专利名称：高锰铸钢道岔部件或锰钢轨与碳素钢轨的连接方法
技术领域：
本发明涉及一种奥氏体高锰铸钢构成的诸如辙叉的道岔部件，或锰钢轨使用一种低碳奥氏体钢的连接件与碳素钢轨的连接方法，该法先焊接连接件与钢轨或连接轨，接着在模切连接件切去一段长度少于25毫米以后，在第二次焊接过程中焊接连接件与高锰铸钢构成的部件或锰钢轨。
一种开头所述的方法由奥地利专利说明书AT-PS350881成为已知。按照该已知方法在烧熔对头焊接后，用上述焊接使连接件与标准钢轨连接，横切连接件切去一段最大长度为20至25毫米，最好为18至20毫米，随后进行另一次烧熔对头焊接，使连接件和高锰铸钢辙叉连接。在第二次焊接过程后进行比第一次焊接过程更迅速的冷却，此时应能防止由于较缓慢冷却使钢轧钢硬化。此时设定的连接件尺寸较短是考虑到下述情况，奥氏体钢一般比辙叉料更不耐磨，因此，由于设定尺寸较短就可以防止连接件的导轨面形成下凹。但是现在因为连接件这样短是合乎人们愿望的，在第二次焊接过程中由于连接件长度短使钢轨和连接件之间的第一次焊缝的加热还很显著。但是加热温度约至700℃，并按照这个温度，要是借助于静止的空气来冷却则可以不再担心脆化，对此就不需要滞延作用。此时连接件基本上是用于，就热力学观点而论分离两个焊接位置，以便能遵守各个所要求的冷却条件。但是辙叉的高锰铸钢可能脆化对一个主要组分还可以归因于在焊接位置由于扩散形成一个混合区，在该区内可以形成一个不利的组织形态。
在德国专利说明书DE-PS2952079中已经提出，上述奥氏体锰钢铸件和碳素钢轨之间的焊接，是使用一种由奥氏体料制成的连接件这样来实施的，首先用烧熔对头焊接将连接件焊接到高锰钢上，随后使工件经受一次包含固溶退火和水中淬火的热处理，随后用烧熔对头焊接与标准钢轨进行连接，同时使高锰钢冷却，而与标准钢轨的连接则延缓冷却，以达到转换成细珠光体。这种已经进一步提出的方法特别有利的是，提出一种用镍合金作为连接件的材料。在使用奥氏体钢时则提出用普通铬镍钢以及锰合金铬镍钢作为连接件的材料。
现在本发明的目的在于，在下面进一步发展开始所述的那种方法，使其第二次焊接可以不按特定的冷却参数来进行，此时应同时达到改善疲劳强度和整个焊接区内有均匀的组织分布。特别是省略第二次与标准钢轨钢焊接后的热处理，此时应改善焊接强度特性的可重现性，与此同时应达到较好的挠曲值和较好的疲劳强度值。按本发明方法解决上述任务的措施基本上在于，所用的连接件是由一种用铌(Nb)和/或钛(Ti)稳定化处理的低碳奥氏体钢，特别是由一种铬镍钢构成的，紧接着第一次焊接进行一次热处理，特别是进行扩散退火，此时温度是在350℃与1000℃之间。因为所用的连接件是由一种用铌和/或钛稳定化处理的低碳奥氏体钢，特别是一种铬镍钢构成的，就使游标碳的组分减少，从而使对焊接机械参数产生不良作用的碳扩散受到限制。现在因为在上述第一次钢轨碳素钢与连接件之间的烧熔对头焊接以后，有针对性地进行热处理，通过扩散使连接件和钢轨钢完全不同的合金浓度差达到平衡，与此同时不仅在焊接区达到浓度平衡，而且使可能形成的马氏体重新消除。在连接件横切至第二次焊接过程所需的最短长度后，就可以用烧熔对头焊接再次进行和高锰铸钢构成的部件或锰钢轨连接，在此以后这里就不需要遵守冷却的特定条件。第二次焊接可以在静止空气中冷却，这相当于一个最佳实施方式，不会在第一次焊接区内再次形成不希望有的硬化现象。总之，通过这样一种处理方法得出挠曲值适用于整个焊接，该值比用已知处理方法可达到的挠曲值高出可至一倍，与此同时立即有可能使疲劳强度值达到直至250牛顿/毫米2。
进行热处理最好是经过一段时间2至5小时，以此来保证，就可以再次有利于消除马氏体形成的危险。形成马氏体甚至在第一次焊接时采用有针对性的方法，特别是在第一次焊接后采用延缓冷却时也不是一定可以防止，此时由于采用有针对性的热处理，除了消除可能形成的马氏体以外，使焊接区内的化学元素浓度分布图在最大程度上达到平衡，由此形成较高的强度值和挠曲值。
特别有利的是使热处理方法这样来进行，使热处理经过一段时间为2至5小时，此后紧接着在静止空气中冷却。最好是在约850℃温度下经过一段时间为3小时。
由于通过热处理可以在第一次烧熔对头焊接后使焊接区内的浓度分布达到均匀化，还由于情况是，也许能可靠地消除所形成的马氏体，这相当于本发明方法的另一个最佳发展方案，以后的措施是，紧接着第二次焊接过程在静止空气中冷却。
可以用作连接件料的钢其有利品种有X10CrNiTi189，X10CrNiTi1810，X10CrNiNb189或X5CrNiNb1810。这种铌或钛稳定化处理的钢具有含碳量最大为0.06重量%，此时加入一定数量稳定化处理的钛或铌，其量按钛例至少相当于含碳量的5倍，而按铌例则至少相当于含碳量的10倍。这方面已被证明一种特别有利的连接件具有下列组成分析为碳 0.06最大铬 17.5镍 9.5钛 ＞5×C或铌 ＞10×C其余为铁和一般铁伴生元素。
使用本发明提出的连接件材料并且遵照热处理所要求的条件，就可以在烧熔对头焊接时完全避免在焊接区形成裂纹，此时使抗断强度提高，并且达到较高的疲劳强度值以及较好的挠曲值。因此这类焊接对于高速铁路运输的高应力和载荷也将是适用的。
本发明提出的连接件和高锰钢辙叉的焊接，其中高锰钢的组成分析为C 0.95至1.30，锰为11.5至14在铸造，轧制或锻造状态，以及相似组成分析的高锰钢轨与一种其成分为X10CrNiNb189以及X10CrNiTi189的钢构成奥氏体连接件，同样是在铸造，最好是在锻造或轧制状态焊接，此时假如钢轨钢是使用按UIC(国际铁路联盟)的标准钢轨或头部淬火的钢轨。第一次在钢轨的碳素钢和连接件之间焊接，此时是用一个其长度约为500毫米的连接件进行的，接着在第一次烧熔对头焊接后横切已与标准钢轨连接的连接件，切去一段长度为8至20毫米，以保证在连接件和高锰钢铸件或锰钢轨第二次焊接后使连接件留有一段5毫米的有效长度。由于奥氏体的稳定化处理受铌和/或钛限制，在第一次焊接期间碳扩散就受到有效的限制，上述第一次焊接是在和以后的热处理相比温度高得多的情况下进行的。对比例如按照奥地利专利说明书(AT-PS350881)和使用本发明方法所能达到的焊接可知，由于使用本发明处理方法使挠曲值大为提高，迄今其值最大可以达到18到35毫米。疲劳强度值可以从200牛顿/毫米2提高到250牛顿/毫米2。同时因加工而可能引入的热量较少，从而可使裂纹形成大为降低。以前流行的在焊机内通过电流脉冲进行焊后加热使用本发明方法时借助铌或钛稳定化处理的连接件就可以取消，因而还使经济性提高。在第二次焊接后可以按照规定的热处理对焊接区进行非常迅速的冷却，此时特别有利的是可以取消以前流行的焊后加热工序。总之通过使用本发明的方法获得较短的焊接时间和较长的焊接寿命。
下面借助于一个在附图中示意性示出的实施例对本发明作详细说明。其中
图1表示一个交叉处的辙叉，该处具有品质为UIC860的碳素钢构成的标准连接钢轨;图2表示按图1线Ⅱ-Ⅱ的一个剖面放大图;图3表示按图1线Ⅲ-Ⅲ的一个剖面图。
辙叉1由高锰铸钢构成。在该辙叉上焊有标准钢轨2，此时通过烧熔对头焊接由连接件3作中间连接。
一些长度约500毫米的连接件被夹紧在一台烧熔对头焊机内。该连接件具有图3所示标准钢轨的剖面。这些长500毫米的连接件首先通过烧熔对头焊接与标准钢轨2焊接，此时形成图2所示的焊缝4。上述焊缝4的区域以后要经受上述热处理，以消除形成马氏体。此后这样来横切连接件，使其切去长度从焊缝4开始测量约为15毫米，随后也通过烧熔对头焊接与辙叉1进行第二次焊接。焊接时又烧掉连接件一段长度为5至10毫米，因此剩留的连接件在焊缝4和焊缝5之间还保留最小长度为5毫米，此时锰辙叉1通过焊缝5和连接件相连接。
权利要求
1.使用一种低碳奥氏体钢的连接件(3)，连接奥氏体高锰铸钢构成的诸如辙叉的道岔部件(1)，或锰钢轨与碳素钢的钢轨(2)的方法，该法先焊接连接件(3)与钢轨(2)或连接钢轨，接着在横切连接件(3)切去一段长度少于25毫米以后，在第二次焊接过程中焊接连接件(3)与高锰铸钢构成的部件或锰钢轨(1)，其特征在于，所用的连接件(3)是由一种用铌和/或钛稳定化处理的低碳奥氏体钢，特别是由一种铬镍钢构成的，紧接着第一次焊接进行一次热处理，特别是进行扩散退火，此时温度是在350℃与1000℃之间。
2.按权利要求1的方法，其特征在于，使热处理经过一段时间为2至5小时，此后紧接着在静止空气中冷却。
3.按权利要求1或2的方法，其特征在于，热处理是在约850℃温度下经过一段时间为3小时。
4.按权利要求1、2或3的方法，其特征在于，紧接着第二次焊接在静止空气中冷却。
5.按权利要求1至4之一的方法，其特征在于，用作连接件(3)料的钢其品种有X10CrNiTi189，X10CrNiNb189，X10CrNiTi1810或X5CrNiNb1810。
6.按权利要求1至5之一的方法，其特征在于，用于连接件(3)的钢其含铌量至少选成等于含碳量的10倍，而含钛量则至少等于含碳量的5倍。
7.按权利要求1至6之一的方法，其特征在于，用作连接件(3)料的钢具有一个组成分析为碳 0.06最大铬 17.5镍 9.5钛 ＞5×C或铌 ＞10×C其余为铁和一般铁伴生元素。
全文摘要
一种使用低碳奥氏体钢的连接件连接奥氏体高锰铸钢构成的诸如辙叉的道岔部件，或锰钢轨与碳素钢的钢轨的方法，该法先焊接连接件与钢轨或连接钢轨，接着在模切连接件切去一段长度少于25毫米以后，在第二次焊接过程中焊接连接件与高锰铸钢构成的部件或锰钢轨，所用的连接件是由一种用铌和/或钛稳定化处理的低碳奥氏体钢，特别是由一种铬镍钢构成的，紧接着第一次焊接进行一次热处理，特别是进行扩散退火，此时温度是在350℃与1000℃之间。
文档编号B23K35/00GK1058556SQ9110490
公开日1992年2月12日 申请日期1991年7月19日 优先权日1990年7月20日
发明者J·布卢莫尔 申请人:沃斯特-阿尔派因火车系统有限公司