[发明专利]用于连接锰钢成型体和碳钢的插件以及用于连接高锰钢铸件和标准钢轨的方法

说明书

本发明涉及用于连接锰钢成型体和碳钢的插件(Zwischenstück)，特别是涉及用于连接高锰钢岔心铸件(Manganhartstahlgussherzstück)和标准钢轨(Regelschienen)的插件，和涉及用于连接高锰钢铸件和标准钢轨的方法。

高锰钢不能与标准钢轨钢直接焊接，这是因为为了焊接需要相对高的温度。奥氏体的锰钢铸件具有如下性质：在加热到超过300℃时由于碳化物析出而在结构中强烈脆化，在此导致在缓慢冷却后保持了该脆化结构。因此需要加热到高温和随后快速冷却，以避免这类脆化。这种快速冷却可以例如通过在水中淬火(Abschrecken)而实施。例如用作标准钢轨钢(Regelschienenstahl)的碳钢反过来具有在快速冷却时脆化的性质，使得这里在焊接后，为了避免脆化，必需缓慢冷却。由于它们优异的强度性能，在轨道交通中的岔心(Herzstück)和交叉位置(Kreuzungsstelle)通常由奥氏体锰钢铸件制成，由此产生了对焊接部位进行热处理的相反条件。为了能够考虑到这些不同的要求，推荐这样的在标准钢轨和高锰钢岔心铸件之间的插件，其在好的可焊接性和各焊接接合(Schweiβverbindung)的相应热处理方面进行选择。但是，与相邻的标准钢或高锰钢铸件相比，这种至少部分奥氏体性的插件具有相对差的强度性能。

例如由AT 343712已知一种用于焊接奥氏体高锰钢钢轨铸件和特别是岔心与标准钢轨的方法。在该已知方法中，使用具有与岔心或标准钢轨的滚动面的高度相比更低高度的插件，然后施加由耐磨锰钢制成的覆硬层(Aufpanzerung)。以这种方式，应当考虑到在焊接位置区域存在显著较低硬度的材料，这导致由于铁路机车(rollend Verkehr)而造成的凹陷的风险。这种插件的长度通常经定制为超过50mm，以避免来自两个焊接的交叠的热影响区。

这种已知的操作方式的一种改进方案在AT 350881中已经提出，将该插件限制在较小的长度，现在据信15-25mm的长度就已足够。借助该措施据信由于滚动面的显著更短的较软子区域而降低了形成凹陷的风险。但是，以这样的构造，并没有解决由插件的硬度不足带来的原则性困难。

在EP 391007B1中已经推荐，在焊接插件和高锰钢铸件时用环境空气进行简单冷却。为此目的，选择了如下特殊材料：其基本上由6至11重量％锰、5至8重量％镍、17至20重量％铬和5-15重量％范围含量的6铁素体组成。借助这类钢以及其它迄今提出的用于插件的钢尽管基本避免了直接焊接这两种钢自身带来的问题，但是其中没能完全解决关于整体焊接接合的疲劳强度(Dauerfestigkeit)和弯曲断裂强度(Biegebruchfestigkeit)方面的弱点，这是因为奥氏体构件和特别是岔心和插件的材料仅能达到500至600N/mm²的最大抗拉强度，这因而导致凹陷。

现在，本发明的目的在于更好地避免在焊接接合区域和特别是标准钢轨和高锰钢之间的过渡区域中的凹陷和提供跨该整体连接特别均匀的硬度和强度曲线。为了解决该问题，本发明的插件由铁素体含量＜60重量％的奥氏体-铁素体双相钢类型的钢制成。这类双相钢类型的钢的特征在于至多60重量％的铁素体含量，其中作为这类材料的实例提到材料X2CrNiMoN22-5-3，其可以特别优选地被选作为用于插件的合适材料。这类钢具有下面的近似分析(Richtanalyse)：

C最多0.03％

Cr21-23％

Ni4.5-6.5％

Mo2.5-3.5％

N0.1-2.22％。

这类奥氏体∶铁素体的比例为大约50∶50的双相钢-插件不仅一方面与奥氏体的高锰钢和另一方面与珠光体(perlitisch)的钢轨钢(铁素体和渗碳体)具有非常好的焊接性能。通过高的铁素体含量还可以在焊接之前、期间和/或之后通过有针对性地热处理使该插件达到各种接近钢轨钢和高锰钢的强度范围的强度。在这种构造中，不必再考虑该插件的剩余长度，因为不再存在由于插件材料过软而导致的凹陷风险。特别地，在选择合适的插件之后，该插件的抗拉强度可以通过这类热处理升高到600至800N/mm²。在特别优选的方式中，这里该插件以固溶退火和随后淬火的形式使用，其中有利的是该插件以在900℃至1100℃固溶退火，和随后用水以及接着用空气淬火的形式使用。