de o igual a 0.0060% y el resto es Fe.

LISTADO DE CITAS BIBLIOGRAFfA DE PATENTES

Bibliograffa de patentes 1: publicacion de solicitud de patente japonesa N.° 2012-107295.

Bibliograffa de patentes 2: publicacion de solicitud de patente japonesa N.° 2013-231212.

Bibliograffa de patentes 3: publicacion de solicitud internacional N.° WO2012/056785.

Bibliograffa de patentes 4: publicacion de solicitud internacional N.° WO2013/111407.

Bibliograffa de patentes 5: publicacion de solicitud de patente japonesa N.° 2008-274367.

Bibliograffa de patentes 6 : publicacion de solicitud de patente china N.° 101497968A.

COMPENDIO DE LA INVENCION PROBLEMA TECNICO

Las Bibliograffas de patentes 3 a 5, anteriormente descritas, describen que contener Sn mejora la resistencia a la corrosion del acero. No obstante, en las Bibliograffas de patentes 3 a 5 no se ha realizado ningun estudio sobre una rueda ferroviaria y sobre la resistencia a la fatiga por corrosion de la rueda ferroviaria. Por lo tanto, cuando las tecnicas de las Bibliograffas de patentes 3 a 5 se emplean para una rueda ferroviaria, puede haber casos en los cuales la resistencia resulte ser insuficiente y/o no se pueda obtener suficiente resistencia a la fatiga por corrosion.

Es un objeto de la presente invencion proporcionar una rueda ferroviaria la cual sea excelente en resistencia a la fatiga por corrosion.

SOLUCION AL PROBLEMA

La rueda ferroviaria de acuerdo a la presente realizacion tiene una composicion qmmica que consiste en: en % en masa, C: 0.40 a 0.80%, Si: 0.10 a 1.0%, Mn: 0.10 a 1.0%, P: no mas de 0.030%, S: no mas de 0.030%, Cr: 0.05 a 0.18%, Sn: 0.005 a 0.50%, Al: 0.010 a 0.050%, N: 0.0020 a 0.015%, Cu: 0 a 0.20%, Ni: 0 a 0.20%, Mo: 0 a 0.20%, V: 0 a 0.20%, Nb: 0 a 0.030% y Ti: 0 a 0.030%, siendo el resto Fe e impurezas. Una porcion de placa de la rueda ferroviaria tiene una estructura matricial compuesta de perlita, en donde la fraccion de area de perlita no es menor del 95%.

EFECTOS VENTAJOSOS DE LA INVENCION

Una rueda ferroviaria de acuerdo a la presente realizacion tiene una excelente resistencia a la fatiga por corrosion.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 es un diagrama para mostrar una relacion entre el contenido de Sn y la resistencia a la fatiga por corrosion.

La Figura 2 es una vista frontal, vista desde el frente, de una rueda ferroviaria.

La Figura 3 es una vista lateral, vista desde una parte del lado, de una rueda ferroviaria.

La Figura 4 es una vista frontal de una probeta de resistencia a la fatiga por corrosion por flexion rotatoria del tipo Ono, la cual es empleada para evaluacion de la resistencia a la fatiga por corrosion. DESCRIPCION DE LAS REALIZACIONES

El inventor de la presente invencion ha realizado una investigacion y un estudio sobre la resistencia a la fatiga por corrosion de ruedas ferroviarias empleando ruedas ferroviarias que tienen varias composiciones qmmicas y microestructuras y ha obtenido los siguientes resultados.

Cuando una rueda ferroviaria en un estado semimanufacturado, antes del recubrimiento, es transportada por mar en un barco, la rueda ferroviaria se expone a la humedad (condensacion de rocfo), al agua salada y a la sal suspendida en el aire. En ese momento, se puede formar una picadura por corrosion en la rueda ferroviaria. La rueda ferroviaria se emplea despues de ser recubierta. Si, mientras se emplea la rueda ferroviaria, el recubrimiento de una porcion de placa de la rueda ferroviaria es danado y retirado, debido al deterioro a largo plazo y a la colision con un objeto extrano (roca, etc.), y asf el acero del material inicial es expuesto y sometido a un entorno atmosferico (incluido un caso en el cual hay presente sal suspendida en el aire), puede formarse una picadura por corrosion en la rueda ferroviaria. Una picadura por corrosion ocurrida en una situacion tal puede causar, posiblemente, deterioro de la resistencia a la fatiga por corrosion.

Para impedir tal fatiga por corrosion de una rueda ferroviaria, es eficaz mejorar la resistencia a la corrosion del acero en la atmosfera y en sal suspendida en el aire, suprimiendo de este modo la formacion de una picadura por corrosion profunda, la cual actua como un lugar de inicio de una grieta por fatiga. Para mejorar la resistencia a la corrosion del acero, es eficaz incluir una gran cantidad de Cr y Ni en el acero, para formar un acero inoxidable. No obstante, incluir Cr y Ni elevara el coste de la materia prima. Ademas, la productividad y a resistencia mecanica del acero se deterioraran. Ademas, el Cr forma carburos en el acero rico en carbono para uso en ruedas ferroviarias. Por ese motivo, es diffcil asegurar una cantidad de Cr disuelto, que contribuya a la resistencia a la corrosion. Por lo tanto, el acero que contiene una gran cantidad de Cr y Ni no es adecuado para uso en ruedas ferroviarias.

Como se ha descrito hasta aqm, para mejorar la resistencia a la fatiga por corrosion es fundamental suprimir la formacion de una picadura por corrosion profunda en una porcion de placa de una rueda ferroviaria. Incluir Sn en una rueda ferroviaria permite la supresion de la corrosion y de la formacion de una picadura por corrosion bajo un entorno de agua salada. Como resultado, es posible mejorar la resistencia a la fatiga por corrosion del acero.

La Figura 1 es un diagrama para mostrar una relacion entre el contenido de Sn y la resistencia a la fatiga por corrosion. La Figura 1 se ha obtenido a partir de Ejemplos que se describiran mas adelante.

En referencia a la Figura 1, incluir Sn mejora notablemente la resistencia a la fatiga por corrosion de una rueda ferroviaria. Cuando el contenido de Sn no es menor de 0.005%, la resistencia a la fatiga por corrosion resultara mayor de 400 MPa, proporcionando asf una rueda ferroviaria que tiene una excelente resistencia a la fatiga por corrosion.

[Estructura matricial]

Cuando una porcion de placa de una rueda ferroviaria tiene una estructura matricial de perlita, se puede obtener una rueda ferroviaria que tiene una tenacidad y una ductilidad excelentes. El Sn se concentra en los lfmites de grano de la austenita. El acero compuesto de estructuras no perltticas, tales como martensttica y bainttica, incluye lfmites de grano de austenita previos. Por ese motivo, es mas probable que ocurra una fractura a lo largo de los lfmites de grano de la austenita previos, donde el Sn esta concentrado. Como resultado, se deterioran la tenacidad y la ductilidad del acero. Cuando la estructura matricial del acero es perlttica, no habra lfmites de grano de austenita previos. Por lo tanto, incluso si el Sn esta concentrado en los ifmites de grano de la austenita previos antes del enfriamiento, no ocurriran fracturas a lo largo de un lfmite de grano, dado que no hay lfmites de grano de la austenita previos en la estructura matricial (perlita) despues del enfriamiento. Asf, es posible suprimir el deterioro de la tenacidad y la ductilidad del acero.

Una rueda ferroviaria de la presente realizacion, la cual se ha completado en base a los resultados anteriormente descritos, tiene una composicion qmmica que consiste en: en % en masa, C: 0.40 a 0.80%, Si: 0.10 a 1.0%, Mn: 0.10 a 1.0%, P: no mas de 0.030%, S: no mas de 0.030%, Cr: 0.05 a 0.20%, Sn: 0.005 a 0.50%, Al: 0.010 a 0.050%, N: 0.0020 a 0.015%, Cu: 0 a 0.20%, Ni: 0 a 0.20%, Mo: 0 a 0.20%, V: 0 a 0.20%, Nb: 0 a 0.030% y Ti: 0 a 0.030%, siendo el resto Fe e impurezas. Una porcion de placa de la rueda ferroviaria tiene una estructura matricial compuesta de perlita.

La composicion qmmica anteriormente descrita puede contener, en % en masa, no menos de un tipo seleccionado del grupo que consiste en Cu: 0.02 a 0.20% y Ni: 0.02 a 0.20%.

La composicion qmmica anteriormente descrita puede contener, en % en masa, uno o mas tipos seleccionados del grupo que consiste en Mo: 0.005 a 0.20%, V: 0.005 a 0.20%, Nb: 0.010 a 0.030% y Ti: 0.010 a 0.030%. En adelante en la presente memoria, una rueda ferroviaria de la presente realizacion se describira en detalle. El sfmbolo “%” en referencia a elementos significa % en masa, a menos que se indique lo contrario.

[Composicion qmmica]

La composicion qmmica de una rueda ferroviaria de la presente realizacion contiene los siguientes elementos. C: 0.40 a 0.80%

El carbono (C) aumenta la resistencia mecanica del acero y mejora la resistencia al desgaste y una resistencia a la fatiga. Cuando el contenido de C es demasiado bajo, no se pueden lograr tales efectos. Por otro lado, cuando el contenido de C es demasiado alto, la resistencia mecanica del acero llega a ser excesivamente alta y se deteriora la maquinabilidad durante el trabajo de acabado. Por lo tanto, el contenido de C es 0.40 a 0.80%. El lfmite inferior del contenido de C es preferiblemente 0.61% y mas preferiblemente 0.65%. El lfmite superior del contenido de C es preferiblemente 0.75% y mas preferiblemente 0.73%.

Si: 0.10 a 1.0%

El silicio (Si) aumenta la resistencia mecanica del acero. Cuando el contenido de Si es demasiado bajo, no se puede lograr tal efecto. Por otro lado, cuando el contenido de Si es demasiado alto, la resistencia mecanica del acero resulta excesivamente alta y se deteriora la maquinabilidad durante el trabajo de acabado. Por lo tanto, el contenido de Si es 0.10 a 1.0%. El lfmite inferior del contenido de Si es preferiblemente 0.15% y mas preferiblemente 0.20%. El lfmite superior del contenido de Si es preferiblemente 0.90% y mas preferiblemente 0.80%.

Mn: 0.10 a 1.0%

El manganeso (Mn) refina el espaciado interlaminar de la estructura de perlita, aumentando asf la resistencia del acero. Cuando el contenido de Mn es demasiado bajo, no se puede lograr tal efecto. Por otro lado, cuando el contenido de Mn es demasiado alto, la maquinabilidad durante el trabajo de acabado y el rendimiento en el proceso de produccion de ruedas ferroviarias se deterioran, dado que se produce una estructura no perlttica, tal como martensttica y bainttica. Por lo tanto, el contenido de Mn es 0.10 a 1.0%. El lfmite inferior del contenido de Mn es preferiblemente 0.50% y mas preferiblemente 0.55%. El lfmite superior del contenido de Mn es preferiblemente 0.90% y mas preferiblemente 0.85%.

P: no mas de 0.030%

El fosforo (P) es una impureza. El fosforo se segrega en los lfmites de grano, deteriorando de este modo la tenacidad del acero. Por lo tanto, el contenido de P no es mas de 0.030%. El lfmite superior del contenido de P es preferiblemente 0.05% y mas preferiblemente 0.015% y mas preferiblemente 0.012%. El contenido de P es preferiblemente tan bajo como sea posible.

S: no mas de 0.030%

El azufre (S) esta contenido de forma inevitable. Puede permitirse el S dado que el S forma MnS, mejorando de este modo la maquinabilidad del acero. Por otro lado, cuando el contenido de S es demasiado alto, se forman inclusiones groseras de sulfuro, deteriorando de este modo las propiedades de la rueda, tales como resistencia a la fatiga, dureza o similares del acero. Por lo tanto, el contenido de S no es mas de 0.030%. El lfmite superior del contenido de S es preferiblemente 0.025% y mas preferiblemente 0.012% y mas preferiblemente 0.010%. El lfmite inferior del contenido de S para mejorar la maquinabilidad es preferiblemente 0.008%.

Cr: 0.05 a 0.20%

El cromo (Cr), al igual que el Mn, refina el espaciado interlaminar de la estructura de perlita, aumentando de este modo la resistencia del acero. Cuando el contenido de Cr es demasiado bajo, no se puede lograr tal efecto. Por otro lado, cuando el contenido de Cr es demasiado alto, la maquinabilidad durante el trabajo de acabado y el rendimiento en el proceso de produccion de ruedas se deterioran, dado que se produce una estructura no perlttica, tal como martensftica y bainttica. Por lo tanto, el contenido de Cr es 0.05 a 0.20%. El lfmite inferior del contenido de Cr es preferiblemente 0.07%. El lfmite superior del contenido de Cr es preferiblemente 0.18% y mas preferiblemente 0.16%.

Sn: 0.005 a 0.50%

El estano (Sn) mejora la resistencia a la corrosion del acero. Ademas, el Sn suprime la formacion de una picadura por corrosion, la cual actua como un origen de grietas de fatiga, mejorando de este modo la resistencia a la fatiga por corrosion de una rueda. Cuando el contenido de Sn es demasiado bajo, no se pueden lograr tales efectos. Por otro lado, cuando el contenido de Sn es demasiado alto, se deteriora la ductilidad en caliente del acero, perjudicando asf la productividad del acero. Por lo tanto, el contenido de Si es 0.005 a 0.50%. El lfmite inferior del contenido de Sn es preferiblemente 0.15% y mas preferiblemente 0.20%. El lfmite superior del contenido de Sn es preferiblemente 0.40% y mas preferiblemente 0.35%.

Al: 0.010 a 0.050%

El aluminio (Al) forma un nitruro estable incluso en un rango de temperaturas elevadas. El nitruro de aluminio suprime el engrosamiento de los granos de austenita como una partfcula fijadora durante el calentamiento para el temple, refinando de este modo la estructura del acero. Como resultado, se mejora el equilibrio entre la resistencia mecanica y la tenacidad y la ductilidad del acero. Ademas, el aluminio es un elemento eficaz para desoxidar el acero durante la fundicion. Por otro lado, cuando el contenido de Al es demasiado alto, se producen inclusiones groseras, deteriorando de este modo la dureza. Por lo tanto, el contenido de Al es 0.010 a 0.050%. El lfmite inferior del contenido de Al es preferiblemente 0.015% y mas preferiblemente 0.020%. El lfmite superior del contenido de Al es preferiblemente 0.045% y mas preferiblemente 0.040%. El contenido de Al mencionado en la presente memoria se refiere al contenido de Al soluble en acido (sol. Al).

N: 0.0020 a 0.015%

El nitrogeno (N) forma un nitruro estable incluso en un rango de temperaturas elevadas y el nitruro suprime el engrosamiento de los granos de austenita como una partfcula fijadora durante el calentamiento para el temple, refinando de este modo la estructura del acero. Por otro lado, cuando el contenido de N es demasiado alto, se producen inclusiones groseras, deteriorando de este modo la tenacidad. Por lo tanto, el contenido de N es 0.0020 a 0.015%. El Umite inferior del contenido de N es preferiblemente 0.0030%. El Umite superior del contenido de N es preferiblemente 0.0080% y mas preferiblemente 0.0070%.

El resto de la composicion qmmica de la rueda ferroviaria de acuerdo a la presente realizacion consiste en Fe e impurezas. Aqm, el termino impureza se refiere a aquellas, que se introducen desde minerales y chatarras como materias primas, entornos de produccion o similares, cuando se produce industrialmente la rueda ferroviaria, y aquellas que esten permitidas dentro de un rango que no afecte de forma adversa a la rueda ferroviaria de la presente realizacion.

[Elementos opcionales]

La rueda ferroviaria anteriormente descrita puede ademas contener, en lugar de parte de Fe, no menos de un tipo seleccionado del grupo consistente en Cu y Ni. Cualquiera de estos elementos es un elemento opcional y mejora la capacidad de temple del acero, aumentando de este modo la resistencia mecanica del acero.

Cu: 0 a 0.20%

El cobre (Cu) es un elemento opcional y puede no estar contenido. Cuando esta contenido, el Cu aumenta la resistencia mecanica del acero. No obstante, cuando el contenido de Cu es demasiado alto, se deteriora la ductilidad en caliente del acero y se deteriora la productividad durante la colada continua. Por lo tanto, el contenido de Cu es 0 a 0.20%. El lfmite inferior del contenido de Cu es preferiblemente 0.02% y mas preferiblemente 0.04%. El lfmite superior del contenido de Cu es preferiblemente 0.15% y mas preferiblemente 0.13%.

Ni: 0 a 0.20%

El mquel (Ni) es un elemento opcional y puede no estar contenido. Cuando esta contenido, el Ni mejora la resistencia y la tenacidad del acero. No obstante, cuando el contenido de Ni es demasiado alto, aumenta el coste de la materia prima. Por lo tanto, el contenido de Ni es 0 a 0.20%. El lfmite inferior del contenido de Ni es 0.02% y mas preferiblemente 0.04%. El lfmite superior del contenido de Ni es preferiblemente 0.15% y mas preferiblemente 0.13%.

La rueda ferroviaria anteriormente descrita puede ademas contener, en lugar de parte de Fe, uno o mas tipos seleccionados del grupo consistente en Mo, V, Nb y Ti. Cualquiera de estos elementos es un elemento opcional y refina la estructura del acero, aumentando de este modo la resistencia mecanica del acero.

Mo: 0 a 0.20%

El molibdeno (Mo) es un elemento opcional y puede no estar contenido. Cuando esta contenido, el Mo aumenta la resistencia mecanica del acero mediante reforzamiento por precipitacion. Ademas, el Mo, al igual que el Mn y el Cr, refina el espaciado interlaminar de la estructura de perlita, aumentando de este modo la resistencia mecanica del acero. No obstante, cuando el contenido de Mo es demasiado alto, se produce una estructura no perlttica, tal como martensttica y baimtica, y la maquinabilidad durante el trabajo de acabado y el rendimiento en el proceso de produccion de ruedas se deterioran. Por lo tanto, el contenido de Mo es 0 a 0.20%. El lfmite inferior del contenido de Mo es preferiblemente 0.005% y mas preferiblemente 0.008%. El lfmite superior del contenido de Mo es preferiblemente 0.15% y mas preferiblemente 0.13%.

V: 0 a 0.20%

El vanadio (V) es un elemento opcional y puede no estar contenido. Cuando esta contenido, el V forma carburos finos y aumenta la resistencia mecanica del acero mediante reforzamiento por precipitacion. No obstante, cuando el contenido de V es demasiado alto, se produce una estructura no perlttica, tal como martensttica y bainttica, y la maquinabilidad durante el trabajo de acabado y el rendimiento en el proceso de produccion de ruedas se deterioran. Por lo tanto, el contenido de V es 0 a 0.20%. El lfmite inferior del contenido de V es preferiblemente 0.005% y mas preferiblemente 0.007%. El Umite superior del contenido de V es preferiblemente 0.15% y mas preferiblemente 0.13%.

Nb: 0 a 0.030%

El niobio (Nb) es un elemento opcional y puede no estar contenido. Cuando esta contenido, el Nb forma un nitruro y un carburo en un rango de temperaturas elevadas y refina la estructura del acero, aumentando de este modo la resistencia mecanica del acero. No obstante, cuando el contenido de Nb es demasiado alto, se deteriora la ductilidad en caliente del acero y se deteriora la productividad durante la colada continua. Por lo tanto, el contenido de Nb es 0 a 0.030%. El lfmite inferior del contenido de Nb es preferiblemente 0.010% y mas preferiblemente 0.012%. El lfmite superior del contenido de Nb es preferiblemente 0.025% y mas preferiblemente 0.022%.

Ti: 0 a 0.030%

El titanio (Ti) es un elemento opcional y puede no estar contenido. Cuando esta contenido, el Ti forma un nitruro y un carburo en un rango de temperaturas elevadas y refina la estructura del acero, aumentando de este modo la resistencia mecanica del acero. No obstante, cuando el contenido de Ti es demasiado alto, se deteriora la tenacidad del acero. Por lo tanto, el contenido de Ti es 0 a 0.030%. El lfmite inferior del contenido de Ti es preferiblemente 0.010% y mas preferiblemente 0.012%. El lfmite superior del contenido de Ti es preferiblemente 0.025% y mas preferiblemente 0.022%.

[Estructura matricial]

La Figura 2 es una vista frontal, vista desde el frente, de la rueda ferroviaria de la presente realizacion y la Figura 3 es una vista transversal de una porcion cerca de la porcion de llanta de la rueda ferroviaria de la presente invencion. En referencia a las Figuras 2 y 3, la rueda ferroviaria incluye una porcion de llanta 1, una porcion de placa 2 y una porcion de cubo 5. La porcion de llanta 1 esta dispuesta en el borde externo de la rueda ferroviaria e incluye una banda de rodadura 3 la cual hace contacto con el rail. La porcion de cubo 5 esta formada en la porcion central de la rueda ferroviaria. Un orificio pasante esta formado en el centro de la porcion de cubo 5 y un eje es ajustado a presion en el orificio pasante.

La porcion de placa 2 esta formada entre la porcion de llanta 1 y la porcion de cubo 5 y esta conectada a la porcion de llanta 1 y a la porcion de cubo 5. El espesor de la porcion de placa es menor que el espesor de la porcion de llanta 1 y que el espesor de la porcion de cubo 5.

La estructura matricial de la porcion de placa 2 de la rueda ferroviaria esta compuesta de perlita. En la presente descripcion, la afirmacion “la estructura matricial esta compuesta de perlita” se refiere a que la fraccion de area de perlita no es menor del 95% en la estructura matricial de una porcion de placa.

Cuando una rueda ferroviaria, la cual esta compuesta de una estructura no perlttica, tal como martensftica y bainttica, contiene Sn, el Sn se concentrara en los lfmites de grano de la austenita previos, deteriorando de este modo la propiedad mecanica de la rueda ferroviaria. Concretamente, se deterioran su tenacidad y ductilidad y las ruedas son mas propensas a las grietas. Cuando la estructura matricial de la porcion de placa 2 de la rueda ferroviaria esta compuesta de perlita, no hay lfmite de grano de austenita previo. Por lo tanto, es posible lograr una rueda ferroviaria la cual es menos propensa a las grietas y es excelente en resistencia a la fatiga por corrosion.

Notese que, preferiblemente, en la estructura matricial, la cementita hipereutectica deteriora la tenacidad del acero. Por lo tanto, es preferible una fraccion de area menor de cementita hipereutectica en la porcion de placa 2.

Notese que la estructura matricial de la porcion de llanta 1 de la rueda ferroviaria esta compuesta de perlita, como la porcion de placa 2. Es decir, en la estructura matricial de la porcion de llanta 1, la proporcion de area de perlita es 95% o mas. Por otro lado, en la estructura matricial de la porcion de cubo 5 de la rueda ferroviaria, la proporcion de area de perlita es 85% o mayor y la proporcion de area de ferrita pro-eutectoide es 15% o menor.

La estructura matricial se mide mediante el siguiente metodo. Se obtiene una muestra de la rueda ferroviaria (en la placa 2, si el espesor de la placa 2 se define como t, la posicion es t/4 de profundidad desde la superficie). De entre las superficies de la muestra obtenida se selecciona una superficie perpendicular a la direccion circunferencial de la porcion de placa 2 para la superficie de observacion. Despues de ser pulida, se ataca la superficie de observacion con alcohol y acido mtrico al 3% (lfquido corrosivo Nital). La superficie de observacion atacada se observa con un microscopio optico con un aumento de 500 para producir imagenes fotograficas de 5 campos visuales arbitrarios.

En cada campo visual, cada fase de perlita, ferrita, bainita, martensita o similares exhibe un contraste diferente, respectivamente. Por lo tanto, en base al contraste, se determina cada fase. Se encuentra el area (pm2) de perlita, de entre las fases determinadas, en cada campo visual. Una fraccion de area (%) de perlita se define como una relacion de la suma total de las areas de perlita en todos los campos visuales con respecto al area total de todos los campos visuales. El lfmite inferior de la fraccion de area de perlita es preferiblemente 95% y mas preferiblemente 98%.

[Metodo de produccion]

Se describira un ejemplo del metodo de produccion de la rueda ferroviaria anteriormente descrita.

El metodo de produccion de una rueda ferroviaria de la presente realizacion incluye un paso de preparar un material inicial (proceso de preparacion), un paso de formar la rueda ferroviaria a partir del material inicial (proceso de formacion) y un paso de realizar el tratamiento termico de la rueda ferroviaria formada (proceso de tratamiento termico). En adelante en la presente memoria, se describira cada paso.

[Proceso de preparacion]

Se produce acero fundido que tenga la composicion qmmica anteriormente descrita empleando un horno electrico, un convertidor o similares. Se emplea el acero fundido para producir un material. Por ejemplo, se emplea el acero fundido para producir una pieza colada mediante un metodo de colada continua. Alternativamente, se emplea el acero fundido para producir un lingote mediante el metodo de fabricacion de lingotes. Se emplea la pieza colada o el lingote para producir una palanquilla como materia prima mediante laminador desbastador o forja. La materia prima puede ser una pieza colada producida mediante un metodo de colada continua. La forma de la materia prima es preferibemente de columna.

[Proceso de formacion]

Se forma un producto intermedio para ruedas ferroviarias empleando la materia prima preparada. Se corta la materia prima en una direccion perpendicular a la direccion longitudinal. Se realiza el trabajo en calieite en una direccion perpendicular a la superficie de corte de la materia prima para formarla en una forma de disco. Ademas, el producto intermedio de la rueda ferroviaria se forma de modo que tenga una forma aproximada de las ruedas mediante el trabajo en caliente. El trabajo en caliente es, por ejemplo, forja en caliente, laminado en caliente o similares. Dado que el producto intermedio tiene la forma de una rueda ferroviaria, el producto intermedio tiene una porcion de banda de rodadura 3 y una porcion de pestana 4.

[Proceso de tratamiento termico]

En el proceso de tratamiento termico, se realiza un tratamiento termico en el producto intermedio de las ruedas ferroviarias moldeadas. Concretamente, se realiza un tratamiento termico en la porcion de banda de rodadura 3 y en la porcion de pestana 4 del producto intermedio a alta temperatura, despues del trabajo en caliente. Despues del trabajo en caliente (forja en caliente o laminado en caliente), el producto intermedio puede ser recalentado (tratamiento de recalentamiento) y entonces puede llevarse a cabo el tratamiento termico. El proceso de tratamiento termico incluye un tratamiento de temple. Despues del tratamiento de temple instantaneo, puede realizarse un tratamiento de templado. Como resultado, puede asegurarse una estructura de perlita dura en la porcion de banda de rodadura 3 y en la porcion de pestana 4 de la porcion de llanta 1 en la capa inferior de la estructura martensttica (capa de temple instantaneo) de la capa superficial mas externa, la cual puede ser retirada mediante trabajo de corte.

En el temple instantaneo, por ejemplo, puede aplicarse un temple instantaneo a la banda de rodadura mediante agua de refrigeracion. El medio de refrigeracion del temple instantaneo no esta particularmente limitado, siempre que se pueda obtener una tasa de refrigeracion adecuada para una estructura deseada. El medio de refrigeracion incluye, por ejemplo, aire, neblina, vapor (pulverizado), bano salino, etc. Incluso si se aplica temple instantaneo a la banda de rodadura, la estructura de la porcion de placa, la cual tiene una tasa de refrigeracion menor que la de la parte de banda de rodadura y la de la parte de pestana, resulta perlita.

Se realiza el templado sobre el producto intermedio despues del temple instantaneo. El templado puede ser realizado suficientemente a una temperatura conocida y durante un periodo de tiempo conocido. Por ejemplo, la temperatura de templado es de 400 a 600° C y el tiempo de estabilizacion termica es de 60 a 180 minutos. Una rueda ferroviaria, la cual ha sido producida mediante los pasos de produccion anteriormente descritos, tendra una estructura en la cual la fraccion de area de perlita no es menor de 95% en la porcion de placa 2. Por ese motivo, se reducira la cantidad de desgaste de la rueda ferroviaria. Ademas, es posible conseguir una rueda ferroviaria la cual es excelente en capacidad de moldeado, no propensa a las grietas y tambien excelente en resistencia a la fatiga por corrosion, incluso si se contiene Sn.

EJEMPLOS

Piezas coladas que tienen composiciones qmmicas mostradas en la Tabla 1 se produjeron mediante colada continua. La pieza colada tema un diametro de 453 mm (0453 mm). Empleando las piezas coladas, se formaron ruedas ferroviarias mediante forjado en caliente.

Tabla 1

Para cada una de las ruedas ferroviarias formadas se realizo el temple instantaneo a 850° C en la porcion de banda de rodadura 3 y en la porcion de pestana 4 de la rueda ferroviaria. Concretamente, una rueda ferroviaria calentada a 850° C fue enfriada mediante pulverizacion de agua desde una boquilla mientras se rotaba la rueda (denominado “temple instantaneo de la banda de rodadura”). Se realizo templado adicional a 450° C en la porcion de banda de rodadura 3 y en la porcion de pestana 4 de la rueda ferroviaria despues del temple instantaneo. Dado que una capa templada instantaneamente (martensita y bainita como una estructura superenfriada) existe en la capa mas externa de la banda de rodadura 3, se realizo trabajo de corte en la capa mas externa de la banda de rodadura 3 para retirar la capa templada instantaneamente. A traves del proceso anterior, se fabricaron las ruedas ferroviarias de prueba numeros 1 a 17.

Las formas de las ruedas ferroviarias eran como se muestra en las Figuras 2 y 3. El diametro de la rueda ferroviaria era 1200 mm, la anchura W 3 de la llanta 1 era 125 mm y el espesor D 3 de la banda de rodadura 3 de la llanta 1 era 65 mm.

[Prueba de observacion de microestructura]

Se tomo una muestra para observacion de microestructura desde la posicion de t/4 de profundidad desde la superficie de la porcion de placa 2 cortando perpendicularmente a la superficie de la porcion de placa 2 de la rueda ferroviaria. La muestra se lleno con resina, de modo que la superficie de corte de la parte de placa 2 fuese la superficie a inspeccionar y se realizo pulido de espejo. A partir de ahf, se llevo a cabo la observacion de la microestructura mediante el metodo anterior. Como resultado de la observacion microscopica, en cualquier numero de prueba, la proporcion de area de perlita en la estructura matricial era 95% o mayor y la microestructura era sustancialmente perlita.

[Prueba de resistencia a la fatiga por corrosion]

Una probeta 10 de fatiga por flexion rotatoria del tipo Ono, mostrada en la Figura 4, se corto de las posiciones mostradas en la Figura 2 y en la Figura 3 de la porcion de placa 2 de la rueda ferroviaria de cada numero de prueba. Se corto una probeta de modo que la direccion longitudinal de la probeta estuviese a lo largo de la direccion circunferencial de la rueda.

En referencia a la Figura 4, la probeta 10 de fatiga por flexion rotatoria del tipo Ono tema una seccion transversal circular y una porcion paralela de una longitud de 15 mm. Las cantidades mostradas sin unidades en la Figura 4 indican dimensiones (en mm) de zonas correspondientes de la probeta. En la Figura, “magnitudes de O” indican diametros (mm) de zonas especificadas.

Se realizo una PCC (Prueba de Corrosion Cfclica) a las probetas 10 de fatiga por flexion rotatoria del tipo Ono. Para impedir los efectos de corrosion causados por la PCC, las porciones de la probeta distintas de la porcion paralela se sometieron a enmascaramiento. Las condiciones de la PCC fueron como sigue. Primero, se rocio una solucion de NaCl al 5% a una temperatura atmosferica de 35° C durante 8 horas (paso de rociado). Despues, se mantuvo la probeta en una atmosfera de una temperatura de 35° C y una humedad relativa del 60% durante 16 horas (paso de mantenimiento). Siendo un paso de rociado y un paso de mantenimiento 1 ciclo, se realizaron 14 ciclos.

Se llevo a cabo una prueba de fatiga por flexion rotatoria del tipo Ono empleando probetas de las cuales se habfa retirado el enmascaramiento. Concretamente, la prueba de fatiga por flexion rotatoria de conformidad con JIS Z2274 (1974) se llevo a cabo en una condicion alterna a una frecuencia de rotacion de 3000 rpm en la atmosfera a temperatura ambiente (25° C) y la resistencia a la fatiga por corrosion (MPa) se definio como la tension maxima a la cual no se produda rotura despues de la repeticion de un numero de veces de N = 1Cf. [Resultados de las pruebas]

Los resultados de las pruebas se muestran en la Tabla 1.

En referencia a la Tabla 1, la composicion qmmica de la rueda ferroviaria de cada una de las pruebas Numeros 1 y 3 a 14 fue apropiada y la fraccion de area de perlita de la estructura matricial de su porcion de placa no fue menor del 95%. Como resultado, la resistencia a la fatiga por corrosion no fue menor de 400 MPa, mostrando una resistencia a la fatiga por corrosion excelente.

Por otro lado, en las pruebas Numeros 15 a 17 el contenido de Sn era demasiado bajo. Por ese motivo, la resistencia a la fatiga por corrosion fue menor de 400 MPa, mostrando una resistencia a la fatiga porcorrosion baja.

Hasta el momento se han descrito realizaciones de la presente invencion. No obstante, las realizaciones anteriormente descritas son meramente ejemplificaciones para llevar a cabo la presente invencion. Por lo tanto, la presente invencion no estara limitada a las realizaciones anteriormente descritas y puede llevarse a cabo alterando adecuadamente las realizaciones anteriormente descritas dentro de un rango que no se aleje del espmtu de la misma.

LISTADO DE REFERENCIAS NUMERICAS

1 Porcion de llanta

2 Porcion de placa

3 Banda de rodadura

4 Porcion de pestana

5 Porcion de cubo

Claims

REIVINDICACIONES

^{1. Una rueda ferroviaria, que comprende una composicion qmmica que consiste en: en} % ^{en masa,}

C: 0.40 a 0.80%,

Si: 0.10 a1.0%,

Mn: 0.10 a 1.0%,

P: no mas de 0.030%,

S: no mas de 0.030%,

Cr: 0.05 a 0.18%,

Sn: 0.005 a 0.50%,

Al: 0.010 a 0.050%,

N: 0.0020 a 0.015%,

Cu: 0 a 0.20%,

Ni: 0 a 0.20%,

Mo: 0 a 0.20%,

V: 0 a 0.20%,

Nb: 0 a 0.030% y

Ti: 0 a 0.030%,

siendo el resto Fe e impurezas, en donde

una porcion de placa (2) tiene una estructura matricial compuesta de perlita, en donde la fraccion de area de perlita no es menor de 95%.
2. La rueda ferroviaria de acuerdo a la reivindicacion 1, en donde la rueda ferroviaria contiene no menos de un tipo seleccionado del grupo que consiste en

Cu: 0.02 a 0.20% y

Ni: 0.02 a 0.20%.
3. La rueda ferroviaria de acuerdo a las reivindicaciones 1 o 2, en donde la rueda ferroviaria contiene uno o mas tipos seleccionados del grupo que consiste en

Mo: 0.005 a 0.20%,

V: 0.005 a 0.20%,

Nb: 0.010 a 0.030% y

Ti: 0.010 a 0.030%.