PT98361B

PT98361B - Processo de ligacao entre partes de agulhas de aco fundid0 austenitico de alto teor de magnesio

Info

Publication number: PT98361B
Application number: PT98361A
Authority: PT
Inventors: Johannes Blumauer
Original assignee: Voest Alpine Eisenbahnsysteme
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1991-07-18
Publication date: 1999-01-29
Also published as: LTIP807A; US5170932A; EP0467881A1; JPH06114564A; AU646054B2; ES2064072T5; NO912857L; SK221091A3; LV5312A3; CA2047471C; AU8020891A; PL167992B1; TNSN91061A1; GEP19970769B; BR9102974A; MX9100288A; CZ284776B6; FI913487A0; FI98133B; PL291044A1

Description

PROCESSO DE LIGAÇÃO ENTRE PARTES DE AGULHAS DE AÇO FUNDIDO AUSTENÍTICO DE ALTO TEOR DE MANGANÉSIO

Processo de ligação entre partes de agulhas (1) de aço fundido austenítico de alto teor de manganésio , como por exemplo cróssimas, ou carris de aço com manganésio, e um carril (2) de aço-carbono , utilizando uma peça intermediária de um aço austenítico pobre em carbono caracterizado por primeiro,-a peça intermediária (3) ser soldada ao car ril ou ãó-carril de ligação, seguidamente, depois de se co£ tar a peça intermediária (3) para um comprimento inferior a 25 mm, se proceder a uma segunda soldadura, em que a peça intermediária (3) é soldada à peça (1) constituída por aço fundido de alto teor de manganésio, ou ao carril de aço com manganésio . A peça intermediária (3) referida utilizada é de um aço austenítico, de baixo teor de carbono e estabilizado com. Nb e/ou Ti, nomeadamente um aço com crómio e níquel. No referido processo e a seguir à primeira soldadura é efectuado um tratamento térmico , nomeadamente difusão por recozimento, a uma temperatura que se situa entre 350°C e 1000°C.

Figura 1

FIG-1

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A invenção refere-se a um processo de ligação entre as partes de agulhas constituídas de aço fundido, auste. nítico, com alto teor de manganésio, como, por exemplo, cró_s simas ou carril,de aço-Mn, com um carril de aço-carbono, empregando-se uma peça intermediária de um aço austenítico pobre em carbono, processo este em que primeiro a peça intermediária é soldada com ao carril ou carril de conexão, e só após o corte da peça intermediária a um comprimento de menos de 25 mm, numa segunda operação de soldagem a peça intermediária é soldada à peça constituída de aço fundido com alto teor de manganésio ou o carril de aço-Mn.

Um processo do tipo citado inicialmente tornou-se conhecido na patente AT-PS 350 881. De acordo com este processo já conhecido, a peça intermediária foi, em segui, da a uma soldagem de topo a arco, com a qual a peça intermediária foi unida ao carril normal, cortada a um comprimento de, no máximo, 20 a 25 mm, preferivelmente 18 a 20 mm, onde uma outra soldagem de topo a arco foi efectuada para a ligação da peça intermediária com a cróssima de aço fundido com alto teor de manganésio. Ocorreu após a segunda operação de soldagem um esfriamento mais rápido do que após a primeira operação de soldagem, sendo que, devido ao esfriamento mais lento, deveria ser evitado um endurecimento do aço do carril. A peça intermediária dimensionada relativamente curta explica aqui que os aços austeníticos, em regra, são menos resistentes ao desgaste do que o material da cróssima de modo a poder ser evitada pela sua dimensão curta uma amolgadura da superfície de rolamento da peça intermediária. Mas pelo facto de que agora uma peça intermediária tão curta é desejável, a costura de solda entre o carril e a peça intermediária, na

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Mod. 71 - 20.000 ex. - 90/08 verdade, é aquecida ainda apreciavelmente com a s^gMidâ^operação de soldagem, por causa do comprimento curto da peça intermediária. 0 aquecimento, contudo, é feito a temperaturas de aproximadamente 700°C e, partindo-se de uma tal tempe. ratura, então também fragilizaçoes já não podem ser receadas quando se esfria em ar estático, sem que para isto uma retar dação fosse necessária. 0 emprego da peça intermediária, nes. te caso, serve para isolar termicamente ambos os pontos de solda, a fim de se poder observar as condiçSes de esfriamento respectivamente exigidas. Uma possível fragilização do aço fundido com alto teor de manganésio da cróssima deve pór^m numa porção substancial, ser atribuída também ao facto de que #_oponto de solda resulta, por difusão, uma zona mista, na qual pode resultar uma desfavorável formação de estrutura Na patente alemã DE-PS 29 52 079 já foi propos to efectuar a citada junta soldada entre peças de trabalho feitas de aço com manganésio fundido austenítico e carris feitos de aço-carbono, com o emprego de uma peça intermediária de material austenítico, de tal maneira que primeiro, por 2(jae|.Qrde, soldagem a arco, a peça intermediária é soldada ao aço com alto teor de manganésio, estando que em seguida a isto a peça de trabalho submetida a um tratamento térmico constituído de um recozimento em solução e de um resfriamento brusco na água, e então a ligação com o aço de carril nor mal é feita por soldagem de topo a arco, de tal maneira que o aço com alto teor de manganésio é esfriado simultâneamente e a junta soldada com o carril normal é esfriada retardadamente, de modo que é alcançada uma transformação em perlita lamelar fina. Com este processo já proposto, uma ligação na base de níquel foi proposta como particularmente preferida como material para a peça intermediária. No caso do emprego de aços austeníticos, os aços-cromo-níquel usuais, bem como os aços-cromo-níquel com liga de manganésio, foram propostos como material para a peça intermediária,

A invenção tem em vista então aperfeiçoar o

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processo do tipo citado inicialmente, objectivando que a segunda soldagem pode ser efectuada sem a observância de especiais parâmetros de esfriamento, sendo que deve ser obtida ao mesmo tempo uma melhorada resistência à fadiga e uma mais

X» homogenea distribuição de estrutura em toda a zona de solda. Sobretudo a ausência de um tratamento térmico após a segunda soldagem com o aço de carril normal deve melhorar neste caso a reprodutibilidade das propriedades de resistência da junta soldada, sendo que melhores valores de flexão e melhores valores de resistência à fadiga devem ser obtidos ao mes. mo tempo. Para a realização desta tarefa o processo de acordo com a invenção consiste essencialmente em que uma peça in termediária feita de um aço austenítico, sobretudo um aço-CTr -Ni, de baixo carbono e estabilizado com Nb e/ou Ti, é empre. gada,e.em- qup em seguida à primeira junta soldada, um tratamento térmico, sobretudo um recozimento por difusão, é efectuado a uma temperatura entre 35O°C e 1000°C. Pelo facto de que uma peça intermediária feita de um aço austenítico, sobretudo um aço-cromo-níquel, de baixo carbono e estabilizado com nióbio e/ou titânio, é empregada, é reduzida a percen tagem de carbono livre e é limitada a difusão de carbono que age negativamente sobre os valores característicos mecânicos da junta soldada. Pelo facto de que então na sequência a esta primeira soldagem de topo a arco, entre o aço-carbono de um carril e a peça intermediária, um tratamento térmico espe cifico é efectuado, é alcançado por difusão um equilíbrio das diferenças de concentração das ligas inteiramente diferentes da peça intermediária e do aço de carril, sendo que simultâneamente não só é alcançado um equilíbrio de compensa ção na zona de solda, mas também é eliminada a martensita eventualmente formada. Após o corte da peça intermediária ao necessário comprimento mínimo para a segunda operação de soldagem, ajunção com a peça constituída de aço fundido com alto teor de manganésio ou com um carril de aço com manganésio, pode ocorrer outra vez por soldagem de topo a arco, sen do que aqui, a seguir, nenhumas condições especiais para o

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esfriamento têm que ser observadas . A segunda junta soldada pode esfriar em ar estático, conp isto corresponde a uma preferida forma de execução, sem que chegue a haver novos e indesejáveis fenómenos de endurecimento na área da primeira junta soldada. Ao todo, por meio de um tal processo para a junta soldada global, resultam valores de flexão que são até duas vezes tão altos quanto os valores de flexão obtidos com o conhecido processo, sendo que, ao mesmo tempo, poderam ser facilmente obtidos valores de resistência à fadiga iguais a até 250 N/mm^.

Com vantagem o tratamento térmico é efectua do através de um tempo de 2 a 5 horas, por cujo meio é asse gurado que o risco de uma formação martensítica pode ser novamente eliminado com segurança. Mesmo com específica condução do processo a formação de martensita não pode ser evitada com segurança durante a primeira soldagem e sobretudo com esfriamento retardado após a primeira soldagem, sendo que por meio de específico tratamento térmico, além da eliminação de martensita eventualmente formada, o perfil de concentração dos elementos químicos na área de solda é vastissimamente compensado, por cujo meio resultam os valores mais altos de resistência e de flexão.

De maneira particularmente vantajosa, o pro cesso de tratamento térmico é executado de tal modo, que o tratamento térmico é efectuado através de um tempo de 2 a 5 horas, e então, em seguida, o esfriamento é feito em ar estático .

Em virtude da homogeneização da distribuição de concentração, obtida pelo tratamento térmico, na área de solda , após a primeira soldagem de topo a arco, e em vir tude da circunstância de quemartensita eventualmente formada foi eliminada seguramente, pode-se , como isto corresponde a um preferido prosseguimento do processo de acordo com a invenção, proceder de tal maneira na sequência, que, em seguida à segunda operação de soldagem, o esfriamento é feito em ar estático.

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Aços da qualidade XlOCrNiTi 18 9, XlOCrNiTi 18 10, XlOCrNiNb 18 9 ou X5CrNiNb 18 10 podem, com vantagem, ser empregados como material para a peça intermediária. Tais aços estabilizados com nióbio ou titânio apresentam um máximo teor de carbono de 0,06%-peso, sendo que, para a estabili. zação , o titânio e o nióbio são empregados em uma quantidade que corresponde, no caso de titânio, a pelo menos 5 vezes o teor de carbono e, no caso de nióbio, a pelo menos 10 vezes o teor de carbono. Neste caso se evidenciou como particularmente preferida uma peça intermediária que apresenta a seguinte análise directiva

C

Cr Ni

Ti > ou Nb >

0,06 max. 17,5

9,5 5 x C 10 x C o resto ferro e usuais acompanhantes de ferro.

Empregando-se para a peça intermediária o ma terial proposto de acordo com a invenção e observando-se ascondições exigidas para o tratamento térmico, o fendimento na área da junta soldada pode, ao todo_zser evitado com uma soldagem de topo a arco, sendo que é'aumentada a resistência à ruptura e são obtidos valores mais altos de resistência à fadiga, bem como melhores valores de flexão. Tais juntas soldadas, por conseguinte, satisfazem também às altas solicitações e cargas de um tráfego ferroviário de alta velocidade.

Com a peça intermediária proposta de acordo com a invenção cróssimas de agulha feitas de aço com alto teor de manganésio, de uma análise directiva C 0,95 até 1,30, manganésio 11,5 até 14, no estado fundido, laminado ou forjado, bem como carris de aço com alto teor de manganésio laminados, de análoga análise directiva, foram soldados com

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peças intermediárias austeníticas de um aço da composição XlOCrNiNb 18 9 bem como XlOCrNiTi 18 9, igualmente no estado fundido, preferivelmente forjado ou laminado, sendo que, no caso dos aços de carril, foram empregadas qualidades de car ril normal, de acordo com a UIC , ou carris de boleto temperado. A primeira soldagem entre o aço-carbono do carril e a peça intermediária foi efectuada, neste caso, com uma peça intermediária de um comprimento de aproximadamente 500 mm, e então, após a primeira soldagem de topo a arco, a peça intermediária, que já foi unida com o carril normal, foi cortada a um comprimento de 8 a 20 mm, a fim de assegurar que um comprimento eficaz da peça intermediária de aproximadamen te 5 mm permanece após a segunda soldagem da peça intermedi£ ria com a peça de aço fundido de alto teor de manganésio ou com o carril de aço com manganésio. Em dependência da estabilização da austenita por meio de nióbio e/ou titânio, a di. fusão de carbono é eficazmente limitada durante a primeira junta soldada que ocorre com temperatura substancialmente mais altas em comparação com o subsequente tratamento térmico . Uma comparação entre juntas soldadas, como elas são obtidas correspondentemente à patente AT-PS 350 881 e à condução do processo de acordo com a invenção, revelou que um aumento substancial dos valores de flexão, de 18 mm no máximo, até agora, para 35 mm, era obtido pela aplicação do processo de acordo com a invenção. Os valores de resistência à fadiga poderam ser elevados de 200 N/mm para 250 N/mm . Ao mesmo tempo p<Jde-se trabalhar com menor introdução de calor e assim o fendimento pode ser substancialmente reduzido. 0 aquecimento ulterior, usual até agora da soldagem na máquina de soldar, feito por pulsos de corrente, pode deixar de exis. tir ao ser aplicado o processo de acordo com a invenção, com o emprego da peça intermediária estabilizada com nióbio ou titânio, por cujo meio -resulta também uma elevada economia.

Em virtude do tratamento térmico previsto, pode ocorrer após a segunda junta soldada um esfriamento substancialmente mais rápido da área de solda, sendo que, sobretudo, pode deixar de

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existir o ciclo de aquecimento ulterior usual até agora. Resultam ao todo, por meio da condução de processo de acordo com a invenção, tempos mais curtos de soldagem e uma durabilidade mais prolongada da juis£a soldada.

A seguir , a invenção é ilustrada mais detalhadamente com o auxilio de um exemplo de construção representado esquematicamente no desenho. Neste a figura 1 mostra um coração de um cruzamento com os conhecidos carris normais de aço-carbono da qualidade UIC 860; a figura 2 mostra em escala ampliada um corte de acordo com a linha II-II da figura 1; e a figura 3 mostra um corte de acordo com a linha III-III da figura 1.

A cróssima 1 consiste de aço fundido com alto teor de manganésio. A esta cróssima os carris normais 2 estão soldados por meio de soldagem de topo a arco, com a intercalação de peças intermediárias 3.

Peças intermediárias de um comprimento de aproximadamente 500 mm foram sujeitadas numa máquina de soldar de topo a arco. As peças intermediárias apresentam o per fil, representado na figura 3, de um carril normal. Estas peças intermediárias de 500 mm de comprimento foram primeiro soldadas ao carril normal 2 por meio de soldagem de topo a arco, sendo que resulta a costura de solda 4 representada na figura 2. Na sequência, a área desta costura de solda 4 é submetida ao tratamento térmico descrito acima, a fim de eliminar a formação de. martensita. Depois disto as peças intermédias são cortadas de tal maneira, que o comprimento delas, medido desde a costura de solda 4, é de aproximadamente 15 mm, sendo que em seguida a isto a segunda soldagem com cróssima 1 é feita igualmente por meio de soldagem de topo a arco. Com a soldagem queima-se, por sua vez , um comprimento de 5 a 10 mm da peça intermediária , de modo que a peça intermediária restante fica um comprimento mínimo 5 mm entre a costura de solda 4 e a costura de solda 5, estando a cróssima de aço com manganésio 1 unida à peça intermediária através da costura de solda 5.

Claims

-REIVINDICAÇÕESl³. - Processo de ligação entre partes de agulhas (1) de aço fundido austenítico de alto teor de nangc nesio, como por exemplo crossimas, ou carris de aço manganesio , e um carril (2) de aço-carbono, utilizando uma peça intermediária (3) de um aço austenítico pobre em carbono, ca racterizado por em primeiro lugar se soldar a peça intermediária (3) ao carril (2) ou, respeçtivamente, ao carril de ligação, em seguida depois de se cortar a peça intermediária (3) para um comprimento inferior a 25 mm , se proceder a uma segunda soldadura em que a peça intermediária (3) é soldada à peça constituída por aço fundido com alto teor de man ganésio ou ao carril de aço com manganésio (1), por a peça intermediária (3) utilizada ser de um aço austenítico pobre em carbono e estabilizado com Nb e/ou Ti, nomeadamente um aço com crómio e níquel , e ainda por ser efectuado, a seguir à primeira soldadura, um tratamento térmico, nomeadamente uma difusão por recozimento , a uma temperatura que se situa entre 35O°G e 1000°C.
2^ã. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o tratamento térmico ser efectuado durante 2 a 5 horas , ao que se segue um arrefecimento em ar quente.
3³. - Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o tratamento térmico ser efec tuado durante 3 horas a uma temperatura de aproximadamente 85O°C.
4³. - Processo de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado por se efectuar o arrefecimento, a seguir ao segundo processo de soldagem, em ar quente.
5-. - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 até 4, caracterizado por ser utilizado como mate_

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Ref: 30932 rial para a peça intermediária (3) um aço da qualidade

X10CrNiTi 18 9, C10CrNiNb 18 9 , X10CrNiTi 18 10 ou

X5CrNiNb 18 10 .
6^?. - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 até 5, caracterizado por o teor de Nb do aço para a peça intermediária (3) ser seleccionada de forma a corresponder no mínimo a 10 vezes o teor de C e por o teor de Ti corresponder no mínimo a 5 vezes o teor de C.
7⁵. - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 até 6, caracterizado por o aço que serve como material para a peça intermediária (3) apresentar a constituição seguinte: