CZ290866B6

CZ290866B6 - Způsob a zařízení pro tepelné zpracování profilovaného válcovaného materiálu

Info

Publication number: CZ290866B6
Application number: CZ19951861A
Authority: CZ
Inventors: Georg Prskawetz; Peter Pointner; Alfred Moser
Original assignee: Voest-Alpine Schienen Gmbh
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1995-07-17
Publication date: 2002-11-13
Also published as: AT402941B; JPH08170120A; AU2334995A; HRP950386B1; BR9503367A; HU9502162D0; PL178079B1; EP0693562B1; JP3811865B2; TW300920B; UA34469C2; RU2101369C1; ATE191241T1; CA2154090A1; CA2154090C; SK282161B6; SK90195A3; CZ186195A3; CN1123331A; SI9500230B

Abstract

e en se t²k zp sobu a za° zen pro tepeln zpracov n profilovan ho v lcovan ho materi lu (1), zejm na kolejnic. Pro zlep en jejich u itn²ch vlastnost je navr eno, aby se v²valek p°i teplot nejv² e 1100 .sup.o.n.C, av ak nejm n 750 .sup.o.n.C a p°i plastick m tv °en vyrovnal do p° m ho tvaru a v prvn f zi chlazen se ochlazoval m stn stejnou intenzitou chlazen na teplotu o 5 a 120 .sup.o.n.C nad Ar.sub.3.n.-teplotu slitiny, na e se v dal f zi chlazen odeb r z v²valku teplo intenzitou, kter je v pod ln m sm ru m stn stejn , ale v obvodov m sm ru pr °ezu v²valku rozd ln a zv² en intenzita chlazen je uplat ov na v oblastech s v t koncentrac hmoty, ve kter²ch se vytv ° jemn perlitick struktura bez obsahu martenzitu, na e se prov d dochlazov n na teplotu prost°ed . Za° zen podle vyn lezu obsahuje pohotovostn oblast (A), ochlazovac oblast (B) a dochlazovac oblast (C) pro kone n ochlazov n profilovan ho v²valku.\

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu tepelného zpracování profilovaného válcovaného materiálu, zejména kolejnic pro železnice a pouliční dráhy, se zvýšeným odváděním tepla z částí povrchových ploch při ochlazování z teploty v gama oblasti struktury základního materiálu na bázi železa, přičemž v nejméně jedné požadované průřezové oblasti profilovaného válcovaného materiálu, zejména v hlavové oblasti kolejnice, dochází k přeměně struktury materiálu na jemně perlitickou strukturu se zvýšenou pevností, zejména se zvýšenou odolností proti oděru, a zvýšenou tvrdostí a popřípadě se omezují deformace, popřípadě průhyby vyvolané tepelně podmíněným protažením profilovaného válcovaného materiálu, zejména kolejnice, ve směru kolmém na jeho podélnou osu při ochlazování na teplotu okolí, zejména po přeměně struktury materiálu v nejméně jedné intenzivněji chlazené oblasti průřezu profilovaného válcovaného materiálu, zejména se tyto deformace v podstatě vylučují pro dosažení zvýšené pevnosti a meze únavy při střídavém napětí v ohybu.

Vynález se také týká zařízení k provádění způsobu tepelného zpracování profilovaného tyčového válcovaného materiálu, zejména kolejnic pro železnice a pouliční dráhy, sestávajícího v podstatě z nejméně jedné pohotovostní oblasti pro kolejnice nebo jiný válcovaný profilovaný materiál, uložený na válečkovém dopravníku, opatřené polohovacím ústrojím pro nastavení polohy profilovaného válcovaného materiálu, z ochlazovací oblasti pro zpracování materiálu ochlazováním, opatřené ústrojími pro částečný odvod tepla s vyšší intenzitou z povrchové plochy profilovaného válcovaného materiálu, a z dochlazovací oblasti pro ochlazování profilovaného válcovaného materiálu na teplotu okolí a také ústrojími pro příčné přesouvání, přidržování a manipulaci s profilovaným válcovaným materiálem.

Dosavadní stav techniky

Profilovaný válcovaný tyčový materiál, zejména kolejnice pro železnice a pouliční dráhy jsou vyráběny převážně ze slitin na bázi železa, obsahujících v hmotnostních množstvích 0,4 až 1,0 % uhlíku C, 0,1 až 1,2 % křemíku Si, 0,5 až 3,5 % manganu Mn, popřípadě do 1,5 % chrómu Cr, přičemž další složky slitiny mají hmotnostní obsah nižší než 1 % a zbytek tvoří železo a nečistoty, které není možno v průběhu výroby odstranit. Na základě obvyklých dimenzí, například při hmotnosti od 30 do 100 kg/m a z toho vyplývajícího poměru plochy průřezu k obvodu kolejnice dochází při ochlazování profilovaného válcovaného materiálu z válcovací teploty v nehybném vzduchu například na chladicím loži nebo podobně k pomalému ochlazování, při kterém dochází k přeměně z austenitické struktury na hrubě perlitickou strukturu, obsahující popřípadě částice železa. Tyto materiály shrabou perlitickou strukturou mají přitom tvrdost v rozsahu od 250 HB do 350 HB.

Se zvyšováním provozu na železnicích a zvyšováním osových tlaků vagonů a také s požadavkem na zvýšení životnosti železničních kolejnic při jejich praktickém použití se začala objevovat řada řešení, majících za úkol zvýšení pevnosti materiálu a také jeho odolnosti proti opotřebení. Přitom bylo zjištěno, že příznivějších, popřípadě zlepšených vlastností používaných materiálů a tvrdosti kolem 400 HB a vyšších je možno dosáhnout tepelným zpracováním a/nebo legovacími technickými opatřeními.

Kolejnice si však mají zachovat například pro vytváření bezstykových tratí, popřípadě vícenásobných délek kolejnic, dobrou svařitelnost, takže legovací technická opatření pro zvýšení tvrdosti, popřípadě pevnosti a houževnatosti materiálu jsou proveditelná jen s určitým omezením a rozhodující cestou je proto tepelné zpracování přizpůsobené materiálovému složení oceli

-1 CZ 290866 B6 (DE-C 34 46 794, EP-B-0 187 904 aEP-B-0 186 373). Tyto postupy se však z ekonomických důvodů v širším měřítku neuplatnily.

Zvýšení užitných vlastností kolejnic a výhybkových prvků vyrobených z uvedených materiálů je možno, jak je to odborníkům dobře známo, dosáhnout tepelným zušlechťováním jemně perlitické struktury materiálu. Přitom je důležité, aby při ochlazování z austenitizační teploty byly zajištěny odpovídající chladicí podmínky, popřípadě rychlosti ochlazování. V dokumentu EP-B-0 293 002 je například pro tento účel navrženo provádět po počátečním intenzivním ochlazování prakticky izotermickou přeměnu struktury materiálu při teplotě kolem 530 °C. Z dokumentu DE-OS-28 20 784 je dále známo provádět vytvrzování kolejnic s určitým materiálovým složením ve vařící vodě, přičemž přidáním přísad a také opatřeními pro zajištění pohybů zpracovávaného předmětu se mělo dosáhnout požadované intenzity ochlazování pro dosažení jemně perlitické struktury materiálu.

Podle dokumentu AT-PS 323 224 byla navržena výroba kolejnic s homogenní jemnou perlitickou strukturou materiálu u vybrané slitiny použitím určitých chladicích parametrů, například rychlosti ochlazování mezi 10 a 20 °C za sekundu až na teplotu nejvýše 550 °C. Tato opatření však mají nevýhodu spočívající v tom, že stejná intenzita ochlazování povrchové plochy se projevuje v závislosti na soustředění materiálu v jednotlivých částech profilu válcovaného materiálu různými rychlostmi ochlazování materiálu a různou přeměnou materiálu v oblastech průřezu přilehlých k obvodovým plochám, takže jsou často nezbytná nákladná opatření k zamezení nežádoucích místních přeměn struktury materiálu nebo materiálových vlastností, zejména nadměrné tvrdosti a křehkosti materiálu, což je zejména u částí kolejnice, namáhaných ohybem, nutno vyloučit.

Často bývalo navrhováno vytvoření heterogenní mikrostruktury v průřezu kolejnice, přičemž v každé oblasti průřezu by měla být mikrostruktura přizpůsobena konkrétnímu druhu namáhání této oblasti. Z dokumentu DE-C-30 06 695 je například znám způsob, při kterém se ochlazováním kolejnice z válcovací teploty ovlivní přeměna materiálu v celém průřezu, načež se hlava kolejnice reaustenitizuje zejména indukčním zahříváním a potom se vytvrdí. Podle dokumentu

WO 94/02 652 je navrhováno, aby se hlava kolejnice ochlazovala v chladicí látce zvláště nastavenou intenzitou chlazení až na povrchovou teplotu mezi 450 °C až 550 °C a tím se v ní vytvořila jemně perlitická struktura materiálu. Pro tento způsob bylo také navrženo zařízení k provádění způsobu zpracování a závěsného vytvrzování kolejnic, které je popsáno v dokumentu DE-C-40 03 363.

Nehomogenní chlazení v rozsahu průřezu válcovaných profilových vývalků však může vést ke vzniku zakřivení a k odchylkám od přímého tvaru. Pro odstranění této nevýhody bylo v dokumentu DE-A-42 37 991 navrženo dopravovat kolejnici v zavěšeném stavu, zejména hlavou dolů na chladicí lože, na kterém se potom kolejnice ochlazovala, avšak v tomto případě nebylo možno dosáhnout různého cíleného vytváření heterogenní strukturní stavby materiálu v průřezu profilového vývalku.

Společnou nevýhodou všech těchto známých způsobů a zařízení je skutečnost, že, při výrobě profilovaného válcovaného materiálu sice mohou tyto postupy zajistit ve vybraných oblastech pomocí jednotlivých zpracovávacích postupů potřebná řešení, ale nejsou schopny zvládnout celkovou problematiku při hospodárné výrobě dlouhých kolejnic s vysokou kvalitou a se zvláštními kvalitativním vlastnostmi.

Úkolem vynálezu je proto vyřešit tyto problémy a odstranit nedostatky známých výrobních postupů novým způsobem tepelného zpracování, kterým by bylo možno vyrábět vývalky se zejména výhodnými užitnými vlastnostmi. Úkolem vynálezu je také vyřešit vhodné zařízení

-2CZ 290866 B6 k provádění tohoto způsobu a vhodný druh profilovaného válcovaného materiálu, zejména kolejnice, určeného pro nejtěžší namáhání provozem.

Podstata vynálezu

Tyto úkoly jsou vyřešeny způsobem tepelného zpracování profilovaného válcovaného materiálu, zejména kolejnice, podle vynálezu, jehož podstata spočívá vtom, že profilovaný válcovaný materiál, zejména kolejnice, narovnaný při plastickém tváření a válcování do přímého tvaru a mající průměrnou teplotu nejvýše 1100°C a nejméně 750 °C, se přemístí ve svém přímém tvaru příčným směrem a udržuje se v koncové poloze tohoto přesunu, přičemž v první chladicí operaci se profilovaný válcovaný materiál, zejména kolejnice, ochladí vyváženě na teplotu nižší než 860 °C a především vyšší o 5 až 120 °C než je Ar₃-teplota slitiny, ze které je vytvořen profilovaný válcovaný materiál, rovnoměrnou intenzitou ochlazování všech částí profilovaného válcovaného materiálu, zejména vyzařováním tepla do okolního nehybného vzduchu, načež se v druhé fázi ochlazovacího procesu odebírá z profilovaného válcovaného materiálu teplo intenzitou, která je v podélném směru ve všech místech stejná, ale rozdílná v různých oblastech příčného průřezu profilovaného válcovaného materiálu, přičemž intenzita ochlazování se v alespoň jedné oblasti na obvodu profilovaného válcovaného materiálu zvýší a nejméně jednou vyšší intenzitou chlazení se působí v nejméně jedné oblasti s větším poměrem plochy příčného průřezu kjeho obvodu, popřípadě s větším podílem objemu materiálu na povrchové ploše, popřípadě s větším soustředěním hmoty a/nebo v každé oblasti s vyšší místní teplotou profilovaného válcovaného materiálu, zejména kolejnice, a každá oblast se zvýšenou rychlostí ochlazování se ochladí na teplotu, při které dochází k přeměně struktury materiálu na jemně perlitickou strukturu bez obsahu martinezitu, načež se v další chladicí operaci profilovaný válcovaný materiál ochladí na teplotu okolního prostředí rovnoměrnou rychlostí ochlazování, například uložením v nehybném vzduchu.

Při provádění tohoto způsobu je důležité, aby se vyrovnávání profilovaného válcovaného materiálu vývalku do přímého tvaru uskutečnilo při plastickém tváření, které probíhá zpravidla v teplotním rozsahu mezi 750 °C all00°C. Nižší teploty než 750 °C mohou vést, jak bylo zjištěno, k částečně elastickému ohnutí s odchylkami od přímého tvaru, což by mělo za následek nehomogenní intenzitu ochlazování v podélném směru kolejnice. Teploty profilovaného válcovaného materiálu vyšší než 1100°C způsobují často růst austenitických zrn, popřípadě tvorbu hrubších zrn, přičemž zejména tato hrubší zrna mohou nepříznivě ovlivnit materiálové vlastnosti materiálu. Vychází-li se z profilovaného materiálu přímého tvaru, pro dosažení rovnoměrně rozložené jemně perlitické struktury v různých oblastech průřezu se ukázalo být důležité, že profilovaný válcovaný materiál je přidržován a v první fázi se nechá rovnoměrně chladnout na teplotu nižší než 860 °C stejnou místní ochlazovací intenzitou. Přitom se může jednak vyrovnávat místní nehomogenita rozdělení teplot v podélném směru, která je způsobena uložením profilovaného válcovaného materiálu na příčné přesouvací ústrojí v několika bodech, a jednak se dosáhne osově souměrného nebo středově souměrného rozdělení teplot v průřezu profilovaného válcovaného materiálu a tím se stabilizuje jeho přímý tvar. Je zvláště výhodné, že vyrovnávací ochlazování probíhá až na teplotu, která je o 5 °C až 120 °C vyšší než Ar₃-teplota slitiny, aby se zajistily příznivé podmínky pro částečnou přeměnu struktury nájemně perlitickou formu v částech průřezu kolejnice, při které začíná přeměna mřížky gama ve slitině na mřížku alfa při rychlosti ochlazování kolem 3 °C/min.

Ochlazování profilovaného válcovaného materiálu odebíráním tepla intenzitou, která je v podélném směru v podstatě stálá, zatímco v průřezu v obvodovém směru je rozdílná, je v podstatě známo. U tohoto postupu je však důležité, aby oblasti se zvýšenou intenzitou ochlazování povrchové plochy odpovídaly soustředění materiálu válcovaných výrobků v různých oblastech. Ve spojení s vyrovnáním profilovaného válcového materiálu do přímého tvaru s rovnoměrným ochlazováním a s nastavením souměrného rozdělení teplot a uspořádáním chladicích oblastí je

-3CZ 290866 B6 možno ochlazování profilovaného válcovaného materiálu, rozdílné v příčném směru průřezu, udržovat v podélném směru v podstatě rovnoměrné. Při tomto postupu je také důležité, aby rychlost ochlazování, kterou se zpracovaná oblast profilovaného válcovaného materiálu přivádí na okolní teplotu, byla známými opatřeními správně nastavena. Jak je odborníkům zřejmé z obr. 3, na kterém je zobrazen graf průběhu teplot při strukturních přeměnách v závislosti na čase, vytvářejí se při vyšších rychlostech ochlazování zAr₃-teploty například u křivek c, d, v materiálové struktuře podíly martenzitu, takže materiál má sice vysokou tvrdost, ale v podstatě ztrácí pružnost a vzniká u něj větší nebezpečí lomu, takže výsledný materiál již nemůže být použit pro původně zamýšlený účel. Nižší rychlosti ochlazování, vyjádřené například křivkou h, způsobují vznik hrubě perlitické měkké struktury materiálu. Je proto velmi důležité nastavit rychlosti chlazení profilovaného válcovaného materiálu v jednotlivých oblastech tak, aby se při přeměně struktury materiálu zamezilo v každém případě tvorbě martenzitu, avšak aby v oblastech se zvýšenou intenzitou ochlazování vznikala jemně perlitická struktura. Po úplné přeměně materiálové struktury se profilovaný válcovaný materiál přivede se stejnou místní intenzitou ochlazování na teplotu svého okolního prostředí, aby se zmenšilo, popřípadě úplně zamezilo jeho prohnutí.

Ve výhodném provedení způsobu podle vynálezu se tepelné zpracování provádí po tváření profilovaného válcovaného materiálu za tepla se stupněm přetvoření od 1,8 do 8 %, zejména od 2 do 5 % při posledním průchodu válcovacím zařízením při teplotě nejméně 770 °C a nejvýše 1050 °C z teploty tváření profilovaného válcovaného materiálu za tepla. Závěrečné tváření se stupněm přetvoření od 1,8% do 8% způsobuje příznivé zjemnění austenitických zrn, jestliže toto tváření probíhá v teplotním rozsahu od 770 °C do 1050 °C. Nižší stupně přetvoření než

1,8 % podle dosavadních zkušeností způsobují v některých místech zvláště velký nárůst hrubších zrn, zatímco stupeň přetvoření větší než 8 % vyvolává značné zvýšení teploty ve středních, popřípadě vnitřních oblastech na základě uvolňované přetvářné energie, kterým se v některých místech narušuje homogenita struktury a mohou vzniknout nevýhody z hlediska kvality tvářeného vývalku.

Z hlediska získání dokonale přímého a nedeformovaného válcovaného materiálu, zejména kolejnice, jejíž všechny průřezy leží na společné ose i po ochlazení na teplotu okolního prostředí, a dosažení zvýšené tuhosti a meze únavy při střídavém namáhání v ohybuje výhodné, jestliže se v druhé fázi ochlazování zvýší intenzita chlazení v nejméně dvou oblastech na obvodu profilovaného válcovaného materiálu. Tím se mohou ve více oblastech příčného průřezu profilovaného válcovaného materiálu, nacházejících se v blízkostech povrchových ploch, vytvořit místa se zvýšenou tvrdostí a zvýšenou pevností materiálu v důsledku jemnější perlitické struktury materiálu v těchto zónách. Při zatížení kolejnice nebo jiného profilovaného válcovaného materiálu ohybem, při kterém dochází k největšímu namáhání tahem za ohybu v těch oblastech průřezu, které jsou nejvíce vzdáleny od neutrální osy nebo neutrálního vlákna průřezu, je nyní možné vytvoření alespoň dvou takových periferních oblastí se zvýšenou pevností v tahu. U kolejnice bylo zjištěno, že se tímto postupem může zvýšit v její patkové oblasti odolnost proti vzniku trhlinek.

V ještě jiném provedení vynálezu je výhodné ochlazovat část profilovaného válcovaného materiálu, která má největší soustředění hmoty, zejména hlavu kolejnice, ponořovacím postupem, popřípadě chlazením prováděným ponořením do chladicí kapaliny, přičemž současně se dále z nejméně jedné části profilovaného válcovaného materiálu, upravené pro intenzivnější chlazení a mající menší koncentraci hmoty, například patky kolejnice, odebírá teplo prostředkem zajišťujícím nižší intenzitu chlazení, například tlakovým vzduchem nebo postřikem směsí vzduchu a vody. Tímto postupem se může zamezit vzniku značného vnitřního napětí v materiálu a jeho tepelnému protažení.

Aby se u již zmíněných slitin na bázi železa odstranilo nevýhodné tvoření martenzitu a dosáhlo se jemné perlitické struktury materiálu, je výhodné, jestliže se oblast profilovaného válcovaného

-4CZ 290866 B6 materiálu, přilehlá k povrchovým plochám, zejména jeho ponořená oblast, v rozsahu teplot od 800 °C do 450 °C ochlazuje rychlosti 1,6 až 2,4 °C za sekundu v chladicí tekutině určeného složení. Tato rychlost ochlazování je výhodná také z ekonomických důvodů, protože při zachování požadované kvality profilovaného válcovaného materiálu je v druhé fázi ochlazování postačující krátká doba chlazení a tím je také dosaženo většího výkonu zařízení.

Pro omezení výsledného zakřivení kolejnice nebo jiného profiovaného válcovaného materiálu se ukázalo být výhodným, jestliže se u profilovaného válcovaného materiálu s částí průřezu mající tvar T, například u patky železniční kolejnice, zóna nebo plocha protilehlá stojině profilu ochlazuje větší intenzitou, zejména tlakovým vzduchem nebo směsí vzduchu a vody. Přitom se současně ukazuje jako výhodné z hlediska životnosti kolejnice nebo jiného profiovaného válcovaného materiálu, jestliže se v oblasti povrchové plochy materiálu vytvořeného ve tvaru profilové tyče, protilehlé její stojině a ochlazované s větší intenzitou, působí ochlazovacím médiem souměrně vzhledem ke stojině a na ploše ohraničené ze stran.

Jestliže se dále zamezí zvýšení intenzity chlazení v závislosti na koncentraci hmoty profilu nebo v oblastech profilu profilovaného válcovaného materiálu, vzdálených od zaústění stojiny a/nebo jsou tyto oblasti chráněny před nadměrným odběrem tepla nebo se alespoň krátkodobě zahřívají, je možno v oblasti hran profilového tyčového materiálu nastavit strukturu se stejnou nebo mírně sníženou pevností materiálu. Tímto opatřením se překvapivě dosáhlo snížení nebezpečí lomu zejména při rázovém a/nebo střídavém trvalém zatížení profilovaného válcovaného materiálu.

Zvláště velké tvarové stability je možno dosáhnout, jestliže se v oblastech profilovaného válcovaného materiálu, které jsou souměrné a/nebo probíhají paralelně s neutrální rovinou, zejména soustředně s těžišťovou osou, popřípadě s těžištěm průřezové plochy válcovaného materiálu, při ochlazování povrchové plochy profilovaného profilovaného válcovaného materiálu provádí přeměna gama struktury materiálu nastavenou intenzitou ochlazování.

Aby se dosáhlo v podélném směru v podstatě dokonale rovnoměrné místní chladicí intenzity a aby se přenos tepla do chladicí látky udržoval stabilní, může se v dalším výhodném provedení způsobu podle vynálezu profilovaný válcovaný materiál, ze kterého je část jeho příčného průřezu ponořena do chladicí tekutiny uvnitř ponořovací nádrže, v průběhu chlazení posouvat ve svém podélném směru relativně vzhledem k nádrži s chladicí látkou, popřípadě vzhledem k ponořovací nádrži, přičemž alespoň v době, kdy je část průřezu profilovaný válcovaného materiálu ponořena do chladicí látky se na profilovaného válcovaný materiál působí vibracemi nebo se tento materiál uvede do vibrací. Jak bylo zjištěno, tato opatření zlepšují rozhodující měrou homogenitu vyráběných výrobků.

Podstata vynálezu u zařízení uvedeného druhu pro integrální řešení problémů spojených svýrobou profilovaného válcovaného materiálu se speciálními vlastnostmi spočívá vtom, že zařízení obsahuje válečkový dopravník opatřený v pohotovostní poloze polohovacím ústrojím pro profilovaný válcovaný materiál a vyrovnávacími prvky pro napřimování a souosé vyrovnávání profilovaného válcovaného materiálu při jejich plastickém tváření, příčným dopravním ústrojím pro přemísťování profilovaného válcovaného materiálu v podstatě kolmo na jeho podélnou osu z pohotovostní polohy do ochlazovací oblasti, ve které probíhá zpracování chlazením, přičemž v ochlazovací oblasti je umístěno ústrojí pro vytvrzování profilovaného válcovaného materiálu, zejména hlavy kolejnice, chladicí látkou v ponořovací nádrži s přidržovacími prvky a manipulačními ústrojími a regulovatelným přídavným chladicím ústrojím pro intenzivní chlazení nejméně jedné další oblasti profilovaného válcovaného materiálu, zejména patky kolejnice, a dochlazovací oblast obsahuje odkládací plochu profilovaného válcovaného materiálu pro jeho ochlazování na teplotu okolního prostředí.

Bylo zjištěno, že vyrovnání profilovaného válcovaného materiálu do přímky nebo do osy profilu je důležitým předpokladem pro dílčí nebo místní zlepšování kvality profilovaných válcovaných

-5 CZ 290866 B6 materiálů. Zamezením zakřivení profilové tyče v celé její délce nebo jen v dílčích úsecích je možno pro profilovaný válcovaný materiál zajistit předem stanovené chladicí podmínky nebo intenzity ochlazování profilovaného válcovaného materiálu, které jsou v podélném osovém směru stejné, takže je vyloučena možnost, že by se pevnostní hodnoty nebo tvrdost profilové tyče 5 po její délce mohly měnit. Zkouškami bylo prokázáno, že různé odstupy profilovaného válcovaného materiálu od stěn nádrže na chladicí tekutinu a/nebo od osy postřikovacího ústrojí mohou způsobit neúměrně velké rozdíly v hodnotách tvrdosti a pevnosti materiálu.

Při vyrovnávání profilovaného válcovaného materiálu je dále důležité, aby profilovaný 10 válcovaný materiál byl vystaven působení odpovídajících vyrovnávacích ústrojí v průběhu plastického tváření, aby se zamezilo možnosti pružného vracení profilové tyče do původního alespoň částečně zakřiveného tvaru. Srovnávání profilovaného válcovaného materiálu do podélné osy, prováděné v ochlazovací oblasti pomocí příčných vyrovnávacích a přesouvacích ústrojí, má velkou důležitost pro odstranění pomocných vyrovnávacích prostředků. Přídavně 15 ktomu je ochlazovací oblast opatřena manipulačním ústrojím, pomocí kterého je možno provádět přebírání profilovaného válcovaného materiálu, jeho přidržování, ponořování do nádrže s chladicí kapalinou, popřípadě vytvrzování vybraných oblastí profilového válcovaného materiálu a také nakonec jeho předávání na dochlazovací oblast ke konečnému ochlazení. Součástí tohoto zařízení může být také ústrojí pro intenzivnější ochlazování vybraných oblastí 20 průřezu profilové tyče.

V dalším konkrétním provedení zařízení podle vynálezu je výhodné, jestliže je přídavné chladicí ústrojí přistavitelné k profilovanému válcovanému materiálu a jeho chladicí intenzita je regulovatelná.

Výhodné je také takové konkrétní provedení zařízení podle vynálezu, jehož přídavné chladicí ústrojí obsahuje prvky pro vytváření lokálního postřikovacího proudu chladicího prostředku, který je v podélném nebo osovém směru profilovaného válcovaného materiálu v podstatě nepřerušený a v příčném směru je omezený a popřípadě dále obsahuje prostředky pro zamezení 30 intenzivnějšího odvodu tepla z ploch sousedících s nejméně jednou chlazenou plochou. Tímto řešením je možno vytvořit ostře ohraničené chladicí oblasti a chránit sousední oblasti před intenzivním odvodem tepla a vytvořit v těchto oblastech pásma materiálu s nižší tvrdostí, přičemž podle dalšího výhodného provedení zařízení je přídavné chladicí ústrojí vytvořeno jako vzduchové nebo postřikovači chladicí ústrojí.

Homogenita materiálu a jeho tvrdosti a pevnostních parametrů v podélném směru profilovaného válcovaného materiálu se může dále zvýšit, jestliže je profilovaný válcovaný materiál uložen v chladicí látce pohyblivě v podélném směru relativně kponořovací nádrži nebo relativně k přídavnému chladicímu ústrojí a/nebo jestliže jsou na ponořovací nádrži a/nebo v chladicí 40 kapalině uspořádána ústrojí pro uvádění chladicí látky do vířivého pohybu a/nebo vyvolávající vibrace. Bylo zjištěno, že relativní pohyby a také vibrační pohyby, popřípadě také působení tlakových vln mezi chladicí látkou a zpracovávaným výrobkem zrovnoměrňuje intenzitu místně omezeného ochlazování a zajišťuje podmínky pro rovnoměrnější zlepšení kvality materiálu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 1 schematický řez zařízením pro tepelné zpracování profilovaného válcovaného materiálu ve formě kolejnice způsobem podle vynálezu, obr. 2 příčný řez zpracovávanou kolejnicí a

-6CZ 290866 B6 obr. 3 graf znázorňující přeměnu materiálu kolejnice v závislosti na teplotě a času.

Příklady provedení vynálezu

Jak je schematicky zobrazeno na obr. 1, zpracovávaný profilovaný válcovaný materiál 1, představovaný v tomto příkladu kolejnicí, se nejprve dopraví do pohotovostní oblasti A na válečkovém dopravníku 21, ve které se zachytí například pomocí neznázoměného nárazníku. Potom se kolejnice vyrovná do přímého tvaru pomocí vyrovnávacích prvků 22, 23, přičemž výhodné je použití takových vyrovnávacích prvků, které korigují také svislé zakřivení. Po vyrovnání kolejnice do požadované přímé polohy následuje její příčný přesun po úložné ploše 2 do ochlazovací oblasti B a zachycení kolejnice v manipulačním ústrojí pomocí přidržovacích prvků 24, přičemž kolejnice má být při pobytu v tomto ústrojí podepřena tak, aby nedocházelo k jejímu prohnutí ve směru kolmém na její podélnou osu. Pomocí těchto přidržovacích prvků 24 se profilovaný válcovaný materiál 1, tvořený v tomto příkladu kolejnicí, ponoří částí svého průřezu do chladicí tekutiny 37. která se nachází v ponořovací nádrži 38. Přitom je důležité, aby odstup horní plochy kolejnice od stěn ponořovací nádrže 38 byl po celé délce kolejnice po obou jejích stranách stejný a aby se pro zvýšení intenzity ochlazování povrchových ploch profilovaného válcovaného materiálu 1 a zejména pro zrovnoměmění ochlazování mohl tento profilovaný válcovaný materiál zejména kolejnice, v ponořovací nádrži 38, popřípadě v chladicí tekutině 37 pohybovat v podélném směru po dráze dlouhé od 0,5 do 5,0 m. V chladicí tekutině 37 nebo na ponořovací nádrži 38 může být upraven také neznázoměný vibrátor, který uvádí chladicí tekutinu 37 do kmitů, které příznivě ovlivňují ochlazování a mají frekvenci zejména od 100 do 800 Hz/min.

Na rovinné části profilovaného válcovaného materiálu 1, v tomto příkladu na patce 13 kolejnice může být osazeno nebo uloženo přídavné chladicí ústrojí 3. Toto přídavné chladicí ústrojí 3 je v tomto případě opatřeno přívodem 32 vody a přívodem 33 vzduchu a vytváří postřikovači proud 31, směrovaný na rovinnou plochu profilovaného válcovaného materiálu 1, v tomto příkladu na patku 13 kolejnice. Aby se na okrajových oblastech 132 nastavila nižší intenzita ochlazování a zóna se zvýšenou tvrdostí materiálu se vytvořila jen ve střední oblasti 131 profilovaného válcovaného materiálu 1 nebo patky 13 kolejnice, je výhodné zajistit například pomocí odsávacího ústrojí 34,35 odebírání chladicího média.

Po ochlazení části profilovaného válcovaného materiálu 1, ponořené do chladicí tekutiny 37, a zejména protilehlé části válcovaného materiálu 1, zejména kolejnice, ochlazované postřikovacím proudem 31 chladicího média, probíhajícím intenzitou potřebnou pro pokles teploty pod teplotu přeměny materiálu s jemně perlitickou strukturou a zobrazenou například na obr. 3 odpovídající křivkou f, kdy se profilovaný válcovaný materiál 1 ochladí na přibližně 500 °C, se může profilovaný válcovaný materiál i přemístit do dochlazovací oblasti C na odkládací plochu 25 dochlazovací oblasti C, na které probíhá ochlazování na teplotu prostředí.

Jak je zobrazeno na obr. 2, má profilovaný válcovaný materiál 1 ve tvaru kolejnice podle vynálezu tři oblasti s rozdílnou strukturou svého materiálu, popřípadě tvrdostí, přičemž přechody mezi jednotlivými oblastmi jsou plynulé. Na hlavě 11 kolejnice je jemně perlitická oblast 111 s tvrdostí podle Brinella mezi 340 a 390 HB, popřípadě do 425 HB, která přechází směrem dolů do druhé spodní oblasti 112 s nižší tvrdostí, která se pohybuje mezi 300 a 340 HB. V navazující stojině 12 kolejnice, která musí mít pro praktické použití vysokou houževnatost, je odpovídající hodnota tvrdosti upravena až na 320 HB. V patce 13 kolejnice je v okrajových oblastech 132 stejně jako ve stojině 12 vytvořena hrubší perlitická struktura, popřípadě lamelová struktura a tvrdost materiálu může kolísat mezi 280 až 320 HB. Vytvořením těchto materiálových struktur a úpravou materiálových vlastností, které vedou v některých oblastech k nižší tvrdosti materiálu, se ve značné míře odstraní nebezpečí vzniku trhlinek nebo lomů materiálu. Ve střední oblasti

-7CZ 290866 B6

131 patky 13 je naproti tomu vytvořeno pásmo se zvýšenou pevností materiálu a se zvýšenou tvrdostí, která dosahuje hodnot mezi 300 až 350 HB nebo i vyšších. Toto rozdělení mechanických vlastností materiálu v průřezu profilovaného válcovaného materiálu 1, zejména kolejnice, zajišťuje podle dosud provedených zkoušek vysokou stabilitu a výhodnou dlouhou životnost, zejména za zhoršených provozních podmínek.

Claims

1. Způsob tepelného zpracování profilovaného válcovaného materiálu (1), zejména kolejnic pro železnice a pouliční dráhy, se zvýšeným odváděním tepla zčásti povrchových ploch při ochlazování z teploty v gama oblasti struktury základního materiálu na bázi železa, přičemž v nejméně jedné požadované průřezové oblasti profilovaného válcovaného materiálu (1), zejména v hlavové oblasti kolejnice, se vyvolává přeměna struktury materiálu na jemně perlitickou strukturu se zvýšenou pevností, zejména se zvýšenou odolností proti oděru, a zvýšenou tvrdostí a popřípadě se omezují, zejména se v podstatě odstraňují deformace a průhyby, vyvolané tepelně podmíněným protažením profilovaného válcovaného materiálu (1), zejména kolejnice, ve směru kolmém na jeho podélnou osu při ochlazování na teplotu okolí, zejména po přeměně struktury materiálu v nejméně jedné intenzivněji chlazené oblasti průřezu profilovaného válcovaného materiálu (1), pro dosažení zvýšené pevnosti a meze únavy při střídavém napětí v ohybu, vyznačující se tím, že profilovaný válcovaný materiál (1), zejména kolejnice, narovnaný při plastickém tváření a válcování do přímého tvaru a mající průměrnou teplotu nejvýše 1100 °C a nejméně 750 °C, se přemístí ve svém přímém tvaru příčným směrem a udržuje se v koncové poloze tohoto přesunu, přičemž v první chladicí operaci se profilovaný válcovaný materiál (1), zejména kolejnice, ochladí vyváženě na teplotu nižší než 860 °C a především vyšší o 5 až 120 °C než je Ar₃-teplota slitiny, ze které je vytvořen profilovaný válcovaný materiál (1), rovnoměrnou intenzitou ochlazování všech částí profilovaného válcovaného materiálu (1), zejména vyzařováním tepla do okolního nehybného vzduchu, načež se v druhé fázi ochlazovacího procesu odebírá z profilovaného válcovaného materiálu (1) teplo intenzitou, která je v podélném směru ve všech místech stejná, ale rozdílná v různých oblastech příčného průřezu profilovaného válcovaného materiálu (1), přičemž intenzita ochlazování se v alespoň jedné oblasti na obvodu profilovaného válcovaného materiálu (1) zvýší a nejméně jednou vyšší intenzitou chlazení se působí v nejméně jedné oblasti s větším poměrem plochy příčného průřezu kjeho obvodu, popřípadě s větším podílem objemu materiálu na povrchové ploše, popřípadě s větším soustředěním hmoty a/nebo v každé oblasti s vyšší místní teplotou profilovaného válcovaného materiálu (1), zejména kolejnice, a každá oblast se zvýšenou rychlostí ochlazování se ochladí na teplotu, při které dochází k přeměně struktury materiálu na jemně perlitickou strukturu bez obsahu martenzitu, načež se v další chladicí operaci profilovaný válcovaný materiál (1) ochladí na teplotu okolního prostředí rovnoměrnou rychlostí ochlazování, například uložením v nehybném vzduchu.

2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že tepelné zpracování se provádí po tváření profilovaného válcovaného materiálu (1) za tepla se stupněm přetvoření od 1,8 do 8 %, zejména od 2 do 5 % při posledním průchodu válcovacím zařízením při teplotě nejméně 770 °C a nejvýše 1050 °C z teploty tváření profilovaného válcovaného materiálu (1) za tepla.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že v druhé fázi ochlazování se zvýší intenzita ochlazování v nejméně dvou oblastech na obvodu profilovaného válcovaného materiálu (1).

-8CZ 290866 B6

4. Způsob podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že oblast profilovaného válcovanéno materiálu (1), ve které je nejvíce soustředěna jeho hmota, zejména hlava (11) kolejnice, se ochlazuje ponořením do chladicí tekutiny (37), přičemž současně se z nejméně jedné další oblasti ochlazovaného profilovaného válcovaného materiálu (1), ve které je menší soustředění materiálu, například z oblasti patky (13) kolejnice, odebírá teplo prostředkem zajišťujícím nižší intenzitu ochlazování, zejména proudem tlakového vzduchu nebo směsi vzduchu a vody.

5. Způsob podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že oblast profilovaného válcovaného materiálu (1), přilehlá k povrchovým plochám, zejména jeho ponořená oblast, se v rozsahu teplot od 800 °C do 450 °C ochlazuje rychlostí 1,6 až 2,4 °C za sekundu v chladicí tekutině (37) určeného složení.

6. Způsob podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že u profilovaného válcovaného materiálu (1) s částí průřezu mající tvar T, například u patky (13) železniční kolejnice, se zóna nebo plocha protilehlá stojině (12) profilovaného válcovaného materiálu (1) ochlazuje větší intenzitou ochlazování zejména tlakovým vzduchem nebo směsí vzduchu a vody.

7. Způsob podle nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že v oblasti povrchové plochy profilovaného válcovaného materiálu, vytvořeného ve tvaru profilové tyče, protilehlé její stojině (12) a ochlazované větší intenzitou, se působí ochlazovacím médiem souměrně vzhledem ke stojině a na ploše ohraničené ze stran.

8. Způsob podle nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že se zamezí zvýšení intenzity ochlazování v závislosti na soustředění hmoty průřezu nebo v oblastech průřezu profilovaného válcovaného materiálu, vzdálených od místa napojení stojiny (12) a/nebo jsou tyto oblasti chráněny před nadměrným odběrem tepla nebo se alespoň krátkodobě zahřívají.

9. Způsob podle nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že v oblastech profilovaného válcovaného materiálu (1), které jsou souměrné a/nebo probíhají paralelně s neutrální rovinou, zejména soustředně s těžišťovou osou, popřípadě s těžištěm průřezové plochy profilovaného válcovaného materiálu (1), se při ochlazování povrchové plochy profilovaného válcovaného materiálu (1) provádí přeměna gama struktury materiálu nastavenou intenzitou ochlazování.

10. Způsob podle nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že profilovaný válcovaný materiál (1), jehož část příčného průřezu je ponořena do chladicí tekutiny (37) uvnitř ponořovací nádrže (38), se v průběhu ochlazování posouvá ve svém podélném směru relativně vzhledem k nádrži (38) s chladicí tekutinou (37).

11. Způsob podle nároků 1 až 10, vyznačuj ící se t í m , že alespoň v době, kdy je část průřezu profilovaného válcovaného materiálu (1) ponořena do chladicí tekutiny (37), se na profilovaný válcovaný materiál (1) působí vibracemi nebo se tento materiál uvede do vibrací.

12. Zařízení k provádění způsobu tepelného zpracování profilovaného válcovaného materiálu, zejména kolejnic pro železnice a pouliční dráhy, se zvýšeným odvodem tepla z částí povrchové plochy při ochlazování z gama oblasti základního materiálu na bázi železa, zejména k provádění způsobu podle nároků 1 až 11, sestávající z nejméně jedné pohotovostní oblasti (A) pro profilovaný válcovaný materiál (1), vytvořené na válečkovém dopravníku (21) a opatřené polohovacím ústrojím pro nastavení polohy profilovaného válcovaného materiálu (1), zochlazovací oblasti (B) pro zpracování materiálu ochlazováním, opatřené ústrojími pro intenzivnější odvod tepla z částí povrchové plochy profilovaného válcovaného materiálu (1), a z dochlazovací oblasti (C) pro ochlazování profilovaného válcovaného materiálu (1) na teplotu okolí, opatřené ústrojími pro příčné přesouvání, přidržování a manipulaci s profilovaným válcovaným materiá

-9CZ 290866 B6 lem (1), vyznačující se tím, že válečkový dopravník (21) je v pohotovostní oblasti (A) opatřen příčným dopravním ústrojím pro přemísťování profilovaného válcovaného materiálu (1) kolmo na jeho podélnou osu z pohotovostní oblasti (A) do ochlazovací oblasti (B), ve které probíhá zpracování chlazením, přičemž v ochlazovací oblasti (B) je umístěno ústrojí pro vytvrzování profilovaného válcovaného materiálu (1), zejména hlavy kolejnice, chladicí tekutinou (37) vponořovací nádrži (38) s přidržovacími prvky (24) a manipulačními ústrojími a regulovatelným přídavným chladicím ústrojím (3) pro intenzivní chlazení nejméně jedné další oblasti profilovaného válcovaného materiálu (1), zejména patky (13) profilovaného válcovaného materiálu (1) ve formě kolejnice, a dochlazovací oblast (C) obsahuje odkládací plochu (25) profilovaného válcovaného materiálu (1) pro jeho ochlazování na teplotu okolního prostředí.

13. Zařízení podle nároku 12, vyznačující se tím, že obsahuje přídavné chladicí ústrojí (3) s regulovatelným chladicím výkonem, přistavitelné k profilovanému válcovanému materiálu (1).

14. Zařízení podle nároku 12 nebo 13, vyznačující se tím, že přídavné chladicí ústrojí (3) obsahuje prostředky pro vytváření postřikovacího proudu (31) chladicího média, který je v podélném nebo osovém směru profilovaného válcovaného materiálu (1) v podstatě nepřerušený a v příčném směru je omezený a popřípadě dále obsahuje ústrojí (34, 35) pro regulaci odvodu tepla z ploch sousedících s nejméně jednou chlazenou plochou.

15. Zařízení podle nároků 12 až 14, vyznačující se tím, že přídavné chladicí ústrojí (3) je tvořeno vzduchovým nebo postřikovacím chladicím ústrojím.

16. Zařízení podle nároků 12 až 15, vyznačující se tím, že ponořovací nádrž (38) obsahuje prostor pro uložení profilovaného válcovaného materiálu (1) v chladicí tekutině (37) pohyblivě v podélném směru relativně k ponořovací nádrži (38) nebo relativně k přídavnému chladicímu ústrojí (3).

17. Zařízení podle nároků 12 až 16, vyznačující se tím, že na ponořovací nádrži (38) a/nebo v chladicí tekutině (37) jsou umístěna ústrojí pro uvádění chladicí tekutiny (37) do vířivého pohybu a/nebo vyvolávající vibrace.