PL167992B1

PL167992B1 - Sposób laczenia wykonanych z utwardzanego staliwa manganowego austenitycznego czesci rozjazdów lub szyn ze stali manganowej z szyna ze stali weglowej PL PL PL

Info

Publication number: PL167992B1
Application number: PL91291044A
Authority: PL
Inventors: Johannes Dipl-Ing Blumauer
Original assignee: Vae Ag
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1991-07-12
Publication date: 1995-12-30
Also published as: LTIP807A; US5170932A; EP0467881A1; JPH06114564A; AU646054B2; ES2064072T5; NO912857L; SK221091A3; LV5312A3; CA2047471C; AU8020891A; PT98361B; TNSN91061A1; GEP19970769B; BR9102974A; MX9100288A; CZ284776B6; FI913487A0; FI98133B; PL291044A1

Abstract

1. Sposób laczenia wykonanych z utwardzane- go staliwa manganowego austenitycznego czesci roz- jazdów lub szyn ze stali manganowej z szyna ze stali weglowej, przy zastosowaniu odcinków posrednich z austenitycznej stali niskoweglowej, w którym doko- nuje sie najpierw zgrzania odcinka posredniego z szy- na ze stali weglowej lub lacznikiem, po czym po przycieciu odcinka posredniego na dlugosc mniejsza niz 25 mm, w drugim zgrzewaniu, dokonuje sie przy- laczenia odcinka posredniego do wykonanej z utwar- dzanego staliwa manganowego czesci lub do szyny ze stali manganowej, znamienny tym, ze stosuje sie odcinek posredni (3) wykonany z niskoweglowej austenitycznej stali stabilizowanej Nb i/lub Ti, w szczególnosci stali chromowo-niklowej stabilizo- wanej Nb i/lub Ti, przy czym po pierwszym zgrze- waniu dokonuje sie obróbki cieplnej, korzystnie wyzarzania dyfuzyjnego, w zakresie temperatur od 350°C do 1000°C. FI6.1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób łączenia wykonanych z utwardzanego staliwa manganowego, austenitycznego, części rozjazdów lub szyn ze stali manganowej z szyną ze stali węglowej.

Znane są sposoby, w których dokonuje się wpierw zgrzania odcinka pośredniego z austenitycznej stali niskowęglowej z szyną lub łącznikiem, przy czym po przycięciu odcinka pośredniego na długość mniejszą od 25 mm, w drugim zgrzewaniu dokonuje się przyłączenia odcinka pośredniego do wykonanej z utwardzanego staliwa manganowego części lub do szyny ze stali manganowej.

Sposób wspomnianego na wstępie rodzaju znany jest z austriackiego opisu patentowego nr 350 881. Zgodnie z tym znanym sposobem dodatkowo poza oporowym zgrzewaniem doczołowym dokonuje się połączenia odcinka pośredniego z szyną typu znormalizowanego, odcinek pośredni przycinany jest na długość co najwyżej 20 do 25 mm, korzystnie 18 do 20 mm, po czym dokonuje się drugiego oporowego zgrzewania doczołowego odcinka pośredniego

167 992 z krzyżownicą z utwardzanego staliwa manganowego. Po drugim zgrzewaniu następuje ochłodzenie, szybsze niż po pierwszym zgrzewaniu, przy czym stosując powolne chłodzenie dąży się do uniknięcia zahartowania stalowej szyny. Dobór stosunkowo krótkiego odcinka pośredniego ma na celu uwzględnienie faktu, że stale austenityczne z reguły mniej się zużywają przy ścieraniu niż materiał krzyżownicy, tak że przez dobranie mniejszej ich długości unika się powstawania wgłębień na bieżni odcinka pośredniego. W związku z tym, że pożądane jest stosowanie krótkiego odcinka pośredniego, przy drugim zgrzewaniu ze względu na małą długość odcinka pośredniego, następuje jeszcze znaczne nagrzanie pierwszego szwu, między szyną i odcinkiem pośrednim. Następuje nagrzewanie, aż do temperatur około 700°C i z tego względu jest nie do uniknięcia zwiększenie kruchości przy swobodnym stygnięciu w powietrzu, bez jego odpowiedniego spowolnienia. Zastosowanie odcinka pośredniego służy przy tym przede wszystkim do rozdzielania termicznego obu miejsc zgrzewania, dla umożliwienia zachowania wymaganych warunków chłodzenia. Możliwe jest jednak zwiększenie kruchości utwardzanego staliwa manganowego spowodowane tym, że w miejscu zgrzewania wskutek dyfuzji powstaje strefa mieszana, w której możliwe jest powstanie niepożądanej struktury materiału.

W opisie patentowym RFN nr 2 952 079 zaproponowano przeprowadzenie wspomnianego zgrzewania między odcinkiem roboczym z austenitycznego staliwa manganowego, a szynami ze stali węglowej w taki sposób, że najpierw do utwardzanej stali manganowej zgrzewa się doczołowo metodą oporową odcinek pośredni, po czym odcinek roboczy poddaje się obróbce cieplnej polegającej na wyżarzaniu zupełnym i szybkim ochłodzeniu w wodzie, następnie dokonuje się połączenia z normalną stalą szyny przez oporowe zgrzewanie doczołowe w ten sposób, że utwardzana stal manganowa równocześnie jest schładzana, a zgrzeina z szyną typu znormalizowanego chłodzona jest wolniej, tak że następuje przemiana struktury z wytworzeniem perlitu drobnopasmowego. W przypadku tych znanych sposobów proponuje się jako szczególnie korzystne stosowanie w charakterze materiału odcinka pośredniego stopu na bazie niklu. W przypadku zastosowania stali austenitycznych proponuje się jako materiał odcinka pośredniego zwykłe stale chromo-niklowe lub manganowe stopowe stale chromowo-niklowe.

Celem wynalazku jest takie opracowanie sposobu wspomnianego na wstępie rodzaju, aby drugie zgrzewanie mogło się odbywać, bez przestrzegania specjalnych wymagań dotyczących chłodzenia, przy jednoczesnym poprawieniu wytrzymałości zmęczeniowej i otrzymywaniu równomiernej struktury w całej strefie zgrzewania. Zwłaszcza pominięcia obróbki cieplnej po drugim zgrzewaniu ze stalowymi szynami typu znormalizowanego powinno spowodować poprawę powtarzalności właściwości połączenia zgrzewanego, przy równoczesnym poprawieniu wartości wytrzymałości zmęczeniowej i ugięcia.

Cel ten osiąga się w sposobie według wynalazku przede wszystkim w ten sposób, że stosuje się odcinek pośredni wykonany z niskowęglowej, austenitycznej stali, stabilizowany niobem lub tytanem, w szczególności stali chromowo-niklowej, stabilizowanej niobem i/lub tytanem i że po pierwszym zgrzewaniu dokonuje się obróbki cieplnej, zwłaszcza wyżarzania dyfuzyjnego w temperaturze od 350°C do 1000°C. W wyniku stosowania odcinka pośredniego wykonanego ze stabilizowanej niobem i/lub tytanem niskowęglowej stali austenitycznej, zwłaszcza stali chromowo-niklowej , następuje redukcja zawartości wolnego węgla i ograniczenie ujemnego wpływu dyfuzji węgla na parametry mechaniczne zgrzewu. Ponieważ po pierwszym oporowym zgrzewaniu doczołowym szyny ze stali węglowej z odcinkiem pośrednim dokonuje się odpowiedniej obróbki cieplnej, to następuje dyfuzyjne wyrównanie koncentracji całkowicie różnych stopów, odcinka pośredniego i szyny stalowej, przy czym równocześnie osiąga się nie tylko wyrównanie koncentracji w strefie zgrzewania, lecz również unika się powstawania martenzytu. Po przycięciu odcinka pośredniego na zadaną długość minimalną dla drugiego zgrzewania, można otrzymać połączenie z częścią wykonaną z utwardzanego staliwa manganowego, bądź szyną ze stali manganowej również przez oporowe zgrzewanie doczołowe, przy czym w tym przypadku nie jest wymagane zachowanie specjalnych warunków chłodzenia. Drugi zgrzew można poddać chłodzeniu w spokojnym powietrzu, co odpowiada korzystnej odmianie sposobu, bez powodowania poprzednio występujących niepożądanych zjawisk związanych z zahartowywaniem się materiału w obszarze zgrzewu. Ogólnie biorąc w tego rodzaju sposobie całkowitego przeprowadzenia zgrzewania otrzymuje się wartości ugięcia dwukrotnie lepsze od otrzymywanych za

167 992 pomocą znanych sposobów, przy czym bez trudu można osiągnąć wytrzymałość zmęczeniową do 250 N/mm².

Korzystne jest dokonywanie obróbki cieplnej w ciągu 2 do 5 godzin, co zapewnia, że nie występuje niebezpieczeństwo powstawania struktur martenzytycznych. Jednak nawet dobierając warunki prowadzenia pierwszego zgrzewania w sposób nie gwarantujący zapobieżenia powstawaniu struktur martenzytycznych, a dokonując powolnego chłodzenia po pierwszym zgrzewaniu, w wyniku tej celowej obróbki cieplnej można osiągnąć nie tylko likwidację powstawania martenzytu, lecz również otrzymać bardzo wyrównany profil koncentracji pierwiastków chemicznych w obszarze zgrzewania i poprawę wartości wytrzymałości zmęczeniowej i ugięcia.

W szczególnie korzystny sposób obróbkę cieplną przeprowadza się tak, że trwa ona 2 do 5 godzin, po czym następuje chłodzenie w spokojnym powietrzu.

Korzystnie obróbkę cieplną prowadzi się w ciągu 3 godzin w temperaturze około 850°C. Dzięki osiągniętemu w wyniku obróbki cieplnej ujednorodnieniu koncentracji w obszarze zgrzewu po pierwsze oporowym zgrzewaniu doczołowym i dzięki temu, że ewentualnie powstający martenzyt jest całkowicie usuwany, możliwe jest, zgodznie z korzystnym wykonaniem wynalazku, chłodzenie w spokojnym powietrzu również po drugim zgrzewaniu.

Korzystne jest stosowanie w charakterze materiału odcinka pośredniego stali marek X10CrNiTi 18 9, X10CrNiTi 18 10, X10CrNiNb 18 9 lub X10CrNiNb 18 10. Takie stale, stabilizowane niobem lub tytanem, charakteryzują się maksymalną zawartością węgla 0,06% wagowych, przy czym tytan dla stabilizacji stosowany jest w ilości pięć razy większej od zawartości węgla, a niob w ilości dziesięciokrotnie większej od zawartości węgla, przy czym, stale X10CrNiTi 18 9 i X10CrNiTi 18 10 są stalami nierdzewnymi chromowoniklowymi o maksymalnej zawartości: 0,06% C, 17,5% Cr, 9,5% Ni i zawartości Ti równej co najmniej pięciokrotnej zawartości węgla, zaś stale X10 CrNiNb 18 9 i X10CrNiNb 18 10 są również stalami nierdzewnymi chromoniklowymi o maksymalnej zawartości 0,06% wagowych C, 17,5% wagowych Cr, 9,5% wagowych Ni i zawartości Nb równej co najmniej dziesięciokrotnej zawartości C. Szczególnie korzystnym okazało się przy tym stosowanie odcinka pośredniego ze stali o następującym składzie (w procentach wagowych):

C 0,06% max., Cr 17,5%, Ni 9,5%, Ti 5 x C%, albo Nb 10 x C% pozostałość: żelazo i zwykle występujące domieszki żelaza.

Przy stosowaniu proponowanych według wynalazku materiałów odcinka pośredniego i utrzymaniu wymaganych warunków obróbki cieplnej można całkowicie zapobiec powstawaniu rys w obszarze zgrzewania przy oporowym zgrzewaniu doczołowym, przy czym zwiększa się nośność i osiąga się wyższe wartości wytrzymałości zmęczeniowej i ugięcia.

Tak więc uzasadnione jest stosowanie takich połączeń zgrzewanych również w warunkach dużych obciążeń szybkiego transportu szynowego.

Wraz z proponowanym według wynalazku odcinkiem pośrednim stosowane są części krzyżownic rozjazdów wykonane z twardej stali manganowej o składzie: C 0,95 do 1,30% wagowych, Mn 11,5 do 14% wagowych. W postaci odlewu, walcówki lub odkuwki, jak również walcowane szyny z twardej stali manganowej o analogicznym składzie, zgrzewane z austenitycznymi odcinkami pośrednimi ze stali o składzie X19CrNiNb 189 oraz X10CrNiTi 18 9, również w postaci odlewu, korzystnie odkuwki lub walcówki, przy czym w przypadku stali szynowych stosowane są typowe materiały szynowe według UIC, bądź szyny z hartowaną główką. Pierwsze zgrzewanie stali węglowej szyny z odcinkiem pośrednim odbywa się przy długości odcinka pośredniego wynoszącej około 500 mm, a po zakończeniu oporowego zgrzewania doczołowego odcinek pośredni, już połączony z szyną, przycinany jest na długość 8 do 20 mm, w celu zagwarantowania, że po drugim zgrzewaniu z odlewem z twardej stali manganowej, bądź szyną ze stali manganowej, pozostanie odcinek roboczy długości około 5 mm. Podczas pierwszego zgrzewania, które odbywa się w znacznie wyższych temperaturach niż późniejsza obróbka cieplna, następuje znaczne ograniczenie dyfuzji węgla, uwarunkowane stabilizującym działaniem niobu i/lub tytanu na austenit. Porównanie sposobu z austriackiego opisu patentowego 350 881 ze sposobem według wynalazku wykazuje, że przy stosowaniu sposobu według wynalazku można uzyskać znaczne zwiększenie wartości ugięcia z dotychczasowych maksimum 18 do 35 mm. Wartość wytrzymałości zmęczeniowej można podnieść z 200 N/mm2 do 250 N/miZ Przy tym

167 992 możliwa jest praca z mniejszymi ilościami doprowadzanego ciepła, dzięki czemu można zmniejszyć niebezpieczeństwo powstawania rys. Stosowane dotychczas ponowne nagrzewanie zgrzewu w maszynie zgrzewającej za pomocą impulsów prądowych można całkowicie pominąć przy stosowaniu sposobu według wynalazku, przewidującego użycie odcinka pośredniego ze stali stabilizowanej niobem lub tytanem, co obniża również koszty ekonomiczne. Po drugim zgrzewaniu można dzięki zaproponowanej obróbce cieplnej osiągnąć dużo szybsze schładzanie obszaru zgrzewania, przy czym pominąć można przede wszystkim dotychczas stosowany etap nagrzewania wtórnego. Ogólnie biorąc przy stosowaniu sposobu według wynalazku osiąga się skrócenie czasów zgrzewania i zwiększenie żywotności zgrzeiny.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia krzyżownicę z dołączonymi szynami typu znormalizowanego ze stali węglowej marki UIC 860, fig. 2 - w powiększeniu przekrój wzdłuż linii II - II według fig. 1, zaś fig. 3 - przekrój wzdłuż linii III - III według fig. 1.

Krzyżownica 1 wykonana jest z utwardzanego staliwa manganowego. Do tej krzyżownicy dołączone są za pomocą odcinków pośrednich 3, przez oporowe zgrzewanie doczołowe, szyny znormalizowane typu 2.

Odcinki pośrednie o długości około 500 mm zostają zamocowane w oporowej zgrzewarce doczołowej. Odcinki pośrednie 3 mają pokazany na fig. 3 profil szyny. Te odcinki pośrednie o długości 500 mm wpierw zgrzewane są doczołowo z szyną 2 sposobem oporowym, przy czym powstaje zgrzew 1, pokazany na fig. 2. Obszar tego zgrzewu 1 poddany zostaje następnie opisanej powyżej obróbce cieplnej w celu wyeliminowania możliwości powstawania struktury martenzytycznej. Następnie odcinek pośredni zostaje przycięty w taki sposób, że jego długość mierząc od zgrzewu 4 wynosi około 15 mm, i następuje drugie zgrzewanie doczołowe, z krzyżownicą 1. Podczas zgrzewania długość odcinka pośredniego zmniejsza się wskutek nadtopienia o 5 do 10 mm, tak że pozostały odcinek pośredni ma długość minimalną 5 mm między pierwszym 4 i drugim 5 zgrzewem, przy czym manganowa krzyżownica 1 zgrzewem 5 połączona jest z odcinkiem pośrednim.

167 992

FIG.2

FIG.3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób łączenia wykonanych z utwardzanego staliwa manganowego austenitycznego części rozjazdów lub szyn ze stali manganowej z szyną ze stali węglowej, przy zastosowaniu odcinków pośrednich z austenitycznej stali niskowęglowej, w którym dokonuje się najpierw zgrzania odcinka pośredniego z szyną ze stali węglowej łub łącznikiem, po czym po przycięciu odcinka pośredniego na długość mniejszą niż 25 mm, w drugim zgrzewaniu, dokonuje się przyłączenia odcinka pośredniego do wykonanej z utwardzanego staliwa manganowego części lub do szyny ze stali manganowej, znamienny tym, że stosuje się odcinek pośredni (3) wykonany z niskowęglowej austenitycznej stali stabilizowanej Nb i/lub Ti, w szczególności stali chromowo-niklowej stabilizowanej Nb i/lub Ti, przy czym po pierwszym zgrzewaniu dokonuje się obróbki cieplnej, korzystnie wyżarzania dyfuzyjnego, w zakresie temperatur od 350°C do 1000°C.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obróbkę cieplną prowadzi się w czasie od 2 do 5 godzin, po czym prowadzi się chłodzenie w spokojnym powietrzu.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że obróbkę cieplną prowadzi się w ciągu 3 godzin w temperaturze około 850°C.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po drugim zgrzewaniu stosuje się chłodzenie w spokojnym powietrzu.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 4, znamienny tym, że jako materiał odcinka pośredniego (3) stosuje się stal X10CrNiTi 18 9, X10CrNiNb 18 9, X10CrNiTi 18 10 lub X10CrNiNb 18 10.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że na odcinek pośredni (3) stosuje się stal o zawartości niobu równej co najmniej dziesięciokrotnej zawartości węgla, i/lub zawartości tytanu równej co najmniej pięciokrotnej zawartości węgla.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że na odcinek pośredni stosuje się stal zawierającą co najwyżej 0,06% wagowych C, 17,5% wagowych Cr, 9,5% wagowych Ni, Ti w ilości odpowiadającej co najmniej pięciokrotnej zawartości węgla albo Nb w ilości odpowiadającej dziesięciokrotnej zawartości węgla i jako pozostałość żelazo i zwykle występujące domieszki żelaza.