KR20050024312A - 다른 재료의 부가 없이 유닛 부재와 레일 섹션을 용접하는방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 레일의 스트레치(stretch)는 합금 중 적어도 하나의 합금 성분은 5 중량% 이상의 함량을 갖는 고합금강으로 만들어진 철도 전철기(switch) 부재(12), 및 금속이 피복되지 않은 접합점에 의해 서로 연결된, 강철로 만들어진 레일의 구간(length of rail)(14)을 포함한다. 상기 레일의 구간(14)은 탄소 함량 0.55 중량% 미만인 중합금 저탄소강으로 형성된다.
Description
본 발명은 합금 중 적어도 하나의 합금 성분이 5 중량% 이상의 함량을 갖는 고합금강(high-alloy steel)으로 만들어지는 철도 전철기(switch) 부재를 포함하는 형태의 레일 스트레치(stretch), 및 금속 피복이 없이 접합점(weld)에 의해 서로 연결되는 강철 레일의 구간(length of rail)에 관한 것이다.
본 발명은 특히 크로싱 철차(crossing frog)와 같은 전철기와, 예를 들면, 탄소강으로 만들어진 주행선 레일로 이루어지는 레일 섹션 사이의 연결에 관한 것이다.
탄소강으로 만들어진 부분이 고합금강으로 만들어진 부분에 용접될 때, 용접 작업중에 생성되는 용융이 상기 두 부분 사이의 계면에서 기본 재료와는 화학적 조성이 상이한 합금의 형성을 야기하는 것은 알려진 사실이다. 예를 들면 플래쉬 용접(flash welding)에 의한 경우와 같이 금속의 피복이 없이 용접이 이루어질 때, 생성되는 상기 합금의 성질을 제어하는 것은 어렵다. 따라서, 만들어지는 접합점은 그 품질이 일반적으로 평범한 수준이며 점착시키는 것(glueing)에 더 가깝다.
오늘날 주행선의 레일을 만드는 데 사용되는 탄소강 레일은 0.55∼0.8 중량%의 탄소량을 포함한다. 충분한 경도를 확보하기 위해서, 레일에는 크롬과 같은 다른 금속이 첨가된다. 그러나, 크롬의 함량이 많으면 지나치게 고도로 합금을 이룬 2개의 강철 사이의 용접은 불가능하다.
전술한 문제를 해결하기 위해, 고합금강으로 만들어진 철도 전철기 부재와 레일의 구간 사이에 중간부(intermediate part)를 형성하는 삽입체(insert)를 제공하는 것이 공지되어 있다. 이 중간부는 한편으로는 철도 전철기 부재에 용이하게 용접될 수 있고, 다른 한편으로는 레일의 구간에 용이하게 용접될 수 있는 재료로 형성된다.
상기와 같은 중간부를 사용하는 것은, 특히 삽입체를 형성하는 재료의 고유의 특성 및 2개의 접합점을 제공할 필요성 때문에 연결 공정을 구현하는 비용을 증가시킨다. 또한, 레일의 구간에서 용접 에너지에 의해 열의 영향을 받는 구역에서는 경도의 저하가 관찰된다.
도 1은 주행선 레일의 4개 구간이 용접되어 있는 철도 트랙 크로싱 철차의 개략적 정면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 레일의 스트레치에 대한 접합점의 현미경사진이고,
도 3 및 도 4는 본 발명의 두 가지 상이한 실시예에 대한 접합점 영역에서의 레일의 스트레치 구간을 따라 측정된 경도를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 목적은 전철기 부재와 레일 구간의 경도, 그리고 전철기 부재와 레일 구간간 연결부의 경도를 상기 연결부 제조 비용을 증가시키기 않고도 만족스러운 수준으로 확보하는 것을 가능하게 하는 해결책을 제안하는 것이다.
이 때문에, 본 발명은 전술한 형태의 레일의 스트레치로서, 탄소 함량이 0.55 중량% 미만인 저탄소강(low-carbon steel)으로 레일 구간이 형성되는 것을 특징으로 하는 스트레치에 관한 것이다.
특정 실시예에 따르면, 레일의 스트레치는 다음과 같은 특징 중 하나 이상을 가진다:
- 레일 구간은 중합금(medium-alloy) 탄소 함량이 0.5 중량% 미만인 저탄소강으로 형성된다;
- 레일 구간을 형성하는 중합금 저탄소강이 베이나이트강(bainitic steel)이다;
- 레일 구간을 형성하는 중합금 저탄소강이 중량 기준으로 하기 조성을 가진다:
ㆍ 탄소 0.05%∼0.50%;
ㆍ 망간 0.5%∼2.5%;
ㆍ 실리콘 또는 알루미늄 0.6%∼3%;
ㆍ 크롬 0.25%∼3.1%; 및
ㆍ 몰리브덴 0%∼0.9%;
- 레일 구간을 형성하는 중합금 저탄소강이 하기에 정의된 조성을 가진다:
ㆍ 탄소 0.28%∼0.36%;
ㆍ 망간 1.40%∼1.70%;
ㆍ 인 0.03% 이하;
ㆍ 황 0.01%∼0.03%;
ㆍ 알루미늄 0.005% 이하;
ㆍ 실리콘 1%∼1.40%;
ㆍ 크롬 0.40%∼0.60%;
ㆍ 몰리브덴 0.08%∼0.20%;
ㆍ 티타늄 0.04% 이하; 및
ㆍ 붕소 0.004% 이하;
- 고합금강으로 만들어진 철도 전철기 부재는 12∼14 중량%의 망간을 포함한다.
본 발명은 첨주 도면을 참고하여 단지 예로써 제시하는 이하의 설명을 통해 보다 온전히 이해될 것이다.
도 1은 2개의 엇갈리는 트랙의 스트레치가 교차되도록 하는 크로싱 철차를 나타낸다. 따라서 크로싱 철차(12)는 그의 4개 단부에서 4개의 주행선(14)의 구간에 연결되어 있다.
주행선 구간(14)은 금속의 피복 없이 접합점(16)에 의해 상기 철차에 연결되어 있다.
본래 공지되어 있는 바와 같이, 크로싱 철차(12)는 고합금강, 특히 합금 중 한 성분이 5 중량% 이상의 함량을 가지는 강철로 형성된다.
이 강철은 특히 12∼14 중량%의 망간을 함유하는 합금강이며, 상기 크로싱 철차는 주형에 의해 제조된 것이다. 이것은 HADFIELD라는 명칭으로 잘 알려진 강철이다.
이 강철의 경도는 170∼230 HB 범위이다.
본 발명에 따르면, 레일 구간(14)은 탄소 함량이 0.55 중량% 미만인 중합금 저탄소강으로 만들어지며, 각각의 접합점(16)은 고합금강과 중합금 저탄소강 사이에 직접 형성된, 금속이 피복되지 않은 접합점이다. 중합금 저탄소강의 탄소 함량은 0.5 중량% 미만인 것이 바람직하다.
중합금 저탄소강은 카바이드가 없는 베이나이트강인 것이 바람직하다.
레일 구간(14)을 형성하는 저탄소 베이나이트강은 중량 기준으로 하기와 같은 조성을 갖는 것이 유리하다:
ㆍ 탄소 0.05%∼0.50%;
ㆍ 망간 0.5%∼2.5%;
ㆍ 실리콘 또는 알루미늄 0.6%∼3%;
ㆍ 크롬 0.25%∼3.1%; 및
ㆍ 몰리브덴 0%∼0.9%.
보다 바람직하게는, 상기 베이나이트강은 하기 조성을 갖는다:
ㆍ 탄소 0.28%∼0.36%;
ㆍ 망간 1.40%∼1.70%;
ㆍ 인 0.03% 이하;
ㆍ 황 0.01%∼0.03%;
ㆍ 알루미늄 0.005% 이하;
ㆍ 실리콘 1%∼1.40%;
ㆍ 크롬 0.40%∼0.60%;
ㆍ 몰리브덴 0.08%∼0.20%;
ㆍ 티타늄 0.04% 이하; 및
ㆍ 붕소 0.004% 이하.
이 강철의 경도는 350∼390 HB 범위이다.
접합점(16)은 본래 공지되어 있는 종래의 용접 사이클에 따라 플래쉬 용접 및 단조(forging)에 의해 얻어진다.
하나의 변형으로서, 접합점은 인덕션(induction), 마찰, 전자빔, 레이저, 또는 그 밖에 임의의 고에너지 빔에 의해 얻어질 수 있다.
얻어지는 접합점(16)의 외형은 도 2에 예시된다. 500배로 확대된 이 현미경사진에서, 저탄소 베이나이트강과 고합금강 사이의 계면이 매우 선명하고, 상기 두 강철이 만족스러운 방식으로 상호 침투되어 있는 것으로 나타나 있다.
예상할 수 있는 제1 실시예에 따르면, 고합금강으로 만들어진 전철기 부재는 플래쉬 용접 전에 주변 온도에 있으며, 재어닐링에 의해 얻어지는 170∼230 HB의 경도를 갖는다.
이 경우, 접합점 부근에서의 레일 스트레치의 경도의 변화를 도 3에 나타낸다.
주행부에서 레일의 구간(14)은 290∼330 HB의 경도를 가지며 이 경도는 접합점의 중간 부근에서 380 HB에 가까운 값에 도달하도록 증가되는 것으로 관찰된다. 레일의 스트레치의 경도는 고합금강으로 만들어진 전철기 부재(12)에서 185∼235 HB의 값에 머무른다. 이 경도는 용접 전 전철기 부재의 경도에 해당한다.
따라서, 본 발명에 따른 조성으로, 경도는 접합점의 중간 부근에서 만족스러운 상태로 유지되며, 서로 용접되는 두 부재에 고유한 경도보다 낮지 않고, 특히 열적 영향을 받은 구역(heat-affected zone; HAZ)에서의 경도가 저하되지 않는 것으로 관찰된다.
변형예에 따르면, 플래쉬 용접을 행하기 전에 경도를 증가시키기 위해서, 용접하고자 하는 고합금강으로 만들어진 전철기 부재의 단부를 예비 경화시킨다. 이 예비 경화는 예를 들면 폭파(explosion)에 의해 얻어진다.
이와 같이 하여 용접 전 전철기 부재의 경도는 330∼360 HB의 값이 된다.
상기 부가적 단계와 함께, 얻어진 경도의 측정은 도 4에 예시된 바와 같다. 이 경우, 레일 구간의 경도는 도 3의 경도와 대체로 동일하다. 대조적으로, 접합점의 중간 부근에서의 고합금강으로 만들어진 전철기 부재의 경도는 대체로 350 HB이며, 이 값은 주행부에서의 레일 구간의 경도와 대체로 동일하다.
Claims (7)
- 합금 중 적어도 하나의 합금 성분은 5 중량% 이상의 함량을 갖는 고합금강(high-alloy steel)으로 만들어진 철도 전철기(switch) 부재(12), 및금속 피복없이 접합점(weld)에 의해 서로 직접적으로 연결된, 중합금강(medium-alloy steel)으로 만들어진 레일의 구간(length of rail)(14)를 포함하고,상기 레일의 구간(14)은 탄소 함량 0.55 중량% 미만인 중합금 저탄소강(low-carbon steel)으로 형성되는 것을 특징으로 하는레일의 스트레치(stretch).
- 제1항에 있어서,레일의 구간(14)이, 탄소 함량 0.5 중량% 미만인 중합금 저탄소강으로 형성되는 것을 특징으로 하는 레일의 스트레치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 레일의 구간을 형성하는 상기 중합금 저탄소강이 베이나이트강(bainitic steel)인 것을 특징으로 하는 레일의 스트레치.
- 제3항에 있어서,상기 중합금 저탄소강이, 카바이드를 함유하지 않은 베이나이트강인 것을 특징으로 하는 레일의 스트레치.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 레일의 구간을 형성하는 상기 중합금 저탄소강이 중량 기준으로 하기 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 레일의 스트레치:ㆍ 탄소 0.05%∼0.50%;ㆍ 망간 0.5%∼2.5%;ㆍ 실리콘 또는 알루미늄 0.6%∼3%;ㆍ 크롬 0.25%∼3.1%; 및ㆍ 몰리브덴 0%∼0.9%.
- 제5항에 있어서,상기 레일의 구간을 형성하는 상기 중합금 저탄소강이 하기에 정의된 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 레일의 스트레치:ㆍ 탄소 0.28%∼0.36%;ㆍ 망간 1.40%∼1.70%;ㆍ 인 0.03% 이하;ㆍ 황 0.01%∼0.03%;ㆍ 알루미늄 0.005% 이하;ㆍ 실리콘 1%∼1.40%;ㆍ 크롬 0.40%∼0.60%;ㆍ 몰리브덴 0.08%∼0.20%;ㆍ 티타늄 0.04% 이하; 및ㆍ 붕소 0.004% 이하.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,고합금강으로 만들어진 상기 철도 전철기 부재가 12∼14 중량%의 망간을 포함하는 것을 특징으로 하는 레일의 스트레치.
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