用于連接錳鋼成型體和碳鋼的插件以及用于連接高錳鋼鑄件和標準鋼軌的方法
【專利說明】用于連接錳鋼成型體和碳鋼的插件以及用于連接高錳鋼鑄件和標準鋼軌的方法
[0001]本申請是申請號為 200880109787.8 (PCT/AT2008/000338)、申請日為 2008 年 9
月22日的發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及用于連接猛鋼成型體和碳鋼的插件(ZwischenstUck)，特別是涉及用于連接高猛鋼貧心鑄件(ManganhartstahlgussherzstUck)和標準鋼軌(Regelschienen)的插件，和涉及用于連接高錳鋼鑄件和標準鋼軌的方法。
【背景技術】
[0003]高錳鋼不能與標準鋼軌鋼直接焊接，這是因為為了焊接需要相對高的溫度。奧氏體的錳鋼鑄件具有如下性質:在加熱到超過300°C時由于碳化物析出而在結構中強烈脆化，在此導致在緩慢冷卻后保持了該脆化結構。因此需要加熱到高溫和隨后快速冷卻，以避免這類脆化。這種快速冷卻可以例如通過在水中淬火(Abschrecken)而實施。例如用作標準鋼軌鋼(Regelschienenstahl)的碳鋼反過來具有在快速冷卻時脆化的性質，使得這里在焊接后，為了避免脆化，必需緩慢冷卻。由于它們優異的強度性能，在軌道交通中的岔心(Herzstilck)和交叉位置(Kreuzungsstelle)通常由奧氏體猛鋼鑄件制成，由此產生了對焊接部位進行熱處理的相反條件。為了能夠考慮到這些不同的要求，推薦這樣的在標準鋼軌和高猛鋼貧心鑄件之間的插件，其在好的可焊接性和各焊接接合(Schwei β verb indung)的相應熱處理方面進行選擇。但是，與相鄰的標準鋼或高錳鋼鑄件相比，這種至少部分奧氏體性的插件具有相對差的強度性能。
[0004]例如由AT 343712已知一種用于焊接奧氏體高錳鋼鋼軌鑄件和特別是岔心與標準鋼軌的方法。在該已知方法中，使用具有與岔心或標準鋼軌的滾動面(LauffHche)的高度相比更低高度的插件，然后施加由耐磨猛鋼制成的覆硬層(Aufpanzerung)。以這種方式，應當考慮到在焊接位置區域存在顯著較低硬度的材料，這導致由于鐵路機車(rollendVerkehr)而造成的凹陷的風險。這種插件的長度通常經定制為超過50mm，以避免來自兩個焊接的交疊的熱影響區。
[0005]這種已知的操作方式的一種改進方案在AT 350881中已經提出，將該插件限制在較小的長度，現在據信15-25mm的長度就已足夠。借助該措施據信由于滾動面的顯著更短的較軟子區域而降低了形成凹陷的風險。但是，以這樣的構造，并沒有解決由插件的硬度不足帶來的原則性困難。
[0006]在EP 391007 BI中已經推薦，在焊接插件和高錳鋼鑄件時用環境空氣進行簡單冷卻。為此目的，選擇了如下特殊材料:其基本上由6至11重量％錳、5至8重量％鎳、17至20重量％鉻和5-15重量％范圍含量的δ鐵素體組成。借助這類鋼以及其它迄今提出的用于插件的鋼盡管基本避免了直接焊接這兩種鋼自身帶來的問題，但是其中沒能完全解決關于整體焊接接合的疲勞強度(Dauerfestigkeit)和彎曲斷裂強度(Biegebruchfestigkeit)方面的弱點，這是因為奧氏體構件和特別是岔心和插件的材料僅能達到500至600 N/mm2的最大抗拉強度，這因而導致凹陷。
【發明內容】
[0007]現在，本發明的目的在于更好地避免在焊接接合區域和特別是標準鋼軌和高錳鋼之間的過渡區域中的凹陷和提供跨該整體連接特別均勻的硬度和強度曲線。為了解決該問題，本發明的插件由鐵素體含量〈60重量％的奧氏體-鐵素體雙相鋼(Duplexstail)類型的鋼制成。這類雙相鋼類型的鋼的特征在于至多60重量％的鐵素體含量，其中作為這類材料的實例提到材料X2CrNiMoN22-5-3，其可以特別優選地被選作為用于插件的合適材料。這類鋼具有下面的近似分析(Richtanalyse):
C 最多0.03 %
Cr 21 - 23 %
Ni 4.5 - 6.5 %
Mo 2.5 - 3.5 %
N 0.1 - 2.22 %。
[0008]這類奧氏體:鐵素體的比例為大約50:50的雙相鋼-插件不僅一方面與奧氏體的高錳鋼和另一方面與珠光體(perlitisch)的鋼軌鋼(鐵素體和滲碳體)具有非常好的焊接性能。通過高的鐵素體含量還可以在焊接之前、期間和/或之后通過有針對性地熱處理使該插件達到各種接近鋼軌鋼和高錳鋼的強度范圍的強度。在這種構造中，不必再考慮該插件的剩余長度，因為不再存在由于插件材料過軟而導致的凹陷風險。特別地，在選擇合適的插件之后，該插件的抗拉強度可以通過這類熱處理升高到600至800 N/mm2。在特別優選的方式中，這里該插件以固溶退火和隨后淬火的形式使用，其中有利的是該插件以在900°C至1100°C固溶退火，和隨后用水以及接著用空氣淬火的形式使用。
[0009]本發明的用于連接高錳鋼鑄件和標準鋼軌的方法基本上特征在于，焊接由鐵素體含量〈60重量％的雙相鋼制成的奧氏體-鐵素體插件與錳鋼鑄件和標準鋼軌，其中優選的是，讓該具有下面近似分析的插件:
C 最多0.03 %
Cr 21 - 23 %
Ni 4.5 - 6.5 %
Mo 2.5 - 3.5 %
N 0.1 - 2.22 %。
【具體實施方式】
[0010]首先與標準鋼軌相焊接，然后與高錳鋼鑄件相焊接。原則上允許所選擇的插件在焊接過程期間借助壓縮空氣冷卻而免于焊接熱量，這既在第一個焊接過程中也在第二焊接過程中允許。為了達到所需的強度值和特別是將疲勞強度從大約140N/mm2提高到大約190N/mm2，可以以如下方式有利地運行:使該插件在焊接之前于900°C至1100°C固溶退火，然后用水和進一步用空氣淬火，其中有利地讓與標準鋼軌的焊接接合在冷卻后在200°C至600°C退火(glUhen)以進行回火(Anlassen)。同樣可能有利的是，與所述猛鋼鑄件的焊接接合在冷卻后在200°C至600°C退火以進行回火。在這樣的操作方式，插件的長度可以例如為大約50mm，其中抗拉強度可以通過簡單硬化處理提高到600-800N/mm2，這可以例如通過爆炸硬化法(Explos1nsverfestigungsverfahren)實現。因此，根據本發明有利地如下運行:在焊接之前或之后讓該插件經歷硬化處理，其中所述插件可以在未焊接的狀態或者已經焊接到工件的狀態進行爆炸硬化。
【主權項】
1.用于連接錳鋼成型體和碳鋼的插件，其特征在于，該插件由奧氏體:鐵素體的比例為50: 50的奧氏體-鐵素體雙相鋼X2CrNiMoN22-5-3制成，其中所述雙相鋼具有以下近似分析: C 最多0.03 % Cr 21 - 23 %Ni 4.5 - 6.5 %Mo 2.5 - 3.5 %N 0.1 - 2.22 %。
2.權利要求1的插件，其用于連接高錳鋼岔心鑄件和由碳鋼制成的標準鋼軌。
3.權利要求1或2的插件，其特征在于，所述插件以固溶退火和隨后淬火的形式使用。
4.權利要求1或2的插件，其特征在于，所述插件以在900°C至1100° C固溶退火，和隨后用水以及接著用空氣淬火的形式使用。
5.用于連接高錳鋼鑄件和標準鋼軌的方法，其特征在于，將由奧氏體:鐵素體的比例為50: 50的奧氏體-鐵素體雙相鋼X2CrNiMoN22-5-3制成的奧氏體-鐵素體插件與錳鋼鑄件和標準鋼軌相焊接，其中所述插件為具有下面近似分析的插件: C 最多0.03 % Cr 21 - 23 %Ni 4.5 - 6.5 %Mo 2.5 - 3.5 %N 0.1 - 2.22 %。
6.權利要求5的方法，其特征在于，使所述插件首先與標準鋼軌相焊接，然后與高錳鋼鑄件相焊接。
7.權利要求5或6的方法，其特征在于，在焊接過程期間用壓縮空氣冷卻該插件。
8.權利要求5或6的方法，其特征在于，所述插件在焊接之前在900°C至1100° C固溶退火，和隨后用水以及進一步用空氣淬火。
9.權利要求5或6的方法，其特征在于，與所述標準鋼軌的焊接接合在冷卻后于200° C至600° C退火以進行回火。
10.權利要求5或6的方法，其特征在于，與所述錳鋼鑄件的焊接接合在冷卻后于200° C至600° C退火以進行回火。
11.權利要求5或6的方法，其特征在于，所述插件在焊接之前或之后經歷硬化處理。
【專利摘要】在用于連接錳鋼成型體和碳鋼的插件，特別是用于連接高錳鋼岔心鑄件和標準鋼軌的插件的情況下，該插件由來自鐵素體含量<60重量％的奧氏體-鐵素體雙相鋼類型的鋼構成。用于連接高錳鋼鑄件和標準鋼軌的方法的特征在于，由鐵素體含量<60重量％的雙相鋼制得的奧氏體-鐵素體插件焊接錳鋼鑄件和標準鋼軌。
【IPC分類】B23K35-00, C21D9-04, C21D6-00, C22C38-44, C22C38-00
【公開號】CN104827196
【申請號】CN201510105327
【發明人】J.布盧莫爾
【申請人】奧鋼聯軟件系統有限責任公司, 奧鋼聯Vae有限責任公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2008年9月22日
【公告號】CA2700100A1, CA2700100C, CN101815798A, EP2205770A1, EP2205770B1, US20100224288, US20120241053, WO2009043068A1