JPH05185236A - マンガン鋼部分と他の炭素鋼部分に結合する方法およびそれによって得られる集成体 - Google Patents

マンガン鋼部分と他の炭素鋼部分に結合する方法およびそれによって得られる集成体

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JPH05185236A JP4106801A JP10680192A JPH05185236A JP H05185236 A JPH05185236 A JP H05185236A JP 4106801 A JP4106801 A JP 4106801A JP 10680192 A JP10680192 A JP 10680192A JP H05185236 A JPH05185236 A JP H05185236A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 好ましくは炭素鋼部分を最高３００−６００
℃に予熱してから、少なくとも一つの炭素鋼部分２の端
部にオーステノーフェライトステンレス鋼１を、好まし
くはＭＩＧ又はＴＩＧ溶接により溶着させ、更に、この
ようにして得た端部に溶着金属を付与した炭素鋼部分
を、好ましくは強制冷却してから、マンガン鋼部分３に
溶接する。 【効果】 インサートをマンガン鋼部分に溶接するとき
にビート又はシームの形成を回避できる。また、炭素鋼
レールのマンガン鋼軌道部分への結合に適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、マンガン鋼部
分を１つまたは幾つかの炭素鋼部分に結合する方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】本発明は、特に鉄道分野において、通常
のクロッシング（ｃｒｏｓｓｉｎｇ）を形成するマンガ
ン鋼軌道部分を少なくとも１つの炭素鋼レールに結合す
るのに適用可能である。該軌道部分は１２−１４重量％
のマンガンを含有する鋼でつくる。
【０００３】集成すべき部分と同じ断面を有するインサ
ート、すなわち中間要素の媒質を介してマンガン鋼部分
を他の炭素鋼部分に結合することは公知である。
【０００４】このインサートはオーステナイト鋼または
オーステノ−フェライト鋼部分であって、鋳造またはケ
ーシング（ｃａｓｉｎｇ）によって得られる。
【０００５】しかし、該方法には製造および実施に費用
のかかる成型インサートの使用が必要である。
【０００６】さらに、ポケット溶接またはフラッシュ溶
接によって、インサートを炭素鋼部分に溶接するという
事実は、各溶接部に、機械的に取り除かなければならず
かつそれによって冶金的および経済的性格の大きな圧
迫、従って重大な不都合を生じるかなりのビードまたは
シームをもたらす。
【０００７】それほど重大な結果は生じないけれども、
やはりポケット溶接またはフラッシュ溶接の場合に、イ
ンサートをマンガン鋼部分に溶接するときに、同様のビ
ードまたはシームの生成が認められる。
【０００８】さらに、このように結合させた部分は、そ
のようにしてできた溶接部の遷移帯域に脆化相を示すこ
とがある。
【０００９】最後に、成型インサートの媒介による該結
合方法は比較的相当な操作時間および動力消費量を伴
う。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
ような従来技術の不都合な点を解消することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、少なく
とも１つの炭素鋼部分の端部にオーステノ−フェライト
ステンレス鋼を溶着させ、さらにこのようにして得た端
部に溶着金属を付与した炭素鋼部分をマンガン鋼部分に
溶接することにあるマンガン鋼部分の、少なくとも１つ
の他の炭素鋼部分との結合方法を提供することによっ
て、従来技術の前記不都合に対処することである。この
方法は、より具体的には、前記溶着工程の前に、炭素鋼
部分を最高約３００−６００℃に予熱し、ＭＩＧ法また
はＴＩＧ法によるようなワイヤを用いまたは溶接棒を用
いて、炭素鋼部分の端部にオーステノ−フェライトステ
ンレス鋼の溶着を行い、この溶着作業の直後に、端部に
溶着金属を有する炭素鋼部分を強制冷却させ、さらにと
もかくも任意の溶接法によって、端部に前記溶着金属を
有する炭素鋼部分をマンガン鋼部分に溶接することにあ
る。
【００１２】強制冷却工程後に、端部に溶着金属を有す
る炭素鋼部分にこの溶着金属のサーフェシングする処理
を行い、前記強制冷却は、結果として約６００℃から室
温に達したことをここで具体的に述べなければならな
い。
【００１３】本発明の有利とみなされる特徴によれば、
端部に溶着金属を有する炭素鋼部分を、電子ビームまた
はレーザービームによるような溶接法によってマンガン
鋼部分に溶接させる。
【００１４】本発明の他の有利とみなされる特徴によれ
ば、炭素鋼部分上のオーステノ−フェライトステンレス
鋼溶着物の厚さは１ミリメートルから２０ミリメートル
の間にある。
【００１５】本発明のさらに別の有利とみなされる特徴
によれば、炭素鋼部分に溶着させるオーステノ−フェラ
イトステンレス鋼は次の化学組成を有し： 炭素 ０．０２５−０．０３５重量％ マンガン ６−１１重量％ ケイ素 ０．５−１．５重量％ ニッケル ５−８重量％ クロム １７．５−２０重量％ モリブデン ＜ ０．５重量％ ニオブ ０．２５−０．３５重量％ 窒素 残り 最大７００ｐｐｍ リンおよび硫黄 ＜ ０．０３０重量％ かつカウント（ｃｏｕｎｔｉｎｇ）によって測定したデ
ルタフェライト含量は約５容量％から１５容量％の間に
ある。
【００１６】非限定の実施例のみで示され、現在のとこ
ろ本発明の好ましい具体的態様を説明する添付線図に関
連して与える注釈的説明を読めば、本発明はさらに良く
理解され、本発明の他の目的、特色ある特徴、詳細およ
び利点もさらに良くわかるであろう。
【００１７】
【実施例】本発明の方法によれば、レール部分である炭
素鋼部分２を、まず炉内で３００−６００℃に予熱す
る。
【００１８】炭素鋼部分の端部に、オーステノ−フェラ
イトステンレス鋼１を溶着させる。この溶着は手動式ま
たは自動式のＭＩＧ法もしくはＴＩＧ法によりワイヤを
用いて行い、溶着金属となるワイヤは後記の組成を有す
る。ワイヤの代りに、前記オーステノ−フェライト鋼溶
着物を構成すると思われるワイヤ物質のような物質の溶
接棒も、十分によく使用できるかもしれない。
【００１９】この溶着金属の付設は約１ミリから２０ミ
リの間にある比較的小さい厚さで行うのが望ましく、従
来技術の場合のようなインサートの付与によって必要と
される物質の多大で費用がかかる供給と比べると、物質
の有利に極めて少なくまたあまり費用のかからない供給
になる。
【００２０】さらに、このような極めて薄い溶着は、自
動的に、かつ従来のインサート溶接法の場合よりもはる
かに迅速に行うことができる。
【００２１】さらに、ポケット溶接またはフラッシュ溶
接の終りに生じるものとは反対に炭素鋼部分への溶着後
に溶接ビードは全く現われない。この溶着金属を付与す
る条件およびその熱処理条件が脆化相を生成しないよう
に有利に働らく。
【００２２】当初は、ワイヤまたは溶接棒等の形状の、
溶着させるオーステノ−フェライトステンレス鋼の組成
は次の如くである。
【００２３】 炭素 ０．０２５−０．０３５重量％ マンガン ６−１１重量％ ケイ素 ０．５−１．５重量％ ニッケル ５−８重量％ クロム １７．５−２０重量％ モリブデン ＜ ０．５重量％ ニオブ ０．２５−０．３５重量％ 窒素 残り 最大７００ｐｐｍ リンおよび硫黄 ＜ ０．０３０重量％ Ｓｃｈａｅｆｆｌｅｒ図によれば、この組成は８．７５
ないし１４．５５％の等価ニッケルおよび１８．２５な
いし２２．７５％の等価クロムを含む。
【００２４】ステンレス鋼に含まれるデルタフェライト
含量は５容量％から１５容量％まで変動し、残りはオー
ステナイトである。
【００２５】デルタフェライト含量はＡＳＴＭ Ｅ５６
２標準試験に従い、ミクロ組織のカウントによって測定
する。
【００２６】溶着を行う際に、ＭＩＧ法またはＴＩＧ法
中に使用するワイヤ、または溶接棒は前記の化学組成を
有する。
【００２７】この化学組成は次のようであるのが望まし
い。
【００２８】 炭素 ０．０３０重量％ マンガン ６．２０重量％ ケイ素 ０．８０重量％ ニッケル ７．９０重量％ クロム １８．２０重量％ モリブデン 極微量 ニオブ ０．３０重量％ 窒素 残り 最大７００ｐｐｍ リンおよび硫黄 ＜ ０．０３０重量％ この好ましい組成物のデルタフェライト含量は６ないし
１０容量％の間にある。Ｓｃｈａｅｆｆｌｅｒ図によれ
ば等価ニッケルは１１．９％で等価クロムは１９．４％
である。
【００２９】該組成物は、良好な溶接性を保持しなが
ら、機械的強度および耐摩耗性のすぐれた性質を生じる
という事実によってとりわけ興味をひくオーステノ−フ
ェライト鋼である。いいかえると、オーステノ−フェラ
イト鋼は、溶接性、ハンマー硬化（ｈａｎｍｅｒ ｈａ
ｒｄｅｎｉｎｇ）の際の良好な挙動、耐摩耗性を付与す
るマンガンおよび割れの伝搬を阻止する図５の顕微鏡写
真の５で明らかなフェライトの小島による良好な機械的
強度という種々の性質間に優れた妥協を与える。端部に
溶着金属１を有する炭素鋼部分２を、溶着させた直後
に、約６００℃から室温まで強制冷却させる。
【００３０】端部の溶着金属１とともに炭素鋼部分２全
体にサーフェシング処理を行う。サーフェシング工程後
の溶着金属の厚さ「ｅ」（図１および２）は１ｍｍから
２０ｍｍの間、好ましくは１ｍｍから１０ｍｍの間にあ
る。
【００３１】溶着金属のこの極めて薄い厚さは本発明の
とくに有利とみなされる特徴の１つである。
【００３２】最後に、上記集成体１−２を任意の適当な
溶接法によってマンガン鋼部品３に溶接する。
【００３３】該法の好ましい態様によれば、電子ビーム
またはレーザービームを用いる溶接法が用いられる。
【００３４】これらの方法により、明らかにすぐれた作
業速度および精度を得ることができる。さらに，これら
の方法はポケット溶接またはフラッシュ溶接の場合に必
然的に現われると思われるビードの生成を回避する。
【００３５】図１および２でわかるように、炭素鋼部分
２の上にできた溶着金属１の溶着物サーフェーシング後
の厚さ「ｅ」は後のマンガン鋼部分３への溶着金属１の
溶接工程によっても変らない。
【００３６】このように、本発明による方法によって、
物質およびエネルギーの消費量の低減による溶接作業の
費用の実質的な減少、ビードの生成及び後での費用のか
かるその除去の回避、並びにとりわけ、本発明によれば
オーステノ−フェライト鋼の薄い溶着物を直接炭素鋼部
分に適用するので、オーステナイトまたはオーステノー
フェライト鋼の成型部品またはインサートの余分の高価
な使用の回避が可能になる。
【００３７】本発明の方法に従い、溶着金属１によって
結合された部分２および３の集成体は硬度、伸び、強度
および曲げの点ですぐれた機械的性質を示す。
【００３８】この点に関し、ドイツＤＶ８２０−４００
標準試験法により、図４に示すような曲げ試験を行っ
た。この試験では、割れは現われず、一方残留変形は標
準規格の要求する１８ｍｍのそりに達したことが判明し
た。Ａは試験中の支持体４間の距離（１メートル）を示
し、Ｒは水平を表わす定規を示し、Ｂは試験片の残留変
形に相当する１８ｍｍのそりを示している。
【００３９】本発明の方法によって得られる集成体に、
列車のような転り負荷が通過すると、炭素鋼部分すなわ
ちレール２と溶着金属１によって結合されているマンガ
ン鋼部分すなわら軌道３との間の溶着金属１の厚さが極
めて小さいために、たるみのおそれはなくなることをさ
らに指摘する必要がある。
【００４０】
【発明の効果】本発明の方法は、主に炭素鋼レールの、
１２−１４重量％のマンガンを有するマンガン鋼の軌道
部分への結合に実際に適用させることができる。
【００４１】本発明によって作った集成体はフランスの
みならず外国の鉄道に適用される安全基準を大幅に満足
している。
【００４２】本発明は、前記手段の技術的等価物を構成
するすべての手段のみならずそれらの組合せを、該組合
わせを本発明の主意に従って、添付クレームの範囲内で
行う場合には、含有するものと理解しなければならな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】端部の１つに溶着金属を含む炭素鋼レール部分
を示す線図である。
【図２】本発明の方法により、溶着金属を備え、軌道部
分の端部に結合されたレール部分を示す線図である。
【図３】レールのような炭素鋼部分の上に本発明によっ
て行ったオーステノーフェライトステンレス鋼溶着物の
１例の顕微鏡写真の模写である。
【図４】本発明の方法により実施され、かつ曲げ試験を
行った集成体を示す側面図である。
【符号の説明】
１ 溶着金属 ２ 炭素鋼部分 ３ マンガン鋼部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｋ 26/00 ３１０ Ｓ 7920−4Ｅ Ｃ２１Ｄ 9/50 １０１ Ｚ // Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０２ Ｚ 7217−4Ｋ Ｂ２３Ｋ 101:26 103:04 (72)発明者 アンドレ・マーク・ジョゼフ・スポリドー ル フランス共和国 27340 ポン−ドゥ−ラ ルシェ，リュー・ジャン・プリユール ６ (72)発明者 ダニエル・ルイ・セイリエール フランス共和国 62222 サン−マルタン −レ−ブーロイニュ，レジダンス・デュ・ ベレー 18

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの炭素鋼部分の端部にオ
    ーステノ−フェライトステンレス鋼を溶着させ、さらに
    このようにして得た端部に溶着金属を付与した炭素鋼部
    分をマンガン鋼部分に溶接することにあることを特徴と
    するマンガン鋼部分を少なくとも１つの他の炭素鋼部分
    に結合する方法。
  2. 【請求項２】 前記溶着工程の前に、炭素鋼部分を最高
    約３００−６００℃に予熱し、 ＭＩＧ法もしくはＴＩＧ法によるようなワイヤを用いる
    かまたは溶接棒を用いて、炭素鋼部分の端部にオーステ
    ノ−フェライトステンレス鋼の溶着を行い、 この溶着作業の直後に、端部に溶着金属を有する炭素鋼
    部分を強制冷却させ、さらにいずれにしても任意の溶接
    法により、端部に前記溶着金属を含む炭素鋼部分をマン
    ガン鋼部分に溶接することにあることを特徴とする請求
    項１の方法。
  3. 【請求項３】 約６００℃から室温まで強制冷却を行う
    ことを特徴とする請求項２の方法。
  4. 【請求項４】 強制冷却工程後、端部に溶着金属を有す
    る炭素鋼部分にこの溶着金属をサーフェシングする処理
    を行うことを特徴とする請求項２または請求項３の方
    法。
  5. 【請求項５】 電子ビームまたはレーザービームのよう
    な溶接法によって、端部に溶着金属を有する炭素鋼部分
    をマンガン鋼部分に溶接することを特徴とする請求項１
    乃至４のいずれか１つの項の方法。
  6. 【請求項６】 溶接工程前に、炭素鋼部分上のオーステ
    ノ−フェライトステンレス鋼の溶着物の厚さが約１ミリ
    メートルから２０ミリメートルの間にあることを特徴と
    する請求項１乃至５のいずれか１つの項の方法。
  7. 【請求項７】 前記厚さが１ミリメートルから１０ミリ
    メートルの間にあることを特徴とする請求項６の方法。
  8. 【請求項８】 オーステノ−フェライトステンレス鋼が
    下記化学組成を有し、 炭素 ０．０２５−０．０３５重量％ マンガン ６−１１重量％ ケイ素 ０．５−１．５重量％ ニッケル ５−８重量％ クロム １７．５−２０重量％ モリブデン ＜ ０．５重量％ ニオブ ０．２５−０．３５重量％ 窒素 残り 最大７００ｐｐｍ リンおよび硫黄 ＜ ０．０３０重量％ かつカウントによって測定されるデルタフェライト含量
    が約５容量％から１５容量％の間にあることを特徴とす
    る請求項１乃至８のいずれか１つの項の方法。
  9. 【請求項９】 オーステノ−フェライトステンレス鋼が
    下記の化学組成を有し： 炭素 ０．０３０重量％ マンガン ６．２０重量％ ケイ素 ０．８０重量％ ニッケル ７．９０重量％ クロム １８．２０重量％ モリブデン 極微量 ニオブ ０．３０重量％ 窒素 残り 最大７００ｐｐｍ リンおよび硫黄 ＜ ０．０３０重量％ かつ、デルタフェライト含量が６容量％から１０容量％
    の間にあることを特徴とする請求項８の方法。
  10. 【請求項１０】 前記ワイヤまたは前記溶接棒が請求項
    ８または請求項９の化学組成を有することを特徴とする
    請求項２の方法。
  11. 【請求項１１】 炭素鋼部分が鉄道軌道レールであり、
    マンガン鋼部分が軌道要素であることを特徴とする前記
    請求項中いずれか１つの項の方法。
  12. 【請求項１２】 集成体が請求項１ないし請求項１１の
    いずれか１つの項の方法によって得られることを特徴と
    する少なくとも１つのマンガン鋼部分および１つの炭素
    鋼部分からなる集成体。
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