JP5331812B2 - 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 - Google Patents

Description

本発明は、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、とりわけオーステナイト系マンガン鋼の鋳造轍叉（フロッグ）を標準レールに接合するための中間部片、並びにオーステナイト系マンガン鋼の鋳造品を標準レールに接合する方法に関するものである。

オーステナイト系マンガン鋼鋳造品は、溶接のために比較的高温を要するので、標準レール鋼と直接溶接することはできない。オーステナイト系マンガン鋼鋳造品は、３００℃を超えて加熱すると炭化物偏析のためにその組織が非常に脆化する特性を有し、この脆化組織は、その後の徐冷によって維持される。したがってそのような脆化を避けるために、高温まで加熱しその後急冷を行うことが必要である。そのような急冷は、例えば水中に焼き入れすることによって実施できる。標準レール鋼として使用される炭素鋼の方は、急冷中に脆化する特性を有し、その場合は脆化を避けるために溶接後の冷却は徐冷しなければならない。極めて優れた強度特性のために、鉄道輸送業における轍叉及び踏み切りは、一般にオーステナイト系マンガン鋼鋳造品により作られるため、溶接部の熱処理に対する相反する条件をもたらす。これらの異なる要件を考慮に入れることができるように、標準レールとオーステナイト系マンガン鋼の鋳造轍叉との間の中間部片が提案されている。中間部片は、それらの良好な溶接性及びそれぞれの溶接接合部の適切な熱処理を考慮して選択されている。しかし、そのような少なくとも部分的にオーステナイト相の中間部片は、隣接する標準鋼及びオーステナイト・マンガン鋼鋳造品のそれぞれよりも相対的に強度特性は劣っている。

オーステナイト系マンガン鋼の鋳造品レール部片及び特に轍叉を、標準レールと溶接する方法は、例えばオーストリア国特許第３４３７１２号から引用することができる。その公知の方法では、轍叉又は標準レール鋼のそれぞれの上側表面の高さよりも低い高さの中間部片が、耐磨耗性マンガン鋼の表面硬化材を付与する前に挿入される。このようにすると、実質的に硬さのより小さい材料が溶接部領域内に存在することに対処できるが、後で鉄道車両による凹みができるリスクを負うことになる。そのような中間部片の長さは、２つの溶接部からの熱影響部が重なり合うことを避けるために一般に５０ｍｍよりも長くなるように寸法設定されていた。

この公知の方式の工程をさらに発展させると、オーストリア国特許第３５０８８１号はこの中間部片の長さを短く制限することを提案しており、１５ｍｍ〜２５ｍｍの長さで十分としなければならなかった。その方策は、上側表面の実質的により短い、より軟らかな下位部分による凹み形成のリスクを減少させることを意図していた。しかし、中間部片の十分な硬さに関する基本的に根底にある難点は、そのような構成では未解決のままである。

欧州特許第３９１００７号は、中間部片のオーステナイト系マンガン鋼鋳造品との溶接中でさえ、周囲空気による単純な冷却を行うことを提案している。この目的のために、実質的に６〜１１重量％のマンガンと、５〜８重量％のニッケルと、１７〜２０重量％のクロムと、５〜１５重量％の範囲のデルタ・フェライト含有量とを実質的に含む特殊な材料が選択された。中間部片用のそのような鋼並びに他の今までに提案されてきた鋼は、２つの鋼の直接溶接に伴う問題点を大幅に軽減したが、オーステナイト成分、特に轍叉材料及び中間部片の材料が、結果として凹みを生じる５００〜６００Ｎ／ｍｍ^２の最大引張強さしか達成できないので、まだ溶接接合部全体の疲労限度及び曲げ強度の点での弱点は適切に対処できていない。

オーストリア国特許第３４３７１２号明細書 オーストリア国特許第３５０８８１号明細書 欧州特許第３９１００７号明細書

本発明は、溶接接合部領域内の、特に標準レールとオーステナイト系マンガン鋼との間の遷移領域内の凹みの防止能力を高め、接合部全体にわたる特に均一な硬さ及び強度分布を与えることを目的とする。

この目的を解決するために、本発明による中間部片は、６０重量％未満のフェライト部分を有するオーステナイト−フェライト系２相鋼の群から選択された鋼により構成される。２相鋼の群から選ばれた鋼は、６０重量％までのフェライト部分によって特徴付けられ、そのような材料の一例として、材料Ｘ２ＣｒＮｉＭｏＮ２２−５−３を挙げることができ、それは中間部片用の適切な材料の特に好ましい選択として見なすことができる。そのような鋼は、以下の直接分析値を有する。
Ｃ 最大 ０．０３%
Ｃｒ ２１〜２３％
Ｎｉ ４．５〜６．５％
Ｍｏ ２．５〜３．５％
Ｎ ０．１〜２．２２％

約５０：５０のオーステナイト対フェライト比を有するこの種の２相鋼中間部片は、一方ではオーステナイト系マンガン鋼と、他方ではパーライト（フェライトおよびセメンタイト）のレール鋼との両方との溶接に関して優れた特性を提供するのみではない。フェライト比率が大きいために、中間部片を溶接前、溶接中及び／又は溶接後の選択的な熱処理によって、レール鋼の領域およびオーステナイト系マンガン鋼の領域の強さにすることも可能になっている。そのような構成では、中間部片材料が軟らか過ぎるために引き起こされる凹みのリスクがなくなっているので、中間部片の残留長さは最早考慮する必要はない。特に、適切な中間部片を選択した後、そのような熱処理によって中間部片の引張強さを６００〜８００Ｎ／ｍｍ^２に増大させることが実現可能である。特に好ましい方式では、この中間部片は、固溶化熱処理されその後焼き入れされた形態で使用される。この中間部片は、９００℃〜１１００℃で固溶化熱処理され、その後水中で、続いて空気で焼き入れされる形態で使用されることが有利である。

オーステナイト系マンガン鋼鋳造品を標準レールと接合するための本発明による方法は、６０％未満のフェライトを含む２相鋼から作られるオーステナイト−フェライト系中間部片が、マンガン鋼鋳造品及び標準レールと溶接される。好ましい方式では、以下の直接分析値、
Ｃ 最大 ０．０３％
Ｃｒ ２１〜２３％
Ｎｉ ４．５〜６．５％
Ｍｏ ２．５〜３．５％
Ｎ ０．１〜２．２２％
を有する中間部片が、最初に標準レールと溶接され、その後オーステナイト系マンガン鋼鋳造品と溶接されることを実質的に特徴とする。原理的には、この選択された中間部片によって、第１の溶接中にも第２の溶接中にも、圧縮空気によって溶接中の溶接熱からの冷却が可能になる。所望の強度値、特に約１４０Ｎ／ｍｍ^２〜約１９０Ｎ／ｍｍ^２への疲労限度の増大を達成するために、この中間部片が溶接前に９００℃〜１１００℃で固溶化熱処理され、その後水中で、さらに空気で焼き入れされ、標準レールとの溶接接合部が、冷却後、焼き戻しのために２００℃〜６００℃で有利に熱処理されることが有利である。同様に、マンガン鋼鋳造品との溶接接合部は、冷却後、焼き戻しのために２００℃〜６００℃で熱処理されることが有利である。そのような工程により、中間部片の長さは例えば約５０ｍｍであることができ、６００〜８００Ｎ／ｍｍ^２への引張強さの増大が、例えば、爆発硬化加工によって実現されるような単純な硬化処理によって達成される。したがって、本発明によれば、中間部片が溶接前に、又は溶接後に硬化処理を施される方式で有利に進められ、爆発硬化加工は中間部片が加工中製品と溶接されていない状態、又は加工中製品と既に溶接された状態のいずれでも実施可能である。

Claims (9)

1. オーステナイト系マンガン鋼の鋳造された轍叉を、炭素鋼でできた標準レールに接合させるための中間部片であって、
   前記中間部片が、６０重量％未満のフェライト部分を有するオーステナイト−フェライト系の２相鋼からなる群から選ばれた鋼により構成されており、
   前記中間部片が以下の直接分析値、
   Ｃ 最大 ０．０３％
   Ｃｒ ２１〜２３％
   Ｎｉ ４．５〜６．５％
   Ｍｏ ２．５〜３．５％
   Ｎ ０．１〜２．２２％
   残部 鉄および不可避不純物
   を有する鋼により構成されていることを特徴とする、中間部片。
2. 前記中間部片が、固溶化熱処理され、その後焼き入れされた形態で使用されることを特徴とする、請求項１に記載された中間部片。
3. 前記中間部片が、９００℃〜１１００℃で固溶化熱処理され、その後水中で、続いて空気によって焼き入れされた形態で使用されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載された中間部片。
4. オーステナイト系マンガン鋼の鋳造品を標準レールと接合する方法であって、６０％未満のフェライトを含む２相鋼から作られるオーステナイト−フェライト系の中間部片を、前記オーステナイト系マンガン鋼の鋳造品及び前記標準レールと溶接する方法において、 以下の直接分析値、
   Ｃ 最大 ０．０３％
   Ｃｒ ２１〜２３％
   Ｎｉ ４．５〜６．５％
   Ｍｏ ２．５〜３．５％
   Ｎ ０．１〜２．２２％
   残部 鉄および不可避不純物
   を有する前記中間部片を、最初に前記標準レールと溶接して、その後前記オーステナイト系マンガン鋼の鋳造品と溶接することを特徴とする、オーステナイト系マンガン鋼の鋳造品を標準レールと接合する方法。
5. 前記中間部片を溶接中に圧縮空気により冷却することを特徴とする、請求項４に記載された、オーステナイト系マンガン鋼の鋳造品を標準レールと接合する方法。
6. 前記中間部片を、溶接前に９００℃〜１１００℃で固溶化熱処理して、その後水中で、続いて空気によって焼き入れすることを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載された、オーステナイト系マンガン鋼の鋳造品を標準レールと接合する方法。
7. 前記標準レールとの溶接接合部を、冷却後、焼き戻しのために２００℃〜６００℃で熱処理することを特徴とする、請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載された、オーステナイト系マンガン鋼の鋳造品を標準レールと接合する方法。
8. 前記マンガン鋼鋳造品との溶接接合部を、冷却後、焼き戻しのために２００℃〜６００℃で熱処理することを特徴とする、請求項４から請求項７までのいずれか１項に記載された、オーステナイト系マンガン鋼の鋳造品を標準レールと接合する方法。
9. 前記中間部片に、溶接前又は溶接後に、硬化処理を施すことを特徴とする、請求項４から請求項８までのいずれか１項に記載された、オーステナイト系マンガン鋼の鋳造品を標準レールと接合する方法。