Проміжна деталь для з’єднання литих виробів з марганцевої сталі з виробами з вуглецевої сталі та спосіб з’єднання литих деталей з аустенітної марганцевої сталі із стандартними рейками з вуглецевої сталі

Реферат: Винахід належить до проміжної деталі для з'єднання литих каркасних виробів з марганцевої сталі з виробами з вуглецевої сталі, зокрема литих хрестовин з аустенітної марганцевої сталі зі стандартними рейками з вуглецевої сталі, при цьому проміжна деталь виконана зі сталі, яка належить до групи аустенітно-феритових дуплексних сталей з м'якою серцевиною і твердою кіркою, феритова частина якої складає менше 60 мас. %, причому проміжна деталь відпалена на твердий розчин при температурі від 900 ºС до 1100 ºС та загартована водою, а потім повітрям. Також заявлено спосіб з'єднання литих деталей з аустенітної марганцевої сталі зі стандартними рейками з вуглецевої сталі з використанням вказаної проміжної деталі. UA 101631 C2 (12) UA 101631 C2 UA 101631 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до проміжної деталі для з'єднання литих виробів з марганцевої сталі з виробами із вуглецевої сталі, зокрема, литих хрестовин з аустенітної марганцевої сталі із стандартними рейками з вуглецевої сталі, а також до способу з'єднання виливків з аустенітної марганцевої сталі із стандартними рейками з вуглецевої сталі. Виливок з аустенітної марганцевої сталі не може бути безпосередньо зварений із стандартною сталевою рейкою з вуглецевої сталі, оскільки для виконання процесу зварювання необхідна порівняно висока температура. Виливок з аустенітної марганцевої сталі має властивість сильного і окрихчування текстури при нагріванні вище температури 300 С через сегрегації карбіду, причому крихка структура підтримується і згодом при повільному охолоджуванні. Саме тому, щоб уникнути такого окрихчування, необхідно забезпечити нагрівання до високої температури, після чого виконати швидке охолоджування. Таке швидке охолоджування може бути здійснене, наприклад, шляхом гартування у воді. Вуглецева сталь, оскільки вона використовується як матеріал для виготовлення стандартних рейок, у свою чергу, має властивість окрихчуватися під час швидкого охолоджування. Тому, щоб уникнути окрихчування, охолоджування після зварювання в даному випадку повинне здійснюватися поволі. Через необхідність відповідати жорстким вимогам, що пред'являються до міцності деталей у засобах залізничного транспорту, хрестовину і перетин, як правило, одержують з виливків, виготовлених з аустенітної марганцевої сталі, забезпечуючи при цьому протилежні режими термообробки зварних швів. Щоб отримати можливість відповідати згаданим вище вимогам, між стандартними рейками з вуглецевої сталі і литими хрестовинами з аустенітної марганцевої сталі запропоновано розміщувати проміжні деталі, які вибрані з урахуванням хорошої зварюваності і прийнятної термообробки відповідного зварного з'єднання. Проте, такі, принаймні, частково аустенітні проміжні деталі мають відносно нижзькі міцнісні ознаки, ніж примикаюча деталь із стандартної сталі і виливка з аустенітної марганцевої сталі, відповідно. З документа AT 343712 відомий спосіб зварювання литих рейкових деталей з аустенітної марганцевої сталі, зокрема, хрестовин, із стандартними рейками. Відповідно до даного відомого способу, проміжна деталь заввишки нижче висоти верхньої поверхні хрестовини або поверхні стандартної сталевої рейки, відповідно, вставляється перед нанесенням твердої поверхні із зносостійкої марганцевої сталі. Отже, повинен бути взятий до уваги той факт, що в зоні зварних швів присутній матеріал з істотно нижчою твердістю, який згодом ризикує бути втисненим рухомим складом. Довжина такої проміжної деталі, як правило, більш 50мм, щоб уникнути накладення зон теплового впливу двох зварних швів. У розвиток вказаного вище способу, в документі AT 350881 запропоновано ввести обмеження в проміжну деталь, зменшивши її довжину. Довжина в діапазоні від 15мм до 25мм була прийнята як цілком достатня для того, щоб понизити ризик утворення вм'ятин, за рахунок значного зменшення довжини м'якшої ділянки, розташованої під верхньою поверхнею. Проте, в такій конструкції позначена вище основна технічна проблема, що стосується забезпечення достатньої твердості проміжної деталі, залишалася невирішеною. Патентний документ ЕР 391007 В1 запропонував здійснювати операцію простого охолоджування в атмосфері навколишнього повітря під час зварювання проміжної деталі з виливком з аустенітної марганцевої сталі. З цією метою, були вибрані спеціальні матеріали, в основному, такі, що містять від 6 до 11 вагових відсотків марганцю, від 5 до 8 вагових відсотків нікелю, від 17 до 20 вагових відсотків хрому, при цьому вміст дельта-фериту склав від 5 до 15 вагових відсотків. Такі сталі, а також інші сталі, відомі з рівня техніки і запропоновані для проміжної деталі, істотно понизили гостроту проблеми, пов'язаної з процесом безпосереднього зварювання двох вказаних вище сталей. Проте запропоновані технічні рішення не можуть бути віднесені до рішень, які б зняли вразливі моменти, пов'язані з межею витривалості і міцності на вигин всього зварного з'єднання, оскільки аустенітні компоненти, зокрема, матеріали хрестовини і проміжної деталі забезпечують досягнення максимальної межі міцності, яка становить тільки 500-600 Н/мм, що згодом все одно приведе до утворення вм'ятин. Даний винахід направлений на вирішення технічної задачі запобігання появі вм'ятин в зоні зварного з'єднання, особливо, в перехідній зоні між стандартною рейкою з вуглецевої сталі і аустенітною марганцевою сталлю, і на забезпечення, зокрема, рівномірного розподілу показників твердості і міцності для всього з'єднання. Для вирішення цієї технічної задачі проміжна деталь за винаходом виконана із сталі, що належить до групи аустенітно-феритових сталей, виплавлених дуплекс-процесом, які мають феритову частину, меншу за 60 вагових відсотків. Сталі, які належать до групи сталей, виплавлених дуплекс-процесом, характеризуються феритовою частиною, що становить до 60 вагових відсотків. Як приклад такого матеріалу може бути згаданий, наприклад, матеріал X2CrNiMoN22-5-3, який 1 UA 101631 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 розцінюється як переважний вибір відповідного матеріалу для проміжної деталі. Така сталь характеризується наступними результатами направленого аналізу хімічного складу; мас %: С макс. 0,03 Cr 21 - 23 Ni 4,5 - 6,5 Mo 2,5 - 3,5 N 0,1 - 2,22 Такого типу проміжна деталь із сталі, виплавленої дуплекс-процесом, з відношенням аустеніту до фериту, приблизно, 50:50, демонструє не тільки відмінні властивості для зварювання як з аустенітною марганцевою сталлю, з одного боку, так і з перлитовою рейковою сталлю (ферит і цементіт), з другого боку. Завдяки такому високому значенню феритової частини, забезпечується можливість приведення проміжної деталі, шляхом селективної термічної обробки перед, під час та/або після зварювання, до такого показника міцності, який, приблизно, присутній в зоні рейкової сталі і аустенітної марганцевої сталі. При запропонованій конфігурації відпадає необхідність враховувати залишкову довжину проміжної деталі, оскільки усувається ризик утворення вм'ятин, викликаних дуже м'яким матеріалом проміжної деталі. Зокрема, завдяки використовуванню такого способу термообробки, з'явилася реальна можливість підвищення значення межі міцності проміжної 2 деталі до 600-800 Н/мм шляхом вирішення питання про вибір відповідної проміжної деталі. Переважно, використовується проміжна деталь, виконана із застосуванням операції обробки на твердий розчин з подальшим гартуванням. Зокрема, вказану проміжну деталь доцільно використовувати у вигляді виробу, обробленого на твердий розчин при температурі від 900 С до 1100 С з подальшим гартуванням водою, а потім на повітрі. Запропонований винаходом спосіб з'єднання виливків з аустенітної марганцевої сталі із стандартними рейками з вуглецевої сталі характеризується тим, що аустенітно-феритову проміжну деталь, виготовлену із сталі, виплавленої дуплекс-процесом із вмістом фериту менше 60 відсотків, зварюють з виливком з марганцевої сталі і стандартною рейкою з вуглецевої сталі, при цьому, переважно, проміжну деталь, яка за наслідками направленого аналізу хімічного складу включає; мас %: С макс. 0,03 Сг 21 - 23 Ni 4,5 - 6,5 Mo 2,5 - 3,5 N 0,1 - 2,22 спочатку зварюють із стандартною рейкою з вуглецевої сталі, а потім зварюють з виливком із аустенітної марганцевої сталі. В принципі, відібрана проміжна деталь передбачає охолоджування стислим повітрям виробу, нагрітого в результаті зварювання, в процесі як першої, так і другої зварювальних операцій. Щоб забезпечити задані значення міцності, зокрема, підвищити межу витривалості, приблизно, від 140 Н/мм до 190 Н/мм, доцільно перед операцією зварювання виконати операцію обробки проміжної деталі на твердий розчин при температурі від 900 С до 1100 С з подальшим гартуванням водою і, крім того, на повітрі, при цьому зварне з'єднання із стандартною рейкою після охолоджування доцільне піддати відпалу при температурі від 200 С до 600 С в процесі відпускання. Подібно викладеному вище, зварне з'єднання з виливком з марганцевої сталі після охолоджування доцільне піддати відпалу при температурі від 20 С до 600 С в процесі відпускання. При такому способівиготовлення довжина проміжної деталі може скласти, наприклад, 50 мм, при цьому збільшення межі міцності до значення від 600 до 800 2 Н/мм досягається в результаті простої операції гартування, яка може бути виконана, наприклад, як операція гартування при реалізації процесу вибуху. Таким чином, згідно винаходу, проміжну деталь доцільно піддавати обробці гартуванням до або після зварювання, при цьому операція гартування в результаті реалізації процесу вибуху може бути нормально здійснена або при ще не звареному стані проміжної деталі, або при стані проміжної деталі, вже після її зварювання з оброблюваним виробом. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Проміжна деталь для з'єднання литих виробів з марганцевої сталі, зокрема литих хрестовин з аустенітної марганцевої сталі, із стандартними рейками з вуглецевої сталі, яка відрізняється тим, що вона виконана зі сталі, яка належить до групи аустенітно-феритових дуплексних сталей 2 UA 101631 C2 5 10 15 20 25 з частиною фериту менше 60 мас. %, причому проміжна деталь відпалена на твердий розчин при температурі від 900 °С до 1100 °С та загартована водою, а потім повітрям. 2. Проміжна деталь за п. 1, яка відрізняється тим, що вона складається зі сталі, яка містить, мас. %: С макс. 0,03 Cr 21-23 Ni 4,5-6,5 Mo 2,5-3,5 N 0,1-2,22. 3. Проміжна деталь за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що дана проміжна деталь використовується у вигляді деталі, що відпалена на твердий розчин з подальшим гартуванням. 4. Спосіб з'єднання виливків з аустенітної марганцевої сталі з стандартними рейками з вуглецевої сталі, який відрізняється тим, що проміжну аустенітно-феритову деталь, виконану з дуплексної сталі з частиною фериту менше 60 мас. %, зварюють з виливком з аустенітної марганцевої сталі і стандартною рейкою з вуглецевої сталі, причому перед зварюванням проміжну деталь піддають відпалу на твердий розчин при температурі від 900 °С до 1100 °С, а після - загартовують водою, а потім повітрям. 5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що проміжну деталь, яка складається зі сталі наступного хімічного складу, мас. %: С макс. 0,03 Cr 21-23 Ni 4,5-6,5 Mo 2,5-3,5 N 0,1-2,22. спочатку зварюють зі стандартною рейкою з вуглецевої сталі, а потім зварюють з виливком і з аустенітної марганцевої сталі. 6. Спосіб за п. 4 або 5, який відрізняється тим, що проміжну деталь в процесі зварювання охолоджують стисненим повітрям. 7. Спосіб за пп. 4-6, який відрізняється тим, що зварне з'єднання зі стандартною рейкою з вуглецевої сталі після охолоджування піддають відпалу при температурі від 200 °С до 600 °С для відпускання. 8. Спосіб за пп. 4-7, який відрізняється тим, що зварне з'єднання з виливком із аустенітної марганцевої сталі після охолоджування піддають відпалу при температурі від 200 °С до 600 °С для відпускання. 9. Спосіб за пп. 4-8, який відрізняється тим, що проміжну деталь піддають обробці гартуванням до або після зварювання. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3