JPH06114564A - 高マンガン鋳鋼転轍部材ないしマンガン鋼レールを炭素鋼レールと結合する方法 - Google Patents
高マンガン鋳鋼転轍部材ないしマンガン鋼レールを炭素鋼レールと結合する方法Info
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Abstract
あるいはレールを低炭素鋼系のレールと結合する方法の
提供。 【構成】 低炭素オーステナイト鋼製の中間片3を結合
するレール2にフラッシュ溶接し、次いで中間片を25
mm以下の長さにカットした後、オーステナイト高マンガ
ン鋳鋼製の転轍部材1に溶接する。中間材にはNbまた
はTiで安定化処理された低炭素オーステナイト鋼を用
い、第1の溶接工程に続いて、350°から1000°
の温度範囲で拡散焼なまし熱処理を行う。
Description
ガン鋳鋼製の、たとえば轍叉等の転轍部材、ないしはマ
ンガン鋼レールを、低炭素オーステナイト鋼製の中間片
を介して炭素鋼製のレールと結合する方法、それも、ま
ず中間片をレールないし接続レールと溶接し、次いで中
間片を25mm長さにカットしたのち、第2の溶接工程に
よりこの中間片を高マンガン鋳鋼部材ないしマンガン鋼
レールと溶接する形式のものに関する。
350881によりすでに公知である。この公知の方
法によれば、中間片をレールと接合するフラッシュ溶接
に続いて、中間片を最大20mmから25mmの長さに、好
ましくは18mmから20mmの長さにカットし、次いで更
にフラッシュ溶接を行なって中間片と高マンガン鋳鋼の
轍叉とを接合する。第2の溶接工程後には、最初の溶接
工程後よりも急速に冷却が行なわれる。しかし、この場
合は、より徐々に冷却することによってレール鋼材の溶
接硬化を防止する必要があるだろう。この方法の場合、
中間片の寸法を比較的短くするのには、次のような理由
がある。すなわち、オーステナイト鋼は、通例、轍叉の
材料より耐摩耗性が低いので、寸法を短くすることによ
り中間片の走行面のへこみを防止できるようにするため
である。中間片の寸法を短くすると、第2の溶接工程の
さいに、レールと中間片との間の第1溶接による継ぎ目
が著しく加熱されはするが、この加熱は、約700℃で
行なわれるので、この程度の温度であれば、静止空気中
で冷却しても脆弱化することはない。したがって、徐冷
も不要であろう。この場合、中間片を用いることによっ
て、2つの溶接個所を熱的な観点から分離して、その時
々に要求される冷却条件を守ることが可能になる。轍叉
の高マンガン鋳鋼の脆弱化が生じるのは、主として、溶
接個所に拡散により混合区域が発生し、この区域に不都
合な組織構造が形成されるためであろう。
溶接接合を、オーステナイト高マンガン鋳鋼と炭素鋼レ
ールとを、オーステナイト材料製の中間片を介して次の
ように行なうことが既に提案されている。すなわち、先
ず中間片をフラッシュ溶接により高マンガン鋼材に付加
溶接し、次いで工作物に、固溶化熱処理と水中での急冷
とから成る熱処理を加えたのち、標準レールとフラッシ
ュ溶接により接合し、そのさい高マンガン鋼材が同時に
冷却され、標準レールとの溶接接合部が徐冷されるよう
にし、その結果、薄層状パーへの転換が達せられるよう
にすることである。オーステナイト鋼を用いる場合、通
常のクロムニッケル鋼やマンガン合金クロムニッケル鋼
を中間片材料として用いるよう提案されている。
に述べた種類の方法を改良し、第2の溶接を特殊な冷却
パラメータを守ることなしに実施しうるようにし、その
さい同時に溶接区域全体の疲れ限度が改善され、組織分
布が均等化されるようにすることにある。更に、別の課
題は、特に、第2の、標準レールとの溶接工程のあとの
熱処理を無くすことにより、溶接継手の強度特性の再現
性を改善し、同時にたわみ値と疲れ限度値とを改善する
ことである。
この課題は、主として次のようにすることにより解決さ
れた。すなわち、ニオブ及び(又は)チタンにより安定
化処理された低炭素オーステナイト鋼、特にCr−Ni
鋼製の中間片を用い、かつまた第1の溶接工程に続いて
350℃から1000℃の温度範囲で熱処理、特に拡散
熱処理を行なうようにしたのである。中間片に前記の鋼
材料を用いることにより、遊離炭素成分が低減され、溶
剤継手の機械的特性値にマイナスの影響を与える炭素の
拡散が抑制される。レールの炭素鋼と中間片との第1の
フラッシュ溶接に続いて、適切な熱処理を行なうことに
より、中間片とレール鋼材との全く異なる合金の集中度
の差が、拡散により補償される。そのさい、溶接区域の
集中度の補償のみでなく、場合によって生じることのあ
るマルテンサイトも同時に除去する。第2の溶接工程の
ために中間片を必要最小限の長さにカットしたのち、高
マンガン鋳鋼製の部材ないしマンガン鋼レールとの接合
を、再びフラッシュ溶接により行うことができる。この
場合、引き続いて行なう冷却に対し特別な条件を守る必
要はない。第2の溶接継手は静止空気で冷却でき、しか
も第1の溶接継手の区域に新たな、望ましくない硬化現
象が生じないようにするのが好ましい。全体として、こ
のような処理方法により溶接継手全体のたわみ値は、公
知の方法により達成可能なたわみ値の、最高2倍の値が
得られる。また、同時に最高250N/mm2 の値の疲れ
限度値を得ることができる。
のが好ましい。そうすることによりマルテンサイトの形
成が再び確実に防止できる。マルテンサイトの形成は、
第1の溶接工程の間、特にこの工程のあとの徐冷のさい
に、適切な方法で行なっても確実には防止できない。そ
の場合は、適切な熱処理により、マルテンサイトの除去
と並んで、溶接区域の化学成分の異なる集中度を十分に
補償し、それによって強度値やたわみ値を増大させるこ
とができる。
ない、引続き静止空気で冷却するようにするのが特に好
ましい。
質化が達成でき、マルテンサイトが生じても確実に除去
できるので、本発明の方法の更に別の好ましい実施形式
によれば、そのあとの第2の溶接工程に引続いて静止空
気で冷却するようにすることができる。
i 18 9、X10CrNiTi18 10、X10
CrNiNb 18 9、X5CrNiNb 18 1
0などの品質の鋼のいずれかを用いるのが好ましい。こ
の種の、ニオブないしチタンにより安定化処理された鋼
は、0.06重量%の最大炭素含量を有している。その
さい、安定化に用いるチタンないしニオブの量は、チタ
ンの場合は炭素含量の少なくとも5倍、ニオブの場合は
炭素含量の少なくとも10倍である。その場合、特に好
適であることが分かったのは、次の基準分析値を有する
中間片である。すなわち C 0.06max. Cr 17.5 Ni 9.5 Ti> 5×C 又は Nb> 10×C 残りの鉄及び通常の鉄随伴物質
し、熱処理に要求される条件を守ることにより、フラッ
シュ溶接による溶接継手区域のひび割れ発生は完全に防
止できる。しかも、破壊強さが高まり、疲れ限度値やた
わみ値が改善される。このような溶接継手は、したがっ
て、高速軌道交通の高い応力や負荷にも好適である。
は、基準分析値の炭素が0.95から1.30まで、マ
ンガンが11.5から14までの高マンガン鋼製で、鋳
造、圧延、鍛造のいずれかの加工を施された轍叉と、X
10CrNiNb 18 9及びX10CrNiTi
10 9の組成を持つ鋼製のオーステナイト中間片と基
準分析値の似た高マンガン鋼製で、同様に鋳造した状態
の、好ましくは鋳造もしくは圧延した状態のレールとで
ある。レール鋼の場合は、UIC(UnionInte
rnationale de Chemins de
Fer国際鉄道連盟)による標準レール品質のもの、な
いしは頂部を硬化処理したレールを用いた。レールの炭
素鋼と中間片との第1溶接は、その場合、約500mm長
さの中間片を用いて行なう。この溶接後、標準レールと
既に接合された中間片を8mmから20mmの範囲にカット
する。これは、高マンガン鋳鋼部材ないしマンガン鋼レ
ールと中間片とを第2の溶接工程で溶接したのち、約5
mmの有効中間片長さを得るためである。ニオブとチタン
によるオーステナイトの安定化処理により、続く熱処理
に比して著しく高い温度で行なわれる第1の溶接工程の
間に炭素の拡散が効果的に制限される。AT−PS35
0881と本発明の方法とにより達成可能の溶接継手を
比較して分かった点は、本発明の方法を用いた場合、た
わみ値が従来の最大18mmから35mmへと著しく増大し
た点である。また、疲れ限度値は200N/mm2 から2
50N/mm2 に増大した。同時に、熱供給も、より僅か
で作業が可能なため、ひび割れの発生も大幅に低減され
る。これまでは通常、電流パルスにより溶接機内で溶接
部のポスト加熱が行なわれたが、本発明の方法を適用
し、ニオブないしチタンにより安定化処理した中間片を
用いることにより、このポスト加熱は不要となる。した
がって、経済性も向上する。第2の溶接後、所定の熱処
理により溶接部を急速に冷却することができる。この場
合も、特に、これまで通例であったポスト加熱を行なわ
ずに済ますことができた。全体として、本発明の方法に
より溶接時間が短縮され、溶接継手の寿命は長くなる。
轍叉1は高マンガン鋳鋼製である。この轍叉には、標準
レール2が、中間片3を間そうしてフラッシュ溶接によ
り付加接合されている。
溶接機内に固定する。中間片3は、図3に示した標準レ
ールの横断面を有している。この500mm長さの中間片
は、先ずフラッシュ溶接により標準レール2と溶接され
る。そのさい、図2に示した溶接シーム4が形成され
る。この溶接シーム4の区域は、マルテンサイト形成を
除去するために、引続き既述の熱処理を施される。次い
で、中間片は、溶接シーム4から測って約15mmのとこ
ろでカットされる。次いで第2の溶接工程により、中間
片が轍叉1と同じくフラッシュ溶接される。溶接のさ
い、中間片3は再び5mmから10mmの長さを焼失するの
で、中間片は、溶接シーム4と5との間に最小長さ5mm
が残るのみとなる。こうして、高マンガン鋳鋼の轍叉1
は溶接シーム5を介して中間片3と接合される。
続された轍叉の図。
Claims (7)
- 【請求項1】 オーステナイト高マンガン鋳鋼製の、た
とえば轍叉等の転轍部材(1)、ないしはマンガン鋼レ
ールを、低炭素オーステナイト鋼製の中間片(3)を間
そうして炭素鋼レール(2)と結合する方法であって、
先ず中間片(3)をレール(2)ないし接続レールと溶
接し、次いで、中間片(3)を25mm以下の長さにカッ
トしたのち、第2の溶接工程により、この中間片(3)
を高マンガン鋳鋼転轍部材ないしはマンガン鋼レール
(1)と溶接する形式のものにおいて、Nb(ニオブ)
及び(又は)Ti(チタン)で安定化処理された低炭素
オーステナイト鋼、特にCr−Ni鋼製の中間片(3)
を用い、かつまた、第1の溶接接合に続いて、350℃
から1000℃の範囲の温度で熱処理、特に拡散焼きな
ましを行なうことを特徴とする、高マンガン鋳鋼転轍部
材ないしマンガン鋼レールを炭素鋼レールと結合する方
法。 - 【請求項2】 前記熱処理を2時間から5時間にわたり
行ない、引続き静止空気中で冷却することを特徴とする
請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記熱処理を約850℃の温度で3時間
にわたり行なうことを特徴とする請求項1又は2記載の
方法。 - 【請求項4】 第2の溶接工程に続いて、静止空気中で
冷却することを特徴とする、請求項1から3のいずれか
1項記載の方法。 - 【請求項5】 中間片(3)の材料としてX10CrN
iTi 18 9、X10CrNiNb 18 9、X
10CrNiTi 18 10、X5CrNiNb 1
8 10などの品質の鋼のいずれかを用いることを特徴
とする請求項1から4のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項6】 中間片(3)用の鋼材のNb含量をC含
量の少なくとも10倍値に、またTi含量をC含量の少
なくとも5倍値にすることを特徴とする請求項1から5
のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項7】 中間片(3)の材料とする鋼材が、次の
基準分析値、すなわち C 0.06max. Cr 17.5 Ni 9.5 Ti> 5×C 又は Nb> 10×C 残りの鉄及び通常の鉄の随伴物質を有することを特徴と
する請求項1から6のいずれか1項記載の方法。
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