JPH10166166A - アルミノテルミット混合物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レールの溶接に使用されるアルミノテルミッ
ト混合物を提供する。 【解決手段】 前記混合物は酸化鉄およびアルミニウム
からなる微粒子の基礎成分および金属添加物からなり、
金属添加物としてＣ：０.１〜２０重量％、Ｓｉ：２〜
４０重量％、Ｃｒ：５〜８０重量％および製造に起因す
る不純物を有する鉄からなる母合金が基礎成分に対して
５〜５０重量％の量で添加されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化鉄、アルミニ
ウムおよび合金形成剤のような添加物からなる粒子状混
合物および緩衝剤（daempfungsmittel）からなるアルミ
ノテルミット混合物（aluminothermisches Gemisch）に
関する。

【０００２】本発明は、特にレールの結合溶接用のアル
ミノテルミット混合物に関する。

【０００３】

【従来の技術】間隙をもって敷設され、鋳型で包囲する
レール端部をアルミノテルミット法により製造した鋼に
より溶接し、互いに結合することによる公知のアルミノ
テルミットレール結合溶接においては、溶接材料として
用いられるアルミノテルミット法により製造した鋼はそ
の強度特性においてレール鋼に可能な限り相当すべきで
ある。

【０００４】この要求から、アルミニウムおよび酸化鉄
からなる基礎混合物に合金元素、例えば特に炭素、マン
ガン、バナジウムおよびチタンを混合することにより、
公知の、溶接成分ともよばれるアルミノテルミット混合
物が考慮される。緩衝および冷却するために、アルミノ
テルミット混合物に更に鉄もしくは鋼くずを混合し、こ
れにより同時に鋼収率が向上する。

【０００５】有利に使用される６９０〜８８０Ｎ／ｍｍ
²の引張強さを有するレール鋼は炭素含量０.４〜０.８
２％およびマンガン含量０.８〜１.７％を有し、かつこ
れに相当して大部分がパーライトから形成される構造を
有する。

【０００６】ドイツ特許第３６４４１０６号明細書によ
り、組成物の高めた再生能力を有する溶接材料の製造を
保証するアルミノテルミット混合物が提案されている。
これにより、特に溶接材料の構造がレール材料の構造に
相当することが達成されるべきである。

【０００７】このアルミノテルミット混合物中に、均一
な粒状物の形の添加物、特に純粋な形でまたは合金とし
て、例えばＦｅと共に使用することができる合金金属、
例えばＭｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔｉ、緩衝剤、例えばＦ
ｅまたはＦｅ合金、および浸炭剤、例えば炭素またはＣ
を含有する金属、合金または炭化物が含有される。

【０００８】レールを溶接するために、混合物に、炭
素、マンガンおよび鉄からなる粒状物を、アルミノテル
ミット法により製造された鋼中にパーライト構造の形成
を保証する量で添加する。有利には粒状物は炭素１.５
〜３重量％、マンガン８〜１２重量％および鉄８５〜９
０.５重量％からなる。部分的に８０重量％までのマン
ガン含量を使用する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、煙の
発生が減少した温和な反応特性を有し、溶接表面の改良
された形態を生じ、耐磨耗性の溶接の高まる要求を満足
するアルミノテルミット混合物を提供することである。
それに加えて溶接の信頼性を更に向上すべきである。

【００１０】本発明の課題は、特にアルミノテルミット
法により製造した溶接部の交通安全性を更に高めること
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題は、本発明によ
るアルミノテルミット混合物により解決され、該混合物
は酸化鉄およびアルミニウムからなる微粒子の基礎成分
および金属添加物から構成され、金属添加物として、母
合金（vorlegierung）、すなわちＣ：０.１〜２０重量
％、Ｓｉ：２〜４０重量％、Ｃｒ：５〜８０重量％およ
び製造に起因する不純物を有する鉄からなるフェロクロ
ム合金が基礎成分に対して５〜５０重量％の量で添加さ
れていることを特徴とする。

【００１２】アルミノテルミット混合物の更に有利な構
成は、母合金および添加すべき量の異なって示される重
量割合から生じる。

【００１３】添加物を測定する際に、アルミノテルミッ
ト反応に起因する合金元素の燃焼損失および鉄からなる
緩衝剤成分の付加的な合金の燃焼損失を考慮することに
配慮すべきである。その際アルミノテルミット法により
製造した鋼の溶接に必要な鋳造温度が保証されなければ
ならない。互いの添加物の比、アルミノテルミット混合
物中の緩衝する鉄の量および必要な添加物の全部の量を
簡単な予備試験により算出することができる。これは当
業者にはほかの発明性のある助けがなくても可能であ
る。

【００１４】添加物の量は一方では母合金の組成に、他
方では溶接物中の合金物質の濃度に依存する。

【００１５】溶接物の硬度が高ければ高いほど、それだ
け多くの合金元素が必要であり、すなわちそれだけ多く
の母合金を使用しなければならず、それだけ多くの合金
元素がすでに母合金中に存在しなければならない。

【００１６】例えば８０％までまたは更に９０％までの
高いＣｒ含量を有する母合金を使用する場合は、その他
の合金元素ＳｉおよびＣを相当して調整し、所望の硬度
に対して相当して母合金を少なく使用することができ
る。これは異なる組成の母合金を相当して溶融し、引き
続き溶接実験することにより容易に算定することができ
る。

【００１７】少ないＣｒ含量を有する母合金を使用する
場合は、多くの母合金を使用しなければならない。

【００１８】その際母合金は付加的に微粒子の元素、例
えばホウ素、バナジウム、チタン、ニオブまたは希土類
元素を含有してもよく、または金属、例えばニッケル、
モリブデン、銅またはタングステンおよびほかの所望の
添加物と共に合金化されていてもよい。

【００１９】微粒子の成分および希土類元素は一般に溶
接物中に１％未満の含量を生じる量で添加する。

【００２０】ほかの可能な合金添加物は、溶接物中にこ
れらの合金元素が４％までの量で存在する量で母合金に
添加する。

【００２１】基礎成分は一般にアルミニウム約２５％お
よび酸化鉄７５％からなり、その際酸化鉄の異なる酸化
段階が存在する。

【００２２】すでに記載したように、現在有利に使用さ
れるレール鋼は炭素含量０.４〜０.８２重量％およびマ
ンガン含量０.８〜１.７重量％により特徴づけられ、そ
れに相当して薄片状のフェライトおよびセメンタイト
（Ｆｅ₃Ｃ）を有する大部分がパーライトの構造を有す
る。

【００２３】本発明による混合物をこの種のレールを溶
接するために使用する場合は、金属添加物はアルミノテ
ルミット法により製造した鋼中に大部分がパーライト構
造の形成が保証される量で含有されるべきである。

【００２４】この混合物を用いてベーナイト成分を有す
る構造を生じることも可能である。それに加えてこの場
合にきわめて微細なパーライト段階、トルースタイトお
よびソルバイトが認められる。

【００２５】有利には、金属添加物が純鉄および相当す
る母合金からなるアルミノテルミット混合物を使用す
る。この場合に基礎成分１００重量部に対して５〜３５
重量部の量の添加物が有利であることが判明し、その際
純鉄１０〜３０％および母合金５〜３０％が使用され
る。

【００２６】金属添加物として、それぞれ基礎成分に対
して母合金５〜１５重量％および鉄５〜２０重量％が添
加されたアルミノテルミット混合物が特に有利である。

【００２７】この場合に、母合金は、レール面で測定し
て溶接材料中で１５０ＨＢから４００ＨＢより高い硬度
を達成するために、Ｃ：０.５〜８重量％、Ｓｉ：５〜
２０重量％、Ｃｒ：１０〜６０重量％および製造に起因
する不純物を有する鉄の組成を有し、有利にはＣ：１.
０〜６.０重量％、Ｓｉ：１０〜１５重量％、Ｃｒ：１
５〜５０重量％および製造に起因する不純物を有する鉄
の組成を有する。更にＣ：０.１〜２０重量％、Ｃｒ：
５〜８０重量％および製造に起因する不純物を有する鉄
からなり、基礎成分に対して５〜５０重量％の量で添加
される母合金が特に有利であることが判明した。

【００２８】

【実施例】表１〜３はテルミット溶接の４個の異なる硬
さの等級に対してどのようにして溶接成分を製造できる
かを例として示す。

【００２９】表１は基本組成を示す。

【００３０】表１溶接成分の組成 基礎成分：純粋テルミット（ＲＴ） アルミニウム ２５％ 酸化鉄 ７５％ ＲＴ合計 １００％ 添加物 純鉄 １２.５％ 母合金 ７.５％ 溶接材料合計 １２０.０％ 表２は溶接物の異なって所望される硬度に対する、使用
される母合金の組成の有利な範囲を示す。

【００３１】 表２ 母合金の組成 硬度 （ＨＢ） ２５０〜３００ ３００〜３５０ ３５０〜４００ ＞４００ 母合金（％） Ｃｒ ２８〜３１ ３３〜３６ ３４〜３７ ３８〜４１ Ｓｉ １０〜１５ １０〜１５ １０〜１５ １０〜１５ Ｃ １.５〜２.０ ２.０〜２.７ ３.３〜４.０ ４.０〜４.５ 残りＦｅ 合計１００ 合計１００ 合計１００ 合計１００ 表３は、表２による溶接成分を用いて実施した溶接物の
分析値を示す。決定したＭｎ濃度は溶解したレール鋼に
由来する不純物である。

【００３２】 表３ レール面の溶接分析 Ｃ Ａｌ Ｃｒ Ｍｎ Ｎｉ Ｓｉ 硬さの等級 0.1-0.3 <0.5 1.6-2.４ <0.5 <0.2 0.5-1.5 250-300 硬さの等級 0.15-0.35 <0.5 2.0-2.8 <0.5 <0.2 0.5-1.5 300-350 硬さの等級 0.25-0.４5 <0.5 2.2-3.0 <0.5 <0.2 0.5-1.5 350-４00 硬さの等級 0.35-0.55 <0.5 2.４-3.2 <0.5 <0.2 0.5-1.5 >４00 溶接材料の所望の化学組成を達成するための量による表
示は、それぞれの場合に溶接試験により容易に算定する
ことができる。

【００３３】従って本発明によるアルミノテルミット混
合物は、化学組成、構造形成および硬度において溶接す
べき種々のレール鋼に相当するアルミノテルミットレー
ル溶接用溶接材料の製造を可能にし、これにより特に溶
接材料およびレール材料の均一な磨耗特性およびこれに
より妨害がなく、手入れのいらない軌道が保証される。
更に上記の中間段階の粒子の形態と結びついたトルース
タイト／ソルバイト成分からなるパーライト構造を生じ
ることが可能である。この構造は微粒性により改良され
た耐磨耗性により優れている。粒状物の使用は、前記の
要求に相当して、一定の溶接の質とともに均一な、煙の
少ない、温和な反応特性を有する。本発明によるアルミ
ノテルミット混合物の利点は、技術水準の溶接混合物と
比較して、煙の形成および反応性の向上を強化する添加
物を回避することにある。この均一で、かつ温和なメタ
ロテルミック反応（metallothermic reaction）は冶金
学に重要であるだけでなく、溶融材料の噴出する粒子お
よび特に溶接作業の際にトンネルまたは地下道で妨害す
る、反応する混合物から排出される蒸気による溶接者の
負荷を減少する。

【００３４】ほかの利点は、ほかの分布範囲に調整可能
な硬度および改良された磨耗特性にある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲルハルドゥス ヨハネス ムルダー ドイツ連邦共和国 エッセン カムパーフ ェルト 22 (72)発明者 ミヒャエル シュタインホルスト ドイツ連邦共和国 エッセン シュロスガ ルテン 21

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化鉄およびアルミニウムからなる微粒
   子の基礎成分および金属添加物からなるアルミノテルミ
   ット混合物において、金属添加物として、母合金、すな
   わちＣ：０.１〜２０重量％、 Ｓｉ：２〜４０重量％、 Ｃｒ：５〜８０重量％および製造に起因する不純物を有
   する鉄からなるフェロクロム合金が基礎成分に対して５
   〜５０重量％の量で添加されていることを特徴とする、
   アルミノテルミット混合物。
2. 【請求項２】 母合金が基礎成分に対して１０〜４０重
   量％の量で添加されている請求項１記載のアルミノテル
   ミット混合物。
3. 【請求項３】 母合金が基礎成分に対して１５〜３０重
   量％の量で添加されている請求項１記載のアルミノテル
   ミット混合物。
4. 【請求項４】 母合金として、 Ｃ：０.５〜８重量％、 Ｓｉ：５〜２０重量％、 Ｃｒ：１０〜６０重量％および製造に起因する不純物を
   有する鉄からなるフェロクロム合金を使用する請求項１
   から３までのいずれか１項記載のアルミノテルミット混
   合物。
5. 【請求項５】 母合金として、 Ｃ：１.０〜６.０重量％、 Ｓｉ：１０〜１５重量％、 Ｃｒ：１５〜５０重量％および製造に起因する不純物を
   有する鉄からなるフェロクロム合金を使用する請求項１
   から３までのいずれか１項記載のアルミノテルミット混
   合物。
6. 【請求項６】 母合金のほかに金属添加物として純鉄を
   使用する請求項１から５までのいずれか１項記載のアル
   ミノテルミット混合物。
7. 【請求項７】 金属添加物として、それぞれ基礎成分に
   対して、母合金５〜４５重量％および純鉄５〜４５重量
   ％が添加されている請求項１から６までのいずれか１項
   記載のアルミノテルミット混合物。
8. 【請求項８】 金属添加物として、それぞれ基礎成分に
   対して、母合金５〜３０重量％および純鉄１０〜３０重
   量％が添加されている請求項１から６までのいずれか１
   項記載のアルミノテルミット混合物。
9. 【請求項９】 金属添加物として、それぞれ基礎成分に
   対して、母合金５〜１５重量％および純鉄５〜２０重量
   ％が添加されている請求項１から６までのいずれか１項
   記載のアルミノテルミット混合物。
10. 【請求項１０】 金属添加物として、母合金、すなわち
    Ｃ：０.１〜２０重量％、 Ｃｒ：５〜８０重量％および製造に起因する不純物を有
    する鉄からなるフェロクロム合金が基礎成分に対して５
    〜５０重量％の量で添加されている請求項１記載のアル
    ミノテルミット混合物。