PT2785890E - Aço de trilho com uma excelente combinação de propriedades de desgaste, resistência à fadiga de contacto de rolamento e soldabilidade - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

"AÇO DE TRILHO COM UMA EXCELENTE COMBINAÇÃO DE PROPRIEDADES DE DESGASTE, RESISTÊNCIA À FADIGA DE CONTACTO DE ROLAMENTO E SOLDABILIDADE"

Esta invenção refere-se a um aço de trilho, particularmente para uso como um trilho com sulco, como aqueles usados para carril de transporte do tipo elétrico, que tem uma excelente combinação de propriedades, em particular, a resistência à fadiga de contacto de desgaste e rolamento e que tem, ao mesmo tempo, capacidade para ser restaurado por soldadura sem a necessidade de pré-aquecimento a alta temperatura. A relação custo-eficácia de transporte por trilhos tem-se tornado uma questão significativa recentemente. Substituir um trilho integrado numa rede de transporte do tipo elétrico causa interrupções de serviço; não apenas para o tráfego em trilhos, mas também para outros utilizadores da infraestrutura compartilhada, como sejam as redes instaladas em centros da cidade. As redes de transporte do tipo elétrico são frequentemente caracterizadas por raios de carril muito estreitos que inevitavelmente experimentam altas taxas de desgaste lateral e, por conseguinte, podem ser o fator que dita a vida útil do trilho. Assim, uma primeira exigência chave de um grau de aço de trilho de boa relação custo-benefício para aplicações de transporte do tipo elétrico é a sua capacidade de ser restaurado por soldadura sem a necessidade de pré-aquecimento a alta temperatura que danifica o polímero circundante no qual o trilho é integrado. No entanto, mesmo com este atributo, o fator que determina a vida útil do trilho é a taxa de desgaste de cabeça vertical e, por conseguinte, a segunda exigência chave de um grau de aço de trilho de boa relação custo-benef icio é a sua resistência ao desgaste. Além disso, números crescentes de passageiros significam que o tráfego em trilhos se tornou mais intenso ao longo dos anos, causando mais desgaste dos trilhos. Aperfeiçoamentos adicionais em propriedades de material de trilho são exigidos para torna-los mais tolerantes e resistentes aos danos que resultam dos maiores stresses e ciclos de estresse impostos. Embora desenvolvimentos em metalurgia de trilhos e tecnologia de tratamento térmico tenham refinado a microestrutura perlitica para aumentar a resistência ao desgaste, a necessidade de maiores reduções nos custos do ciclo de vida útil continua a conduzir a aperfeiçoamentos adicionais na metalurgia de trilhos.

Outro mecanismo de degradação de trilho frequentemente encontrado em redes de transporte do tipo metro e elétrico é a ondulação da cabeça do trilho. Embora o desenvolvimento da ondulação seja influenciado por uma variedade de caracteristicas do sistema, é amplamente reconhecido que um aumento na dureza e limite da elasticidade de aços de trilho retardam o desenvolvimento e crescimento de ondulação. Consequentemente, uma terceira exigência do aço de trilho de boa relação custo-beneficio para redes de transporte do tipo elétricos e metro é um aumento na dureza e limite da elasticidade. 0 documento U.S. 2009/0134647 refere-se a um aço de roda de via-férrea com uma estrutura perlitica, e contém (% em peso) carbono (0,65 a 0,80), silício (0,90 a 1,10), manganês (0,85 a 1,15), fósforo (0,001 a 0,030), nióbio (0,009 a 0,013), enxofre (0,005 a 0,040) e remanescente de ferro e impurezas inevitáveis. 0 aço contém ainda crómio (0,10 a 0,25), níquel (0,050 a 0,150), molibdénio (0,20 a 0,30) e vanádio (0,10 a 0,30) .

Em partes retas e ligeiramente curvas de vias férreas em que as taxas experimentadas de desgaste são geralmente menores, a vida útil do trilho e custos de manutenção associados são também ditados pela necessidade de controlar o início e crescimento de fraturamentos de Fadiga de Contacto de Rolamento (RCF) cujas origens estão em, ou muito perto, da superfície de cabeça de trilho. RCF pode ocorrer em várias formas, mas são comumente referidas como Fissurações de Cabeça (HC), Fraturamento de Face Interna (GCC), ou como Defeitos de bojamento. Por conseguinte, uma quarta exigência do aço de trilho de boa relação custo-benefício para redes de transporte do tipo elétricos e metro é a sua resistência ao início de Fadiga de Contacto de Rolamento (RCF). O aperfeiçoamento de perfis de roda e trilho para minimizar os stresses danificadores e o uso da trituração regular para manter os perfis desejados enquanto, ao mesmo tempo, remove as camadas de superfície danificada remanescente tornou-se o método comprovado de controlo para RCF e via-férrea afetada por ondulação. No entanto, o custo de trituração do trilho é alta e consome o tempo disponível para executar serviços programados. Por conseguinte, permanece o propulsor para o desenvolvimento de uma solução metalúrgica com melhor relação custo-benefício.

Além da melhor resistência ao desgaste, RCF, e ondulação, uma exigência adicional para o projeto de um aço de trilho inovador é a capacidade de ser repetidamente restaurado por soldadura no local como uma medida de mitigação às altas taxas de desgaste lateral experimentado em curvas fechadas de redes de transporte do tipo elétrico. A tecnologia de restauração de soldadura de baixo pré-aquecimento, conforme determinado na patente de Tata Steel GB2443494, fornece uma metodologia comprovada de restauração de soldadura repetida de aços de carbono elevado. No entanto, o uso desta técnica impõe duas exigências metalúrgicas chave de um limite superior sobre a temperatura de início de Martensite (Ms) de menos do que 200 °C e que em temperatura de acabamento de Martensite (Mf) de não mais do que 50 °C e de preferência muito menos. Assim, a composição do aço de trilho inovador deve ser projetada para não apenas atender as exigências de resistência a desgaste, RCF, e ondulação, como também garantir que a transformação em martensite ocorra sobre tal faixa que impede a finalização da transformação aquando do uso da tecnologia de restauração de soldadura de baixo pré-aquecimento. O fator de sucesso crítico para tal processo de restauração de soldadura é a ausência de quaisquer fraturas incipientes ou de microestrutura duras e quebradiças dentro do metal soldado, interface de trilho de metal soldado parente, ou dentro da zona afetada pelo calor, em que todas levariam posteriormente à escamação do depósito da propagação das fraturas incipientes através da fadiga.

Portanto, é um objetivo desta invenção fornecer trilhos de alta resistência que são altamente resistentes ao desgaste, Fadiga de Contacto de Rolamento, e ondulação enquanto mantém a capacidade de ser repetidamente restaurado por soldadura. É também um objetivo fornecer trilhos de alta resistência nos quais o desgaste lateral pode ser restaurado de maneira fácil e robusta no local através de um tratamento de deposição de soldadura. É também um objetivo fornecer trilhos de alta resistência com uma dureza de pelo menos 330 HV, uma resistência à tração de pelo menos 1.000 MPa e limite de elasticidade de pelo menos 600 MPa.

Um ou mais dos objetivos da invenção foi atingido com um aço de trilho perlitico de alta resistência que tem uma excelente combinação de propriedades de desgaste, resistência à fadiga de contacto de rolamento e restaurabilidade de soldadura, contendo (em % em peso): • 0,70% a 0,85% de carbono, • 0,65% a 1,00% de silício, • 1,1% a 1,4% de manganês, • 0,07% a 0,15% de vanádio, • até 0,008% de nitrogénio, • até 0,025% de fósforo, • 0,008 a 0,030% de enxofre, • no máximo 2,5 ppm de hidrogénio, • no máximo 0,10% de crómio, • no máximo 0,010% de alumínio, • no máximo 20 ppm de oxigénio, • em que o remanescente consiste em ferro e impurezas inevitáveis. A eficácia da composição química de aços de acordo com a invenção é mais bem demonstrada através de uma explicação das razões para a adição de vários elementos e comparação das propriedades chave para aços de trilho com sulco. O carbono é o elemento de liga de reforço com melhor relação custo-benefício em aços de trilho, visto que fornece a adição com melhor relação custo-benefício para atingir a dureza e resistência em aços completamente perlíticos. Numa modalidade, o valor máximo de carbono é de 0,8%. Isto reduz o risco de formação de uma rede de cementite nas fronteiras de grão. Com mais preferência, a faixa de teor de carbono é de 0,735% a 0,785%. Esta faixa fornece o equilíbrio ideal entre a fração de volume de cementite dura e o impedimento da formação de uma rede prejudicial de cementite fragilizada nas fronteiras de grão. O carbono é também um agente de temperabilidade potente que facilita uma temperatura de transformação inferior e, por conseguinte, espaçamento interlamelar mais fino. A alta fração de volume de cementite dura e espaçamento interlamelar fino fornece a resistência ao desgaste e contribui para a maior resistência de RCF da composição incluída numa modalidade da invenção. Adicionalmente, conforme demostrado pelo processo de restauração da soldadura de baixo pré-aquecimento de Tata Steel1, é essencial diminuir a temperatura de Início de Martensite (Ms) do aço para garantir um depósito de soldadura robusto. A faixa prescrita de carbono é essencial para atingir este objetivo. As seguintes metodologias amplamente aceites para o cálculo de temperatura de Ms claramente identificam a eficácia do carbono ao reduzir a dimensão deste parâmetro. De facto, o carbono é entre 13 a 17 vezes mais potente a reduzir a temperatura de Ms do que o manganês. De acordo com Andrews (J. Iron & Steel Inst., 183 (1965), páginas 721 a 727) a Temperatura de Ms em °C é dada por 539 - 423 x % de Carbono - 30,4 x % de Mn (eq. l'a) e de acordo com Steven e Haynes (J. Iron & Steel Inst., 183 (1956), páginas 349 a 359) por 561 - 474 x % de Carbono - 33 x % de Mn (eq. 1 b) . Ambas as equações de regressão fornecem valores ligeiramente diferentes para Ms. No contexto desta invenção, o valor médio destas duas equações foi usado como uma aproximação da Ms real. Mf é então determinada a partir de Ms subtraindo-se 150 °C de Ms

Ms (°C) = 0.5 x (Ms, Andrews + Ms, StevensSHaynes) 1 -9,

Mf (°C) = Ms - 150 <éq. 2> É preferível que a temperatura de Início de Martensite (Ms) do aço seja abaixo de cerca de 160 °C para garantir um depósito de soldadura robusto.

Nesta invenção, a adição de Silício é uma parte integral e essencial do projeto do aço para trabalhar a microestrutura resultante e propriedades e não, como na maioria de outros aços de trilho, um reflexo da rota de processo de produção em vez de uma adição de liga intencional. O silício é frequentemente usado como um elemento desoxidante e como tal a adição de silício normalmente destina-se apenas àquele propósito. Como a invenção se refere a uma composição amplamente eutectoide, a microestrutura contém pouca ou nenhuma ferrite proeutectoide. Em vez disto, é primariamente o espaçamento interlamelar da perlite que dita as propriedades resultantes. Tradicionalmente, o refinamento da microestrutura perlítica em composições de trilho com sulco foi atingido através do uso de arrefecimento acelerado. A inovação da abordagem nesta invenção é a de tratar a microestrutura perlítica como uma entidade tridimensional, na qual o comportamento na interface de roda-trilho é governado pelas propriedades dos dois componentes de telas de perlite, ferrite e cementite, em vez de apenas as propriedades principais de dureza e resistência à tração. Consequentemente, a inovação nesta invenção assenta no uso de silício para fortalecer a ferrite perlítica através de reforço da solução sólida que, por sua vez, proporciona uma resistência maior a incremento, desgaste, e Fadiga de Contacto de Rolamento. Um teor de silício mínimo de 0,65% é essencial para que o aço de acordo com a invenção atinja os valores de propriedade mecânica, resistência ao desgaste e resistência de RCF exigidos. Embora adições de silício tenham um efeito muito limitado na temperabilidade do aço e isto seja refletido nas equações para o cálculo de temperatura de Ms, a adição de até 1,0% de Silício é reconhecida por trazer uma pequena contribuição à redução da temperatura de Ms. O teor de silício entre 0,65% e 0,80% foi constatado por fornecer um bom equilíbrio das propriedades mecânicas exigidas sem qualquer efeito adverso na restaurabilidade da soldadura. O manganês é um elemento de liga chave em todos os aços de trilho com sulco para fornecer a temperabilidade exigida para garantir um espaçamento interlamelar relativamente fino seguindo o arrefecimento natural ou acelerado de tais aços. Este propósito permanece válido para a presente invenção. Na presente invenção, que não depende do arrefecimento acelerado para as suas propriedades, é considerado desejável um maior teor de manganês para proporcionar temperabilidade suficiente para atingir uma microestrutura perlítica com espaçamento interlamelar fino. Um teor de manganês de menos do que 1,1 % de Mn foi constatado por ser insuficiente para atingir a temperabilidade desejada no teor de carbono escolhido, enquanto em níveis acima de 1,4%, o maior risco de formação de martensite, particularmente em áreas de segregação de manganês, foi considerado inaceitável. Um nível maior de manganês é também considerado indesejado numa perspetiva de soldadura devido ao maior risco de formação de martensite dura e fragilizada. Numa modalidade preferida, o teor de manganês é no máximo 1,35%. Um valor mínimo adequado para o manganês seria 1,20% ou mesmo 1,25%. A eficácia de vanádio como um elemento de liga de reforço de precipitação foi utilizada nesta invenção para fortalecer a ferrite perlitica e aumentar, deste modo, a resistência a incremento, desgaste, e Fadiga de Contacto de Rolamento. Vanádio forma carbonetos de vanádio ou nitretos de vanádio, dependendo da quantidade de nitrogénio presente no aço e da temperatura. Portanto, é necessário examinar o nível de adição de vanádio juntamente com a quantidade de nitrogénio no aço conforme a eficácia do reforço de precipitação em aços perlíticos eutectoides diminui com níveis maiores de nitrogénio, o que leva a precipitados mais grosseiros de nitreto de vanádio em maiores temperaturas. Adicionalmente, tais precipitados de alta temperatura não fortalecem a ferrite perlitica, nem deixam vanádio suficiente na solução para proporcionar maior temperabilidade para atingir um espaçamento interlamelar mais fino. As adições de vanádio em aços eutectoides não afetam de maneira percetível a temperatura de Ms. Os inventores constataram que a proporção de vanádio precipitado como carbonetos foi quase máxima quando o teor de nitrogénio foi restrito a 0,003% e isto diminuiu de maneira proporcional com maior teor de nitrogénio. O conhecimento destes princípios metalúrgicos foi aplicado de maneira inovadora para chegar aos teores ideais de 0,08% de V com 0,003% de Nitrogénio. Por conseguinte, por razões de capacidade de produção com boa relação custo-benefício, o teor mínimo de nitrogénio de 0,003% é considerado um limite inferior prático, enquanto um limite superior de 0,007% é considerado desejável para garantir melhores retornos das adições de vanádio dispendioso. No entanto, embora não seja desejável do ponto de vista de relação custo-eficácia, poderiam ser tolerados maiores teores de nitrogénio desde que sejam acompanhados por maiores teores de vanádio de maneira proporcional.

Numa modalidade da invenção, a quantidade mínima de nitrogénio é 0,003% juntamente com teor mínimo de vanádio de 0,07%. De preferência, o nitrogénio é no máximo 0,007% enquanto os valores correspondentes para o vanádio são 0,07% mínimo e 0,12% máximo. Embora estes teores máximos possam ser excedidos, os mesmos são não ideais e economicamente não atraentes.

Devido às adições personalizadas de silício, manganês e vanádio, as propriedades visadas são atingidas não apenas perto da superfície, mas também na parte principal da cabeça, com uma alta consistência. Esta consistência é difícil de atingir num trilho termicamente tratado, enquanto no aço de acordo com a invenção esta consistência é atingida no trilho enrolado enquanto quente. Maiores resistências e/ou limite de elasticidade e/ou dureza podem ser atingidos a partir deste aço submetendo-se o mesmo ao arrefecimento acelerado numa instalação de tratamento térmico em linha ou fora de linha que emprega ar forçado, água, névoa de ar, ou líquidos arrefecedores de polímero. A resistência ao desgaste obtida com o aço de acordo com a invenção na condição conforme enrolado, na condição de arrefecimento acelerado ou condição de tratamento térmico é tal que isto irá reduzir a necessidade da aplicação de um revestimento duro de alto custo preventivo para trilhos a serem colocados em curvas fechadas.

De preferência, o teor de fósforo do aço é no máximo 0,015%. Valores de enxofre devem ser entre 0,008 e 0,030%, visto que isto forma inclusões de MnS. Estas inclusões agem como escoadouros para qualquer hidrogénio residual que possa estar presente no aço. Este hidrogénio pode resultar em fendas capilares que podem ser os iniciadores de fendas de fadiga na cabeça (também conhecidos como fechos ovais) sob altos stresses das rodas. A adição de pelo menos 0,008% de enxofre impede os efeitos prejudiciais de hidrogénio, enquanto um valor máximo de 0,03% é escolhido para evitar a fragilização da estrutura. De preferência, o valor máximo é 0,025%. O boro, embora não seja um elemento obrigatório da liga, poderia ser usado para aperfeiçoar as propriedades do aço de acordo com a invenção, e poderiam ser usadas quantidades de até cerca de 60 ppm. O boro é um promotor forte da formação de componentes microestruturais, como bainite ou martensite, particularmente quando o nitrogénio no aço é ligado por titânio. Se não, podem ser formados precipitados de BN. No aço de acordo com a invenção é importante que a microestrutura seja substancialmente perlitica e, de preferência, completamente perlitica, e que a quantidade de componentes microestruturais bainiticos ou martensiticos seja mantida o mais baixo possível, e de preferência estejam ausentes. De preferência, não há boro no aço de acordo com a invenção como um elemento da liga, mas o mesmo pode estar presente como uma impureza inevitável. Um teor de boro abaixo de 0,0005% (isto é, < 5 ppm) é geralmente considerado ineficaz como um elemento da liga e é, portanto, considerado como uma impureza no contexto desta aplicação. O nível máximo recomendado de impurezas inevitáveis tem como base EN13674-I:2003, de acordo com o qual os limites máximos são Mo a 0,02%, Ni a 0,10%, Sn - 0,03%, Sb - 0,020%, Ti -0,025%, Nb - 0,01%. A resistência ao desgaste do aço da presente invenção foi estabelecida empregando o procedimento de teste comparativo comprovado "Twin Disk". O teste é realizado com o uso de uma instalação de disco duplo de laboratório semelhante à instalação descrita em 'Wear', 162 a 164 (1993), Microstructure and wear resistance of pearlitic rail steels, Albert J. Perez-Unzueta & John H. Beynon5. Este equipamento simula as forças que surgem quando a roda está a girar e a deslizar no trilho. Estas avaliações não fazem parte do procedimento de qualificação do trilho formal, mas foram constatadas por fornecer um bom indicador sobre o desempenho em serviço relativo das diferentes composições de aço de trilho. As condições de teste para teste de desgaste envolvem o uso de um estresse por contacto de 560 MPa e 25% de deslizamento, enquanto aqueles para RCF utilizam um estresse por contacto maior do que 900 MPa, 5% de deslizamento e lubrificação de água. Os resultados são apresentados na Figura 1, onde a taxa de desgaste em mg/m de deslizamento é calculada contra a dureza (em HV). É aparente que a taxa de desgaste diminui como uma função da dureza e que para além de um nível de dureza de 330 Hv30 (-313HB), há pouca ou nenhuma redução adicional mensurável na taxa de desgaste. Consequentemente, um dos objetivos da invenção foi o de atingir a resistência ao desgaste equivalente ao nível de dureza de pelo menos 330 HV30. As composições otimizadas da invenção em ambas as fundições de laboratório e comercial atingiram a resistência ao desgaste desejada. Os inventores constataram que a composição química equilibrada produz perlite muito resistente ao desgaste como resultado do fortalecimento da ferrite perlítica através do reforço da solução sólida por adições de silício e carbonetos de vanádio muito finamente dispersos dentro das telas de ferrite perlítica. Adicionalmente, ao restringir o nitrogénio para < 0,007%, os inventores conseguiram capitalizar sobre o efeito de temperabilidade potente bem conhecido de vanádio na solução, o que acentua a resistência, dureza, e resistência ao desgaste da composição otimizada da invenção ao refinar o espaçamento interlamelar da perlite.

Embora a velocidade operacional inferior de transportes do tipo elétrico em via-férrea integrada os torne menos suscetíveis à Fadiga de Contacto de Rolamento (RCF), o fortalecimento da ferrite perlítica que resulta da composição da invenção também aperfeiçoou a resistência do aço a RCF. Um aperfeiçoamento de pelo menos 20% na resistência ao início de RCF foi estabelecido através de teste de disco duplo de laboratório comparativo da composição da invenção e o grau R260 padrão.

Inúmeros fatores unem-se para realizar estes melhoramentos. Em primeiro lugar, aumentar o teor de carbono em relação aos típicos graus de aço de trilho de carbono inferiores para trilhos com sulcos enquanto permanecem dentro da região hipoeutectoide do diagrama de fase ferro-carbono, aumenta a fração de volume de cementite dura na microestrutura. Visto que o teor de carbono não transgride a faixa hipereutectoide de composições, é evitado o risco de formação de redes prejudiciais de cementite fragilizada em fronteiras de grão sob o arrefecimento relativamente lento experimentado por trilhos durante a produção. Como uma medida de precaução adicional, as adições intencionais de silício e vanádio maiores nas composições foram projetadas para impedir cementite de fronteira de grão dentro das porções segregadas da seção de trilho. Estas adições também têm uma segunda função, e igualmente importante. O silício é um fortalecedor da solução sólida e aumenta a resistência da ferrite perlítica, aumentando, assim, a resistência da perlite para ambos RCF de desgaste e início. De forma semelhante, a precipitação de carbonetos de vanádio finos dentro da ferrite perlitica aumenta a sua resistência, em particular da resistência de prova, e portanto a resistência para desgaste e RCF. Um recurso adicional do projeto de composição é o de limitar o teor de nitrogénio a fim de impedir a formação prematura de precipitados relativamente grosseiros de nitreto de vanádio, visto que são significativamente menos eficazes em aumentar a resistência da ferrite perlitica. Isto garante que as adições de vanádio permaneçam em solução dentro da austenite para diminuir temperaturas e, portanto, resultar em precipitados mais finos. Uma proporção do vanádio também permanece em solução, agindo, assim, como um agente de temperabilidade para refinar o espaçamento de perlite. Assim, o projeto especifico da composição reivindicada nesta modalidade utiliza os vários atributos dos elementos individuais para produzir uma microestrutura com uma combinação altamente desejável de desgaste e resistência de RCF. As propriedades mecânicas e a resistência ao desgaste e inicio de RCF dos aços em conformidade com a invenção são melhores do que a maioria dos graus de trilho perlitico termicamente tratados convencionais e semelhantes ao grau termicamente tratado mais duro (Grau R340GHT) incluído na norma Euro para trilhos com sulcos (EN 14811:2006 + AI: 2009). Embora não essencial para a atual aplicação desejada de trilhos com sulcos para via-férrea de percurso de rua integrada, poderiam ser obtidos aperfeiçoamentos adicionais a propriedades de tração e resistência a desgaste, deformação plástica, e RCF submetendo-se as composições da invenção ao arrefecimento acelerado após rolamento a quente ou tratamento térmico subsequente que emprega um estágio de reaquecimento.

Outro atributo adicional e igualmente significativo dos aços em conformidade com a invenção é a sua capacidade de ser restaurado por soldadura sem a necessidade de pré-aquecimento de alta temperatura. 0 processo de restauração de soldadura do proprietário Tata Steel especifica temperaturas de pré-aquecimento baixas de cerca de 60 °C a 80 °C. O principio fundamental no qual este processo tem como base evitar a finalização da transformação em martensite dentro da zona afetada pelo calor criada pela microesfera de soldadura depositada. Assim, nesta invenção, o projeto da composição de aço teve dois objetivos desafiadores: em primeiro lugar atender às exigências da propriedade descritas nos parágrafos anteriores e, em segundo lugar, garantir que as temperaturas de transformação de inicio de martensite (Ms) e final de martensite (Mf) são tais que não permitam que a transformação em martensite se complete durante o processo de restauração de soldadura. Consequentemente, a temperatura de Mf deve ser abaixo de cerca de 60 °C e de preferência muito abaixo desta temperatura para maximizar o volume de austenite não transformada retida que é chave para o impedimento da formação de fraturas incipientes na interface de metal de soldadura parente ou dentro da zona afetada pelo calor formado pela deposição da microesfera de soldadura. Em geral, a temperatura de Mf é considerada por ser cerca de 150 °C abaixo da temperatura de Ms, que pode ser calculada com o uso das equações (1), (la), (lb) e (2), conforme acima apresentadas. A temperatura de Ms e Mf de uma faixa de aços de trilho disponível é mostrada na Figura 2 contra a dureza mínima exigida do grau. As temperaturas são a média daquelas calculadas pelas duas equações dadas no parágrafo 0012 e as concentrações de carbono e manganês usadas nos cálculos são os valores de ponto médio da faixa especificada no documento EN 14811:2006 +A1: 2009. A temperatura de Ms é o valor superior, a temperatura de Mf é o valor inferior da faixa retratada . É aparente que o aço desta invenção, referenciado como "Invenção" na Figura 2, tem a menor temperatura de Mf e, por conseguinte, tem capacidade para manter a máxima proporção de austenite e, portanto, é o mais resistente à formação de fraturas incipientes. Contrariamente, os outros graus de aço de trilho com sulco têm temperaturas de Mf indesejavelmente mais altas, o que implica a finalização da transformação de martensite durante a restauração por soldadura e um risco muito maior da formação de fraturas. A excelente resistência ao desgaste do trilho garante que o mesmo leve um longo tempo antes de o trilho ser desgastado numa direção vertical. A restaurabilidade de soldadura e o fato de que o aço de acordo com a invenção não exige um tratamento térmico para atingir as suas propriedades garante que o trilho pode ser reparado no local, portanto o trilho não precisa de ser retirado da rua, mas pode ser reparado de um dia para o outro. Isto envolve menos obras rodoviárias e menos inconveniência para o tráfego dentro da cidade. Esta combinação de propriedades alcançáveis por engenharia da microestrutura e da química do trilho significa que o trilho não só tem boa relação custo-benefício, mas também fornece uma solução mais ecológica, visto que os trilhos podem ser facilmente reparados e não precisam ser substituídos por trilhos novos com a mesma frequência. Além disso, o projeto cuidadoso da composição, que, assim, elimina a necessidade de uma etapa de tratamento térmico durante a produção do trilho, também garante um produto de trilho mais ecológico em comparação com aços que derivam as suas propriedades de um tratamento térmico após laminação do trilho.

Embora o aço de acordo com a invenção seja adequado para propósitos como trilhos de guindaste ou trilhos de fundo plano, constatou-se que o aço de trilho é excecionalmente adequado para a produção de trilhos com sulcos que beneficiam dos atributos chave combinados de resistência ao desgaste e restaurabilidade de soldadura.

Fundições de laboratório de aços C1-C4 e do aço A da invenção foram produzidas como lingotes de 60 kg. As fundições Cl a C4 são preliminarmente fundições que foram produzidas para estabelecer o equilíbrio entre as exigências algumas vezes em conflito para atingir a dureza exigida, propriedades de tração, e a resultante resistência ao desgaste, por um lado, com as exigências de uma temperatura de Ms baixa o suficiente para garantir restaurabilidade de soldadura com o uso do processo de pré-aquecimento lento. Os resultados destas investigações culminaram, em primeiro lugar, numa fundição de laboratório da composição de fundição A. Os lingotes foram laminados até placa de 30 mm de espessura e submetidos a arrefecimento com ar natural para simular precisamente as condições de arrefecimento na cabeça de um trilho em estado bruto de laminação. Uma fundição BOS comercial de 300 t (aço B) foi produzida a partir do aço da invenção com base na química de fundição de laboratório A, e posteriormente fundição contínua até uma seção de florescência de 355 x 305 mm. As florescências foram laminadas em várias seções de trilho e foram deixadas para arrefecer no banco de arrefecimento de trilho nas condições padrão de arrefecimento de acordo com graus de trilho em estado bruto de laminação comerciais convencionais. Todos os comprimentos de trilho foram produzidos sem quaisquer defeitos de fratura interna ou de superfície. Os trilhos foram testados na condição de laminados a quente.

As composições químicas de aços A e B são dadas na Tabela 1. Os exemplos comparativos C1-C4 são também dados na tabela 1.

A dureza dos aços A e B foi constatada por estar entre 330 e 335 HV30. Os inventores constataram que, ao selecionar um aço na janela química estreita em conformidade com a invenção, que tanto a resistência ao desgaste como a resistência de RCF são excelentes e correspondem ao desempenho de um Grau 350HT com tratamento térmico, enquanto mostra propriedades mecânicas similares. Em comparação com alguns graus, os aços da invenção não exigem tratamento térmico para obter as propriedades desejadas.

Lisboa,

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Aço para a manufatura de trilhos, particularmente de trilhos com sulcos, caracterizado por ter uma dureza de pelo menos 330 HV30, uma resistência à tração de pelo menos 1.000 MPa e um limite de elasticidade de pelo menos 600 MPa que consiste em % em peso, • 0,70% a 0,85 de carbono, • 0,65% a 1,00% de silício, • 1,1% a 1,4% de manganês, • 0,07% a 0,15% de vanádio, • até 0,008% de nitrogénio, • até 0,025% de fósforo, • 0,008 a 0,030% de enxofre, • no máximo 2,5 ppm de hidrogénio, • no máximo 0,10% de crómio, • no máximo 0,010% de alumínio, • no máximo 20 ppm de oxigénio, • em que o remanescente consiste em ferro e impurezas inevitáveis.
2. 2. Aço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a temperatura de transformação inicial de martensite (Ms) , conforme determinado pela eq. 1, estar abaixo de 190 °C e em que a transformação final de martensite (Mf) , de acordo com eq. 2, está abaixo de 40 °C. Ms (°C) = 0,5 X (Ms, Andre ws ^s, Stevens&Haynes ) 'ÍGCf. 1> Ms, Andrews (°C) = 539 - 423 x % de Carbono - 30,4 x % de Mn <eq. la> Ms, Stevens&Haynes (°C)= 561 - 474 x % de Carbono - 33 x % de Mn<eq. lb> Mi (°C) = Ms - 150 <eq. 2>
3. 3. Aço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um teor de carbono de pelo menos 0,735% de C, de preferência pelo menos 0,75%.
4. 4. Aço, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por compreender um teor de manganês de pelo menos 1,20%.
5. 5. Aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por compreender um teor de silício de pelo menos 0,75%.
6. 6. Aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender uma combinação de um teor de vanádio de pelo menos 0,08% de V e um teor de nitrogénio de no máximo 0,005%.
7. 7. Aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender uma combinação de um teor de vanádio de pelo menos 0,10% de V e um teor de nitrogénio de no máximo 0,007%.
8. 8. Aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por a temperatura de transformação inicial de martensite, conforme determinado por eq. 1, estar abaixo de 175 °C e em que a transformação final de martensite, de acordo com eq. 2, está abaixo de 25 °C.
9. 9. Aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por a zona afetada pelo calor da microesfera de restauração da soldadura compreender pelo menos 50% em volume de austenite retida.
10. 10. Trilho, como trilho com sulco, trilho de guindaste ou trilho de fundo plano, produzido a partir de aço, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por ter uma dureza de pelo menos 330 HV, uma resistência à tração de pelo menos 1.000 MPa e um limite de elasticidade de pelo menos 600 MPa. Lisboa,