Рельсовая нитка - RU2294999C2
Код документа: RU2294999C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к рельсовой нитке такого типа, которая содержит элемент устройства рельсового пути из высоколегированной стали, в которой, по меньшей мере, один легирующий элемент имеет весовое содержание не менее 5%, и участок стального рельса, соединяемые один с другим посредством сварки без добавления металла.
Изобретение имеет отношение, в частности, к соединению между устройством пути, таким как сердечник крестовины, и участком рельса, являющегося частью, например, обычного путевого рельса из углеродистой стали.
Известно, что когда сваривают одну деталь из углеродистой стали с другой деталью из высоколегированной стали, плавление, происходящее вследствие этой операции, вызывает на поверхности контакта двух деталей образование сплавов, химический состав которых отличается от химического состава основных металлов. Если сварку осуществляют без добавки металла, например посредством стыковой контактной сварки с оплавлением, трудно управлять природой получаемых сплавов. Таким образом, реализуемая сварка имеет, как правило, посредственное качество; такая сварка напоминает, скорее, склеивание.
Рельсы из углеродистой стали, обычно используемой для производства обычных путевых рельсов, содержат по массе от 0,55% до 0,8% углерода. Для обеспечения удовлетворительной твердости рельсовая сталь содержит добавки других металлов, таких как хром. Во всяком случае, повышенное количество хрома делает невозможным сварку между двумя типами высоколегированных сталей.
Для разрешения проблемы, упомянутой выше, как это известно, предусматривают вставку, представляющую собой промежуточную деталь между элементом устройства железнодорожного пути из высоколегированной стали и участком рельса. Такая промежуточная вставка изготовлена из материала, легкосвариваемого с одной стороны с элементом устройства железнодорожного пути и, с другой стороны, с участком рельса.
Использование такой промежуточной вставки повышает стоимость процедуры соединения, в частности, вследствие специфичности материала вставки и необходимости осуществлять две сварки. Кроме того, имеет место резкое падение твердости на участке рельса в зоне термического воздействия (ЗТВ), вызываемого сваркой.
Цель изобретения - предложить решение проблемы, позволяющее обеспечить удовлетворительный уровень твердости элемента устройства пути и участка рельса, а также соединение между элементом устройства пути и участком рельса без повышения стоимости выполнения соединения.
Для достижения этой цели объектом изобретения является вышеупомянутая рельсовая нитка, отличающаяся тем, что участок рельса изготовлен из малоуглеродистой стали, массовое содержание углерода в которой не превышает 0,55%.
Согласно частным вариантам осуществления изобретения рельсовая нитка имеет одно или несколько следующих отличий:
- участок рельса изготовлен из среднелегированной стали, массовое содержание углерода в которой не превышает 0,5%;
- среднелегированная малоуглеродистая сталь, являющаяся материалом участка рельса, - это бейнитная сталь;
- среднелегированная малоуглеродистая сталь, являющаяся материалом участка рельса, имеет следующий (массовый) состав:
- среднелегированная углеродистая сталь, являющаяся материалом участка рельса, имеет следующий (массовый) состав:
- элемент устройства железнодорожного пути из высоколегированной стали содержит от 12% до 14% по массе марганца.
Изобретение будет более понятно при чтении приведенного далее описания, данного только в качестве примера со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых:
фиг.1 - это схематический вид сверху сердечника крестовины железнодорожных путей, к которым приварены четыре участка обычных путевых рельсов;
фиг.2 - это микрофотография шва рельсовой нитки согласно изобретению; и
фиг.3 и 4 - это диаграммы, показывающие твердость вдоль рельсовой нитки в области шва для двух вариантов применения изобретения.
На фиг.1 представлен сердечник крестовины, обеспечивающий пересечение двух рельсовых ниток пересекающихся путей. Сердечник крестовины 12 соединен своими четырьмя концами с четырьмя участками 14 обычных путевых рельсов.
Участки 14 путевых рельсов соединены с сердечником крестовины посредством сварки без добавления металла.
Как известно, сердечник крестовины 12 изготовлен из высоколегированной стали, а именно из стали, в которой, по меньшей мере, один легирующий элемент имеет весовое содержание не менее 5%.
Эта сталь, в частности легированная сталь, содержащая от 12% до 14% марганца, причем сердечник крестовины получен литьем. Речь идет о стали, хорошо известной под именем HADFIELD.
Твердость этой стали составляет от 170 до 230 НВ.
Согласно изобретению участки 14 рельса изготовлены из малоуглеродистой среднелегированной стали, массовое содержание углерода в которой не превышает 0,55% и каждая сварка 16 - это сварка без добавления металла, выполненная непосредственно на стыке высоколегированной стали и малоуглеродистой среднелегированной стали. Массовое содержание углерода в малоуглеродистой среднелегированной стали не превышает, преимущественно, 0,5%.
Преимущественно, малоуглеродистая среднелегированная сталь - это бейнитная сталь без карбида.
Малоуглеродистая бейнитная сталь, являющаяся материалом участка 14 рельса, преимущественно, имеет следующий (массовый) состав:
Преимущественно, бейнитная сталь имеет следующий (массовый) состав:
Эта сталь имеет твердость от 350 НВ до 390 НВ.
Сварной шов 16 получен, например, посредством стыковой контактной сварки с оплавлением и горновой сварки по классическому известному циклу.
В варианте шов может быть получен индукционным методом, трением, пучком электронов, лазером или любым другим пучком высокой энергии.
На фиг.2 представлен вид полученного шва 16. На этой микрофотографии с пятисоткратным увеличением видно, что контакт между малоуглеродистой бейнитной сталью и высоколегированной сталью хорошо заметен; имеет место удовлетворительное взаимопроникновение обеих сталей.
Согласно первому способу осуществления изобретения элемент устройства рельсового пути из высоколегированной стали перед стыковой контактной сваркой с оплавлением имеет температуру окружающей среды и твердость, получаемую в результате очень высокой температуры, от 170 НВ до 230 НВ.
В этом случае изменение твердости вдоль рельсовой нитки поблизости от места сварки представлено на фиг.3.
Видно, что на удалении от места сварки участок 14 рельса имеет твердость от 290 НВ до 330 НВ и что эта твердость увеличивается, а непосредственно в зоне шва возрастает до 380 НВ. Твердость рельсовой нитки остается в пределах от 185 НВ до 235 НВ в элементе 12 устройства рельсового пути из высоколегированной стали. Такая твердость соответствует твердости элемента устройства рельсового пути до сварки.
Можно, следовательно, констатировать, что при применении химического состава согласно изобретению твердость непосредственно около шва остается удовлетворительной, причем она не ниже первоначальной твердости двух свариваемых элементов и, в частности, нет никакого снижения твердости в зоне термического воздействия (ЗТВ).
Согласно другому способу осуществления изобретения конец элемента устройства рельсового пути из высоколегированной стали, предназначенный для сварки, подвергают операции предварительного повышения твердости перед применением стыковой контактной сварки с оплавлением, чтобы повысить его твердость. Такое предварительное повышение твердости получают, например, взрывным способом.
Твердость элемента устройства рельсового пути доводят перед сваркой до 330-360 НВ.
Измерения твердости, полученные после этого дополнительного этапа, показаны на фиг.4. В этом случае твердость участка рельса практически такая же, как и на фиг.3, напротив, твердость элемента устройства рельсового пути из высоколегированной стали непосредственно около шва равна 350 НВ, значению, которое имеет участок рельса в своей удаленной от шва части.
Реферат
Изобретение относится к рельсовой нитке. Рельсовая нитка содержит элемент (12) устройства рельсового пути из высоколегированной стали, в которой, по меньшей мере, один легирующий элемент имеет весовое содержание не менее 5%, и участок (14) рельса, соединяемые один с другим посредством сварки без добавления металла. Участок (14) рельса изготовлен из среднелегированной малоуглеродистой стали, массовое содержание углерода в которой не превышает 0,55%. Техническим результатом изобретения является обеспечение удовлетворительного уровня твердости элемента устройства пути и участка пути, а также соединение между элементом устройства пути и участком рельса без повышения стоимости выполнения соединения. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.
