CZ411197A3

CZ411197A3 - Profilový vývalek a způsob jeho výroby

Info

Publication number: CZ411197A3
Application number: CZ974111A
Authority: CZ
Inventors: Albin Jöller; Peter Pointner; Herbert-Adolf Schifferl
Original assignee: Voest-Alpine Schienen Gmbh
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 1999-05-12
Also published as: AU728635B2; JPH10195604A; DE59711569D1; EP0849368A1; HUP9702498A2; PL184601B1; RO119237B1; RU2136767C1; HU220124B; AT407057B; PL323703A1; AU4848597A; CA2225240C; ATA222296A; ES2216123T3; US6086685A; DK0849368T3; CZ295574B6; UA41454C2; BR9706423A

Description

Oblast techniky

Vynález se týká profilového válcovaného materiálu, zejména kolejnice pro pouliční dráhy a železnice, sestávajícího ze slitiny na bázi železa, obsahující uhlík, křemík, mangan a popřípadě chrom, prvky tvořící speciální karbidy a také ovlivňující chování materiálu při přeměně a/také mikrolegovací přísady zbytek je tvořen železem a obvykle se vyskytujícími a výrobou podmíněnými nečistotami, a majícího strukturní stavbu vytvořenou alespoň v části svého průřezu urychleným chlazením z austenitické oblasti slitin.

Vynález se také týká způsobu výroby profilového válcovaného materiálu, zejména kolejnic pro pouliční a železniční dráhy, ze slitiny na bázi železa mající strukturní stavbu alespoň v části svého průřezu vytvořenou z austenitické oblasti slitin urychleným chlazením, při kterém se alespoň části povrchové plochy vývalku ostřikují chladicí látkou nebo se ponořují do chladicí látky.

Dosavadní stav techniky

Vývalky mohou být jako konstrukční prvky pro různá použití různě zatěžovány, přičemž na základě obecných materiálových vlastností se podle nejvyššího předpokládaného zatížení provádí určité dimenzování dílů a/nebo se určuje jejich životnost v provozu. Z technického a také ekonomického hlediska může být výhodné, jestliže je účinný profil kon- . a . strukčního dílce přizpůsoben kladeným požadavkům, popřípadě jestliže má konstrukční díl zvláště vysoké parametry v těch oblastech, které jsou pro konkrétní zatížení nejdůležitější.

Například u kolejnic pro železniční a pouliční tratě je možno přesně pozorovat vícevrstvé rozložení namáhání materiálu. Pro kolejovou dopravu by měly mít kolejnice na jedné ·· ·4·Φ straně vysokou odolnost proti opotřebení v oblasti své hlavy, popřípadě na pojezdové ploše upravené pro pojezd kol kolejových vozidel, a na druhé straně by měly mít ve zbývající oblasti svého průřezu vysokou houževnatost, pevnost a odolnost proti lomu, aby byla kolejnice schopna odolávat velkým ohybovým namáháním.

Pro zlepšení užitných vlastností kolejnic při narůstající intenzitě provozu a stále se zvětšujících nápravových tlacích byla již navržena řada řešení na zvýšení tvrdosti hlavy kolejnice.

Z AT-399 346-B je znám způsob zpracování materiálu, kterým se má dosáhnout splnění těchto požadavků, při kterém se hlava kolejnice vytvořená z austenitické části slitiny ponoří do chladicího prostředku, obsahujícího syntetickou chladicí přísadu, a ochladí se na teplotu v rozsahu od 450°C do 550°C, takže se vytvoří v oblasti hlavy kolejnice jemná perlitická struktura se zvýšenou tvrdostí materiálu. K provádění podobného způsobu výroby je z EP-A-0 441 166 známo zařízení pro realizaci takového výrobního postupu, umožňující jednoduchými technickými prostředky zajišťovat ponořování hlavy kolejnice do ponořovací nádrže obsahující chladicí kapalinu.

Další způsob vytváření stabilní perlitické struktury kolejnic je znám z EP-186 373-B1, při kterém se v podstatě využívá soustavy trysek pro urychlené chlazení kolejnice chladicí látkou a při kterém se nastavuje vzdálenost mezi soustavou trysek a hlavou kolejnice v závislosti na hodnotách tvrdosti, které mají být dosaženy v hlavě kolejnice, a na uhlíkovém ekvivalentu oceli.

Způsob tepelného zpracování profilových vývalků, zejména kolejnic, a zařízení k provádění tohoto způsobu, jsou známy z EP-A-0 693 562, přičemž při tomto způsobu se zejména v hla ·· ···· vě kolejnice vytváří jemně perlitická struktura se zvýšenou tvrdostí a odolností proti oděru. Další způsob vytváření jemně perlitické struktury v hlavě kolejnice je popsán v EP-A-0 293 002. Při tomto postupu se hlava kolejnice ochlazuje paprský horké vody až na teplotu 420°C a potom se na ni působí proudem vzduchu.

Z EP-A-0 358 362 je znám způsob, při kterém se hlava kolejnice chladí z austenitické oblasti slitiny s větší intenzitou a ve větší míře, takže teplota povrchové plochy kolejnice zůstává nad bodempřeměnymartensitu. Po dosažení zvolené teploty se omezuje chladicí účinek, takže může proběhnout úplná izotermická přeměna austenitu na jemnější perlit ve spodním perlitickém stupni. V závislosti na chemickém složení oceli má tato přeměna struktury bez tvorby bainitu.

Kolejnice se zvýšenou odolností její hlavy proti opotřebení a s vysokou bezpečností patky proti lomu se vyrábějí způsoby podle EP-A-0 136 613, popřípadě DE-AS 33 36 006, při kterém kolejnice po vyválcování a ochlazení na vzduchu při teplotě 810°C až 890°C austenitizuje a potom se zrychleně ochlazuje. Chlazení probíhá při tomto postupu tak, že v oblasti hlavy vzniká jemně perlitická struktura a v oblasti patky kolejnice vzniká martensitická struktura, která se potom popouští.

Aby se získaly vývalky s výhodnými mechanickými vlastnostmi, zejména kolejnice pro železnice a pouliční dráhy, které by měly větší odolnost proti oděru zejména v oblasti své hlavy a vyšší houževnatost ve zbývajících oblastech, je třeba podle stavu techniky dosáhnout v materiálu vytvoření jemně perlitické struktury a zamezit tvorbě mezioperační struktury, popřípadě bainitické struktury, popřípadě s martensitovými podíly.

·· ····

Tyto požadavky jsou také vědecky odůvodnitelné, protože při perlitické přeměně, při které dochází k difúzi atomů, se s klesající teplotou zvyšuje rychlost nukleace pro lamelární fáze karbidu a feritu, přičemž struktura se stále zjemňuje a tím se stává při větší houževnatosti tvrdší a také odolnější proti oděru. Tvorba perlitu probíhá také nukleací a růstem krystalů, které jsou závislé na míře podchlazení a difuzní rychlosti zejména atomů uhlíku a železa.

Jestliže se rychlost chlazení dále zvýší, popřípadě jestliže se teplota přeměny dále sníží, probíhá přeměna nízkolegovaných materiálů na bázi železa a s obsahem uhlíku. Ačkoliv přesné vědecké vysvětlení tohoto jevu dosud chybí, bylo již mnohokrát zjištěno, že při mezistupňové nebo bainitické přeměně dojde ke znehybnění základních mřížkových atomů a změna strukturní stavby probíhá překlopením mřížky, přičemž však atomy uhlíku ještě mohou difundovat a v důsledku toho se potom tvoří karbidy. Při mezistupňové přeměně má strukturní stavba, vznikající bezprostředně pod teplotní oblastí přeměny na jemný lamelární perlit, podstatně hrubší formu. Také vznikající karbidy jsou výrazně hrubší, jsou umístěny mezi feritovými lamelami, podstatně zhoršují houževnatost materiálu a podporují vznik únavy materiálu, přičemž současně zvyšují nebezpečí lomu konstrukčních dílů zejména při rázovém zatížení. Z těchto důvodů nemají kolejnice obsahovat žádné bainitické podíly ve struktuře svého materiálu.

Bainitická ocel bez obsahu karbidu se zvýšenou odolností proti oděru a se zlepšenou odolností proti kontaktní únavě je známa z WO 96/22396. Zvýšením obsahu křemíku a/nebo hliníku, pohybujícího se v hmotnostním množství od 1,0 do 3,0 %, se má nízkolegovaná ocel vývalku, obsahující 0,05 až 0,5 % hmot, uhlíku a také 0,5 až 2,5 % hmot, manganu a 0,25 až 2,5 % hmot, chrómu, plynulým chlazením z válcovací teploty přeměnit na v podstatě bezkarbidovou# mikrostrukturu typu horní • · · · bainit, což je smíšená struktura z bainitického feritu, zbytkového austenitu a martensitu s vysokým obsahem uhlíku. Při nízkých teplotách a/nebo při mechanických namáháních se však mohou alespoň části zbytkového austenitu ve struktuře překlopit a při vytváření martensitu a/nebo tak zvaného přetvořeného martensitu, takže se na hranicích fází zvyšuje nebezpečí vzniku trhlinek.

Zvyšování dopravní frekvence na železničních tratích a také zvyšování osových tlaků kolejových vozidel a růst dopravních rychlostí vlaků vyžadují vyšší kvality materiálu, přičemž by měly být dosahovány také lepší provozní vlastnosti kolejnic.

Dosud známé vývalky z nízko legovaných materiálů na bázi železa a také způsoby výroby těchto vývalků, zejména způsoby tepelného zpracování výrobků se zlepšenými užitnými vlastnostmi mají nevýhody spočívající zejména v tom, že podle stavu techniky je možno dosáhnout dalšího zvýšení odolnosti proti oděru a houževnatosti materiálů jen za cenu nákladných legovacích opatření.

K odstranění těchto nedostatků má přispět řešení podle vynálezu, které má za úkol vytvořit profilovaný vývalek, zejména kolejnici, u které je dosaženo optimální kombinace nižší obrusnosti, popřípadě vyšší odolnosti proti opotřebení a tvrdosti materiálu a také odolnosti proti kontaktní únavě.

” Dále je úkolem vynálezu vyřešit nový způsob, kterým by se zlepšily užitné vlastnosti profilovaného vývalku při použití hospodárných legovacích přísad.

Podstata vynálezu

Tyto úkoly jsou vyřešeny profilovým válcovaným materiálem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že slitina • · • 4 φ Φ4 φ •· φ •· • ·· · _c · 4 ·4 • 4 4 4 4— Ό» ···Φ

4 4 φ φ 4· ··· ·♦ ··♦ 4444 ··· na bázi železa obsahuje v hmotnostních množstvích křemík do 0,93 %, zejména 0,21 % až 0,69 %, hliník do 0,06 %, zejména do 0,03 %, přičemž součet hmotnostních množství křemíku a hliníku je do 0,99 % a alespoň v dílčích oblastech svého příčného průřezu má vývalek podél své délky strukturní stavbu se strukturou, která je vytvořena při v podstatě izotermické přeměně struktury z austenitu v oblasti spodního mezistupně nebo spodního bainitického stupně.

Výhody dosažené řešením podle vynálezu spočívají především v tom, že vývalek tohoto provedení má podle všech výsledků zkoušek se svou strukturní stavbou odpovídající přeměně ve spodním mezistupni podstatně zlepšené mechanické vlastnosti. Předpokladem pro dosažení takového výsledku je přesné vymezení obsahu křemíku a/nebo hliníku v materiálu. Vyšší koncentrace křemíku a/nebo hliníku působí v nízko legovaných materiálech na bázi železa oddělovacím účinkem na gama oblast ve stavu materiálového systému, takže je umožněna úplná přeměna struktury z austenitu v oblasti spodního mezistupně pouze při obsahu křemíku v hmotnostním množství do 0,93 % a hliníku do 0,06 % a součtu množství křemíku a hliníku do 0,99 %. Překvapivě velké zlepšení vlastností materiálu mezi horní a spodní mezistupňovou strukturní stavbou není dosud dostatečně objasněno a někteří odborníci zdůvodňují tento jev tím, že v horní oblasti teplot při izotermické přeměně, při které je sice zmrazená vlastní difúze mřížkových atomů, může ještě uhlík snadno difundovat. To způsobuje vylučování hrubých karbidových částic, viditelných optickým mikroskopem a nacházejících se mezi “feritovými“ jehlicemi, což ve svém _ důsledku vede k nevýhodným vlastnostem materiálu. V teplotní oblasti spodní mezistupňové přeměny se naproti tomu ukazuje, že difúze uhlíku je do značné míry omezena nebo je dokonce do značné míry zmrazená, takže karbidy se vytvářejí v jehlicích mezistupňových feritů a jsou tak jemně rozptýleny, že nemohou být zjištěny optickým mikroskopem, ale jsou viditelné jen na obrazu vytvořeném elektronovým mikroskopem. Toto výhodné vytvoření a rozptýlení karbidů ve struktuře spodního mezistupně vede k podstatnému zvýšení tvrdosti a pevnosti, houževnatosti, odolnosti proti lomu a proti oděru a opotřebení a také k vysoké trvanlivosti vývalků v důsledku prodloužení doby, po které dochází k únavě materiálu při kontaktu se zatížením.

Zvláště výhodných vlastností vývalků se dosahuje, jestliže slitina na bázi železa obsahuje v hmotnostních množstvích 0,41 % až 1,3 %, zejména 0,51 % až 0,98 % uhlíku, 0,31 % až 2,55 %, zejména 0,91 až 1,95 % manganu a zbytek je tvořen železem.

Mechanické vlastnosti vývalků se mohou dále zvýšit, popřípadě zlepšit tím, že slitina na bázi železa dále obsahuje v hmotnostních množstvích 0,21 % až 2,45 %, zejména 0,38 % až 1,95 % chrómu, popřípadě do 0,88 % zejména do 0,49 % molybdenu, wolfram do 1,69 %, zejména do 0,95 %, vanad do 0,39 %, zejména do 0,19 % a dále niob a/nebo tantal a/nebo zirkon a/nebo hafnium a/nebo titan jednotlivě nebo v celkovém množství do 0,28 %, zejména 0,19 %, a také nikl do 2,4 %, zejména do 0,95 % a bor do 0,006, zejména 0,004 %.

Pro dosažení úplné přeměny ve spodním bainitickém stupni slitiny při vyloučení smíšené struktury je podle dalšího výhodného provedení vynálezu navrženo, aby slitina na bázi železa obsahovala křemík, hliník a uhlík v takových koncentracích, že hodnota vytvořená z 2,75násobku % křemíku Si a/nebo hliníku Al minus % uhlíku byla rovna nebo menší než 2,2. Tímto vymezením nebo stanovením vzájemných poměrů se určí výhodný obsah prvků tvořících ferity, totiž křemík a hliník, a prvku tvořícího účinně austenit, totiž uhlíku, přičemž obsah a poměr těchto složek je určen s ohledem na kinetiku přeměny.

·· ♦··· ··· ·„···· • · · · ·— ο· *·· ··· ·

9 · · 9 9 9 • · · · · ······· ·· ♦

Jestliže profilový vývalek, zejména železniční kolejnice sestávající z hlavy, patky a stojiny a spojující obě tyto krajní části, u kterého je alespoň v jedné oblasti příčného průřezu, zejména v oblasti hlavy kolejnice, strukturní stavba vytvořena ve spodním mezistupni, popřípadě ve spodní bainitické oblasti a dosahuje do hloubky nejméně 10 mm, zejména 15 mm od povrchové plochy, mohou také velmi zatěžované oblasti povrchové plochy vykazovat výraznou trvanlivost.

Profilový vývalek, zejména železniční kolejnice, u které jsou průřezové oblasti se spodní mezistupňovou nebo spodní bainitickou strukturní stavbou uspořádány osově souměrně nebo středově souměrně, má další výhody spočívající ve značné tvarové stabilitě v podélném směru a v malých vnitřních napětích.

Zvláště výhodné z hlediska užitných vlastností je, jestliže má profilový vývalek se strukturou v nejméně jedné oblasti odpovídající struktuře ve spodním mezistupni nebo spodní bainitické struktuře tvrdost nejméně 350 HB, zejména nejméně 400 HB, především od 420 do 600 HB.

Stanovený úkol je vyřešen také způsobem výroby profilového vývalku podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že složení slitiny se zvolí v úzkých mezích jeho průběhu přeměny při ochlazování z oblasti kubicky-plošně středové atomové struktury, popřípadě z austenítické oblasti a z vybrané slitiny se vytvoří vývalek, načež se v podélném směru ochladí alespoň části příčného průřezu vývalku z austenítické oblasti ná teplotu mezi bodem přeměny martensitu ve slitině ahodnotou překračující tento bod o nejvýše 250°C, zejména nejvýše 190°C, především, na teplotu v oblasti 5°C až 110°C nad bodem přeměny martensitu, a struktura se nechá v podstatě izotermicky přeměnit.

Způsobem podle vynálezu dosahované výhody je možno spatřovat v tom, že je možno přesně programovat výrobní podmínky

a kvalitativní požadavky pro profilované vývalky, přičemž jejich mechanické vlastnosti jsou podstatně zlepšeny. Přitom je jednak možno volit cenově příznivé chemické složení slitiny, které zajišťuje dosažení souboru potřebných vlastností výrobku, a jednak je možno předepsat a dodržet přesnou výrobní technologii s tepelným zpracováním. To je velmi důležité, protože průběh přeměn struktury při ochlazování z austenitické oblasti slitiny je závislý nejen na složení slitiny, ale také na hodnotě teploty při poslední válcovací operaci a/nebo na teplotě austenitizace, na nukleačním stavu a také na rychlosti nukleace pro fázový, popřípadě překlápěcí mechanismus. Zajištěním příslušných podmínek pro vyvolání přeměny, popřípadě dosažení teploty materiálu, při které dochází k tvorbě martensitu, daných nebo nastavitelných při praktickém provádění způsobu výroby, je zajištěn průběh teplot přeměny.

Zvláště výhodných vlastností materiálu vývalku vyrobeného způsobem podle vynálezu se dosáhne, jestliže se podle výhodného provedení způsobu podle vynálezu provádí přeměna struktury slitiny v podstatě izotermicky v teplotní oblasti nejvýše ± 110°C, zejména nejvýše ± 60°C. Tím se zajistí pro většinu ocelí, používaných pro výrobu velmi zatěžovaných vývalků, zejména pro železniční kolejnice, teplota přeměny nejvýše 450°C, zejména nejvýše 400°C, především 300°C až 380°C, aby se vytvořila struktura spodního mezioperačního stupně podle vynálezu.

Jestliže je podle výhodného provedení vynálezu alespoň jedna část průřezu profilovéhovývalku, ve které se vyskytuje větší koncentrace materiálu, podrobena urychlenému ochlazování, je možno dosáhnout rovnoměrného chlazení vzhledem k podélné ose vývalku.

Rovnoměrné chlazení průřezu vývalku, zejména u kolejnicových profilů, je možno dále zlepšit tím, že se vývalek ·· ···· • · · · · · · ··· 99 999 9999 99 9 v první fázi ponoří celým svým obvodem do chladicí tekutiny, po dosažení teploty povrchové oblasti o nejméně 2°C, zejména však o asi 160°C nad bodem přeměny martensitu se slitina alespoň částečně vyjme z chladicí látky a ve druhé fázi se ponechá popřípadě dočasně v ponořovací lázni pouze svou oblasti s vysokou koncentrací hmoty nebo se dočasně ponoří do ponořovací lázně.

Jestliže se ochlazování vývalkuprovádí ostřikováním povrchové plochy chladicí látkou, nastaveným na míru koncentrace materiálu v profilu vývalku, může se technologický postup tepelného zpracování, používaný pro běžné legované kolejnicové oceli, upravit tak, že přeměna struktury probíhá v oblasti spodního mezioperačního stupně v podstatě v celém průřezu.

Zejména s ohledem na rovnoměrné působení chladicí látky a zejména na posunutí začátku přeměny slitiny na pozdější dobu je výhodné, jestliže se vývalek bezprostředně po svém vytvarování s využitím válcovacího tepla vyrovná do směru své podélné osy a přivede se k chladicímu procesu, kterým se přeměnou materiálu ve spodním mezioperačním stupni, vyvolanou chladicím postupem nastaveným podél průřezu, vytvoří speciální vlastnosti materiálu v různých oblastech jeho průřezu.

Způsob podle vynálezu je zvláště výhodně použitelný pro vytváření železniční kolejnice zejména pro tratě s velkým provozním zatížením, mající velkou odolnost proti opotřebení, vysokou houževnatost a omezenou kontaktní únavu při vyšším specifickém zatížení , přičemž.^ .po.^Yálc.ování^^ a po alespoň částečném termickém nastavení struktury spodního mezistupně se provádí následný rovnací proces, zejména ohybová vyrovnávací operace při teplotě okolí nebo při mírně zvýšené teplotě pro získání speciálních materiálových vlastností při stabilním narovnání kolejnice.

Příklady provedení vynálezu

Vynález bude v další části popisu objasněn pomocí příkladů provedení a výsledků zkoušek materiálu vyrobených vývalků.

Vývalek s profilem v podstatě tvaru H by měl být vyroben s tvrdostí mezi 550 a 600 HV a s co největší houževnatotí. Pro výrobu takového vývalku bylo použito slitiny na bázi železa, obsahující v hmotnostních množstvích 1,05 % uhlíku C, 0,28 % křemíku Si, 0,35 % manganu Mn a 1,55 % chrómu Cr, přičemž zbytek tvořilo železo a nečistoty. Dilatometrickými zkouškami se stanovily jednak kontinuální grafy, zobrazující vztahy času, teploty a přeměny (ZTU grafy) při teplotě tvorby austenitu kolem 860°C (obr. 1), 950°C a 1050°C (obr. 2), a jednak izotermické grafy určující vztahy mezi časem, teplotou a austenitizací slitiny při 860°C (obr. 3), 950°C a 1050°C (obr. 4). Tyto grafy odpovídají grafům známým z literatury pro tento druh oceli.

U vzorků, které se chladily zrychleným chladicím procesem z teploty tvorby austenitu 860°C (obr. 1), bylo dosažení požadované tvrdosti materiálu (v číselné hodnotě) od 530 do 600 HV odpovídajícím chlazením jen těžko možné, přičemž struktura materiálu je vytvořena jako smíšená struktura s podstatným podílem produktů horního mezistupně, spodního mezistupně a martensitu a materiál má špatné hodnoty houževnatosti.

Zvýšením austenitizační teploty až na 1050°C (obr. 2) se v podstatě zamezí mezistupňové přeměně struktury, takže struktura materiálu byla při plynulém chlazení do požadované oblasti tvrdosti vytvořena z perlitu a martensitu a nepřinesla očekávanou vysokou houževnatost materiálu.

Vzorky vytvořené z uvedené slitiny, které byly urychleně ochlazovány z teploty kolem 860°C (obr. 3) a podle vynálezu se v nich nechala proběhnout přeměna struktury při teplotě • ·

mezi 350°C a 300°C (viz šipku), tedy 155°C, popřípadě 105°C nad bodem tvorby martensitu, mají reprodukovatělně dosažitelnou tvrdost materiálu od 550 do 600 HV, homogenní strukturu spodního mezistupně a houževnatosti.

také podstatně zlepšenou hodnotu

Dále bylo zjištěno, že teplotou se přesouvá oblast stupni mezistupňové přeměny k se stoupající austenitizační přeměny perlitu v příslušném delším časovým úsekům, takže izotermická přeměna ve spodní mezistupňové oblasti podle vynálezu, při které je dosahována tvrdost materiálu mezi 550 a 600 HV, vyžaduje dobu mezi 20 a 340 minutami při teplotě 330°C a 180°C (viz šipku) a zajišťuje mimořádně vysoké hodno ty huževnatosti.

Z těchto zkoušek je zřejmé, že izotermická přeměna vývalku, zejména kolejnice, v oblasti spodního mezistupně slitiny přináší jednak vysokou tvrdost materiálu při vysoké houževnatosti a jednak se odpovídajícím průběhem teploty, popřípadě volbou teplot při stanovení výrobních podmínek, eventuálně potřebného časového průběhu při tvarování materiálu dosahuje zvláštních materiálních hodnot výrobku.

Dále byly z oceli obsahující v hmotnostních množstvích 0,30 % uhlíku C, 0,30 % křemíku Si, 1,08 % manganu Mn, 1,11 % chrómu Cr, 0,04 % niklu Ni, 0,09 % molybdenu Mo, 0,15 % vanadu V a 0,016 % hliníku Al, přičemž zbytek tvoři železo a průvodní prvky, vyrobeny železniční kolejnice, přičemž teplota povrchu na konci válcovacího procesu byla v průměru 1045°C. Po válcování se vývalek vyrovnal do přesného osového podélného směru a ' kolejnice se přesunula v této poloze do chladicího zařízení. V tomto chladicím zařízení se provádělo v prvním stupni rovnoměrné ochlazování kolejnice po celém jejím obvodu s vyšší intenzitou tak dlouho, dokud teplota povrchu částí profilu kolejnice, zejména obvodové oblasti patky kolejnice, nedosáhla hodnoty kolem 290°C. Potom se v těchto oblastech přerušilo prudké ochlazování, popřípadě se

ukončilo ostřikování povrchu vývalku chladicí látkou. V druhém stupni výrobního postupu pak probíhalo intenzivní chlazení jen v oblastech kolejnice s větší koncentrací materiálu a se srovnatelně vyšší teplotou, to znamená zejména v oblasti hlavy kolejnice, přičemž toto intenzivní chlazení, popřípadě urychlené ochlazování probíhalo tak dlouho, dokud povrchová teplota nedosáhla rovněž hodnoty 290°C. Tento druh ochlazování vyžaduje přerušované chlazení, popřípadě chlazení probíhající v jednotlivých časových intervalech nebo regulaci intenzity ostřikování chladicí látkou pro alespoň vybrané oblasti povrchové plochy průřezu.

V třetím stupni výrobního procesu se potom takto ochlazená kolejnice uloží v peci nebo v udržovací komoře s teplotou kolem 340°C, v jejím materiálu se nechá proběhnout přeměna struktury a kolejnice se potom ochladí na teplotu okolí.

Zde je třeba poznamenat, že při provádění předběžných zkoušek byly zjišťovány izotermické grafy zobrazující vzájemné vztahy času, teploty a přeměny struktury materiálu v závislosti na austenitizační teplotě 850°C (obr. 5) a také

1050°C (obr. 6) a byl martensitu této slitiny, 260°C. Důsledkem těchto také zjišťován bod začátku tvorby který byl roven 300°C, popřípadě výsledků bylo stanovení chladicí technologie a teploty přeměny na 340°C.

Následné zkoušky materiálu ukázaly následující výsledky:

V celém průřezu vývalku měla strukturní stavba strukturu spodního mezistupně, popřípadě bainitického stupně. ·—

Tvrdost hlavy kolejnice byla 475 HB a v celém průřezu kolejnice se měnila jen v nepatrných mezích.

Houževnatost materiálu, měřená rázovou vrubovou zkouškou, je rovněž podstatně zlepšena.

Zkoušky zaměřené na zkoušky houževnatosti proti vzniku trhlinek přinesly hodnoty kolem 2300 H/mm³/².

·· ···♦

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Profilový válcovaný materiál, zejména kolejnice pro pouliční dráhy a železnice, sestávající ze slitiny na bázi železa, obsahující uhlík, křemík, mangan a popřípadě chrom, prvky tvořící speciální karbidy a také ovlivňující chování materiálu při přeměně a/nebo mikrolegovací přísady S zbytek je tvořen železem a obvykle se vyskytujícími a výrobou podmíněnými nečistotami, a mající strukturní stavbu vytvořenou alespoň v části svého průřezu urychleným chlazením z austenitické oblasti slitiny, vyznačující se tím, že slitina na bázi železa obsahuje v hmotnostních množstvích křemík do 0,93 %, zejména 0,21 % až 0,69 %, hliník do 0,06 %, zejména do 0,03 %, a kombinaci křemíku a hliníku do 0,99 %, přičemž alespoň v dílčích oblastech průřezu má vývalek podél své délky strukturní stavbu se strukturou, která je vytvořena při v podstatě izotermické přeměně struktury z austenitu v oblasti spodního mezistupně nebo spodního bainitického stupně.
2. Profilovaný vývalek podle nároku 1, vyznačující se tím, že slitina na bázi železa obsahuje v hmotnostních množstvích 0,41 % do 1,3 %, zejména 0,51 % do 0,98 % uhlíku, 0,31 % až 2,55 %, zejména 0,91 až 1,95 % manganu a zbytek je tvořen železem.
3. Profilovaný vývalek podle nároku 1 nebo 2, v y z n ač ú j í c í set im , že slitina na bázi železa dále obsahuje v hmotnostních množstvích 0,21 % až 2,45 %, zejména 0,38 % až 1,95 % chrómu , popřípadě do 0,88 % zejména do 0,49 % molybdenu, do 1,69 %, zejména do 0,95 % wolframu, do 0,39 %, zejména do 0,19 % vanadu a dále niob a/nebo tantal a/nebo zirkon a/nebo hafnium a/nebo titan jednotlivě nebo v celkovém množství do 0,28 %, zejména 0,19 %, a také nikl do

2,4 %, zejména do 0,95 •6 · % a bor do 0,006, zejména 0,004
4. Profilovaný vývalek podle nároku 1 až 3, vyznačující se tím, že slitina na bázi železa obsahuje křemík, hliník a uhlík v takových koncentracích, že hodnota vytvořená z 2,75násobku % křemíku Si a/nebo hliníku AI minus % uhlíku je rovna nebo menší než 2,2.
5. Profilovaný vývalek podle nároku 1 až 4, vyznačující se tím, že je vytvořen ve formě železniční kolejnice sestávající z hlavy kolejnice, patky kolejnice a stojiny spojující obě tyto části, přičemž alespoň v jedné oblasti profilu vývalku, zejména v hlavě kolejnice, je do hloubky nejméně 10 mm, zejména nejméně do 15 mm od povrchu kolejnice tvořen materiálem se strukturní stavbou vytvořenou ve spodním mezistupni, popřípadě ve spodní bainitické oblasti .
6. Profilovaný vývalek podle nároku 1 až 5, vyznačující se tím, že v železniční kolejnici jsou oblasti se spodní mezistupňovou nebo spodní bainitickou strukturní stavbou uspořádány osově souměrně nebo středově souměrně .
7. Profilovaný vývalek podle nároku 1 až 6, vyznačující se tím, že v oblasti nebo v oblastech se spodní mezistupňovou nebo spodní bainitickou strukturou má tvrdost nejméně 350 HB, zejména nejméně 400 HB, především od 420 do 600 HB.

· ·
8. Způsob» výrobyprof ilovaného vývalku, ze jména kole j nice pro pouliční dráhy a železnice, ze slitiny na bázi železa obsahující uhlík, křemík, mangan, popřípadě chrom, prvky tvořící speciální karbidy a také ovlivňující průběh přeměny materiálu a/nebo mikrolegovací přísady, přičemž zbytek tvoří železo a výrobou podmíněné a obvyklé nečistoty, urychleným ochlazováním ze strukturní stavby tvořící austenitickou ·· ···· oblast slitiny, přičemž alespoň části povrchové plochy kolejnice připravené v austenitické oblasti se ostřikuji chladicí látkou nebo se do ní ponoří, vyznačující se tím, že složení slitiny se zvolí v úzkých mezích jeho průběhu přeměny při ochlazování z oblasti kubicky-plošně středové atomové struktury, popřípadě z austenitické oblasti a z vybrané slitiny se vytvoří vývalek, načež se v podélném směru ochladí alespoň části příčného průřezu vývalku z austenitické oblasti na teplotu mezi bodem přeměny martensitu ve slitině a hodnotou překračující tento bod o nejvýše 250°C, zejména nejvýše 190°C, zejména na teplotu v oblasti 5°C až 110°C nad bod přeměny martensitu a struktura se nechá v podstatě izotermicky přeměnit.
9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím , že přeměna struktury slitiny se provádí v podstatě izotermicky v teplotní oblasti nejvýše ± 110°C, zejména nejvýše ± 60°C.
10. Způsob podle nároku 7 nebo 9, vyznačující se t i m , že se využije teplota přeměny nejvýše 450°C, zejména 300°C až 380°C.
11. Způsob podle nároků 8 až 10, vyznačující se t í m , že alespoň část profilu profilovaného vývalku, ve které je zvýšená koncentrace materiálu, se podrobí urychlenému ochlazování.
12. způsob podle nároků 8 až 11, v y z na č u j í c í se tím, že ochlazování se provádí ostřikováním povrchu chladicí látkou, nastaveným na koncentraci hmoty v jednotlivých částech profilu vývalku.
13. Způsob podle nároků 8 až 12, vyznačující se t i m , že vývalek se v první fázi ponoří celým svým ······· ·· ·· ···· obvodem do chladicí tekutiny, po dosažení teploty povrchové oblasti o nejméně 2°C, zejména však o asi 160°C nad bodem přeměny martensitu se slitina alespoň částečně vyjme z chladicí látky a ve druhé fázi se ponechá popřípadě dočasně v ponořovací lázni pouze svou oblastí s vysokou koncentrací hmoty nebo se dočasně ponoří do ponořovací lázně.
14. Způsob podle nároků 8 až 13, vyznačující se t í m , že vývalek se bezprostředně po svém vytvarování s využitím válcovacího tepla vyrovná do směru své podélné osy a přivede se k chladicímu procesu, kterým se přeměnou materiálu ve spodním mezioperačním stupni, vyvolanou chladicím postupem nastaveným podél průřezu, vytvoří speciální vlastnosti materiálu v různých oblastech jeho průřezu.
15. Způsob podle nároků 8 až 14, vyznačující se t í m , že se jím vytváří železniční kolejnice zejména pro tratě s velkým provozním zatížením, mající velkou odolnost proti opotřebení, vysokou houževnatost a omezenou kontaktní únavu při vyšším specifickém zatížení, přičemž po válcování a po alespoň částečném termickém nastavení struktury spodního mezistupně se provádí následný rovnací proces, zejména ohybová vyrovnávací operace při teplotě okolí nebo při mírně zvýšené teplotě pro získání speciálních materiálových vlastností při stabilním narovnání kolejnice.

Teplota v °c Teplota • · · · · ·

Teplota v C _ Teplota

Teplota v °C · -» Teplota