ПРОМЕЖУТОЧНАЯ ДЕТАЛЬ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ФАСОННОГО ТЕЛА ИЗ МАРГАНЦОВИСТОЙ СТАЛИ С УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛЬЮ, А ТАКЖЕ СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ МАРГАНЦОВИСТОЙ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ СО СТАНДАРТНЫМИ РЕЛЬСАМИ
INTERMEDIATE PART TO CONNECT SHAPED BODY FROM MANGANOUS STEEL WITH CARBON STEEL, AND ALSO METHOD TO CONNECT CASTS FROM MANGANOUS AUSTENITE STEEL WITH STANDARD RAILS

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.
2
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/мм, 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%.
2
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/мм. 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%
2
2
2
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/мм до примерно 190 Н/мм, 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/мм 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.