TW200400307A - Stretch of rail comprising a switch element and a length of rail welded without deposition of metal - Google Patents

Description

200400307 ⑴ 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於包含由高合金鋼製成之鐵軌轉轍構件 及鋼製之一段鐵軌的鐵路段，該鐵軌轉織構件中至少一合 金元素的含量等於至少5重量％，該段鐵軌係藉由焊接而 與該轉轍構件相連接而無金屬堆積。 本發明特別係有關於如轉轍叉（crossing frog)之轉轍 器，以及例如由碳鋼製成之通行線鐵路之鐵軌斷面之間的 連接。 【先前技術】

已知，由碳鋼製成的部分與由高合金鋼製成的部分互 相焊接時，在此操作過程產生的熔合在這兩部分交界面之 間會形成合金，該合金的化學組成不同於基質的化學組 成。若爲進行焊接而無金屬堆積時，例如閃速熔接，將難 以控制所產生之合金的本質。因此，所產生的焊接通常係 劣質的，比較類似膠合。 目前使用於製造通行線鐵路的碳化鐵軌包含介於0.55 重量％至〇. 8重量％之間的碳含量。爲了確保足夠的硬 度，該鐵軌尙添加如鉻等其他金屬。然而，大量的鉻會因 爲太高合金化而使二鋼材之間無法焊接。 爲了解決上述問題，已知可以嵌入物於高合金鋼製造 的鐵軌轉轍構件和鐵軌段之間形成中間部分。此中間部分 係由一方面易焊接到鐵軌轉轍構件上，另一方面易焊接到 -4- (2) (2)200400307 鐵軌段上之材質所製成。 該中間部分的使用會增加實施該連接方法的成本，特 別是爲了牽就構成嵌入物的材料特性及提供二焊接的需求 性。此外，可觀察到該段鐵軌受焊接能量之熱影響的區域 之硬度會減低。 【發明內容】 本發明的目的在於提出可確保轉轍構件和鐵軌段之硬 度符合要求之水準的解決方法，且轉轍構件和鐵軌段之間 的連接處之硬度也符合要求而不會增加彼間連接的成本。 爲了達到此目的，本發明係有關於上述的鐵路段，其 特徵爲該段鐵軌係由碳含量低於〇 . 5 5重量。/〇的低碳鋼製 成。 【實施方式】 根據個別實施例，該鐵路段須符合下列至少一特性： -該段鐵軌係由中合金碳含量低於〇·5重量％之低碳 鋼製成； -製成該段鐵軌之中合金低碳鋼係變韌鋼； -製成該段鐵軌之中合金低碳鋼具有以下的重量組 成： • 0.0 5 % 至 0 · 5 0 % 的碳； • 〇 . 5 % 至 2 · 5 % 的錳； • 〇 . 6 %至3 %的矽或鋁； (3) (3)200400307 • 0.2 5 %至3 . 1 %的鉻；以及 • 〇 % 至 〇 . 9 °/〇 的鉬。 -製成該段鐵軌之中合金低碳鋼具有以下所定義的組 成： • 0.2 8 % 至 0.3 6 % 的碳； • 1 · 4 0 % 至 1 . 7 0 % 的錳； • 至多〇 . 〇 3 %的磷； • 〇 . 〇 1 % 至 〇 · 〇 3 % 的硫； • 至多〇 · 〇 〇 5 %的鋁； • 1 %至1.4 0 %的矽； • 0.4 0 % 至 0.6 0 % 的鉻 • 0.0 8 至 0.2 0 % 的鉬 •至多0.0 4 %的鈦；以及 • 至多0 · 0 0 4 %的硼；且 •鐵軌轉轍構件係由錳含量爲12重量％至14重量°/〇 的高合金鋼構成。 第1圖係顯示二交錯鐵軌段的轉轍叉。該轉轍叉的四 末端連接到四通行線鐵路段1 4。 通行線鐵路段1 4係藉由焊接點1 6與轍叉互相連接而 無金屬堆積。 本質上，轉轍叉12係由高合金鋼，特別是，其中至 少一合金元素的含量等於至少〇.5重量％的鋼製成。 該鋼材，特別是包含12重量％至14重量％的錳之合 金鋼材，係用於鑄造轉轍叉。該鋼材係眾所周知的哈氏高 (4) (4)200400307 錳鋼（HADFIELD)。 該鋼材的硬度介於170至23 OHB。 根據本發明，鐵軌段1 4係由碳含量低於0.5 5重量％ 之中合金低碳鋼製成，且每個焊接點1 6皆未產生介於高 合金鋼和中合金低碳鋼之間的金屬堆積之焊接點。中合金 低碳鋼之碳含量以低於0.5重量％爲宜。 中合金低碳鋼較佳係無碳化物之變韌鋼。 形成鐵軌段1 4之低碳變韌鋼較佳符合下列重量組 成： • 0 · 0 5 °/。至 0 · 5 0 % 的碳； • 0 · 5 % 至 2 · 5 % 的錳； • 0.6%至3%的矽或鋁； • 0.2 5 °/。至3 . 1 %的鉻；以及 • 0 %至0 · 9 %的鉬。 更佳地，變韌鋼具有以下所定義的組成： • 0 · 2 8 % 至 0 · 3 6 °/〇 的碳； • 1.4 0 % 至 1 . 7 0 % 的錳； • 至多〇 . 〇 3 %的磷； • 0 · 0 1 % 至 0 · 0 3 % 的硫； • 至多〇 . 〇 〇 5 %的鋁； • 1 %至1 · 4 0 %的矽； • 0 · 4 0 % 至 0.6 0 % 的鉻 • 0.0 8 至 0 · 2 0 % 的鉬； •至多0.04%的鈦；以及 (5) (5)200400307 •至多〇 · 〇 〇 4 %的硼。 該鋼材硬度介於350至390HB。 焊接點1 6係根據傳統的焊接過程藉由例如閃速熔接 和鍛造而成。 焊接可藉由誘導、摩擦、電子束、雷射或其他高能光 束而達成。 所得到之焊接點1 6的外觀以第2圖說明之。該圖係 放大5 00倍的顯微照片上呈現出低碳變韌鋼和高合金鋼間 之接觸面係平整的，該二鋼材係以符合要求的方式相互貫 穿。 根據擬想的最初實施例，該高合金鋼製成之轉轍構件 在閃速熔接前係處於周圍溫度，且經由再退火而得到1 7 0 至23 0HB之硬度。 在該例中，焊接點附近鐵路段硬度之變化係顯示於第 3圖中。 觀察到在通行部分，鐵軌段14之硬度介於290至 3 3 0ΗΒ之間，且焊接點附近硬度可增力口到接近於3 3 0ΗΒ 。 鐵路段的硬度於高合金鋼所製之轉轍構件1 2處係保持在 185至2 3 5 HB之間，此硬度相當於焊接前轉轍構件之硬 度。 因此，觀察到根據本發明的組成在焊接點附近的硬度 保持在符合要求之狀況下，且不低於相互焊接之二構件特 有的硬度，特別是不會降低受熱影響區域（HAZ )之硬 (6) (6)200400307 根據此差異，由欲焊接之高合金鋼製成的轉轍構件末 端係於閃速熔接前先進行預硬化以增加其硬度。預硬化可 藉由爆炸達成。 因此焊接前之轉轍構件硬度須達到3 3 0至3 6 0 Η B之 間。 藉此額外的步驟而來者’係如第4圖中顯示所得之硬 度的測量値。在此實施例中，該鐵軌段之硬度實質上與第 3圖一致。對照之下，在焊接點附近高合金鋼製成之轉轍 構件硬度實質上相當於3 5 0ΗΒ，該硬度値實質上相當於通 行部分的鐵軌段之硬度。 【圖式簡單說明】 藉由以上的實施例及圖式說明將使本發明更易於明 瞭： -第1圖係與四段通行線鐵路段互相焊接之鐵軌轉轍 叉的槪要正視圖； -第2圖係根據本發明之鐵路段焊接點的顯微照片； 以及 -第3圖與第4圖係本發明之二不同實施例在焊接區 域沿著該段鐵路段硬度測量之圖式。 【符號說明】 12 轉轍叉 14 通行線鐵路段 -9- 200400307

Claims (1)

1. (1) 200400307 拾、申請專利範圍 1. 一種鐵路段，其包含高合金 件（12)以及由中合金鋼製成的一段鐵 金鋼中至少一合金元素的含量爲至少 (1 4)係藉由焊接而直接地與該轉轍構 屬堆積，其特徵爲該段鐵軌（1 4 )係由丨 °/。之中合金低碳鋼製成。 2 ·如申請專利範圍第1項之鐵 鐵軌之中合金低碳鋼係爲變韌鋼。 3 ·申請專利範圍第2項之鐵路 碳鋼係爲無碳化物之變韌鋼。 4. 如申請專利範圍第1至3項 其中該段鐵軌（1 4)係由碳含量低於〇 碳鋼製成。 5. 如申請專利範圍第1至3項 其中製成該段鐵軌之中合金低碳鋼具 • 〇 . 〇 5 % 至 0 · 5 0 % 的碳； • 0.5 % 至 2.5 % 的 f孟； • 0.6 %至3 %的矽或鋁； • 0.2 5 %至3 . 1 %的鉻；以及 • 〇 %至〇 . 9 %的鉬。 6. 如申請專利範圍第5項之鐵 鐵軌之中合金低碳鋼具有以下所界定 • 0.2 8 °/〇 至 0 · 3 6 % 的碳； 鋼製成的鐵軌轉轍構 軌（14)，其中該高合 5重量％，該段鐵軌 件彼此相連接而無金 碳含量低於〇 · 5 5重量 路段，其中製成該段 段，其中該中合金低 中任一項之鐵路段’ .5重量％之中合金低 中任一項之鐵路段， 有以下的重量組成： 路段，其中製成該段 的組成： -11 - (2) 200400307 • 1.4 0 % 至 1 . 7 0 % 的錳； • 至多0 · 0 3 %的磷； • 0.0 1 % 至 0.0 3 % 的硫； • 至多〇 . 〇 〇 5 %的鋁； • 1 %至1 . 4 0 %的矽； • 〇 . 4 0 % 至 0.6 0 % 的鉻； • 0.0 8 至 0.2 0 % 的鉬；

   • 至多0.04%的鈦；以及 • 至多0.004%的硼。 7 ·如申請專利範圍第1至3項中任一項之鐵路段， 其中該高合金鋼所製成之鐵軌轉轍構件係含有1 2重量％ 至1 4重量％之錳。 8 .如申請專利範圍第5項之鐵路段，其中該高合金 鋼所製之鐵軌轉轍構件係含有1 2重量％至重量1 4%之 錳。

   9 ·如申請專利範圍第6項之鐵路段，其中該高合金 鋼所製之鐵軌轉轍構件係含有1 2重量％至1 4重量％之 f孟。 10·申請專利範圍第4項之鐵路段，其中該高合金鋼 所製之鐵軌轉轍構件係含有1 2重量％至1 4重量％之錳。 -12-