СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ЧАСТЕЙ СТРЕЛКИ, СОСТОЯЩИХ ИЗ МАРГАНЦЕВОЙ СТАЛИ С ВЫСОКОЙ ТВЕРДОСТЬЮ, ИЛИ РЕЛЬСА ИЗ МАРГАНЦЕВОЙ СТАЛИ С РЕЛЬСОМ ИЗ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
METHOD OF JOINTING POINT PARTS MADE FROM HIGH-HARDNESS MANGANESE STEEL, OR RAIL MADE FROM MANGANESE STEEL WITH RAIL MADE FROM SIMPLE STEEL

Изобретение относится к способу соединения частей стрелок или крестовин, состоящих из марганцевой стали с высокой твердостью, или рельса из марганцевой стали с высокой твердостью с рельсами из углеродистой стали.
Для соединения крестовин из марганцевой стали с высокой твердостью с нормальными рельсами в австрийском патентном документе АТ 350881 В так же, как и в описании немецкой заявки DE 2834282 А, было предложено применение стыковой сварки оплавлением, с помощью которой промежуточная часть соединяется с нормальным рельсом. Затем в соответствии с этим более поздним предложением промежуточная часть отрезалась до длины максимум до 20-25 мм, после чего с помощью последующей стыковой сварки оплавлением осуществлялось соединение промежуточной части с крестовиной из марганцевой стали с высокой твердостью. Этот второй процесс сварки требовал более быстрого охлаждения, чем после первого процесса сварки, причем более медленное охлаждение должно было воспрепятствовать подкалке рельсовой стали. В частности, применение промежуточной части было необходимо, поскольку при процессах сварки такого рода в углеродистую сталь нормального рельса диффундируют легирующие элементы, следствием чего являлась ненадежность в определении структуры, а тем самым повышенная опасность излома. Однако, с другой стороны, промежуточные части, по сравнению с марганцевой сталью с повышенной твердостью, считаются значительно более мягкими и по этой причине подвержены повышенному износу. Таким образом, аустенитные стали, предложенные для такого рода промежуточных частей, являются менее износостойкими, чем материал крестовины, так что при большой длине таких промежуточных частей на их поверхности катания наблюдалось образование лунок. С другой стороны, если взять чересчур короткую промежуточную часть, то снова возникнет опасность диффузии легирующих элементов из марганцевой стали с высокой твердостью в углеродистую сталь. Промежуточные части служат тем самым для того, чтобы разделить оба места сварки в термическом отношении с тем, чтобы соответственно обеспечить требуемые условия охлаждения и избежать охрупчивания. При этом охрупчивание марганцевой стали с высокой твердостью в первую очередь объясняется диффузионным эффектом, в то время как углеродистая сталь под действием температуры стыковой сварки оплавлением может соответственно подвергнуться смягчающему охлаждению.
Из документа ЕР 0070774 А известен способ соединения рельса из марганцевой стали с высокой твердостью с рельсом из углеродистой стали, причем для части рельса из марганцевой стали с высокой твердостью должен применяться специальный сплав. Для такого рода соединений между аустенитной марганцевой сталью и стальным изделием в документе ЕР 181251 А было предложено применение алюминотермического плавления и заливки полученного таким путем металла в промежуток между двумя частями рельса, расположенными в одной форме на некотором расстоянии друг от друга. В АТ 395122 В была предложена промежуточная часть из низкоуглеродистой аустенитной стали, стабилизированной ниобием и/или титаном, в частности, использовалась хромоникелевая сталь, причем после получения первого сварного соединения промежуточной части с нормальным рельсом предусмотрена термическая обработка и, в частности, диффузионный отжиг при температурах от 350 до 1000°С.
Таким образом, задача изобретения заключается в том, чтобы создать способ вышеупомянутого типа, с помощью которого можно было бы решить проблему, используя значительно более короткие промежуточные части, причем предпочтительно можно было бы вообще отказаться от использования промежуточных частей. Эта задача решается посредством способа согласно изобретению, заключающегося, по существу в том, что соединяемые друг с другом части, в случае необходимости с размещением между ними промежуточной части, соединяются за счет сварки трением, причем сварное соединение с марганцевой сталью с высокой твердостью свободно охлаждается на воздухе без термической обработки. Однако неожиданно обнаружилось, что в результате применения способа сварки трением термическая нагрузка на места сварки может быть уменьшена настолько, что диффузионные процессы ограничиваются до минимума, а нежелательные термические превращения почти полностью исключаются. Благодаря применению сварки трением в качестве способа получения соединения можно полностью отказаться от включения промежуточной части без необходимости специальной термической обработки после получения сварного соединения. Единственная, при известных условиях необходимая термическая обработка, которую, однако, можно не рассматривать как таковую, - это предварительный нагрев нормального рельса с тем, чтобы простым путем добиться достижения температур, необходимых для получения сварного соединения. Во всяком случае, сварное соединение удается охладить на воздухе без термической обработки и без включения промежуточной части, благодаря чему способ, по сравнению с известными способами, существенно упрощается.
Предпочтительно согласно изобретению действовать при использовании промежуточной части таким образом, чтобы термическая обработка или замедленное охлаждение, проводимые в случае необходимости, ограничивались сварным соединением между углеродистой сталью и промежуточной частью. Однако такая термическая обработка после первой сварки, а именно после сварки рельса с промежуточной частью, в случае применения способа сварки трением может также не требоваться.
Последующая термическая обработка после сварки с использованием марганцевой стали высокой твердости гарантированно становится ненужной. Целесообразной может оказаться лишь предварительный нагрев нормальных рельсов для осуществления процесса сварки трением.
Благодаря этому при использовании известных способов сварки трением можно особенно легко, как это видно, например, из документов ЕР 1459833 А1 или из источника WO 2004/028733 A1, отказаться от дорогостоящей термической обработки, причем неожиданно оказалось, что негативные сопутствующие явления известных способов сварки могут быть устранены даже без применения промежуточных частей, в то время как создание областей мягкого отжига, которые могут привести к образованию лунок, притормаживается.