AT521405B1 - Track part made from hypereutectoid steel - Google Patents

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AT521405B1 ATA201/2018A AT2012018A AT521405B1 AT 521405 B1 AT521405 B1 AT 521405B1 AT 2012018 A AT2012018 A AT 2012018A AT 521405 B1 AT521405 B1 AT 521405B1
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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 a hypereutectoid steel with a rail foot, a web and a head area, steel with the following standard analysis is used: 0.98-1.17% by weight C 0.90-1.35 Wt .-% Mn 0.70-1.10 wt .-% Si 0.15-0.70 wt .-% Cr and the steel has a pearlitic structure, at least in the head area of the rail, essentially free of secondary cementite networks.

Description

Beschreibungdescription

[0001] 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 a hypereutectoid steel with a rail foot, a web and a head area.

[0002] Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gleisteils. The invention further relates to a method for producing such a track part.

[0003] 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 (plastische 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. Recently, the weight of the transported loads in rail transport and the speed of travel are steadily increasing in order to increase the efficiency of rail transport. Railway rails are therefore subject to more difficult operating conditions and must have a higher quality and strength in order to withstand the higher loads. Concrete problems can be seen in a strong increase in wear, especially of the rails mounted in arches, and in the occurrence of material fatigue damage, which mainly develops on the running edge, which is the main contact point of the rail with the wheels in the arch. This leads to rolling contact fatigue damage (RCF). Examples of RCF surface damage are, for example, head checks (unwinding fatigue), spalling (flaking), squats (plastic surface deformations), corrugations and corrugations. This damage to the surface leads to a shortened service life of the rails, increased noise emissions and disruptions to operations. The increased occurrence of errors is also accelerated by the steadily growing traffic loads. The direct consequence of this development is an increased need for rail maintenance. However, the increasing need for maintenance is in contradiction to the ever smaller maintenance windows. Higher train densities increasingly reduce the time periods in which rails can be exchanged or edited.

[0004] 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 RCF-Schädigungen zu verbessern, um den Lebenszyklus der Schienen zu erhöhen. The above-mentioned RCF damage can be eliminated in the early stages by grinding, but the splint has to be replaced in the event of severe damage. There has therefore been no lack of attempts in the past to improve both the wear resistance and the resistance to RCF damage in order to increase the life cycle of the rails.

[0005] Hinsichtlich perlitischer Schienenstähle zeigte sich, dass steigende Festigkeiten sich äuBerst 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 strengths have an extremely favorable effect on wear behavior and RCF resistance, which in the past has led to the development of hypereutectoid rail steels.

[0006] Hypereutektoide Stähle sind zur Herstellung von Schienen beispielsweise aus der EP 2388352 A1 bekannt. Das Eisen- Kohlenstoff-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 are known for the production of splints, for example from EP 2388352 A1. With a carbon content (C content) of 0.77% by weight 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 on cooling. In terms of wear resistance and elongation at break, pearlite is preferable to other steel modifications for rails, as it is best with wear and tear due to its lamellar structure.

[0007] 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 varlierenden C-Gehalts des eingesetzten Schienenstahls als Fixgröße angesehen werden kann, und eine Zementitphase, die zueinander lamellenförmig angeordnet sind. The pearlitic structure comprises, by definition, a ferrite phase, the ferrite content in the pearlite phase as a tough and ductile phase and due to the varying C content of the rail steel used, and a cementite phase that is lamellar to one another are arranged.

[0008] 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 preferable for greater hardness and thus 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 lamellae in the pearlite phase. However, too high a carbon content 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.

[0009] Diese als Sekundärzementitausscheidungen bezeichneten Gefügeanteile werden maßgeblich über eine Kombination aus Legierungs- und Wärmebehandlungstechnik beeinflusst. 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 Wärmebehand-These structural components, known as secondary cementite precipitates, are significantly influenced by a combination of alloy and heat treatment technology. In this context, knowledge of the precipitation temperature of the secondary cementite is of decisive importance, and this should, if possible, not be fallen below before the subsequent heat treatment. In addition, the cooling rate during the heat treatment should

lungsprozesses 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. treatment process should be as high as possible in order to suppress the excretion of secondary cementite. Too high a proportion of secondary cementite can negatively affect the fracture properties of steels, as the fracture behavior becomes increasingly intergranular.

[0010] 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 Zähigkeit einher, was vor allem im Schwerlastbereich, wo die Schiene beim Überfahren durch ein Schienenfahrzeug besonders hohen Biegespannungen ausgesetzt ist, der Dauerhaftigkeit des Gleisteils abträglich ist. A high level of wear resistance is essential for the quality of a rail, for which the hardness (for example, indicated as Brinell hardness) of the rail is characteristic. The hardness, which is desirable on the one hand, is inevitably accompanied by a reduction in toughness, which is detrimental to the durability of the track part, especially in the heavy load area, where the rail is exposed to particularly high bending stresses when a rail vehicle passes over it.

[0011] 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 should consist of a low-alloy steel for cost reasons and for reasons of easy weldability, to the effect that due to a great hardness of the material even at increased Wheel loads, the wear resistance in the rail head is increased to such an extent that a service life of more than 30 years can be ensured. After all, the track part should be easy to weld and have similar other material properties, such as a similar electrical conductivity and a similar thermal expansion coefficient, as steels that have been tried and tested in rail construction up to now.

[0012] 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. The invention further 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 annealing phases), high reproducibility and high economic efficiency. The process should be suitable for the production of long rails of, for example, over 100 m in length, whereby specification-compliant material properties should be ensured over the entire rail length.

[0013] 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 folgenden Richtanalyse eingesetzt ist: To solve this problem, 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 is used with the following directional analysis:

0,98 - 1,17 Gew.-% CC 0,90 - 1,35 Gew.-% Mn 0,70 - 1,10 Gew.-% Si 0,15 - 0,70 Gew.-% Cr 0.98-1.17% by weight CC 0.90-1.35% by weight Mn 0.70-1.10% by weight Si 0.15-0.70% by weight Cr

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, at least in the head region of the rail, essentially free of secondary cementite networks.

[0014] 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 SekundärzementitAusscheidungen 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 load range. In the context of the present invention, the feature means that at least in the head area of the splint a pearlitic structure is essentially free of secondary cementite networks, that at most 5% of the secondary cementite precipitates present are in the form of secondary cementite networks.

[0015] 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 precipitates reduce the carbon supply for the formation of pearlitic cementite lamellae, which are required for wear resistance. For these reasons, the suppression of secondary cementite in hypereutectoid rail steels is to be regarded as advantageous.

[0016] 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 kornfeinendes Walzen bei niedrigen Walztemperaturen von hypereutektoiden Schienenstählen und gleichzeitiger Unterdrückung der Sekundärzementitausscheidung ermöglicht wird. The concentration of manganese in the present steel is chosen so that it shifts the formation of embrittling secondary cementite to lower temperatures due to its austenite stabilizing effect, whereby grain-refining rolling at low rolling temperatures of hypereutectoid rail steels and simultaneous suppression of secondary cementite precipitation is made possible.

[0017] 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 In the context of the invention, steel compositions were recognized as being particularly preferred which are distinguished by the fact that C is preferred in amounts of 1.05-1.17% by weight

1,06 - 1,15 Gew.-%, und besonders bevorzugt 1,08 Gew.-%, eingesetzt ist. Diese KohlenstoffGehalte gewährleisten die bestmögliche Balance zwischen Verschleißbeständigkeit und Bruchdehnung. 1.06-1.15% by weight, and particularly preferably 1.08% by weight, is used. These carbon contents guarantee the best possible balance between wear resistance and elongation at break.

[0018] 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 guide 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 beneficial to the elongation at break.

[0019] Unter demselben Gesichtspunkt wie die Zugabe von Al 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, as corresponds to a preferred embodiment of the present invention.

[0020] Ebenso kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusätzlich Nb (Niob) in Mengen von 0,010 - 0,030 Gew.-% eingesetzt sein, um die Perlitkorngröße zu minimieren und dadurch die Bruchdehnung der erfindungsgemäßen Schiene positiv zu beeinflussen. Likewise, according to a preferred embodiment of the present invention, Nb (niobium) can also be used in amounts of 0.010-0.030% by weight in order to minimize the pearlite grain size and thereby positively influence the elongation at break of the splint according to the invention.

[0021] 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.

[0022] 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 been found 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.

[0023] 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 been found 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.

[0024] 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, as corresponds to a preferred embodiment of the present invention.

[0025] 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, with the composition according to the present invention, a steel quality is achieved which enables the production of a track part in which the steel has a tensile strength greater than 1500 MPa, an elongation at break of greater than 8% and a Brinell- Has hardness (according to EN ISO 6506-1) of greater than 460 HB, as corresponds to a preferred embodiment of the present invention.

[0026] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gileisteils zeichnet sich dadurch aus, dass Schienenstahl mit einer soeben beschriebenen Zusammensetzung bei einer Temperatur von 1000 - 1300°C aus 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 SekundärzementitAusscheidungen an den Perlitkorngrenzen insbesondere bei Ausbildung von SekundärzementitNetzwerken 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 um bis 35 um zu realisieren. Hierauf erfolgt The inventive method for producing a Gileisteils invention is characterized in that rail steel with a composition just described is removed from a furnace at a temperature of 1000-1300 ° C, then rolled at temperatures of 850-950 ° C final rolling temperature and is 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. In order to avoid secondary cementite precipitations during the non-eutectoid transition from the austenite phase to the pearlite phase, according to the invention, a final rolling temperature, ie a temperature of the steel at the end of the rolling train, does not fall below 850 ° C, since secondary cementite precipitations at the pearlite grain boundaries, especially when secondary cementite networks are formed can lead to unacceptable embrittlement of the splint. The conditions in the rolling train are selected with the help of the accumulated degree of deformation within continuous rolling passes on the finishing train in such a way that, taking into account the deformation speed of the pass removal, the temperature and the alloy composition, a recrystallization-controlled rolling process is achieved using deformation-induced precipitates and precipitates in solution to achieve a small former austenite grain size of 8 µm to 35 µm at least in the head area of the rail. Thereupon takes place

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. According to the invention, 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.

[0027] Die Zwangskühlung erfolgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zumindest im Kopfbereich der Schiene, um jedenfalls dort das perlitische Gefüge sicherzustellen. According to a preferred embodiment of the present invention, the forced cooling takes place at least in the head area of the rail in order to ensure the pearlitic structure there in any case.

[0028] 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. In this case, the cooling rate is selected to be so high that the secondary cementite precipitations are largely suppressed, but there is no formation of undesirable secondary phases such as wear-promoting bainite or martensite.

[0029] 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 Sekundärzementit- Ausscheidungen zu einer rascheren Kühlung führt, und andererseits die Entstehung von Weichfleckigkeit an der Oberfläche der Schiene hintanhält. In order to separate 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-pure water cooling medium. With non-pure water cooling media, evaporation effects on the surface of the rail to be cooled can be avoided, which on the one hand leads to an improved heat transfer from the hot steel to the cooling medium and, consequently, in the interest of avoiding secondary cementite precipitations, to faster cooling, and on the other hand to the development of soft spots the surface of the rail.

[0030] 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 Sekundärzementit- Ausscheidungen 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 wird das Gebiet der Bildung von Sekundärzementit-Ausscheidungen im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm schnell durchschritten, sodass die Versprödung des Schienenstahls wirksam vermieden werden kann. A particularly effective cooling succeeds in the interest of avoiding secondary cementite precipitations if the forced cooling takes place in a polymer bath at a temperature of 10-70 ° C., as provided in 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 excretions, the forced cooling is carried out at a rate of at least 4 ° C./sec., Preferably at least 8 ° C./sec., Particularly preferably at least 12 ° C./sec. he follows. In this way, the area of the formation of secondary cementite precipitates in the iron-carbon diagram is passed quickly, so that the embrittlement of the rail steel can be effectively avoided.

[0031] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments according to the invention.

BEISPIEL 1: EXAMPLE 1:

[0032] Eine Schiene für Schienenfahrzeuge wurde aus einem hypereutektoiden Stahl mit der folgenden Richtanalyse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt: A rail for rail vehicles was made from a hypereutectoid steel with the following directional analysis according to the method according to the invention:

1,13 Gew.-% C 1,28 Gew.-% Mn 0,87 Gew.-% Si 0,39 Gew.-% Gr 0,15 Gew.-% V 0,03 Gew.-% Nb Begleit- und Spurenelemente, Rest Fe. 1.13% by weight C 1.28% by weight Mn 0.87% by weight Si 0.39% by weight Gr 0.15% by weight V 0.03% by weight Nb accompanying and trace elements, the remainder being Fe.

[0033] Es wurde eine Schiene mit einer Zugfestigkeit von 1580 MPa/mm®, 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®, an elongation at break (As) of 8.5% and a hardness (RS) of 475 HB (Brinell hardness) was obtained.

BEISPIEL 2: EXAMPLE 2:

[0034] Eine Schiene für Schienenfahrzeuge wurde aus einem hypereutektoiden Stahl mit der folgenden Richtanalyse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt: A rail for rail vehicles was made of a hypereutectoid steel with the following directional analysis according to the method according to the invention:

1,12 Gew.-% C 1,10 Gew.-% Mn 0,85 Gew.-% Si 0,45 Gew.-% Cr 0,15 Gew.-% V 1.12% by weight C 1.10% by weight Mn 0.85% by weight Si 0.45% by weight Cr 0.15% by weight V

0,015 Gew.-% Nb Begleit- und Spurenelemente, Rest Fe. 0.015% by weight Nb accompanying and trace elements, remainder Fe.

[0035] Es wurde eine Schiene mit einer Zugfestigkeit von 1550 MPa/mm®, einer Bruchdehnung (As) von 9,2% sowie einer Härte (RS) von 470 HB (Brinell-Härte) erhalten. A splint with a tensile strength of 1550 MPa / mm®, an elongation at break (As) of 9.2% and a hardness (RS) of 470 HB (Brinell hardness) was obtained.

BEISPIEL 3: EXAMPLE 3:

[0036] Eine Schiene für Schienenfahrzeuge wurde aus einem hypereutektoiden Stahl mit der folgenden Richtanalyse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt: A rail for rail vehicles was made from a hypereutectoid steel with the following directional analysis according to the method according to the invention:

0,98 Gew.-% C 1,15 Gew.-% Mn 0,95 Gew.-% Si 0,55 Gew.-% Cr Begleit- und Spurenelemente, Rest Fe. 0.98% by weight C 1.15% by weight Mn 0.95% by weight Si 0.55% by weight Cr Accompanying and trace elements, remainder Fe.

[0037] Es wurde eine Schiene mit einer Zugfestigkeit von 1515 MPa/mm®, einer Bruchdehnung (As) von 9,7% sowie einer Härte (RS) von 463 HB (Brinell-Härte) erhalten. A splint with a tensile strength of 1515 MPa / mm®, an elongation at break (As) of 9.7% and a hardness (RS) of 463 HB (Brinell hardness) was obtained.

BEISPIEL 4: EXAMPLE 4:

[0038] 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 according to the method according to the invention:

1,01 Gew.-% C 0,90 Gew.-% Mn 0,90 Gew.-% Si 0,53 Gew.-% Cr Begleit- und Spurenelemente, Rest Fe. 1.01% by weight C 0.90% by weight Mn 0.90% by weight Si 0.53% by weight Cr Accompanying and trace elements, remainder Fe.

[0039] Es wurde eine Schiene mit einer Zugfestigkeit von 1500 MPa/mm®, einer Bruchdehnung (As) von 9,6% sowie einer Härte (RS) von 460 HB (Brinell-Härte) erhalten. A splint with a tensile strength of 1500 MPa / mm®, an elongation at break (As) of 9.6% and a hardness (RS) of 460 HB (Brinell hardness) was obtained.

BEISPIEL 5: EXAMPLE 5:

[0040] 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 according to the method according to the invention:

1,06 Gew.-% C 1,20 Gew.-% Mn 0,95 Gew.-% Si 0,56 Gew.-% Cr 0,15 Gew.-% V 0,015 Gew.-% Nb Begleit- und Spurenelemente, Rest Fe. 1.06% by weight C 1.20% by weight Mn 0.95% by weight Si 0.56% by weight Cr 0.15% by weight V 0.015% by weight Nb Accompanying and trace elements , Remainder Fe.

[0041] Es wurde eine Schiene mit einer Zugfestigkeit von 1570 MPa/mm®, einer Bruchdehnung (As) von 9,2% sowie einer Härte (RS) von 478 HB (Brinell-Härte) erhalten. A splint with a tensile strength of 1570 MPa / mm®, an elongation at break (As) of 9.2% and a hardness (RS) of 478 HB (Brinell hardness) was obtained.

[0042] Die oberen Grenzwerte für die Begleit- und Spurenelemente sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung wie nachfolgend aufgelistet: The upper limit values for the accompanying and trace elements are listed in the context of the present invention as follows:

0,017 Gew.-% P 0,017 Gew.-% Ss 0.017 wt% P 0.017 wt% Ss

0,10 Gew.-% Ni 0,15 Gew.-% Cu 0,05 Gew.-% Ti 0,02 Gew.-% Mo 0,03 Gew.-% Sn 0.10% by weight Ni 0.15% by weight Cu 0.05% by weight Ti 0.02% by weight Mo 0.03% by weight Sn

0,003 Gew.-% 0 0.003 wt% 0

1,4 ppm H 0,012 Gew.-% As 0,01 Gew.-% Pb 0,01 Gew.-% Co 0,01 Gew.-% Sb 0,012 Gew.-% N Rest: Fe 1.4 ppm H 0.012% by weight As 0.01% by weight Pb 0.01% by weight Co 0.01% by weight Sb 0.012% by weight N balance: Fe

[0043] 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 splints produced according to Examples 1 to 5 have a purely pearlitic microstructure essentially free of secondary cementite networks according to FIG.

[0044] Das Schienenwerkstoffgefüge hat zumindest in der genormten Zugprobenposition der Schiene (10mm unter der Fahrkante) ein perlitisches Gefüge unter 3%-Nital-Atzung im Wesentlichen frei von Sekundärzementit-Netzwerken entsprechend der Richtreihe in Fig. 3 dargestellt. At least in the standardized tensile test position of the rail (10mm below the running edge), the rail material structure has a pearlitic structure with 3% nital etching, essentially free of secondary cementite networks according to the series of guidelines in FIG. 3.

[0045] Die Zementitlamellendicke ist bei der erfindungsgemäßen Schiene signifikant erhöht gegenüber einer Schiene aus dem Stand der Technik (Schiene R400HT It. EN 13674-1), wie dies Figur 2 entnommen werden kann. The cementite lamellae thickness is significantly increased in the rail according to the invention compared to a rail from the prior art (rail R400HT according to EN 13674-1), as can be seen from FIG.

[0046] Das Maß an Sekundärzementit selbst lässt sich mit Hilfe einer Richtreihe zur Beurteilung der Sekundärzementitausscheidungen am Gefüge wie in Fig.3 dargestellt beurteilen. The level of secondary cementite itself can be assessed with the aid of a series of guidelines for assessing the secondary cementite precipitations on the structure, as shown in FIG.

[0047] 0.... frei von Sekundärzementit 0 .... free of secondary cementite

[0048] 1.... sehr vereinzelt Spuren von Sekundärzementit 1 .... very isolated traces of secondary cementite

[0049] 2.... vereinzelt zusammenhängende Sekundärzementitstrukturen [0050] 3.... geschlossenes Sekundärzementitnetzwerk [0049] 2 .... occasionally connected secondary cementite structures [0050] 3 .... closed secondary cementite network

[0051] Der Verschleißwiderstand von Schienen, die den Beispielen entsprechen, wurde mit Hilfe einer Prüfvorrichtung nach AT 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 corresponding to the examples was measured using a test device according to AT 409 766 B (wheel-rail test stand) and compared with that of conventional rail steels according to EN 13674-1 (FIG. 4).

[0052] 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 examples of the invention could be significantly increased compared to the commercially available railroad tracks, so that the increased demands on the product properties can be met significantly better with the aid of the invention.

Claims (16)

PatentansprücheClaims 1. Gleisteil, Insbesondere Schiene für Schienenfahrzeuge, aus einem hypereutektoiden Stahl mit einem Schienenfuß, einem Steg und einem Kopfbereich, dadurch gekennzeichnet, dass Stahl mit der folgenden Richtanalyse eingesetzt ist: 1. Track part, in particular rail for rail vehicles, made of a hypereutectoid steel with a rail foot, a web and a head area, characterized in that steel is used with the following directional analysis: 0,98 - 1,17 Gew.-% C 0,90 - 1,35 Gew.-% Mn 0,70 - 1,10 Gew.-% Si 0,15 - 0,70 Gew.-% Cr 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 und der Stahl zumindest im Kopfbereich der Schiene ein perlitisches Gefüge aufweist, wobei höchstens 5% der vorhandenen Sekundärzementit-Ausscheidungen in Form von Sekundärzementit-Netzwerken vorliegen. and the steel has a pearlitic structure at least in the head area of the rail, with at most 5% of the secondary cementite precipitates present being in the form of secondary cementite networks. 2. Gleisteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass C in Mengen von 1,05 - 1,17 Gew.-%, bevorzugt 1,06 - 1,15 Gew.- %, und besonders bevorzugt 1,08 Gew.-% eingesetzt ist. 2. Track part according to claim 1, characterized in that C in amounts of 1.05-1.17 wt%, preferably 1.06-1.15 wt%, and particularly preferably 1.08 wt% is used. 3. Gileisteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Al in Mengen von 0,01 - 0,06 Gew.-% eingesetzt ist. 3. Gileisteil according to claim 1 or 2, characterized in that additionally Al is used in amounts of 0.01-0.06 wt .-%. 4. Gileisteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich V in Mengen von 0,10 - 0,20 Gew.-% eingesetzt ist. 4. Gileisteil according to claim 1 or 2, characterized in that V is also used in amounts of 0.10-0.20 wt .-%. 5. Gleisteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Nb in Mengen von 0,01 - 0,03 Gew.-% eingesetzt ist. 5. track part according to claim 1 or 2, characterized in that additionally Nb is used in amounts of 0.01-0.03 wt .-%. 6. Gleisteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Ti in Mengen von 0,015 - 0,05 Gew.-% eingesetzt ist. 6. Track part according to claim 1 or 2, characterized in that Ti is additionally used in amounts of 0.015-0.05% by weight. 7. Gleisteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich V in Mengen von 0,10 - 0,2 Gew.-% zusammen mit Nb in Mengen von 0,01 - 0,03 Gew.-% eingesetzt ist. 7. Track part according to claim 1 or 2, characterized in that V is additionally used in amounts of 0.10-0.2% by weight together with Nb in amounts of 0.01-0.03% by weight. 8. Gleisteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Al in Mengen von 0,01 - 0,06 Gew.-% zusammen mit Nb in Mengen von 0,01 - 0,03 Gew.-% eingesetzt ist. 8. Track part according to claim 1 or 2, characterized in 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. 9. Gleisteil nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich N im Bereich zwischen 40 und 120ppm eingesetzt ist. 9. Track part according to claim 3 or 4, characterized in that, in addition, N is used in the range between 40 and 120ppm. 10. Gleisteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl zumindest im Kopfbereich der Schiene eine Zugfestigkeit größer als 1500 MPa, eine Bruchdehnung von größer als 8% sowie eine Brinell-Härte von größer als 460 HB aufweist. 10. Track part according to one of claims 1 to 9, characterized in that the steel at least in the head area of the rail has a tensile strength greater than 1500 MPa, an elongation at break of greater than 8% and a Brinell hardness of greater than 460 HB. 11. Verfahren zur Herstellung eines Gleisteils nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Schienenstahl mit einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bei einer Temperatur von 1000 - 1300°C aus 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. 11. A method for producing a track part according to one of claims 1 to 10, characterized in that rail steel with a composition according to one of claims 1 to 9 is removed from an oven at a temperature of 1000-1300 ° C, then at temperatures of 850 - 950 ° C final rolling temperature and then subjected to forced cooling to a temperature of 450 ° C to 600 ° C. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung im Temperaturbereich 1000-850°C zumindest im Kopfbereich der Schiene einen akkumulierten Vergleichsumformgrad von min 1.4 aufweist. 12. The method according to claim 11, characterized in that the deformation in the temperature range 1000-850 ° C has an accumulated comparative deformation degree of min 1.4 at least in the head area of the rail. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwangskühlung zumindest im Kopfbereich der Schiene erfolgt. 13. The method according to any one of claims 11 or 12, characterized in that the forced cooling takes place at least in the head area of the rail. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwangskühlung in einem Bad mit einem nichtreinwässrigen Kühlmedium erfolgt. 14. The method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the forced cooling takes place in a bath with a non-pure water cooling medium. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwangskühlung in einem Polymerbad mit einer Temperatur von 15 - 50°C erfolgt. 15. The method according to any one of claims 11 to 14, characterized in that the forced cooling takes place in a polymer bath at a temperature of 15-50 ° C. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwangskühlung mit einer Rate von zumindest 4°C/sek., bevorzugt zumindest 8°C/sek., besonders bevorzugt zumindest 12°C/sek. erfolgt. 16. The method according to any one of claims 11 to 15, characterized in that the 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. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen For this purpose 2 sheets of drawings
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