FR2471831A1

FR2471831A1 - Welding manganese steel to another steel - by butt welding austenitic material to the steels and forming a lamellar perlite structure by cooling weld under pressure

Info

Publication number: FR2471831A1
Application number: FR8025759A
Authority: FR
Inventors: Jurgen Martin Motz; Dieter Christianus
Original assignee: Thyssen Industrie AG
Current assignee: ThyssenKrupp Technologies AG
Priority date: 1979-12-22
Filing date: 1980-12-04
Publication date: 1981-06-26
Also published as: DE2952079C2; DE2952079A1; BE885991A

Abstract

Welded joint between a Mn-based stainless steel casting (I) and another lightly alloyed steel workpiece contg. 0.2-0.9% C (II) is produced by welding an austenitic intermediate material (III) which does not become fragile during welding or heat treatment to (I), heat treating and then welding (II) to (III). (III), which has the compsn. 0.05-0.15% C, 14-17% Cr, 6-12% Fe, 1-4% Mn, 67-78% Ni and 1-4% Mo, is first butt-welded to (I) and cut to a thickness of 5-20 mm after which it is annealed in soln. and quenched in water. (III) is then butt- welded to it while cooling (I) and the zone between (II) and (III) cooled at a rate decreasing from 80 to 10 deg. K per mm while pressing so as to obtain a transformation to finely lamellar perlite.

Description

La présente invention porte sur un procédé de réalisation d'un joint soudé entre une pièce coulée en acier dur au manganèse et une autre pièce en acier ferritique faiblement allié à 0,2 à 0,9 % de carbone, dans lequel un matériau intermédiaire austénitique, ne devenant pas fragile lors des opérations de soudage et de traitement thermique prévues, est soudé à l'acier dur au manganèse, l'ensemble est soumis à un traitement thermique et le matériau intermédiaire est ensuite soudé à l'acier ferritique. Dans les procédés connus de réalisation d'un joint entre l'acier dur au manganèse et un acier quelconque, il est courant de réaliser l'union entre le matériau intermédiaire et l'acier dur au manganèse par coulée.Ainsi, dans le brevet allemand 19 34 309, dans le cas d'un coeur coulé pour changements de voie, l'assemblage du coeur en acier dur au manganèse et de l'acier ferritique se fait par coulée composite par l'intermédiaire d'une tôle composite à deux couches. L'inconvénient de ce procédé est que le traitement thermique nécessaire à la réausténitisation de l'acier dur au manganèse, qui consiste en un recuit de mise en solution suivi d'une trempe à l'eau, provoque une surchauffe et une fragilisation de l'acier ferritique. The present invention relates to a process for producing a welded joint between a cast part of hard manganese steel and another part of ferritic steel low alloyed with 0.2 to 0.9% carbon, in which an austenitic intermediate material , which does not become brittle during the planned welding and heat treatment operations, is welded to hard manganese steel, the assembly is subjected to a heat treatment and the intermediate material is then welded to ferritic steel. In known processes for making a joint between hard manganese steel and any steel, it is common to make the union between the intermediate material and hard manganese steel by casting. Thus, in the German patent 19 34 309, in the case of a core cast for lane changes, the assembly of the hard steel core with manganese and the ferritic steel is done by composite casting by means of a two-layer composite sheet . The disadvantage of this process is that the heat treatment necessary for the re-austenitization of hard manganese steel, which consists of annealing in solution followed by quenching with water, causes overheating and embrittlement of the material. ferritic steel.

Le brevet allemand 26 46 056 mentionne également comme état actuel de la technique le soudage de l'acier dur au manganèse au matériau intermédiaire. Il dit cependant que ce soudage est très compliqué et présente des inconvénients, et propose de réaliser le joint entre l'acier dur au manganèse et le matériau intermédiaire avec un acier spécial non affaibli ou non rendu fragile par l'élévation de température et le surdurcissement (c'est-à-dire le recuit de mise en solution et la trempe), par coulée à l'aide d'un moule sur la pièce en acier dur au manganèse, puis de le soumettre à un traitement thermique et enfin de souder l'acier spécial à une autre pièce quelconque en acier. Les joints coulés entre l'acier dur au manganèse et le matériau intermédiaire présentent une série d'inconvénients.D'une part, le joint entre l'acier dur au manganèse et le matériau intermédiaire coulé sur lui n'est pas absolument à l'abri de la rupture. Pour cette raison, le brevet allemand 26 49 834 propose, pour améliorer le cram ponnage, un profilage des extrémités de la partie coulée.German patent 26 46 056 also mentions as current state of the art the welding of hard manganese steel to the intermediate material. He says, however, that this welding is very complicated and has drawbacks, and proposes to make the joint between the hard manganese steel and the intermediate material with a special steel which is not weakened or made fragile by the rise in temperature and the hardening. (i.e. solution annealing and quenching), by casting using a mold on the hard manganese steel part, then subject it to a heat treatment and finally to weld special steel to any other steel part. The joints between the hard manganese steel and the intermediate material have a number of drawbacks. On the one hand, the joint between the hard manganese steel and the intermediate material poured onto it is not absolutely shelter from breakage. For this reason, German patent 26 49 834 proposes, to improve the cram ponnage, profiling of the ends of the casting part.

D'autre part, l'élément intermédiaire austénitique coulé sur l'acier dur au manganèse a une plus faible résistance à l'usure que l'acier ferritique à unir à lui et à plus forte raison que l'acier dur au manganèse, de sorte qu'il apparait une zone intermédiaire sensible à l'usure qui a au moins l'étendue de l'élément coulé intermédiaire et est très indésirable par exemple# en cas d'emploi pour des rails.On the other hand, the austenitic intermediate element cast on the hard manganese steel has a lower resistance to wear than the ferritic steel to unite with it and even more so than the hard manganese steel, so that there appears an intermediate zone sensitive to wear which has at least the extent of the intermediate cast element and is very undesirable for example # when used for rails.

L'invention a pour but de fournir, entre l'acier dur au manganèse et un acier ferritique, un joint sûr qui, malgré les différents traitements thermiques nécessaires pour ces deux matériaux, ait des caractéristiques technologiques favorables, sans danger de fissuration, et une résistance uniforme à l'usure. The object of the invention is to provide, between hard manganese steel and ferritic steel, a secure joint which, despite the various heat treatments necessary for these two materials, has favorable technological characteristics, without danger of cracking, and a uniform resistance to wear.

L'invention atteint ce but avec un procédé du type indiqué plus haut grâce au fait que le matériau intermédiaire est uni à l'acier dur au manganèse par soudage par étincelage, qu'ensuite le matériau intermédiaire est ramené à une épaisseur de 5 à 20 mm, ensuite l'ensemble est soumis à un recuit' de mise en solution et une trempe à l'eau, ensuite l'acier ferritique faiblement allié est uni au matériau intermédiaire par soudage par étincelage, l'acier dur au manganèse étant pendant ce temps-là refroidi et, en même temps, la zone de jonction entre le matériau intermédiaire et l'acier ferritique étant, à partir de la température de soudage par pression, refroidi avec retard à raison de 80 à 100C/mn. La vitesse de refroidissement doit être déterminée d'après le diagramme TTT du matériau ferritique et être choisie de façon que la transformation se fasse dans le domaine de formation de la perlite fine. Le soudage par étincelage permet, avec l'emploi du matériau intermédiaire, la réalisation de joints très sûrs, le recuit de mise en solution et la trempe à l'eau de l'acier dur au manganèse uni au matériau intermédiaire donnant une ténacité aussi élevée que possible, y compris juste à la jonction, sans que le matériau intermédiaire soit altéré. The invention achieves this object with a method of the type indicated above thanks to the fact that the intermediate material is joined to the hard manganese steel by flash welding, which then the intermediate material is reduced to a thickness of 5 to 20 mm, then the assembly is subjected to a solution annealing and a water quenching, then the low-alloy ferritic steel is joined to the intermediate material by flash welding, the hard manganese steel being during this then cooled and, at the same time, the junction zone between the intermediate material and the ferritic steel being, from the pressure welding temperature, cooled with delay at the rate of 80 to 100C / min. The cooling rate must be determined from the TTT diagram of the ferritic material and chosen so that the transformation takes place in the area of formation of fine perlite. Flash welding allows, with the use of the intermediate material, the production of very safe seals, the annealing of dissolution and the water quenching of the hard manganese steel joined to the intermediate material giving such a high toughness. as possible, including just at the junction, without the intermediate material being altered.

Pendant le soudage par étincelage, effectué ensuite, de l'acier ferritique à l'alliage intermédiaire, l'acier dur au manganèse, en raison du procédé de soudage choisi, peut être refroidi, de sorte qu'il conserve ses caractéristiques technologiques et que la jonction entre l'acier ferritique et l'alliage intermédiaire, du fait qu'elle est insensible à la fragilisation, est sûre et n'a pas tendance à se fissurer, et le refroidissement retardé à 80 à 100 C/mn, à partir de la température de soudage par pression,donne dans l'acier ferritique, laténacité et la résistance à l'usure nécessaires.Du fait de la limitation de l'épaisseur de la couche de matériau intermédiaire à 5 à 20 mm avant le soudage à l'acier ferritique, le joint soudé présente seulement une zone très mince et guère gênante d'alliage intermédiaire austénitique moins résistant à l'usure, que le refoulement lors du soudage par étincelage rend très inférieure à l'épaisseur initiale.During the flash welding, carried out next, from ferritic steel to the intermediate alloy, the hard manganese steel, due to the welding process chosen, can be cooled, so that it retains its technological characteristics and that the junction between the ferritic steel and the intermediate alloy, because it is insensitive to embrittlement, is safe and does not tend to crack, and the cooling delayed at 80 to 100 C / min, from pressure welding temperature, gives in ferritic steel the necessary toughness and wear resistance. Due to the limitation of the thickness of the intermediate material layer to 5 to 20 mm before welding 'ferritic steel, the welded joint has only a very thin and hardly annoying zone of austenitic intermediate alloy which is less resistant to wear, which the discharge during sparking welding makes much less than the initial thickness.

L'invention, décrite en détail, peut être réalisée avantageusement de la manière suivante. The invention, described in detail, can advantageously be carried out in the following manner.

Un alliage à base de-nickel composé de 0,05 à 0,1#5 % de carbone, 14 à 17 % de chrome, 6 à 12 % de fer, 1 à 4 % de manganèse, 67 à 78 % de nickel et 1 à 4 S de niobium s'est révélé convenir particulièrement bien comme matériau intermédiaire. Il permet d'éviter la fragilisation par absorption de carbone lors du soudage, d'une part, à l'acier dur au manganèse, d'autre part, à l'acier ferritique. Les aciers austénitiques de compositions particulières se sont cependant aussi révélés appropriés comme matériaux intermédiaires. La dureté un peu plus faible des matériaux intermédiaires comparativement à l'acier dur au manganèse et à l'acier ferritique était un inconvénient.Pour compenser cet inconvénient, par exemple dans le cas des profils de rails, il peut etre avantageux, dans la zone de la surface de roulement et le cas échéant, pour des raisons de contrain;-es, dans la zone opposée du patin, de faire un peu dépasser le matériau intermédiaire par rapport aux surfaces voisines afin de consolider ces zones par un écrouissage, par exemple par martelage, pour augmenter leur résistance à l'usure. A nickel-based alloy composed of 0.05 to 0.1 # 5% carbon, 14 to 17% chromium, 6 to 12% iron, 1 to 4% manganese, 67 to 78% nickel and 1 to 4 S of niobium has been found to be particularly suitable as an intermediate material. It avoids embrittlement by absorption of carbon during welding, on the one hand, to hard manganese steel, on the other hand, to ferritic steel. However, austenitic steels of particular compositions have also been found to be suitable as intermediate materials. The slightly lower hardness of intermediate materials compared to hard manganese steel and ferritic steel was a drawback. To compensate for this drawback, for example in the case of rail profiles, it may be advantageous in the area of the rolling surface and if necessary, for reasons of stress; -es, in the opposite zone of the shoe, to make the intermediate material slightly exceed relative to the neighboring surfaces in order to consolidate these zones by work hardening, for example by hammering, to increase their resistance to wear.

Un intervalle favorable, pour le recuit de mise en solution du joint soudé entre 11 acier dur au manganèse et le matériau intermédiaire,-est 950 à 1 000 C, car l'acier dur au manganèse a alors une meilleure aptitude à la consolidation. A favorable interval, for the annealing of dissolution of the welded joint between 11 hard manganese steel and the intermediate material, is 950 to 1000 C, because hard steel with manganese then has a better aptitude for consolidation.

Le procédé convient à la réalisation de tous les joints entre acier dur au manganèse et acier ferritique qui sont soumis à l'usure et à des chocs, en particulier de cisaillement, comme par exemple dans le cas des convoyeurs de taille dans les mines. The method is suitable for producing all the joints between hard manganese steel and ferritic steel which are subject to wear and to shocks, in particular shear, as for example in the case of size conveyors in mines.

Le joint de lrinvention convient particulièrement bien à un coeur coulé en acier dur au manganèse pour croisements ou changements pour lesquels des morceaux de rail de raccord en acier à rails sont réalisés contre l'acier dur au manga nèse avec intercalation du matériau intermédiaire par le procédé de l'invention. Dans le--cas des rails, et particulièrement des coeurs, les charges d'usure, y compris des zones voisines, sont très fortes et l'on exige une très grande sûreté du joint, y compris au choc. The invention seal is particularly suitable for a core made of hard manganese steel for crossings or changes for which pieces of connecting rail made of steel to rails are made against hard manganese steel with intercalation of the intermediate material by the process. of the invention. In the case of the rails, and particularly of the cores, the wear loads, including of the neighboring zones, are very high and a very high safety of the joint is required, including on impact.

Un exemple de réalisation de l'invention est expliqué ci-après à l'aide du dessin annexé. Sur ce dessin, la figure 1 est une représentation en perspective d'un coeur coulé en acier dur au manganèse à extrémités soudées et la figure 2 est une vue de détail de la zone du matériau intermédiaire. An exemplary embodiment of the invention is explained below using the attached drawing. In this drawing, Figure 1 is a perspective representation of a cast manganese hard steel core with welded ends and Figure 2 is a detail view of the area of the intermediate material.

Le coeur 1, qui est une pièce coulée en acier dur au manganèse, est soudé à des morceaux de rail 2 en acier ferritique faiblement allié avec intercalation d'un matériau intermédiaire austénitique 3. L'ensemble a été réalisé de la maniéré suivante. Tout d'abord, le matériau intermédiaire 3 a été uni au coeur 1 en acier dur au manganèse par soudage par étincelage, puis le matériau intermédiaire a été ramené par sciage à une épaisseur de 12 mm. Ensuite, l'ensemble constitué de l'acier dur au manganèse et du matériau intermédiaire austénitique a été soumis à un recuit de mise en solution à 10000C pour l'austénitisation de l'acier dur au manganèse, puis trempé à l'eau. Après cela, l'acier à rails 2 a été soudé par étincelage au matériau intermédiaire. Le refroidissement à l'eau simultané de l'acier dur au manganèse 1 a limité un nouvel échauffement de celui-ci et ainsi évité sa fragilisation. Le refroidissement, à partir de la température de soudage par pression, a été effectué avec retard à raison de 50 C/mn conformément au diagramme TTT de l'acier à rails. The core 1, which is a casting of hard manganese steel, is welded to pieces of rail 2 of low-alloy ferritic steel with the intercalation of an austenitic intermediate material 3. The assembly was produced in the following manner. First of all, the intermediate material 3 was united to the core 1 of hard manganese steel by flash welding, then the intermediate material was brought back by sawing to a thickness of 12 mm. Then, the assembly consisting of hard manganese steel and austenitic intermediate material was subjected to a solution annealing at 10000C for the austenitization of hard manganese steel, then quenched with water. After that, the rail steel 2 was spark welded to the intermediate material. The simultaneous water cooling of the hard manganese steel 1 limited a new heating thereof and thus avoided its embrittlement. The cooling, starting from the pressure welding temperature, was carried out with delay at the rate of 50 C / min in accordance with the TTT diagram of the rail steel.

L'élément intermédiaire 3 est constitué d'un alliage à base de nickel NICr 20 Nb composé de 0,05 à 0,15 % de carbone, 14 à 17 % de chrome, 6 à 12 % de fer, 1 à 4 S de manganèse, 67 i 78 % de nickel et 1 à 4 % de niobium. Il est insensible à l'absorption du carbone de l'acier à rails 2 et de l'acier dur au manganèse 1. Après le soudage de l'acier à rails 2, le matériau intermédiaire 3 dépassant légèrement dans la zone de la surface de roulement a été porté par martelage à une dureté d'environ 300 HB, puis la pièce a été finie à la meule. Intermediate element 3 consists of a nickel-based alloy NICr 20 Nb composed of 0.05 to 0.15% of carbon, 14 to 17% of chromium, 6 to 12% of iron, 1 to 4 S of manganese, 67 to 78% nickel and 1 to 4% niobium. It is insensitive to the absorption of carbon from rail steel 2 and hard manganese steel 1. After welding of rail steel 2, the intermediate material 3 protrudes slightly in the area of the surface of bearing was hammered to a hardness of around 300 HB, then the workpiece was finished with a grinding wheel.

Claims

RevendicationsClaims

1.- Procédé de réalisation d'un joint soudé entre une pièce coulée en acier dur au manganèse et une autre pièce en acier ferritique faiblement allié à 0,2 à 0,9 % de carbone, dans lequel un matériau intermédiaire austénitique, ne devenant pas fragile lors des opérations de soudage et de traitement thermique prévues, est soudé à l'acier dur au manganèse, l'ensemble est soumis à un traitement thermique et le matériau intermédiaire est ensuite soudé à l'acier ferritique, caractérisé par le fait que le matériau intermédiaire est uni à l'acier dur au manganèse par soudage par étincelage, qu'ensuite le matériau intermédiaire est ramené à une épaisseur de 5 à 20 mm, puis l'ensemble est soumis à un recuit de mise en solution et une trempe à l'eau, et ensuite l'acier ferritique faiblement allié est uni au matériau intermédiaire par soudage par étincelage, l'acier dur au manganèse étant pendant ce temps-là refroidi, et qu'en même temps, la zone de jonction entre le matériau intermédiaire et l'acier ferritique est refroidie avec retard, à partir de la température de soudage par pression, à raison de 80 à 10 C/mn, de façon qu'il se produise une transformation en perlite fine. 1.- Process for producing a welded joint between a cast part of hard manganese steel and another part of ferritic steel weakly alloyed with 0.2 to 0.9% carbon, in which an austenitic intermediate material, becoming not fragile during the planned welding and heat treatment operations, is welded with hard manganese steel, the assembly is subjected to a heat treatment and the intermediate material is then welded with ferritic steel, characterized in that the intermediate material is joined to the hard manganese steel by flash welding, then the intermediate material is reduced to a thickness of 5 to 20 mm, then the assembly is subjected to a solution annealing and quenching with water, and then the low-alloy ferritic steel is joined to the intermediate material by flash welding, the hard manganese steel being cooled during this time, and at the same time, the junction zone between the intermediate material and ac The ferritic iron is cooled with delay, from the pressure welding temperature, at a rate of 80 to 10 C / min, so that a transformation into fine perlite takes place.

2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le matériau intermédiaire est un alliage à base de nickel composé de 0,05 à 0,15 % de carbone, 14 à 17 % de chrome, 6 à -12 % de fer, 1 à 4 % de manganèse, 67 à 78 % de nickel et 1 à 4 % de niobium. 2.- Method according to claim 1, wherein the intermediate material is a nickel-based alloy composed of 0.05 to 0.15% carbon, 14 to 17% chromium, 6 to -12% iron, 1 with 4% manganese, 67 to 78% nickel and 1 to 4% niobium.

3.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le matériau intermédiaire est un acier austénitique contenant de 0,2. à 0,5 % de carbone, de 17 à 19 % de manganèse et de 2 à 5 % de chrome, le reste étant du fer et des impuretés courantes. 3. A method according to claim 1, wherein the intermediate material is an austenitic steel containing 0.2. at 0.5% carbon, 17-19% manganese and 2-5% chromium, the rest being iron and common impurities.

4.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le matériau intermédiaire est un acier austénitique contenant de 0,3 à 0,5 % de carbone, de 21 à 24 % de manganèse et de 2 à 5 % de chrome, le reste étant du fer et des impuretés courantes. 4.- The method of claim 1, wherein the intermediate material is an austenitic steel containing 0.3 to 0.5% carbon, 21 to 24% manganese and 2 to 5% chromium, the remainder being iron and common impurities.

5.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le le matériau intermédiaire est un acier austénitique contenant de 0,2 à 0,3 % de carbone#, de 8 à 9 % de manganèse, de 8 à 9 % de chrome et de 5 à 7 % de nickel, le reste étant du fer et des impuretés courantes. 5.- The method of claim 1, wherein the intermediate material is an austenitic steel containing 0.2 to 0.3% carbon #, 8 to 9% manganese, 8 to 9% chromium and 5 to 7% nickel, the rest being iron and common impurities.

6.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le matériau intermédiaire est un acier austénitique contenant au plus 0,10 % de carbone, de- 7 & 9 % de manganèse, de 17 à 19 % de chrome et de 4 à 7 % de nickel, le reste étant du fer et des impuretés courantes. 6.- The method of claim 1, wherein the intermediate material is an austenitic steel containing at most 0.10% carbon, 7-9% manganese, 17-19% chromium and 4-7% nickel, the rest being iron and common impurities.

7.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le matériau intermédiaire est un acier austénitique contenant au plus 0,20 % de carbone, de 5 à 7 % de manganèse, de 17 à 20 % de chrome et de 7 à 10 Z de nickel, le reste étant du fer et des impuretés courantes. 7.- The method of claim 1, wherein the intermediate material is an austenitic steel containing at most 0.20% carbon, 5 to 7% manganese, 17 to 20% chromium and 7 to 10 Z of nickel, the balance being iron and common impurities.

8.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau intermédiaire, après la réalisation du joint, est consolidé par écrouissage dans la zone de la surface travaillante, en particulier de la surface de roulement de rails, et le cas échéant dans la zone du patin opposée. 8.- Method according to one of the preceding claims, wherein the intermediate material, after the completion of the joint, is consolidated by work hardening in the region of the working surface, in particular of the rail rolling surface, and where appropriate in the opposite skate area.

9.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, après le soudage, le matériau intermédiaire, sur les surfaces à consolider, dépasse légèrement des surfaces voisines de l'acier dur au manganèse et de l'acier ferritique. 9.- Method according to one of the preceding claims, wherein, after welding, the intermediate material, on the surfaces to be consolidated, slightly exceeds the neighboring surfaces of hard manganese steel and ferritic steel.

10.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le recuit de mise en solution du joint soudé entre l'acier dur au manganèse et le matériau intermédiaire est effectué entre 950 et 10000 C. 10.- Method according to one of claims 1 to 9, wherein the annealing of dissolution of the welded joint between the hard manganese steel and the intermediate material is carried out between 950 and 10000 C.

11.- Coeur coulé en acier dur au manganèse pour croisements ou changements, caractérisé par le fait que des morceaux de rail de raccord en acier à rails sont soudés à l'acier dur au manganèse avec intercalation d'un matériau intermédiaire austénitique par le procédé selon l'une des revendications précédentes. 11.- Cast core made of hard manganese steel for crossings or changes, characterized in that pieces of connecting rail made of steel to rails are welded to hard manganese steel with intercalation of an austenitic intermediate material by the process according to one of the preceding claims.