NO/EP2770 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP 2770 B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. B23K 3/00 (06.01) C21D 6/00 (06.01) C21D 9/04 (06.01) C22C 38/00 (06.01) C22C 38/44 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert 14.. (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet 14.06.04 (86) Europeisk søknadsnr 08799927.2 (86) Europeisk innleveringsdag 08.09.22 (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato.07.14 () Prioritet 07..0, AT, 18407 (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR Utpekte samarbeidende stater BA RS (73) Innehaver voestalpine Weichensysteme GmbH, Alpinestrasse 1, 8740 Zeltweg, AT-Østerrike voestalpine VAE GmbH, Rotenturmstrasse -9, Wien, AT-Østerrike (72) Oppfinner BLUMAUER, Johannes, Bessemerstrasse, A-8740 Zeltweg, AT-Østerrike (74) Fullmektig Oslo Patentkontor AS, Postboks 7007 Majorstua, 06 OSLO, Norge (4) Benevnelse Mellomstykke for forbindelse av formlegemer av manganstål med karbonstål og fremgangsmåte for forbindelse av deler av manganspesialstøpestål med normalskinner (6) Anførte publikasjoner EP-A- 0 391 007 EP-A- 1 4 01 US-A- 4 144 442 US-A- 170 932 US-A- 4 777 ZHANG ET AL: "Flash butt welding of high manganese steel crossing and carbon steel rail" MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A: STRUCTURAL MATERIALS:PROPERTIES, MICROSTRUCTURE & PROCESSING, LAUSANNE, CH, Bd. 44-4, 3. April 07 (07-04- 03), Seiten 288-292, XP02234460 ISSN: 0921-093
NO/EP2770 1 Beskrivelse Oppfinnelsen vedrører et mellomstykke for forbindelse av formlegemer av manganstål med karbonstål, spesielt hjertestykker av manganspesialstøpestål med normalskinner, samt en fremgangsmåte for forbindelse av deler av manganspesialstøpestål med normalskinner. 1 Manganspesialstøpestål kan ikke sveises direkte med normalskinnestål, siden en forholdsmessig høy temperatur er nødvendig for sveising. Austenittisk manganstøpestål har egenskapen av sterk sprøhet i sin tekstur når den blir oppvarmet til over 0 C på grunn av karbidutfellinger, og den sprø teksturen blir deretter opprettholdt når den blir sakte nedkjølt. Det er derfor nødvendig å foreta oppvarming til høye temperaturer og deretter utføre rask nedkjøling for å unngå slik sprøhet. Slik rask nedkjøling kan for eksempel realiseres ved bråkjøling i vann. Karbonstål som anvendes som normalskinnestål har igjen egenskapen av sprøhet under rask nedkjøling, slik at nedkjøling etter sveising i det tilfellet må utføres sakte for å unngå sprøhet. På grunn av de overlegne styrkeegenskapene er hjertestykker og kryssingssteder i skinnegående trafikk som regel laget av austenittisk manganstøpestål, som dermed gir selvmotsigende forhold for varmebehandlingen av sveiser. For å være i stand til å ta hensyn til disse forskjellige kravene, har mellomstykker blitt foreslått mellom normalskinner og hjertestykker av manganspesialstøpestål, som har blitt valgt med hensyn til deres gode sveieseevne og en tilsvarende varmebehandling av den respektive sveiseforbindelsen. Slike minst delvis austenittiske mellomstykker har imidlertid relativt dårlige styrkeegenskaper enn det tilstøtende normalstålet eller delen av manganspesialstøpestål. 2 3 En fremgangsmåte for sveising av austenittiske skinnedeler av manganspesialstøpestål og spesielt hjertestykker med normalskinner er for eksempel kjent fra AT 343712. I den kjente fremgangsmåten er et mellomstykke med en lavere høyde enn høyden av den øvre overflaten av hjertestykket eller normalskinnestålet innsatt før påføring av en hard flate av slitasjebestandig manganstål. På denne måten skal det tas hensyn til at det faktum at i området av sveisene, er et materiale av vesentlig lavere hardhet til stede, som deretter vil bære risikoen for å bli innbulet av den rullende trafikken. Lengden på et slikt mellomstykke var som regel dimensjonert til å være mer enn 0 mm for å unngå overlappende varmepåvirkningssoner fra de to sveisene.
NO/EP2770 2 Ved ytterligere utvikling av det kjente prosessforløpet foreslo AT 881 allerede å begrense mellomstykket til en redusert lengde, med en lengde på mellom 1 og 2 mm som da måtte være tilstrekkelig. Dette tiltaket var med på å redusere risikoen for dannelsen av innbulinger med hensyn til den vesentlig kortere og mykere underdelen av den øvre overflaten. De prinsipielle grunnliggende vanskelighetene vedrørende slik hardhet av mellomstykket har imidlertid forblitt uløst i en slik konfigurasjon. 1 EP 3907 B1 foreslo allerede å utføre enkel nedkjøling med omgivende luft under selve sveisingen av mellomstykket med manganspesialstøpestålet. For dette formålet ble spesielle materialer i alt vesentlig omfattende 6 til 11 vekt% mangan, til 8 vekt% nikkel, 17 til vekt% krom, og et delta-ferrit-innhold som er mellom og 1 vekt%, valgt. Slike stål samt andre hittil foreslåtte stål for mellomstykket eliminerte i alt vesentlig problemene som oppstod under den direkte sveisingen av de to stålene, men de svake punktene, uttrykt ved utmattingsfasthet og bøyestyrke av den totale sveiseforbindelsen, kunne ikke fullstendig løses siden de austenittiske komponentene, og spesielt materialene av hjertestykket og av mellomstykket, bare tillater oppnåelsen av en maksimal strekkfasthet på 00 til 600 N/mm 2, som følgelig fører til innbulinger. 2 Oppfinnelsen har til hensikt å bedre forhindre innbulinger i området av sveiseforbindelsen og spesielt i overgangsområdet mellom normalskinne og manganspesialstål og tilveiebringe et spesielt ensartet hardhets- og styrkeforløp over hele forbindelsen. For å løse dette så består mellomstykket ifølge oppfinnelsen av et stål fra gruppen av austenittiske-ferrittiske dupleksstål med en ferrittandel på < 60 vekt%. Slike stål fra gruppen av dupleksstål er kjennetegnet ved en ferrittandel på opp til 60 vekt%, hvor, som et eksempel på et slikt materiale, materialet X2CrNiMoN22-- 3 kan nevnes, som kan anses som et spesielt foretrukket valg av et egnet materiale for mellomstykket. Et slikt stål har den følgende retningsanalysen: 3 Ni 4, 6, % Mo 2, 3, %
NO/EP2770 3 Et slikt dupleksstål-mellomstykke med et forhold mellom austenitt og ferritt på ca. 0:0 tilbyr ikke bare utmerkede egenskaper for sveising både med det austenittiske manganspesialstålet på den ene siden, og med det perlittiske skinnestålet (ferritt og sementitt) på den andre siden. På grunn av den høye ferrittandelen har det også blitt mulig å bringe mellomstykket, ved selektiv varmebehandling før, under og/eller etter sveising, til den styrken som tilnærmelsesvis er til stede i området av skinnestålet og manganspesialstålet. Med en slik konfigurasjon trenger ikke en restlengde av mellomstykket lengre vurderes, siden risikoen for innbulinger forårsaket av et for mykt mellomstykkemateriale har blitt eliminert. Det er spesielt gjennomførbart å heve strekkfastheten av mellomstykket ved en slik varmebehandling til 600 til 800 N/mm 2 etter å ha valgt det passende mellomstykket. På en spesielt foretrukket måte anvendes mellomstykket i en løsningsglødet og deretter bråkjølt form, hvor mellomstykket fordelaktig anvendes i en form som er løsningsglødet ved 900 C til 10 C og deretter bråkjølt med vann etterfulgt av luft. 1 Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for forbindelse av deler av manganspesialstøpestål med normalskinner er i alt vesenlig kjennetegnet ved at et austenittiskferrittisk mellomstykke laget av et dupleksstål med < 60 vekt% ferritt sveises med delen av manganstøpestål og normalskinnen, hvor fortrinnsvis et mellomstykke med den følgende retningsanalysen: 2 Ni 4, 6, % Mo 2, 3, % 3 først sveises med normalskinnen og deretter sveises med manganspesialstøpestålet. I prinsippet sørger det valgte mellomstykket for nedkjøling fra sveisevarmen under sveisingen ved hjelp av trykkluft, både under den første og den andre sveisingen. For å oppnå de ønskede styrkeverdiene og spesielt en økning av holdbarhetsgrensen fra ca. 140 N/mm 2 til ca. 190 N/mm 2, kan man fordelaktig gå frem slik at mellomstykket løsningsglødes ved 900 C til 10 C før sveising og deretter bråkjøles med vann og videre med luft, hvor sveiseforbindelsen med normalskinnen, etter kjøling, fordelaktig glødes ved 0 C til 600 C for anløpning. Likeledes kan sveiseforbindelsen med delen av manganstøpestål, etter nedkjøling, fordelaktig glødes ved 0 C til 600 C for anløpning. Med et slikt prosessforløp kan leng-
NO/EP2770 4 den av mellomstykket for eksempel være ca. 0 mm, hvor en økning av strekkfastheten til 600 til 800 N/mm 2 vil oppnås ved en enkel herdebehandling som for eksempel realiseres ved en eksplosjonsherdeprosess. Ifølge oppfinnelsen går man fordelaktig fram på en måte at mellomstykket utsettes for en herdebehandling før eller etter sveising, hvor en eksplosjonsherdeprosess kan gjennomføres enten i den ikke-sveisede tilstanden av mellomstykket eller i tilstanden som allerede er sveiset med arbeidsstykket.
NO/EP2770 P a t e n t k r a v 1. Anvendelse av et mellomstykke for forbindelse av formlegemer av manganstål med karbonstål, spesielt hjertestykker av manganspesialstøpestål med normalskinner, hvor mellomstykket består av stål fra gruppen av austenittiske-ferrittiske dupleksstål med en ferrittandel på < 60 vekt%, hvor mellomstykket består av stål med den følgende retningsanalysen: Ni 4, 6, % Mo 2, 3, % 1 2. Anvendelse ifølge krav 1, hvor mellomstykket er anvendt i en løsningsglødet og deretter bråkjølt form. 3. Anvendelse ifølge krav 1 eller 2, hvor mellomstykket er anvendt i en form som er løsningsglødet ved 900 C til 10 C og deretter bråkjølt med vann etterfulgt av luft. 4. Fremgangsmåte for forbindelse av deler av manganspesialstøpestål med normalskinner, k a r a k t e r i s e r t v e d at et austenittisk-ferrittisk mellomstykke laget av et dupleksstål med < 60 vekt% ferritt sveises med delen av manganstøpestål og normalskinnen, hvor et mellomstykke med den følgende retningsanalysen: 2 Ni 4, 6, % Mo 2, 3, % først sveises med normalskinnen og deretter sveises med delen av manganspesialstøpestål. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 4, k a r a k t e r i s e r t v e d at mellomstykket kjøles med trykkluft under sveisingen.
NO/EP2770 6 6. Fremgangsmåte ifølge krav 4 eller, k a r a k t e r i s e r t v e d at mellomstykket løsningsglødes ved 900 C til 10 C før sveising og deretter bråkjøles med vann etterfulgt av luft. 7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av krav 4 til 6, k a r a k t e r i s e r t v e d at sveiseforbindelsen med normalskinnen, etter kjøling, glødes ved 0 C til 600 C for anløpning. 8. Fremgangsmåte ifølge ethvert av krav 4 til 7, k a r a k t e r i s e r t v e d at sveiseforbindelsen med delen av manganstøpestål, etter kjøling, glødes ved 0 C til 600 C for anløpning. 1 9. Fremgangsmåte ifølge ethvert av krav 4 til 8, k a r a k t e r i s e r t v e d at mellomstykket utsettes for en herdebehandling før eller etter sveisingen.