Промежуточная деталь для соединения фасонного тела из марганцовистой стали с углеродистой сталью, а также способ соединения отливок из марганцовистой аустенитной стали со стандартными рельсами

Авторы патента:

 


Владельцы патента RU 2450063:

ФАЕ АЙЗЕНБАНЗЮСТЕМЕ ГМБХ (AT)
ФАЕ ГМБХ (AT)

Изобретение относится к области сварки деталей. Для предотвращения образования выбоин в зоне сварного соединения и создания равномерной твердости и прочности по всему сварному соединению промежуточную деталь для соединения фасонных тел из марганцовистой стали с углеродистой сталью, в частности отлитых из марганцовистой аустенитной стали крестовин со стандартными рельсами, выполняют из стали, выбранной из группы аустенитно-ферритных дуплексных сталей с долей феррита <60 мас.%, в состав которой входят, мас.%: С - макс. 0,03, Cr (21-23), Ni (4,5-6,5), Мо (2,5-3,5), N (0,1-2,22). Способ соединения заключается в том, что промежуточную деталь сваривают сначала со стандартным рельсом, а затем с отливкой из марганцовистой аустенитной стали. 2 н. и 9 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к промежуточной детали для соединения фасонных тел из марганцовистой стали с углеродистой сталью, в частности отлитых из марганцовистой аустенитной стали крестовин со стандартными рельсами, а также к способу соединения отливок из марганцовистой аустенитной стали со стандартными рельсами.

Отливку из марганцовистой аустенитной стали нельзя сварить непосредственно со сталью стандартных рельсов, поскольку для сварки требуется относительно высокая температура. Отливка из аустенитной марганцовистой стали обладает свойством сильного охрупчивания при нагреве до температуры свыше 300°C из-за карбидных выделений в структуре, причем вследствие этого при медленном охлаждении хрупкая структура сохраняется. Во избежание такого охрупчивания требуются нагрев до высоких температур и вследствие этого быстрое охлаждение. Такое быстрое охлаждение может осуществляться, например, за счет резкого охлаждения в воде. Углеродистая сталь, применяемая для стандартных рельсов, обладает, в свою очередь, свойством охрупчивания при быстром охлаждении, так что во избежание охрупчивания вслед за сваркой необходимо медленное охлаждение. Крестовины и места пересечений железнодорожных путей из-за необходимости исключительных прочностных свойств изготавливаются, как правило, из отливки аустенитной марганцовистой стали, в результате чего возникают противоположные условия термообработки мест сварки. Чтобы учесть эти различные требования, были предложены промежуточные детали между стандартными рельсами и отлитыми из марганцовистой аустенитной стали крестовинами, которые были выбраны благодаря своей хорошей свариваемости и соответствующей термообработки данного сварного соединения. Однако прочностные свойства таких, по меньшей мере, частично аустенитных промежуточных деталей относительно хуже, чем свойства стали соседнего стандартного рельса или отливки из марганцовистой аустенитной стали.

Способ сварки аустенитных, отлитых из марганцовистой аустенитной стали отрезков рельсов и, в частности, крестовин со стандартными рельсами известен, например, из AT 343712. В этом известном способе используют промежуточную деталь меньшей высоты, чем высота ходовой поверхности крестовины или стандартного рельса, и осуществляют облицовку из износостойкой марганцовистой стали. Таким образом, следует принять во внимание то обстоятельство, что в зоне мест сварки материал имеет существенно меньшую твердость, вследствие чего возникает опасность образования выбоин при движении подвижного состава. Длина такой промежуточные детали составляет, как правило, свыше 50 мм во избежание нахлеста зон теплового воздействия обоих мест сварки.

Для усовершенствования способа, известного из AT 350881, было предложено ограничить длину промежуточной детали величиной 15-25 мм. Эта мера должна была уменьшить опасность образования выбоин за счет существенно более короткого мягкого участка верхней поверхности. Однако и при таком выполнении остаются нерешенными принципиальные трудности недостаточной твердости промежуточной детали.

В EP 391007 B1 предложено осуществлять охлаждение окружающим воздухом при сварке промежуточной детали с отливкой из марганцовистой аустенитной стали. Для этой цели были выбраны специальные материалы, содержащие, в основном, 6-11 мас.% марганца, 5-8 мас.% никеля, 17-20 мас.% хрома и дельта-феррит в диапазоне 5-15 мас.%. Такие стали, как и другие до сих пор предлагавшиеся стали для промежуточной детали, действительно позволяли, в основном, избежать проблем, вызываемых непосредственной сваркой обеих сталей, однако не удалось полностью решить проблему усталостной прочности и прочности при изгибе всего сварного соединения, поскольку аустенитные детали и, в частности, материал крестовины и промежуточной детали позволяют достичь максимальной прочности при растяжении только 500-600 Н/мм2, что приводит к образованию выбоин.

В основе изобретения лежит задача более надежного предотвращения образования выбоин в зоне сварного соединения и, в частности, в переходной зоне между стандартным рельсом и аустенитной марганцовистой сталью, а также создания равномерной твердости и прочности по всему соединению. Для решения этой задачи предложенная промежуточная деталь состоит из стали, выбранной из группы аустенитно-ферритных дуплексных сталей с массовой долей феррита <60%. Такие стали из группы дуплексных сталей отличаются массовой долей феррита до 60%, причем в качестве примера такого материала следует привести материал X2CrNiMoN22-5-3, который может считаться особенно предпочтительным для выбора подходящего материала промежуточной детали. Такая сталь имеет следующий ориентировочный состав:

- C макс. 0,03%

- Cr 21-23%

- Ni 4,5-6,5%

- Mo 2,5-3,5%

- N 0,1-2,22%.

Промежуточная деталь из дуплексной стали с соотношением аустенита к ферриту около 50:50 обладает очень хорошими свойствами для сварки как с аустенитной марганцовистой сталью, с одной стороны, так и с перлитной рельсовой сталью (феррит и цементит), с другой стороны. За счет высокой доли феррита при целенаправленной термообработке до, во время и/или после сварки можно также придать промежуточной детали прочность, которая приблизительно равна прочности в зоне рельсовой стали и аустенитной марганцовистой стали. Оставшуюся длину промежуточной детали в таком выполнении можно не принимать во внимание, поскольку отсутствует опасность образования выбоин за счет слишком мягкого материала промежуточной детали. В частности, за счет такой термообработки после выбора подходящей промежуточной детали ее прочность при растяжении можно увеличить до 600-800 Н/мм2. Предпочтительно промежуточная деталь используется после диффузионного отжига, а затем резкого охлаждения, и наиболее предпочтительно промежуточная деталь используется после диффузионного отжига при 900-1100°C, а затем резкого охлаждения водой и после этого воздухом.

Предложенный способ соединения отливок из марганцовистой аустенитной стали со стандартными рельсами отличается тем, что аустенитно-ферритную промежуточную деталь из дуплексной стали с массовой долей феррита <60% сваривают с отливкой из марганцовистой аустенитной стали и со стандартным рельсом, причем предпочтительно промежуточную деталь следующего ориентировочного состава:

- C макс. 0,03%

- Cr 21-23%

- Ni 4,5-6,5%

- Mo 2,5-3,5%

- N 0,1-2,22%

сначала сваривают со стандартным рельсом, а затем с отливкой из марганцовистой аустенитной стали. В принципе, выбранная промежуточная деталь позволяет осуществить в процессе сварки охлаждение посредством сжатого воздуха как в первом, так и во втором процессе сварки. Чтобы достичь требуемых прочностных свойств и, в частности, повышения усталостной прочности примерно со 140 Н/мм2 до примерно 190 Н/мм2, предпочтительно промежуточную деталь перед сваркой подвергают диффузионному отжигу при 900-1100°C, а затем резкому охлаждению водой и после этого воздухом, причем предпочтительно сварное соединение со стандартным рельсом после охлаждения отжигают при 200-600°C для отпуска. Точно так же предпочтительно сварное соединение с отливкой из марганцовистой стали может быть подвергнуто после охлаждения отжигу при 200-600°C для отпуска. Длина промежуточной детали может составлять, например, около 50 мм, причем повышение прочности при растяжении до 600-800 Н/мм2 может быть достигнуто за счет простой обработки закалкой, осуществляемой, например, посредством способа упрочнения взрывом. В связи с этим согласно изобретению предпочтительно промежуточную деталь до или после сварки подвергают обработке закалкой, причем упрочнение взрывом может осуществляться для промежуточной детали до сварки или после сварки с деталью.

1. Промежуточная деталь для соединения фасонных тел из марганцовистой стали, в частности крестовин, отлитых из марганцовистой аустенитной стали, со стандартными рельсами из углеродистой стали, отличающаяся тем, что она состоит из стали, выбранной из группы аустенитно-ферритных дуплексных сталей с массовой долей феррита <60%.

2. Промежуточная деталь по п.1, отличающаяся тем, что она состоит из стали, в состав которой входят, мас.%::

С макс. 0,03
Cr 21-23
Ni 4,5-6,5
Mo 2,5-3,5
N 0,1-2,22

3. Промежуточная деталь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она подвергнута диффузионному отжигу, а затем резкому охлаждению.

4. Промежуточная деталь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она подвергнута диффузионному отжигу при 900-1100°C, а затем резкому охлаждению водой и после этого воздухом.

5. Способ соединения фасонных тел, в частности крестовин, отлитых из марганцовистой аустенитной стали, со стандартными рельсами из углеродистых сталей, отличающийся тем, что аустенитно-ферритную промежуточную деталь из дуплексной стали с массовой долей феррита <60% сваривают с отливкой из марганцовистой стали и стандартным рельсом.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что промежуточную деталь, состоящую из стали, в состав которой входят, мас.%:

С макс.0,03
Cr 21-23
Ni 4,5-6,5
Mo 2,5-3,5
N 0,1-2,22

сваривают сначала со стандартным рельсом, а затем с отливкой из марганцовистой аустенитной стали.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что в процессе сварки промежуточную деталь охлаждают сжатым воздухом.

8. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что перед сваркой промежуточную деталь подвергают диффузионному отжигу при 900-1100°С, а затем резкому охлаждению водой и после этого воздухом.

9. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что сварное соединение со стандартным рельсом после охлаждения подвергают отпуску при 200-600°С.

10. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что сварное соединение с отливкой из марганцовистой стали после охлаждения подвергают отпуску при 200-600°С.

11. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что до или после сварки промежуточную деталь подвергают обработке закалкой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к рельсовому транспорту, а именно к комплексам для строительства и ремонта железнодорожных путей, сварке рельсов. .

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к верхнему строению пути, и может быть применено при строительстве и ремонте железнодорожных и трамвайных путей, метрополитена, а также аттракционов с использованием элементов железной дороги.

Изобретение относится к железнодорожному пути и может быть использовано при строительстве и ремонте железнодорожных и трамвайных путей, метрополитена, а также аттракционов с использованием рельсовых нитей.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к рельсовым колеям и способам стыковки рельсов при укладке звеньевого пути, и может быть применено при строительстве и ремонте железнодорожных и трамвайных путей, метрополитена, а также аттракционов с использованием элементов железной дороги.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к верхнему строению пути, и может быть применено при строительстве и ремонте железнодорожных и трамвайных путей, метрополитена, а также аттракционов с использованием элементов железной дороги.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано на железнодорожном транспорте для соединения крестовин стрелочных переводов из марганцовистой стали с рельсами из углеродистых сталей.

Изобретение относится к обработке металлов давлением взрыва заряда взрывчатых веществ и может быть использовано для упрочнения рабочих поверхностей катания сердечников стрелочных крестовин.

Изобретение относится к выполнению соединений двух изделий из стали различного химического состава методом сварки, преимущественно рельса, изготовленного из высокоуглеродистой стали и железнодорожной крестовины.

Изобретение относится к способам изготовления сварных рельсов. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к нержавеющей стали для нефтегазопромысловых и трубопроводных труб. .
Изобретение относится к области термообработки стали, которую используют при изготовлении литых деталей судовой арматуры и буровой техники. .
Изобретение относится к области металлургии. .

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к производству штрипса для магистральных подводных трубопроводов диаметром до 1420 мм, класса прочности Х70, толщиной до 40 мм.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению ковкой стали, обладающей прекрасной деформируемостью при ковке. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к легированной стали для изготовления заготовки держателя или заготовки детали держателя, или заготовки инструмента для формования для формирования держателя или детали держателя для инструмента для формования пластмассы или инструмента для формования и способу ее производства.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низколегированным сталям, используемым для изготовления сварных нефте- и газопроводных труб, пригодных к эксплуатации в условиях Крайнего Севера.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению мартенситной нержавеющей стали, используемой для изготовления деталей в авиационной и космической промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству трубной заготовки диаметром до 200 мм из коррозионно-стойкой аустенитной стали повышенной прочности, и может быть использовано при изготовлении бесшовных труб, применяемых в оборудовании энергетического машиностроения, в том числе для тепловых и атомных электростанций, требующих большого количества нержавеющих труб для трубопроводных систем, а также в нефтегазовом комплексе для обустройства нефтегазовых месторождений, содержащих сероводород, углекислый газ и хлориды.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству аустенитной стали, используемой для изготовления изделий для надземного или подземного строительства.

Изобретение относится к области ультразвуковой релаксационно-упрочняющей, сопровождающейся пластическим деформированием и озвучиванием обрабатываемой поверхности ультразвуком, и пассивирующей обработки, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, например строительстве мостов, судостроении, нефтяной и газовой промышленности, для ультразвуковой релаксационно-упрочняющей обработки металлоконструкций, например околошовных зон и швов сварных соединений и других поверхностей.
Наверх