AT521405A1 - Track part made of hypereutectoid steel - Google Patents
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Abstract
Bei einem Gleisteil, insbesondere Schiene für Schienenfahrzeuge, aus einem hypereutektoiden Stahl mit einem Schienenfuß, einem Steg und einem Kopfbereich, ist Stahl mit der folgenden Richtanalyse eingesetzt: 0,98 - 1,17 Gew.-% c 0,90 - 1,35 Gew.-% Mn 0,70 - 1,10 Gew.-% Si 0,15 - 0,70 Gew.-% Cr und der Stahl weist zumindest im Kopfbereich der Schiene ein perlitisches Gefüge im Wesentlichen frei von Sekundärzementit-Netzwerken auf.In the case of a track part, in particular a rail for rail vehicles, made of hypereutectoid steel with a rail foot, a web and a head area, steel is used with the following directional analysis: 0.98-1.17% by weight c 0.90-1.35 % By weight Mn 0.70-1.10% by weight Si 0.15-0.70% by weight Cr and the steel has a pearlitic structure, essentially free of secondary cementite networks, at least in the head region of the rail.
Description
österreichisches patentamt (io) AT 521405 A1 2020-01 -15 dp) Österreichische PatentanmeldungAustrian Patent Office (IO) AT 521405 A1 2020-01 -15 dp) Austrian patent application
AT 521405 A1 2020-01-15AT 521405 A1 2020-01-15
(54) Gleisteil aus einem hypereutektoiden Stahl (57) Bei einem Gleisteil, insbesondere Schiene für Schienenfahrzeuge, aus einem hypereutektoiden Stahl mit einem Schienenfuß, einem Steg und einem Kopfbereich, ist Stahl mit der folgenden Richtanalyse eingesetzt:(54) Track part made of hypereutectoid steel (57) In the case of a track part, in particular rail for rail vehicles, made of hypereutectoid steel with a rail foot, a web and a head area, steel is used with the following directional analysis:
0,98 - 1,17 Gew.-% c0.98 - 1.17 wt% c
0,90 - 1,35 Gew.-% Mn0.90 - 1.35 wt% Mn
0,70- 1,10 Gew.-% Si0.70-1.10 wt% Si
0,15-0,70 Gew.-% Cr und der Stahl weist zumindest im Kopfbereich der Schiene ein perlitisches Gefüge im Wesentlichen frei von Sekundärzementit-Netzwerken auf.0.15-0.70% by weight of Cr and the steel has a pearlitic structure essentially free of secondary cementite networks, at least in the head region of the rail.
Bei einem Gleisteil, insbesondere Schiene fürWith a track part, especially rail for
Schienenfahrzeuge, aus einem hypereutektoiden Stahl mit einem Schienenfuß, einem Steg und einem Kopfbereich, istRail vehicles, made of a hypereutectoid steel with a rail foot, a web and a head area
Stahl mit der folgenden Richtanalyse eingesetzt:Steel used with the following directional analysis:
Zusammenfassung:Summary:
und der Stahl weist zumindest im Kopfbereich der Schiene ein perlitisches Gefüge im Wesentlichen frei von Sekundärzementit-Netzwerken auf.and the steel, at least in the head region of the rail, has a pearlitic structure essentially free of secondary cementite networks.
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Die Erfindung betrifft ein Gleisteil, insbesondere Schiene für Schienenfahrzeuge, aus einem hypereutektoiden Stahl mit einem Schienenfuß, einem Steg und einem Kopfbereich.The invention relates to a track part, in particular a rail for rail vehicles, made of hypereutectoid steel with a rail foot, a web and a head region.
Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gleisteils.The invention further relates to a method for producing such a track part.
In jüngster Zeit werden das Gewicht der transportierten Lasten im Schienenverkehr und die Fahrgeschwindigkeit stetig erhöht, um die Effizienz des Schienentransports zu erhöhen. Eisenbahnschienen unterliegen daher erschwerten Betriebsbedingungen und müssen eine höhere Qualität und Festigkeit haben, um den höheren Belastungen standzuhalten. Konkrete Probleme zeigen sich in einer starken Zunahme des Verschleißes insbesondere der in Bögen montierten Schienen und durch das Auftreten von Materialermüdungsschäden, die sich vor allem an der Fahrkante entwickeln, die den Hauptkontaktpunkt der Schiene mit den Rädern im Bogen darstellt. Dies führt zu Rollkontaktermüdungsschäden (RCF rolling-contact-fatigue). Beispiele für RCFOberflächenschäden sind z.B. Headchecks (Abrollermüdungen), Spalling (Abplatzungen), Squats (plastischeIn recent times, the weight of the transported loads in rail traffic and the driving speed have been continuously increased in order to increase the efficiency of rail transport. Railway tracks are therefore subject to difficult operating conditions and must be of higher quality and strength in order to withstand the higher loads. Concrete problems can be seen in a sharp increase in wear, particularly in the rails mounted in arches, and by the occurrence of material fatigue damage, which develops primarily at the driving edge, which is the main point of contact of the rail with the wheels in the arch. This leads to rolling contact fatigue damage (RCF rolling-contact-fatigue). Examples of RCF surface damage are e.g. Head checks (fatigue), spalling (flaking), squats (plastic
Oberflächenverformungen), Schlupfwellen und Verriffelungen. Diese Schädigungen der Oberfläche sorgen für eine verkürzte Schienenlebensdauer, erhöhte Lärmemissionen und Betriebsbehinderungen. Das vermehrte Auftreten der Fehler wird zudem durch die stetig wachsenden Verkehrslasten beschleunigt. Die unmittelbare Folge dieser Entwicklung ist ein erhöhter Instandhaltungsbedarf der Schienen. Der steigende Instandhaltungsbedarf steht jedoch im Widerspruch zu den immer kleiner werdenden Instandhaltungsfenstern. Höhere Zugdichten verringern zunehmend die Zeiträume, in denen Schienen getauscht oder bearbeitet werden können.Surface deformation), slip waves and corrugations. This damage to the surface leads to a shortened rail service life, increased noise emissions and operational disabilities. The increased occurrence of errors is also accelerated by the steadily increasing traffic loads. The immediate consequence of this development is an increased need for maintenance of the rails. However, the increasing need for maintenance contradicts the increasingly smaller maintenance windows. Higher train densities increasingly reduce the periods in which rails can be exchanged or processed.
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Die genannten RCF-Schäden können zwar im Frühstadium durch Schleifen beseitigt werden, jedoch ist die Schiene bei starker Schädigung zu tauschen. Es hat in der Vergangenheit daher nicht an Versuchen gefehlt, sowohl den Verschleißwiderstand als auch den Widerstand gegen RCFSchädigungen zu verbessern, um den Lebenszyklus der Schienen zu erhöhen.The RCF damage mentioned can be removed by grinding at an early stage, but the splint must be replaced if it is severely damaged. There has been no shortage of attempts in the past to improve both wear resistance and resistance to RCF damage in order to increase the life cycle of the rails.
Hinsichtlich perlitischer Schienenstähle zeigte sich, dass steigende Festigkeiten sich äußerst günstig auf das Verschleißverhalten und die RCF-Beständigkeit auswirken, was in der Vergangenheit zur Entwicklung hypereutektoider Schienenstähle geführt hat.With regard to pearlitic rail steels, it has been shown that increasing strength has an extremely favorable effect on wear behavior and RCF resistance, which has led to the development of hypereutectoid rail steels in the past.
Hypereutektoide Stähle sind zur Herstellung von Schienen beispielsweise aus der EP 2388352 Al bekannt. Das EisenKohlenstoff-Diagramm weist bei einem Kohlenstoffgehalt (CGehalt) von 0,77 Gew.-% Kohlenstoff und 723°C ein Eutektoid auf, an welchem Punkt bei Abkühlung ein fester direkter Phasenübergang von der Austenitphase in die Perlitphase erfolgt. Perlit ist bei Schienen in Bezug auf Verschleißbeständigkeit und Bruchdehnung gegenüber anderen Stahlmodifikationen zu bevorzugen, da dieser auf Grund des lamellenartigen Aufbaus sich am besten gegenüber Verschleiß verhält.Hypereutectoid steels for the production of rails are known for example from EP 2388352 A1. With a carbon content (C content) of 0.77% by weight of carbon and 723 ° C, the iron-carbon diagram shows a eutectoid, at which point a solid direct phase transition from the austenite phase to the pearlite phase takes place upon cooling. Perlite is preferred for rails in terms of wear resistance and elongation at break compared to other steel modifications, since this is best due to the lamellar structure against wear.
Das perlitische Gefüge umfasst definitionsgemäß eine Ferritphase, wobei der Ferritanteil in der Perlitphase als zähe und duktile Phase und aufgrund des in nur sehr geringen Grenzen variierenden C-Gehalts des eingesetzten Schienenstahls als Fixgröße angesehen werden kann, und eineBy definition, the pearlitic structure comprises a ferrite phase, the ferrite fraction in the pearlite phase being a tough and ductile phase and a fixed size due to the C content of the rail steel used, which varies within very small limits, and one
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Zementitphase, die zueinander lamellenförmig angeordnet sind.Cementite phase, which are lamellar to each other.
Höhere Kohlenstoffgehalte als 0,77 Gew.-% sind für eine größere Härte und damit für die Verschleißbeständigkeit zu bevorzugen, da ein höherer Kohlenstoffgehalt im Stahl zu einer Minimierung des Zementitlamellenabstandes und einer Stärkung der Dicke der Zementitlamellen in der Perlitphase führt. Zu hohe Kohlenstoffgehalte sind jedoch auch in der Perlitphase zu vermeiden, da der Zementit nicht nur in den Perlit-Lamellen, sondern auch als eigene Phase im Gefüge auftreten kann.Carbon contents higher than 0.77% by weight are preferred for greater hardness and therefore for wear resistance, since a higher carbon content in the steel leads to a minimization of the cementite lamella spacing and a strengthening of the thickness of the cementite lamella in the pearlite phase. However, excessive carbon contents should also be avoided in the pearlite phase, since the cementite can occur not only in the pearlite lamellae, but also as a separate phase in the structure.
Diese als Sekundärzementitausscheidungen bezeichneten Gefügeanteile werden maßgeblich über eine Kombination aus Legierungs- und Wärmebehandlungstechnik beeinflusst.These structural components, known as secondary cementite deposits, are significantly influenced by a combination of alloy and heat treatment technology.
Hierbei ist die Kenntnis über die Ausscheidungstemperatur des Sekundärzementits von maßgeblicher Bedeutung und diese sollte vor der anschließenden Wärmebehandlung möglichst nicht unterschritten werden. Darüber hinaus sollte die Abkühlgeschwindigkeit während des Wärmebehandlungsprozesses möglichst hoch sein um die Ausscheidung von Sekundärzementit zu unterdrücken. Zu hohe Anteile an Sekundärzementit können die Brucheigenschaften von Stählen negativ beeinflussen, da das Bruchverhalten zunehmend interkristallin wird.Knowledge of the precipitation temperature of the secondary cementite is of crucial importance and this should not be undercut before the subsequent heat treatment. In addition, the cooling rate during the heat treatment process should be as high as possible in order to suppress the precipitation of secondary cementite. Excessive proportions of secondary cementite can have a negative impact on the fracture properties of steels, since the fracture behavior becomes increasingly intergranular.
Wesentlich für die Güte einer Schiene ist also eine hohe Verschleißfestigkeit, für die im Wesentlichen die Härte (beispielsweise angegeben als Brinell-Härte) der Schiene kennzeichnend ist. Die einerseits wünschenswerte Härte geht jedoch zwangsläufig mit einer Reduktion der ZähigkeitA high level of wear resistance is therefore essential for the quality of a rail, for which the hardness (for example given as Brinell hardness) of the rail is essentially characteristic. However, the hardness that is desirable on the one hand inevitably leads to a reduction in toughness
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einher, was vor allem im Schwerlastbereich, wo die Schiene beim Überfahren durch ein Schienenfahrzeug besonders hohenaccompanied by what is especially in the heavy load area, where the rail is particularly high when being run over by a rail vehicle
Biegespannungen ausgesetzt ist, der Dauerhaftigkeit desBending stresses is exposed to the durability of the
Gleisteils abträglich ist.Track part is detrimental.
Die Erfindung zielt daher darauf ab, ein Gleisteil, insbesondere eine Schiene, das bzw. die aus Kostengründen und aus Gründen der leichten Verschweißbarkeit aus einem niedriglegierten Stahl bestehen soll, dahingehend zu verbessern, dass aufgrund einer großen Härte des Materials auch bei erhöhten Radlasten die Verschleißbeständigkeit im Schienenkopf soweit erhöht wird, dass eine Liegedauer von mehr als 30 Jahren sichergestellt werden kann. Schließlich soll das Gleisteil gut verschweißbar sein und ähnliche sonstige Materialeigenschaften wie z.B. eine ähnliche elektrische Leitfähigkeit und einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben wie bisher im Schienenbau bewährte Stähle.The invention therefore aims to improve a track part, in particular a rail, which, for reasons of cost and ease of welding, should consist of a low-alloy steel in such a way that, due to the great hardness of the material, the wear resistance even with increased wheel loads in the rail head is increased to such an extent that a lying period of more than 30 years can be ensured. Finally, the track part should be easy to weld and similar other material properties such as Steels that have been tried and tested in rail construction have a similar electrical conductivity and a similar coefficient of thermal expansion.
Weiters zielt die Erfindung darauf ab, ein einfaches Herstellungsverfahren für ein erfindungsgemäßes Gleisteil zur Verfügung zu stellen, welches sich durch eine kurze Verfahrensdauer (Vermeidung von Glühphasen), eine hohe Reproduzierbarkeit und durch eine hohe Wirtschaftlichkeit auszeichnet. Das Verfahren soll zur Herstellung von langen Schienen von z.B. über 100 m Länge geeignet sein, wobei über die gesamte Schienenlänge spezifikationsgerechte Materialeigenschaften sichergestellt werden sollen.Furthermore, the invention aims to provide a simple manufacturing process for a track part according to the invention, which is characterized by a short process duration (avoidance of glow phases), high reproducibility and high economic efficiency. The process is intended for the production of long rails of e.g. over 100 m in length, whereby material properties that meet specifications are to be ensured over the entire length of the rail.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt ein Gleisteil, insbesondere eine Schiene der eingangs genannten Art vor, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass Stahl mit der folgendenTo achieve this object, the invention provides according to a first aspect a track part, in particular a rail of the type mentioned, which is characterized according to the invention in that steel with the following
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Richtanalyse eingesetzt ist:Directional analysis is used:
und der Stahl zumindest im Kopfbereich der Schiene ein perlitisches Gefüge im Wesentlichen frei von Sekundärzementit-Netzwerken aufweist.and the steel has a pearlitic structure essentially free of secondary cementite networks, at least in the head region of the rail.
In der Entwicklung der erfindungsgemäßen Schiene hat sich diese Stahlzusammensetzung als überaus geeignet erwiesen, da eine Härte im Bereich von 460 HB und höher erreicht werden konnte und die erfindungsgemäße Schiene gleichzeitig eine ausreichende Bruchdehnung für den Schwerlastbereich aufweist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet das Merkmal, dass zumindest im Kopfbereich der Schiene ein perlitisches Gefüge im Wesentlichen frei von Sekundärzementit-Netzwerken, dass höchstens 5% der vorhandenen Sekundärzementit-Ausscheidungen in Form von Sekundärzementit-Netzwerken vorliegen.In the development of the rail according to the invention, this steel composition has proven to be extremely suitable, since a hardness in the range of 460 HB and higher could be achieved and the rail according to the invention at the same time has a sufficient elongation at break for the heavy-duty area. In the context of the present invention, the feature means that, at least in the head region of the rail, a pearlitic structure essentially free of secondary cementite networks, that at most 5% of the existing secondary cementite precipitates are in the form of secondary cementite networks.
Sekundärzementitausscheidungen verringern das Kohlenstoffangebot für die Bildung von perlitischen Zementitlamellen, welche für die Verschleißbeständigkeit benötigt werden. Aus diesen Gründen ist die Unterdrückung von Sekundärzementit in hypereutektoiden Schienenstählen als vorteilhaft anzusehen.Secondary cementite deposits reduce the carbon supply for the formation of pearlitic cementite flakes, which are required for wear resistance. For these reasons, the suppression of secondary cementite in hypereutectoid rail steels can be regarded as advantageous.
Die Konzentration an Mangan ist im vorliegenden Stahl so gewählt, dass es aufgrund seiner austenitstabilisierenden Wirkung die Bildung von versprödendem Sekundärzementit zu niedrigeren Temperaturen verschiebt, wodurch kornfeinendesThe concentration of manganese in the present steel is selected such that, due to its austenite-stabilizing effect, it shifts the formation of embrittling secondary cementite to lower temperatures, which results in grain-refining
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Walzen bei niedrigen Walztemperaturen von hypereutektoidenRolling at low rolling temperatures of hypereutectoids
Schienenstählen und gleichzeitiger Unterdrückung derRail steels while suppressing the
Sekundärzementitausscheidung ermöglicht wird.Secondary cementite excretion is made possible.
Als besonders bevorzugt wurden im Rahmen der Erfindung Stahlzusammensetzungen erkannt, die sich dadurch auszeichnen, dass C in Mengen von 1,05 - 1,17 Gew.-%, bevorzugt 1,06 - 1,15 Gew.-%, und besonders bevorzugt 1,08 Gew.-%, eingesetzt ist. Diese Kohlenstoff-Gehalte gewährleisten die bestmögliche Balance zwischen Verschleißbeständigkeit und Bruchdehnung.Steel compositions were recognized as particularly preferred in the context of the invention, which are characterized in that C in amounts of 1.05 to 1.17% by weight, preferably 1.06 to 1.15% by weight, and particularly preferably 1 , 08 wt .-%, is used. These carbon contents ensure the best possible balance between wear resistance and elongation at break.
Um die Bruchdehnung weiter zu erhöhen, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Richtanalyse des Schienenstahls dergestalt ausgebildet werden, dass zusätzlich Al (Aluminium) in Mengen von 0,01 0,06 Gew.-% eingesetzt ist. Dies führt zu einer Minimierung der Perlitkorngröße, was der Bruchdehnung zuträglich ist.In order to further increase the elongation at break, according to a preferred embodiment of the present invention, the directional analysis of the rail steel can be designed in such a way that Al (aluminum) is additionally used in amounts of 0.01 0.06% by weight. This leads to a minimization of the pearlite grain size, which is conducive to elongation at break.
Unter demselben Gesichtspunkt wie die Zugabe von AI kann zusätzlich V (Vanadium) in Mengen von 0,10 - 0,20 Gew.-% eingesetzt sein, wie dies einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht.From the same point of view as the addition of Al, V (vanadium) can additionally be used in amounts of 0.10-0.20% by weight, which corresponds to a preferred embodiment of the present invention.
Ebenso kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusätzlich Nb (Niob) in Mengen von 0,010 - 0,030 Gew.-% eingesetzt sein, um dieLikewise, according to a preferred embodiment of the present invention, Nb (niobium) can also be used in amounts of 0.010-0.030 wt
Perlitkorngröße zu minimieren und dadurch die Bruchdehnung der erfindungsgemäßen Schiene positiv zu beeinflussen.To minimize pearlite grain size and thereby positively influence the elongation at break of the splint according to the invention.
Unter demselben Gesichtspunkt wie die Zugabe von Al kann zusätzlich Ti (Titan) in Mengen von 0,015 - 0,05 Gew.-% eingesetzt sein.From the same point of view as the addition of Al, Ti (titanium) can additionally be used in amounts of 0.015-0.05% by weight.
7/247.24
Als besonders bevorzugt hat sich erwiesen, dass zusätzlich V in Mengen von 0,10 - 0,2 Gew.-% zusammen mit Nb in Mengen von 0,010 - 0,030 Gew.-% eingesetzt ist. Dieser gleichzeitige Einsatz von V und Nb führte zu einer besonders hohen Bruchdehnung, wie dies aus den weiter unten dargelegten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ersichtlich wird.It has proven to be particularly preferred that V is additionally used in amounts of 0.10-0.2% by weight together with Nb in amounts of 0.010-0.030% by weight. This simultaneous use of V and Nb led to a particularly high elongation at break, as can be seen from the exemplary embodiments of the present invention set out below.
Unter demselben Gesichtspunkt hat sich als besonders bevorzugt erwiesen, dass zusätzlich Al in Mengen von 0,01 0,06 Gew.-% zusammen mit Nb in Mengen von 0,01 - 0,03 Gew.% eingesetzt ist.From the same point of view, it has proven to be particularly preferred that Al is additionally used in amounts of 0.01-0.06% by weight together with Nb in amounts of 0.01-0.03% by weight.
Des Weiteren kann der kornfeinende Effekt durch Zugabe der oben genannten Legierungselemente (Al,Ti,V,Nb) durch einen im Stahl eingestellten Stickstoffgehalt im Bereich von 40120 ppm erhöht werden, wie dies einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht.Furthermore, the grain-refining effect can be increased by adding the above-mentioned alloying elements (Al, Ti, V, Nb) through a nitrogen content set in the steel in the range of 40120 ppm, which corresponds to a preferred embodiment of the present invention.
Insbesondere wird mit der Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Stahlqualität erzielt, die die Herstellung eines Gleisteils ermöglicht, bei der der Stahl zumindest im Kopfbereich der Schiene eine Zugfestigkeit größer als 1500 MPa, eine Bruchdehnung von größer als 8% sowie eine Brinell-Härte (nach EN ISO 6506-1)von größer als 460 HB aufweist, wie dies einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht.In particular, a steel quality is achieved with the composition according to the present invention, which enables the production of a track part in which the steel has a tensile strength of more than 1500 MPa, an elongation at break of more than 8% and a Brinell hardness (according to EN ISO 6506-1) of greater than 460 HB, which corresponds to a preferred embodiment of the present invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gleisteils zeichnet sich dadurch aus, dass Schienenstahl mit einer soeben beschriebenen Zusammensetzung bei einer Temperatur von 1000 - 1300 °C ausThe method according to the invention for producing a track part according to the invention is characterized in that rail steel with a composition just described is distinguished at a temperature of 1000-1300 ° C.
8/24 einem Ofen entnommen wird, hierauf bei Temperaturen von 850 - 950 °C Endwalztemperatur gewalzt und anschließend einer Zwangskühlung auf eine Temperatur von 450 °C bis 600 °C unterworfen wird. Der Ofen ist bevorzugt ein Hubbalkenofen. Der Stahl mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wird dem Ofen entnommen und zum Gleisteil, insbesondere zur Schiene gewünschter Form gewalzt. Hierbei wird zu Vermeidung von Sekundärzementit-Ausscheidungen beim nicht eutektoiden Übergang von der Austenitphase in die Perlitphase erfindungsgemäß eine Endwalztemperatur, d.h. eine Temperatur des Stahls am Ende der Walzstraße von 850 °C nicht unterschritten, da Sekundärzementit-Ausscheidungen an den Perlitkorngrenzen insbesondere bei Ausbildung von Sekundärzementit-Netzwerken zu einer inakzeptablen Versprödung der Schiene führen können. Die Bedingungen in der Walzstraße sind mit Hilfe des akkumulierten Umformungsgrades innerhalb kontinuierlicher Walzstiche an der Fertigstaffel so gewählt, dass unter Berücksichtigung der Umformgeschwindigkeit der Stichabnahme, der Temperatur und der Legierungszusammensetzung ein mittels verformungsinduzierter Ausscheidungen und Ausscheidungen in Lösung realisierter rekristallisationskontrollierter Walzprozess erzielt wird, der es erlaubt, zumindest im Kopfbereich der Schiene eine geringe ehemalige Austenitkorngröße von 8 μm bis 35 μm. zu realisieren. Hierauf erfolgt erfindungsgemäß eine rasche Kühlung auf unter 600 °C, in welchem Temperaturbereich kein Sekundärzementit mehr ausgeschieden wird, wodurch in Summe ein äußerst verschleißfestes feinperlitisches Gefüge mit ausreichender Bruchdehnung für den Schwerlastbereich entsteht.8/24 is removed from an oven, then rolled at temperatures of 850 - 950 ° C final rolling temperature and then subjected to forced cooling to a temperature of 450 ° C to 600 ° C. The furnace is preferably a walking beam furnace. The steel with the composition according to the invention is removed from the furnace and rolled into the track part, in particular the rail of the desired shape. Here, in order to avoid secondary cementite precipitates during the non-eutectoid transition from the austenite phase to the pearlite phase, a finish rolling temperature, i.e. the temperature of the steel at the end of the rolling mill should not fall below 850 ° C, since secondary cementite precipitations at the pearlite grain boundaries can lead to unacceptable embrittlement of the rail, particularly when secondary cementite networks are formed. The conditions in the rolling mill are selected with the help of the accumulated degree of deformation within continuous rolling passes on the finishing mill so that, taking into account the forming speed of the pass, the temperature and the alloy composition, a recrystallization-controlled rolling process is achieved that is achieved by means of deformation-induced precipitates and precipitates in solution , at least in the head area of the rail, a small former austenite grain size of 8 μm to 35 μm. to realize. This is followed, according to the invention, by rapid cooling to below 600 ° C., in which temperature range no more secondary cementite is precipitated, resulting in an extremely wear-resistant fine pearlitic structure with sufficient elongation at break for the heavy load range.
Die Zwangskühlung erfolgt gemäß einer bevorzugtenThe forced cooling takes place according to a preferred one
9/249.24
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zumindest imEmbodiment of the present invention at least in
Kopfbereich der Schiene, um jedenfalls dort das perlitischeHead area of the rail, at least there the pearlitic
Gefüge sicherzustellen.Ensure structure.
Hierbei ist die Abkühlgeschwindigkeit so hoch gewählt, dass eine weitgehende Unterdrückung der Sekundärzementitausscheidungen stattfindet, jedoch keine Bildung von unerwünschten Nebenphasen wie verschleißfördernden Bainit oder Martensit erfolgt.The cooling rate is chosen so high that secondary cementite deposits are largely suppressed, but no undesirable secondary phases such as wear-promoting bainite or martensite are formed.
Um möglichst wenig Sekundärzementit im Perlitgefüge auszuscheiden, ist das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt dahingehend weitergebildet, dass die Zwangskühlung in einem Bad mit einem nichtreinwässrigen Kühlmedium erfolgt. Mit nichtreinwässrigen Kühlmedien können Verdampfungseffekte an der zu kühlenden Oberfläche der Schiene vermieden werden, was einerseits zu einem verbesserten Wärmeübergang vom heißen Stahl zum Kühlmedium und damit einhergehend im Interesse der Vermeidung von SekundärzementitAusscheidungen zu einer rascheren Kühlung führt, und andererseits die Entstehung von Weichfleckigkeit an der Oberfläche der Schiene hintanhält.In order to excrete as little secondary cementite as possible in the pearlite structure, the method according to the invention is preferably developed in such a way that the forced cooling takes place in a bath with a non-aqueous cooling medium. With non-aqueous cooling media, evaporation effects on the surface of the rail to be cooled can be avoided, which on the one hand leads to improved heat transfer from hot steel to the cooling medium and, in the interest of avoiding secondary cement deposits, leads to faster cooling, and on the other hand the development of soft spots on the surface the rail stops.
Eine besonders effektive Kühlung gelingt im Interesse der Vermeidung von Sekundärzementit-Ausscheidungen, wenn die Zwangskühlung in einem Polymerbad mit einer Temperatur von 10 - 70°C erfolgt, wie dies gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. Besonders bevorzugt wird das Verfahren dergestalt durchgeführt, dass zur Vermeidung von SekundärzementitAusscheidungen die Zwangskühlung mit einer Rate von zumindest 4°C/sek., bevorzugt zumindest 8°C/sek., besonders bevorzugt zumindest 12°C/sek. erfolgt. Auf diese Weise wirdParticularly effective cooling succeeds in the interest of avoiding secondary cementite precipitates if the forced cooling takes place in a polymer bath at a temperature of 10-70 ° C., as is provided in accordance with a preferred embodiment of the present invention. The method is particularly preferably carried out in such a way that, in order to avoid secondary cementite deposits, forced cooling at a rate of at least 4 ° C / sec., Preferably at least 8 ° C / sec., Particularly preferably at least 12 ° C / sec. he follows. That way
10/24 das Gebiet der Bildung von Sekundärzementit-Ausscheidungen im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm schnell durchschritten, sodass die Versprödung des Schienenstahls wirksam vermieden werden kann.10/24 quickly crossed the area of formation of secondary cementite precipitates in the iron-carbon diagram so that the embrittlement of the rail steel can be effectively avoided.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments according to the invention.
Beispiel 1:Example 1:
? · · · · ♦ · · • · ♦ ♦ · ·♦· ··· ··? · · · ♦ · · • · ♦ ♦ · · ♦ · ··· ··
Eine Schiene für Schienenfahrzeuge wurde aus einem hypereutektoiden Stahl mit der folgenden Richtanalyse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt:A rail for rail vehicles was produced from a hypereutectoid steel with the following directional analysis using the method according to the invention:
1,13 Gew.-%C1.13 wt% C
1,28 Gew.-%Mn1.28 wt% Mn
0,87 Gew.-%Si0.87 wt% Si
0,39 Gew.-%Gr0.39 wt% gr
0,15 Gew.-%V0.15 wt% V
0,03 Gew.-% Nb0.03 wt% Nb
Begleit- und Spurenelemente, Rest Fe.Accompanying and trace elements, rest Fe.
Es wurde eine Schiene mit einer Zugfestigkeit von 1580 MPa/mm2, einer Bruchdehnung (As) von 8,5% sowie einer Härte (RS) von 475 HB (Brinell-Härte) erhalten.A splint with a tensile strength of 1580 MPa / mm 2 , an elongation at break (As) of 8.5% and a hardness (RS) of 475 HB (Brinell hardness) was obtained.
Beispiel 2:Example 2:
Eine Schiene für Schienenfahrzeuge wurde aus einem hypereutektoiden Stahl mit der folgenden Richtanalyse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt:A rail for rail vehicles was produced from a hypereutectoid steel with the following directional analysis using the method according to the invention:
1,12 Gew.-% C1.12% by weight of C
11/24 ·· ♦ ·· · ····«11/24 ·· ♦ ·· · ···· «
•..••..•1.1··..·...· :• .. •• .. • 1.1 ·· .. · ... ·:
1,10 Gew.-% Μη1.10% by weight Μη
0,85 Gew.-% Si0.85 wt% Si
0,45 Gew.-% Or0.45% by weight Or
0,15 Gew.-% V0.15 wt% V
0,015 Gew.-% Nb0.015 wt% Nb
Begleit- und Spurenelemente, Rest Fe.Accompanying and trace elements, rest Fe.
Es wurde eine Schiene mit einer Zugfestigkeit von 1550There was a rail with a tensile strength of 1550
MPa/mm2, einer Bruchdehnung (A5) von 9,2% sowie einer Härte (RS) von 470 HB (Brinell-Härte) erhalten.MPa / mm 2 , an elongation at break (A5) of 9.2% and a hardness (RS) of 470 HB (Brinell hardness).
Beispiel 3:Example 3:
Eine Schiene für Schienenfahrzeuge wurde aus einem hypereutektoiden Stahl mit der folgenden Richtanalyse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt:A rail for rail vehicles was produced from a hypereutectoid steel with the following directional analysis using the method according to the invention:
Begleit- und Spurenelemente, Rest Fe.Accompanying and trace elements, rest Fe.
Es wurde eine Schiene mit einer Zugfestigkeit von 1515It became a rail with a tensile strength of 1515
MPa/mm2, einer Bruchdehnung (A5) von 9,7% sowie einer Härte (RS) von 463 HB (Brinell-Härte) erhalten.MPa / mm 2 , an elongation at break (A 5 ) of 9.7% and a hardness (RS) of 463 HB (Brinell hardness).
Beispiel 4:Example 4:
Eine Schiene für Schienenfahrzeuge wurde aus einem hypereutektoiden Stahl mit der folgenden Richtanalyse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt:A rail for rail vehicles was produced from a hypereutectoid steel with the following directional analysis using the method according to the invention:
1,01 Gew.-% C1.01 wt% C
12/2412/24
1.21.2
0,90 Gew.-% Μη0.90% by weight Μη
0,90 Gew.-% Si0.90 wt% Si
0,53 Gew.-% Cr0.53 wt% Cr
Begleit- und Spurenelemente, Rest Fe.Accompanying and trace elements, rest Fe.
Es wurde eine Schiene mit einer Zugfestigkeit von 1500It became a splint with a tensile strength of 1500
MPa/mm2, einer Bruchdehnung (Ä5) von 9,6% sowie einer Härte (RS) von 460 HB (Brinell-Härte) erhalten.MPa / mm 2 , an elongation at break (Ä 5 ) of 9.6% and a hardness (RS) of 460 HB (Brinell hardness).
Beispiel 5:Example 5:
Eine Schiene für Schienenfahrzeuge wurde aus einem hypereutektoiden Stahl mit der folgenden Richtanalyse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt:A rail for rail vehicles was produced from a hypereutectoid steel with the following directional analysis using the method according to the invention:
1,06 Gew.-%C1.06 wt% C
1,20 Gew.-%Mn1.20 wt% Mn
0,95 Gew.-%Si0.95 wt% Si
0,56 Gew.-%Cr0.56 wt% Cr
0,15 Gew.-%V0.15 wt% V
0,015 Gew.-% Nb0.015 wt% Nb
Begleit- und Spurenelemente, Rest Fe.Accompanying and trace elements, rest Fe.
Es wurde eine Schiene mit einer Zugfestigkeit von 1570It became a rail with a tensile strength of 1570
MPa/mm2, einer Bruchdehnung (Ä5) von 9,2% sowie einer Härte (RS) von 478 HB (Brinell-Härte) erhalten.MPa / mm 2 , an elongation at break (Ä 5 ) of 9.2% and a hardness (RS) of 478 HB (Brinell hardness).
Die oberen Grenzwerte für die Begleit- und Spurenelemente sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung wie nachfolgend aufgelistet:In the context of the present invention, the upper limit values for the accompanying and trace elements are listed as follows:
0,017 Gew.-%0.017% by weight
0,017 Gew.—%0.017% by weight
0,10 Gew.-%0.10% by weight
NiNi
13/24 • ♦ · · ·· ·*· * :: :13/24 • ♦ · · ·· · * · * :::
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Die gemäß den Beispielen 1 bis 5 hergestellten Schienen weisen eine rein perlitische Gefügestruktur im Wesentlichen frei von Sekundärzementit-Netzwerken gemäß Figur 1 auf.The rails produced according to Examples 1 to 5 have a purely pearlitic structure, essentially free of secondary cementite networks according to FIG. 1.
Das Schienenwerkstoffgefüge hat zumindest in der genormten Zugprobenposition der Schiene (10mm unter der Fahrkante) ein perlitisches Gefüge unter 3%-Nital-Ätzung im Wesentlichen frei von Sekundärzementit-Netzwerken entsprechend der Richtreihe in Fig. 3 dargestellt.The rail material structure, at least in the standardized tensile test position of the rail (10 mm below the driving edge), has a pearlitic structure with 3% nital etching, essentially free of secondary cementite networks in accordance with the standard series in FIG. 3.
Die Zementitlamellendicke ist bei der erfindungsgemäßen Schiene signifikant erhöht gegenüber einer Schiene aus dem Stand der Technik (Schiene R400HT 1t. EN 13674-1), wie dies Figur 2 entnommen werden kann.The cementite lamella thickness is significantly increased in the rail according to the invention compared to a rail from the prior art (rail R400HT 1t. EN 13674-1), as can be seen in FIG. 2.
Das Maß an Sekundärzementit selbst lässt sich mit Hilfe einer Richtreihe zur Beurteilung derThe level of secondary cementite itself can be determined with the help of a series of guidelines for the assessment of
Sekundärzementitausscheidungen am Gefüge wie in Fig.3 dargestellt beurteilen.Assess secondary cementite deposits on the structure as shown in Fig. 3.
14/2414/24
0.... frei von Sekundärzementit0 .... free of secondary cementite
1.....sehr vereinzelt Spuren von Sekundärzementit1 ..... very few traces of secondary cementite
2.. .. vereinzelt zusammenhängende Sekundärzementitstrukturen2 .. .. isolated secondary cementite structures
3.. .. geschlossenes Sekundärzementitnetzwerk3 .. .. closed secondary cementite network
Der Verschleißwiderstand von Schienen, die den Beispielen entsprechen, wurde mit Hilfe einer Prüfvorrichtung nach ΆΤ 409 766 B (Rad-Schiene-Prüfstand) gemessen und mit dem von herkömmlichen Schienenstählen nach EN 13674-1 verglichen (Figur 4).The wear resistance of rails, which correspond to the examples, was measured using a test device according to nach 409 766 B (wheel-rail test stand) and compared with that of conventional rail steels according to EN 13674-1 (Figure 4).
Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass der Verschleißwiderstand der Erfindungsbeispiele gegenüber den kommerziell verfügbaren Eisenbahnschienen deutlich erhöht werden konnte, womit die gestiegenen Anforderungen an die Produkteigenschaften mit Hilfe der Erfindung signifikant besser erfüllt werden können.The results obtained show that the wear resistance of the invention examples compared to the commercially available railroad tracks could be increased significantly, so that the increased demands on the product properties can be met significantly better with the help of the invention.
15/2415/24
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