DD206742A5

DD206742A5 - Verfahren zum richten von eisenbahnschienen und hergestellte eisenbahnschienen

Info

Publication number: DD206742A5
Application number: DD83248070A
Authority: DD
Inventors: Raymond Y Deroche; Yves Bourdon; Andre Faessel
Original assignee: Sacilor
Priority date: 1982-02-19
Filing date: 1983-02-18
Publication date: 1984-02-08
Also published as: ATA10583A; AR230791A1; GB8301070D0; AU1073883A; DE3223346A1; PT76210B; IT8367190A0; SE462520B; ZA83536B; IT1165545B; AT381875B; ES8404881A1; PT76210A; GB2115326A; FR2521883B1; EG15932A; US4597283A; GB2115326B; KR840003718A; FI84563C

Abstract

DIE ERFINDUNG BETRIFFT EIN VERFAHREN ZUM RICHTEN VON EISENBAHNSCHIENEN UND DURCH DAS VERFAHREN HERGESTELLTE EISENBAHNSCHIENEN. AUFGABEN DER ERFINDUNG IST ES, GERADE SCHIENEN MIT GERINGEN INNEREN SPANNUNGEN ZU ERZEUGEN, DIE KEINE GEFAHR VON SPROEDRISSEN MIT SICH BRINGEN. IHR ZIEL BESTEHT IN DER KOSTENGUENSTIGEN HERSTELLUNG FORM-UND MASSHALTIGER SCHIENEN, DIE NICHT DER GEFAHR UEBERRASCHEND AUFTRETENDER BRUECHE UNTERLIEGEN. ERFINDUNGSGEMAESS WIRD VORGESCHLAGEN, DIE STAHLSCHIENEN EINER ZUGSPANNUNG AUSZUSETZEN,DIE OBERHALB DER 0,2%-DEHNGRENZE BZW. STRECKGRENZE VON STAHL LIEGT UND EINE VOLLSTAENDIGE PLASTISCHE VERFORMUNG DER GESAMTEN SCHIENE BEWIRKT. DERART HERGESTELLTE SCHIENEN AUS EINER SCHIENENSTAHLSORTE MIT EINER ZUGFESTIGKEIT Rm KLEINER ALS 1000N/QUADRATMILLIMETER HABEN INNERE RESTSPANNUNG KLEINER +/- 50 N/QUADRATMILLIMETER; AUS EINER SCHIENENSTAHLSORTE MIT EINER ZUGFESTIGKEIT Rm GROESSER 1000 N/QUADRATMILLIMETER INNERE RESTSPANNUNGEN KLEINER +/- 100N/QUADRATMILLIMETER. DIE ERFINDUNG WIRD EINGESETZT BEI DER FERTIGBEARBEITUNG VON EISENBAHNSCHIENEN, INSBESONDERE AUCH FUER SOLCHE AUS HARTEM STAHL FUER STARK BELASTETE SCHIENENSTRAENGE, BEISPIELSWEISE IM BERGBAU, FUER SCHWERE LASTEN ODER HOECHSTGESCHWINDIGKEITEN.

Description

Z 4 O U / O 6 ~^~ Berlin, den 3. 5. 83

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Verfahren zum Richten von Eisenbahnschienen und hergestellte Eisenbahnschienen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Richten von Eisenbahnschienen und um durch das Verfahren hergestellte Eisenbahnschienen·

Es handelt sich dabei um ein Verfahren zur Fertigbearbeitung von Eisenbahnschienen^ insbesondere zur Beseitigung von Spannungen und zum Richten von Schienen aus thermisch behandelten üblichen oder extra-harten Stahllegierungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Nach dem Walzen wird die noch warme und gegenüber Verformungen empfindliche Schiene einer Reihe von Handhabungen und Behandlungen ausgesetzt^: wie beispielsweise dem Transport auf Rollenstraßen ^ dem Trennen und Abschaben*,, die zu Formänderungen führen können· Die Kühlung ist gleichfalls eine Ursache erheblicher Formänderungen, obwohl alle Vorkehrungen getroffen werden?, um diese zu verringern oder zu vermeiden. Die ungleichmäßige Kühlung der verschiedenen Teile der Schiene^ deren Profil im Hinblick auf seine beiden Hauptebenen nicht symmetrisch ist;, führt dazu?* daß die aus dem Kühlbett herauskommende Schiene eine mehr oder weniger deutliche Krümmung aufweist', die von den Abkühlbedingungen abhängig ist» Die Länge der Fasern des Kopfes, Steges und des Fußes der Schiene sind unterschiedlich. Unabhängig davon*

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welche Vorkehrungen man für die Vermeidung oder Verringerung der durch die Kühlung bedingten Krümmung trifft, ist es im industriellen Maßstab unmöglich^ am Ausgang des Kühlbetts 100 % an Schienen zu erhalten;» die ausreichend gerade sinds» um sie als fertige Eisenbahnschienen ausliefern zu können. Die durch das asymmetrische Profil bedingter, unvermeidbar ungleichmäßige Kühlung der Schiene ist andererseits die Ursache für Restspannungenii, die die Ausbildung von Rissen begünstigen können^ wenn die Schiene sich auf dem Bahndamm befindet. Dies gilt insbesondere für extra-harte Schienen-, wie man sie für hochbelastete Schienennetze verwendet^ beispielsweise für Schienen im Bergbau oder Schienennetze für den Transport von schweren Lasten.

Gegebenenfalls vor dem Durchlauf durch das Kühlbett vorgenommene Wärmebehandlungen der Schienen?, die sich auf das gesamte Profil oder einen Teil davon erstrecken=, vergrößern die Gefahr von Verformungen und großen Restspannungen. Selbst weniger strenge Vorschriften für die Herstellung der Schienen ermöglichen es nicht mehr;, die Schienen in einem Richtzustand auszuliefern^ wie er am Ausgang des Kühlbetts vorliegt;, so daß es unerläßlich istiv die Schienen zu richten. Bei jedem Richtvorgang ist es erforderlich;, das zu richtende Metall einer Spannung auszusetzen!* die oberhalb der Streckgrenze liegt» so daß die Schienen wenigstens örtlich begrenzt im plastischen Bereich verformt werden.

Bis heute verwendet man zwei zum Stand der Technik gehörende Richtmaschinen% Die älteste Richtmaschine ist eine Presser^ in der ein zu richtender Teil der Schiene auf Ambosse aufge-

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legt wird» Ein in vertikaler Richtung beweglicher Pressenkolben·* an dem ein den Schienenabmessungen angepaßter PreS-sterapel befestigt ist_r verforrut durch Druck den betreffenden Teil der Schiene und gibt ihm eine entgegengesetzte Krümmung. Seitlich angeordnete Ambosse und Kolben ermöglichen es nach dem selben Prinzip;, die Schiene auch seitlich zu richten» Die Bedienungsperson der Presse bestimmt die zu richtenden Teile auf visuellem Wege und kontrolliert nach jedem Presseniiub die erzielte Gradlinigkeit mit einem Lineal» Dieses Richtverfahren> das eine erfahrene Bedienungsperson erforderlich macht*» bedingt für die verschiedenen Teile der Schiene eine Vielzahl von Pressenhüben und ist gewaltsam und kostspielig*, Das erzielte Ergebnis entspricht nicht mehr den Anforderungen moderner Schienennetze·

Im allgemeinen wird heutzutage die Presse nur mehr als Ergänzung des Richtens durch eine Rollenrichtmaschine angewandt; die den zweiten Typ der Richtmaschine darstellt* Diese Maschinen richten die Schienen in Richtung einer oder zweier Ebenen für die Trägheitsmomente der Schienen und besitzen im allgemeinen zwischen fünf und neun Rollen· Zwischen diesen wird die Schiene alternierend Verformungen in entgegengesetzter Richtung ausgesetzt» Die oberen-, angetriebenen Rollen bewegen die Schiene und unterwerfen sie zusammen mit den unteren^ nicht angetriebenen Rollen den besagten entgegengesetzten Verformungen. In dem durch die ersten drei Rollen gebildeten Dreieck wird der Schiene zur Korrektur eine erste Verformung aufgezwungen-, die von der ursprünglichen Verformung unabhängig ist, Innerhalb des zweiten Dreiecks;, das durch die zweite^ dritte und vierte Rolle gebildet wirdi> er-

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hält die Schiene eine zur ersten Verformung entgegengesetzte Verformung« Die fünfte sowie die folgenden Rollen haben die Aufgabe?» die Schiene durch entsprechende alternierende Verformungen gerade zu richten. Die Enden der Schiene sind auf einer bestimmten Länge nicht gerichtet, die dem Achsabstand der Rollen entspricht* Diese Enden müssen infolgedessen mittels einer Presse gerichtet werden* Das mittels Rollen durchgeführte Richtverfahren unterwirft bestimmte Fasern des Metalls nacheinander Zug- und Druckspannungen. Am Ausgang der Rollenrichtmaschine befindet sich der Steg der Schiene unter einer in Längsrichtung verlaufenden elastischen Druckspannung?:, während Kopf und Fuß unter einer in Längsrichtung verlaufenden Zugspannung stehen· Diese inneren Spannungen sind auf das Richten durch Rollen zurückzuführen. Unabhängig vom anfänglichen Richtzustand der Schienen am Ausgang der Kühleinrichtung unterliegen die Schienen in den Rollenrichtmaschinen beträchtlichen Verformungen;, die zu den folgenden Nachteilen führen:

- merkliche Verkürzung der Schiene;,

- Verringerung der Höhe des Schienenprofils;,

- Vergrößerung der Breite von Kopf und Fuß der Schiene^ *

- systematische Unterschiede der Schienenabmessungen zwischen den nicht durch die Rollen bearbeiteten Enden und dem bearbeiteten Mittelstück der Schienen-,

-häufig auftretende Notwendigkeit, das Richten der Enden auf einer Presse zu beenden·, was eine leichte Vieleckbildung an den Enden verursacht, wodurch es unmöglich ist;, eine vollkommene Fortsetzung der Gradlinigkeit mit dem

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Mittelstück der Schiene zu erzielen:»

- bei allen Schienen systematische Erzeugung von Spannungen;, die die Ausbreitung von Rissen begünstigen?,

- Gefahr der Entstehung von Sprödrissen in den Obergängen des Steges zum Kopf und zum Fuß. Es handelt sich um innere Risse;, die mit dem Auge nicht wahrnehmbar sind und ein potentielles Risiko schwerer Unfälle darstellen?,

- Gefahr der Entstehung sinus-ähnlicher Wellen mit mehr oder weniger großer Amplitude auf dem Schienenkopf auf Grund von schwer zu vermeidenden Exentrizitäten der Rollen, Diese Wellen können bei hohen Fahrgeschwindigkeiten auf dem Schienenstrang eine mehr oder weniger große Unruhe verursachen.

Die Richtverfahren mittels Rollen- ggf» durch Richtverfahren mittels Pressen ergänzt«, ermöglichen die Einhaltung der heutzutage bei der Schienenherstellung anzuwendenden Normen nur unter Inkaufnahme einer äußersten Sorgfalt und hoher Herstellkosten. Die Norm UIC 860 schreibt beispielsweise eine Geradheit des Materials mit einer maximalen Durchbiegung von 0->7 mm auf einer Länge von 1,5 m für die Schienenenden vor, wobei die Geradlinigkeit im Hinblick auf den Schienenkörper mit dem Auge beurteilt wird» Für Schienen;^ die für Hochgeschwindigkeitsstrecken vorgesehen sind;:, auf denen Züge mit einer Reisegeschwindigkeit von 260 km/h fahren und auf denen eine Geschwindigkeit von 380 km/h erreicht worden ist, werden die Vorschriften gemäß der Norm UIC 860 durch folgende zusätzliche Vorschriften ergänzt:

- maximale Durchbiegung von 40 mm für Schienenlängen von 18 m

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υ?

und vora 160 mmt fur Schienenläng envan 36 mr|

- senkrechteAmplitude der Wellen in der Schienenlauffläche kleiner als Qt^ mmi|

- horizontale Amplitude der querverlaufenden Wellen des Schienenkopfs kleiner als 0^5 mmi»

- Ausrichtung der Enden zum Mittelteil der Schiene in vertikaler Richtung^ definiert durch eine= maximale Auslenkung, von 0^3 ram** gemessen mit einem Lineal von 3 m Länget welches** ausgehend von den Endend auf der Lauffläche aufliegt«,

Die Erfüllung dieser zusätzlichen Normen^ die die Ausnutzung der Rollenrichtnraschinen und der Pressen^ bis* are. dies Grenze^ ihrer Möglichkeiten erforderlich machtH: erhöfot; die« Kosten der Richtbehandlung«

Es wurde bereits vorgeschlagen^ irgendwelche Metallprofile durch¹ Ziehen zu. richten gemä& der FR-PS 573i S7S vom 23* 02» 1923* Bei diesem; bekannten Verfahrens wird!i-.&tm- mehr oder weniger verformten Pro.fi! dadurch gerichtet^ daß? man es in der Weise streckt^ daR seine Fasern; regelmäfi^ gelängt werdend bis die Streckgrenze, des Metalls, erreicht und sogar überschritten wird«, Man weiß auch** daß* dass Strecken eines Metalls- seine Härte erhöht^, währenddessen^ die? Eigenschaften der Streckbarkeit und der Kerbzähigkeit durch: merkliche Verformungen beim Strecken verringert-werden*. Dabei ist es insbesondere die Zähigkeit?,; die bei einer Eisenbahnschiene wichtig ist* Dies ist vermutlich der wesentliche Grundl; der den Fachmann bis heute daran gehindert hati| das? Verfahren des Streckens oder Ziehens beim Richten der Schienen anzu—

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- 7 wenden·

Aus wirtschaftlichen Gründen setzt man zunehmend Schienen aus hartem Stahl einr^ der schon auf Grund seiner Zusammensetzung spröde ist und härtende Elemente enthält^ darunter insbesondere Kohlenstoff» Es ist bei dieser Art von Schienen festgestellt worden^ daß die Geschwindigkeit der Aus·* breitung von Ermüdungsrissen erhöbt ist«. Man weißt! daß das Phänomen der Werkstofferraüdung dann entsteht^ wenn die Restspannungen einen hohen Betrag erreichen* Aus der nachfolgenden Tabelle ist zu entnehmen^ daß bei Schienen^ die mittels Walzen gerichtet wurdenrS die inneren Spannungen folgende Beträge erreichen:

Stahlsorte: Zugfestigkeitε Innere Spannung!

gewöhnlicher Stahl ÜIG 700- 900 N/mm^ JLOQ Stahl UIC naturhart 900-1000 H/mm^Z 200 Stahl extrahart 1100-1200 N/mmP 300;

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Entwicklung eines Verfahrens zum Richten von Eisenbahnschienen undi durch, das Verfahren hergestellter Eisenbahnschienen^ wodurch^ es möglich wird!* mit niedrigeren f-ierstelXungskosten maß— und formhaltige Schienen mit niedrigen inneren Spannungen herzustellen^; die ohne Gefahr überraschend; auftretender Brüche infolge von Sprödrissen auch bei stark belaste ten Schienensträngen^ beispielsweise im Bergbaus! fiir schwere Lasten

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oder Höchstgeschwindigkeiten; eingesetzt werden können und auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten keinen mehr oder weniger unruhigen Lauf der Schienenfahrzeuge verursachen. Das ergänzende Richtverfahren mittels einer Presse in merklichem Umfang soll vermieden werden.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe;, die durch die Erfindung gelöst wirdi,-ist darin zu sehen-, ein Verfahren zum Richten von Eisenbahnschienen und durch das Verfahren hergestellte Eisenbahnschienen nachzuweisen;;, die folgende Forderungen erfüllen:

- die Erzeugung von Schienen ohne Krümmung,

- die Gewährleistung einer gleichmäßigen Geradlinigkeit zwischen den Enden und dem Mittelstück der Schiene durch Unterdrückung jeglicher Vielkantbildung an den Enden,

- die Gewährleistung der Freiheit periodischer Wellen in der Schienenlauffläche*

- die Vermeidung der Gefahr der Ausbildung von Sprcdrissen in den Hohlkehlen an der Verbindungsstelle des Steges mit dem Fuß und dem Kopf,

- die Vermeidung des Entstehens schädlicher innerer Spannungen beim Richten, und die Verringerung innerer Spannungen;, die durch Bearbeitungsvorgänge vor dem Richten in der Schiene erzeugt wurden (Wärmebehandlungen!, Kühlvorgang).

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Das Merkmal der Erfindung?, das durch die vorstehend genannte technische Aufgabe gelöst wirdi, besteht darin=, daß man die Stahlschienen einer Zugspannung aussetzt, die oberhalb der 0,2 %-Dehngrenze (Streckgrenze) von Stahl liegt und eine vollständige plastische Verformung der gesamten Schiene bewirkt·

Auf Grund dieser vollständig im plastischen Bereich liegenden Verformung der Schiene durch Zug werden durch den Richtvorgang keinerlei Restspannungen erzeugt^ und die bereits vorhanden gewesenen Restspannungen werden abgebaut»

Nach einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man die Schienen einer solchen Zugspannung ausr, daß nach deren Aufhebung eine Restdehnung von mindestens 0,3 % zurückbleibt» .

Anders ausgedrückt^ gewährleistet eine Restdehnung der Schiene von 01,3 % nach der Aufhebung der Zugbelastung eine Reihe von Vorteilen, Die Absenkung der inneren Restspannungen der Schiene auf niedrige Werte verbessert die Zähigkeit und das Ermüdungsverhalten der Schiene* Wenn die Schiene auf dem Bahnkörper liegtiV wird sie u. a* durch Spannungen beaufschlagt;, die von den langen geschweißten Schienensträngen sowie vom Fahrverkehr herrühren. Solange wie die Überlagerung dieser Spannungen nicht die Grenze der Dauerfestigkeit überschreitet, führen evtl. bereits vorhandene Anrisse in der Schiene nicht zu deren Bruch. Daraus ergibt sich das Interesse an Schienen mit inneren Restspannungen', die so gering wie möglich sind.

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Gleichfalls zu den Merkmalen des Verfahrens nach der Erfindung zählt» daß man die Schienen einer solchen Zugspannung aussetzt:; daß nach deren Aufhebung eine Restdehnung von höchstens 1,5 % zurückbleibt*

Es hat sich herausgestellt:, daß die vorhandenen Restspannungen nicht mehr merklich verringert werden können;, sobald die Gesamtheit des die Schiene bildenden Materials einer völlig plastischen Verformung ausgesetzt worden ist« infolgedessen ist es nicht erforderlich', die Schiene solchen Zugspannungen auszusetzen?-, die zu einer Restdehnung oberhalb 1,5 % führen.

Gemäß einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man die Schienen einer solchen Zugspannung aus;-, daß nach deren Aufhebung eine Restdehnung zwischen 0>5 und 0,7 % zurückbleibt»

Ein Merkmal des Verfahrens nach der Erfindung ist auch darin zu sehenf, daß man die Schienen zunächst einem Richtvorgang mittels Rollen und nachfolgend einem Richtvorgang mittels einer solchen Zugspannung aussetzt, daß eine Restdehnung oberhalb von 0,3 % zurückbleibt.

Die Erfindung bezieht sich durch ein anderes Merkmal auf gerichtete Eisenbahnschienen aus einem Stahl·, mit oder ohne Wärmebehandlung?, mit einer Zugfestigkeit R kleiner oder

ty IU

gleich 1000 N/mra > gekennzeichnet durch innere Restspannungen kleiner als +_ 50 N/mm . Dabei ist unter +50 N/mm Zugspannung und unter - 50 N/mm Druckspannung zu verstehen.

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- ii -

Andererseits ist ein Merkmal der Erfindung auch darin zu sehen*, daß gerichtete Eisenbahnschienen aus Stahle mit oder ohne Wärmebehandlung:, mit einer Zugfestigkeit R größer als

2 2

1000 N/mm innere Restspannungen kleiner als + 100 N/mm be-

2 ~*

sitzen^ wobei unter + 100 N/mm Zugspannung und unter

2 - 100 N/mm Druckspannung zu versehen ist»

Für die bekannten Stahlsorten - vvärmebehandelt oder nicht hat sich herausgestellt?, daß man für die in Längsrichtung verlaufenden Restspannungen Werte erhält, die unter _+ 100

N/mm für Stahlsorten mit einer Zugfestigkeit R größer als

2 2

1000 N/mm liegen^ und unterhalb _+ 50 N/mm für Stahlsorten

2 mit einer Zugfestigkeit R kleiner oder gleich 1000 N/mm , sobald die plastische Verformung durch Zug einer Restdehnung in der Größenordnung von 0,27 % entspricht»

Ausführunqsbeispiel

Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel

näher erläutert werden* In der zugehörigen Zeichnung stellen dar:

Fig. 1: einen Querschnitt durch eine Schiene unter Hervorhebung ihrer Einzelheiten wie der neutralen Ebene XX' und ihrer vertikalen Symmetrieebene YY¹ ,

Fig. 2a: eine perspektivische Darstellung einer aus dem Kühlbett kommenden Schiene,

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Fig. 2b: eine Seitenansicht der Schiene nach Fig. 2a,

Fig. 3: ein Spannungs-Dehnungsdiagramm für Stahl, welches die Kurve der Spannungen in Abhängigkeit von der erzielten Dehnung zeigt,

Fig» 4: eine schematische Darstellung der Verringerung der Restspannungen in den verschiedenen Teilen der Schiene in Abhängigkeit von der Restdehnung £ ,

Fig. 5: perspektivische Darstellung (eingerahmt) eines SchienenabschnittSi» der auf einer Länge L durch einen Sägeschnitt eingeschnitten ist und für einen Test zur Feststellung des Vorhandenseins innerer Spannungen verwendet wird, sowie darunter ein Diagramm eines empirischen Vergleichs des Zustandes der Restspannungen auf Grund einer Durchtrennung des Steges und der Auslenkung f des Schienenkopfes am Schienenende,

Fig. 6a: die Bruchflächen einer naturharten Schiene B nach UIC.., die in bekannter Weise mittels Rollen gerichtet wurde»

Fig, 6bι Schiene nach Fig. 6a, die erfindungsgemäß durch Strecken gerichtet wurde,

Fig. 7i Kurven 11; 12 für die Rißbildung zum Vergleich der Ausbreitung von Rissen während der Biege-

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Wechselfestigkeitstests von Schienen der Stahlsorte extrahart-legiert (UIC naturhart, R^ kleiner als 1100 N/mm²),

Fig» 8a: Bruchfläche der Probe einer extraharten legierten Schiene (R_m größer oder gleich 1080 N/rara )', gerichtet durch Rollen,

Fig» 8b: Bruchfläche der Schiene nach Fig» 8a, durch Strecken gerichtet,

Fig» 8c: Bruchfläche der Schiene nach Fig. 8a, ungerichtet (unmittelbar aus dem Kühlbett),

Fig» 8d: Bruchfläche der Schiene nach Fig. 8a·, gerichtet durch Rollen und nachfolgend durch Strecken,

Fig. 9: die entsprechenden Kurven für die Rißbildung

an den Proben gemäß den Fig. 8a, 8b, 8c und 8d.

Eine Schiene 1, die aus einem Kühlbett austritt., weist eine Linkskrümmung auf (Fig» 2a; 2b). Die Längen der Fasern des Kopfes 2s, des Stegs 3 und des Fußes 4 der Schiene·, die den Fasern CC ; AA'; PP¹ entsprechen, sind voneinander verschieden. Das Wesen der Erfindung besteht darin, die Schiene 1 an jedem ihrer Enden einer Zugspannung auszusetzen*·, die für alle Fasern unter dem Einfluß einer Zugspannung C , die größer ist als die 0,2 %-Dehngrenze (in Fig. 3 bestimmt durch R 0,2) , innerhalb des vollständig plastischen Be-

reichs des betreffenden Schienenstahls die gleiche Faserlän-

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ge herbeiführt· Der für diese Maßnahme notwendige Dehnungsgrad muß für die am wenigsten unter Spannung stehende Faser größer sein als der entsprechende Dehnungsgrad am Knick bzw. Anfang des Fließens des Stahls. Infolgedessen wird auf die zu richtende Schiene eine Zugspannung zur Einwirkung gebracht, die größer ist als die Dehngrenze, um auf diese Weise nach der Aufhebung der Belastung eine bleibende Dehnung von mindestens Q;,27 % zu erhalten. Diese geringe Restdehnung ermöglicht es;, gerade Schienen zu erhalten, wobei das Material weniger geschädigt wird:, als beim Richten durch Rollen. Da die Biegung der Schienen über die gesamte Länge nicht immer gleichmäßig ist,- sind örtliche Krümmungsradien anzutreffen, die kleiner sind, als die Gesamtkrümmung. Eine Restdehnung in der Größenordnung von einigen zehntel Prozent ermöglicht die Beseitigung sowohl scharfer als auch weniger scharfer Krümmungen. Das Vorhandensein von inneren Spannungen auf Grund des Abkühlvorgangs bringt außerdem Ungleichf örrnigkeiten hinsichtlich der Länge der Walzfasern innerhalb der Schiene mit sich. Das Richten der Schiene durch plastisches Strecken sämtlicher Fasern und durch plastisches Strecken vorzugsweise der kürzeren Fasern führt zu einer Beseitigung der inneren Restspannungen des Stahls· Fig. 4 zeigt ein Beispiel für die Entwicklung der längsgerichteten Restspannungen in Abhängigkeit vom Verhältnis der Restdehnung für eine Schiene aus handelsüblichem Stahl· Das Diagramm gemäß Fig. zeigt auf der Abzisse die Restdehnung £ und auf der Ordinate die längsgerichtete Restspannung £ (- für Druck; + für Zug) in N/mm . Die Kurve 5 stellt die Restspannung im Fuß und die Kurve 6 stellt die Restspannung im Kopf der Schiene dar. Es ist zu erkennen;, daß die Restspannungen konstant bleiben und einen hohen Setrag aufweisen, solange wie die

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auf die Schiene aufgebrachte Zugspannung noch im elastischen Bereich des Stahls liegt ( £ ~ 0,185 %)\ und daß die Restspannungen oberhalb des elastischen Bereichs sich gleichmäßig verringern, bis sie Minimalwerte einnehmen, und zwar ab einer Restdehnung in der Größenordnung von 0,27 %.

Hieraus ist ersichtlich, daß der Bereich der Restdehnung zwischen der 0,2 %-Dehngrenze ( c = 0,2 %) und den Minimalwerten für die Restspannung (hier O ^10 N/mm für £ ^ 0,27 %) zu unsicheren Verhältnissen führt und infolgedessen zu vermeiden ist, und daß oberhalb der Werte für eine minimale Restspannung (ausgehend von C^ 0_tZ7 % oder 0,3 %) eine Erhöhung der Restdehnung keine wesentliche Verbesserung der Verhältnisse in dieser Hinsicht mehr mit sich bringt, es sei denn zur Erhöhung der Streckgrenze durch den Effekt der Kaltverformung. Diese Erhöhung der Streckgrenze kann bewußt vorgenommen werden, beispielsweise bei einer naturharten Stahlsorte A gemäß UIC oder bei einer Stahlsorte gemäß AREA, bei denen die Erhöhung der Streckgrenze etwa bei

2 100 N/mm für 1 % zusätzlicher Restdehnung liegt.

Anders ausgedrückt genügt ein Verhältnis der Restdehnung von 0,3 % zur Beseitigung der Restspannungen, die in einem Verhältnis von etwa 10 : 1 reduziert werden. Meßwerte für Restspannungen, die durch die oben beschriebene Methode des Trennschnitts erhalten und durch andere Methoden des Lochens und Bohrens bestätigt wurden, werden nachfolgend in den Tabellen I bis III wiedergegeben» Die betreffenden Schienen, an denen die Messungen durchgeführt wurden, wurden mit den Bezeichnungen 073 D 09; 236 D 23 und 150 C 13 versehen, so-

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weit sie durch das erfindungsgemäße Verfahren gestreckt wurden. Weitere Schienen wurden mit den Bezeichnungen 073 B 10; 236 D 23 und 150 C 13 versehen,, soweit sie in der Herstellung unmittelbar benachbart sind, aus dem selben Guß stammen und sich in dem Kühlbett in unmittelbarer Nachbarschaft der ersten Schienen aufgehalten haben, und soweit sie mit den bekannten Rollen-Richtmaschinen gerichtet wurden:

Tabelle I

OO

	Richten mittels Schiene 073 B 10	/max Zug N/mm²	Rollen	Richten mittels Strecken; 0,7 % Restdehnung Schiene 073 D 09	ο max Zug N/mm²	Gesamt bereich
	0 max Druck N/mm²	+ 23P	Gesamt bereich	Q max Druck N/mm²	+ 40	+ 40
Hauptspannung σ in Längsrichtung	- 260	+ 50	490		+ 30	40
Hauptspannung ο in senkrechter Richtung	- 200	250	- 10

cn

S ³DUD ro

ro

I-*

D K)

Tabelle II

	Richten mittels Rollen Schiene 236 D 23	iTmax Zug N/mm²	Gesamt- ^ereich	Richten mittels Strek- ken 3 % Schiene 236 D 23	i max Zug N/mm²	Ge samt bereich	Richten mittels Strek- .ken.O,5 % Schiene 236 D 23	c5 max Zug IM/mm²	Gesamt bereich
^uptspannung cf in Längs richtung	(T max Druck N/mm²	+ 240	380	J" max Druck N/mm²	+ 45	65	J max Druck N/mm²	+ 30	40
-lauptspannung cf ₂ in senk rechter Rich tung	I - 140	+ 30	180	- 20	+ 10	50	- 10	+ 20	30
- 150	- 40	- 10

Tabelle III

	Richten mittels Rollen Schiene 150 C 13	6 max Zug N/mm²	Gesamt bereich	Richten mittels Strecken; 1 % Restdehnc Schiene 150 C 13	</max Zug N/mm²	Gesamt bereich
Hauptspannung <f in Längs richtung	<7 max Druck N/mm²	+ 282	425	y'max Druck N/mm²	+ 10	31
Hauptspannung d ₂ in senk rechter Rich tung	- 143	+ 26	115	- 21	+ 8	35
- 89	- 27

UD rocn

ro ω ο

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Daraus ergibt sieb, daß die Höhe der Restspannungen bei einem Verhältnis der Restdehnung zwischen 0,3 und Γ,Ο % bei einem Richtverfahren durch Strecken um mindestens 5 bis 10 mal geringer ist als bei einem Richtverfahren durch Rollen, und daß die Streuung der Werte der Restspannungen, die beim Richtverfahren durch Strecken gemessen wurden, fünf Mal geringer ist als beim Richtverfahren durch Walzen,

Diese Versuchsergebnisse konnten durch Messungen der Restspannungen durch unterschiedliche Methoden bestätigt werden.

Die Beseitigung der inneren Restspannungen ist von solcher Art, daß keine bedeutsamen Unterschiede zwischen der Höhe der Restspannungen in den durch Streckung gerichteten Schienen und der Höhe der Spannungen in dem entspannten Werkstoff zu sehen sind;,, die als Bezugsgröße bei der Eichung der Dehnungsmeßgeräte dienen. So findet man beispielsweise beim Richten mittels Rollen Druckspannungen:, die in Längsrichtung ebenso groß sind wie in senkrechter Richtung im Steg und in den Hohlkehlen, wobei diese Spannungen, ganz besonders diejenigen in Längsrichtung, durch Zugspannungen im Schienenkopf und -Fuß kompensiert werden. Beim Richtverfahren durch Strecken sind die Restspannungen durchweg geringer und sehr viel gleichmäßiger. Es ist festzuhalten, daß die Werte für die Restspannungen, die nach der Methode des Trennschnitts gemessen werden in zufriedenstellender Weise durch die genannten Methoden des Lochens und des Bohrens bestätigt wurden. Eine empirische Bestätigung der Beseitigung innerer Restspannungen auf Grund des Richtens durch Strecken wurde mit Hilfe eines Tests durchgeführt, bei dem der Kopf

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vom Rest des Profils getrennt wurde und bei dem die Auslenkung f an der Stoßfuge in dem Maße gemessen wurde, wie sich die Länge L des Sägeschnitts vergrößerte, wie aus der schem tischen Darstellung, eingerahmt im oberen Teil der Fig. 5 er sichtlich ist. Die Ergebnisse dieses Tests;, der bei einer Schiene UIC 60 NDB angewandt wurde, sind in dem Diagramm in Fig. 5 dargestellt, dessen Abzisse die Länge L des Sägeschnitts in Millimetern und dessen Ordinate den Abstand bzw die Auslenkung f des Kopfes in Millimetern angibt, der im Verhältnis zum Rest des Schienenabschnitts ausgehend von de Stoßfuge abgesägt wird.

Die Kurve 7 zeigt, daß eine Schiene UIC 60 NDB, die durch Rollen gerichtet wurde, eine Auslenkung f des Kopfes von zwei Millimetern für eine Länge des Sägeschnitts L von 500 aufweist. Die Kurve 8 zeigt-, daß sich die Auslenkung f für eine ungerichtete Schiene verändert und zwischen 0 und 8/10 mm liegt. Die Kurven 9 und 10 zeigen, daß die durch Strecken mit einer Restdehnung von 0,3 bzw* 1 % gerichteten Schienen eine Auslenkung f von 2/10 bzw, - 1/10 mm bei eine Länge des Sägeschnitts von L = 500 mm aufweisen (in dem zuletzt genannten Fall findet ein leichtes Schließen des Sägespalts statt). Zu erkennen ist ein Verhältnis der Werte für f in der Größenordnung von 1 : 10 zugunsten des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Verhältnis einer minimalen Restdehnung von etwa 0,3 % erscheint notwendig:, um eine maximale Beseitigung der inneren Restspannungen zu erhalten, und es hat nicht den Anschein-, daß ein Verhältnis der Restdehnung oberhalb von 1,5 % zusätzliche Vorteile bringt.

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Das Strecken einer Schiene bis oberhalb seiner 0,2 %-Dehngrenze hätte an sich Schädigungen des Materials befürchten lassen müssen, die geeignet sind;, eine schnellere Ausbreitung evtl. quergerichteter Ermüdungsrisse zu begünstigen» Ein Ermüdungstest durch Biegungen an vier Stellen hat jedoch gezeigt;, daß dies nicht der Fall ist. Der Test bestand darin·, daß ein am Schienenkopf vorgekerbter Schienenabschnitt auf einer Länge von 1,400 m einer alternierenden Biegung mit einer Frequenz von 10 Hz ausgesetzt wurde. Dies geschah unter einer Belastung von 14 Tonnen in einer Zeitspannung bis zum Anfang einer Rißbildung und unter einer Belastung von 9 Tonnen in der nachfolgenden Zeitspanne des Fortschreitens der Rißbildung, Die Belastung wurde am Kopf der Schiene an zwei verschiedenen Punkten aufgebracht:, die einen Abstand

von 150 mm voneinander aufwiesen und symmetrisch beiderseits der querverlaufendent> in der Mitte angebrachten Einkerbung lagen.

Hierbei läßt sich die Ausbreitung des Ermüdungsbruchs ausgehend von der Einkerbung mit Hilfe einer Dehnungsmeßmaschis ne und einer elektrischen Meßmethode beobachten!, die auf der Veränderung des !(Widerstandes der Schienen im Zuge des Fortschreitens des Bruchs beruht. Durch Veränderung der Amplitude der aufgebrachten Spannungen wird eine Reihe von Markierungen bei einer vorgegebenen kumulierten Anzahl von Lastwechseln herbeigeführt, wobei der Verlauf der Kurve verfolgt wird, die die Tiefe ρ des Risses bzw, Bruchs in Abhängigkeit von der Zahn N der aufgebrachten Lastwechsel darstellt.

Der betreffende Test wurde bei einem ersten Versuchsbeispiel

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bei zwei Abschnitten der Schiene UIC 60 der Sorte naturhart B durchgeführt;, die aus derselben Schiene entnommen wurd.en, und zwar wurde der eine Schienenabschnitt mittels Rollen und der andere Schienenabschnitt durch Strecken gerichtet. Die Fig. 6a zeigt, daß die durch Rollen gerichtete Schiene eine Fläche für den Ermüdungsbruch zeigt, die ziemlich schmal ist und mit spröden Rissen übersät ist. Die Fig. 6b zeigt das Aussehen der durch Strecken gerichteten Schiene, die eine Fläche für den Ermüdungsbruch zeigt, die deutlich stärker entwickelt und frei von spröden Rissen ist. Die Fläche des Ermüdungsbruchs vor dem Gewaltbruch der gestreckten Schiene ist größer als die Fläche des Ermüdungsbruchs einer mittels Rollen gerichteten Schiene, die eine eindeutig größere Sprödigkeit aufweist. Die nachfolgende Tabelle IV zeigt', daß die Anzahl der Lastwechsel, die bis zum Beginn der Rißbildung notwendig sind, und die Anzahl der Lastwechsel, die für die Ausbreitung des Risses notwendig sind, unter denselben Versuchsbedingungen bei einer durch Strecken gerichteten Schiene deutlich größer sind, was der Beweis für eine größere Zähigkeit und infolgedessen für eine größere Sicherheit ist.

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Tabelle IV

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	dichten mit tels Rollen	Richten mit tels Strecken	Differenz in %
Zahl der Lastwechsel N bis zum Rißbeginn	350.000	500.000	142
Zahl der Lastwechsel N vom Fortschreiten der Rißbildung bis zum Gewaltbruch	750.000	1.050.000	140
Kritische Rißtiefe P in mm	25	28	112

Die Kurve 11, der mittels Rollen gerichteten Schiene, und die Kurve 12, der durch Strecken gerichteten Schiene, in Fig. 7 zeigen die-selben Verhältnisse ρ = f (n), die in der vorstehenden Tabelle IV aufgeführt sind. Daraus ergibt sich, daß das Verhältnis:

Fläche des Ermüdungsbruchs (gerichtet durch Strecken) Fläche des Ermüdungsbruchs (gerichtet durch Rollen)

Es ist zu erkennen-, daß das Ermüdungsverhalten der durch Strecken gerichteten Schiene nach Kurve 12 besser ist als dasjenige der mittels Rollen gerichteten Schiene nach Kurve 11.

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Der vorstehend beschriebene Test wurde bei einem zweiten Verfahrensbeispiel an vier Abschnitten einer Schiene 136 RE einer Chrom-Silicium-Vanadium-Stahllegierung mit einer Zug-

2 festigkeit R größer als oder gleich 1080 N/mm angewandt. Die Abschnitte wurden aus derselben Schiene hergestellt, und es wurde das Ermüdungsverhalten für die folgenden vier Zustände untersucht:

- durch Rollen gerichtet

- durch Strecken gerichtet

- ungerichtet (unbehandelt aus dem Kühlbett)

- gerichtet durch Rollen und nachfolgend durch Strecken.

Fig».8a zeigt das halbspröde Aussehen der Bruchfläche einer durch Rollen gerichteten Schiene bei der keine Ermüdungsbruchfläche einer durch Strecken gerichteten Schiene, die sehr geringfügig kleiner ist als im vorstehenden Fall. Fig. 8d zeigt;» daß ein Richten durch Strecken im Anschluß an ein Richten durch Rollen zu einem guten Aussehen der Ermüdungsbruchfläche führt.

Daraus ist zu ersehen, daß das erfindungsgemäße Verfahren des Streckens jede Spur einer Sprödbrüchigkeit durch Rissebildung beseitigt.

Die nachfolgende Tabelle V zeigt die Verbesserung, die durchweg beim Richten durch Strecken für eine Anzahl von Lastvvechsein bis zur ersten Rißbildung und für eine Anzahl von Lastwechseln bis zum Fortschreiten der Rißbildung gegenüber dem

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Richtverfahren durch Rollen erzielt wird.

Tabelle V

	Richten	ungerich-	Richten	Richten	I
	mittels	tet	mittels	mittels
	Rollen		Strecken	Walzen und
				nachfolgend
				Strecken
Anzahl der		420.000
Lastwechsel	400.000		350.000	1.150.000
N bis zum
Rißbeginn
Anzahl der		1,500.000
Lastwechsel	950.000		1.250.000	1.400.000
N vom Fort
schreiten d.
Rißbildung
bis zum Ge
waltbruch
Kritische		27
Rißtiefe P	26		i 26	28
in mm (	lalb-spröde)	i

Die Kurven 13 bis 16 in Fig. 9 zeiger, die gleichen Verhältnisse ρ = f (N) , die in der vorstehenden Tabelle V aufgeführt sind, für Schienen, die aus dem Stahl 136 RE bestehen und mittels Rollen gerichtet wurden, nämlich Kurve 13, ungerichtet waren=, nämlich Kurve 14, mittels Strecken, nämlich Kurve

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15, und sowohl mittels Rollen als auch mittels Strecken gerichtet wurden, nämlich Kurve 16. Aus der Tabelle V und aus den Kurven 13 bis 16 der Fig. 9 ergibt sich sehr klar, daß man die Festigkeit einer Schiene gegenüber der Ausbreitung von Rissen noch über längere Zeit verbessert, wenn eine mittels Rollen gerichtete Schiene einer Zugspannung mit Erzeugung einer Restdehnung gemäß der Erfindung ausgesetzt wird, um die Restspannungen zu beseitigen.

Die Verbesserung des Verhaltens im Hinblick auf die Geschwin_ digkeit der Rißbildung in erfindungsgemäß gerichteten Schienen ist mit der Verringerung der Restspannungen verknüpft und insbesondere an das praktisch vollständige Verschwinden restlicher Zugspannungen im Schienenkopf, die auf das Richten durch Rollen zurückzuführen sind, gebunden. Die durch das erfindungsgemäße Richtverfahren geförderte Verringerung der Restspannungen ermöglicht die Erfüllung von Wünschen zahlreicher Eisenbahnnetze, insbesondere solcher, die stark belastet sind, wie Gleise im Bergbau, und die berücksichtigen, daß die Restspannungen für gefährliche Brüche verantwortlich sind¹, die überraschend in den Gleisen auftreten. Das erfindungsgemäße Richten durch Strecken verbessert erheblich die Dauerwechselfestigkeit der Schienen im Verhältnis zu denjenigen Schienen;, die mittels Richtrollen gerichtet worden sind.

Der Richtvorgang durch Strecken hat darüber hinaus den Vorteil., die Streckgrenze des Metalls anzuheben:, im Gegensatz zum Richtverfahren durch Rollen, das dia Tendenz hat, die Streckgrenze herabzusetzen. Dieser Vorteil ist insbesondere im Hinblick auf den Schienenkopf wünschenswert, weil eine

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höhere Streckgrenze einen besseren Widerstand gegen das plastische Fließen mit sich bringt, welches hochbelastete Räder auf der Schienenlauffläche erzeugen können. Diese Anhebung der Streckgrenze für Stahlsorten vom Typ UIC SO A oder B, AREA, und ähnliche liegt in der Größenordnung von lOo N/mm für 1 % Dehnung. Diese Eigenschaft läßt sich bei sämtlichen Stahlsorten beobachten, d. h. bei legierten oder behandelten extra-harten Stählen. Der Unterschied in der Streckgrenze zwischen dem Richtverfahren durch Rollen und demjenigen durch Strecken kann üblicherweise 20 % betragen»

Es wurde festgestellt, daß die Verbesserung der Streckgrenze ohne Verschlechterung des Fließvermögens erzielt wird (Bruchdehnung und Brucheinschnürung) sowie ohne Beeinträchtigung der Zähigkeit K. , dem kritischen Faktor für die Querschnittsverminderung oder Einschnürung.

Die Messungen der Restdehnung auf einer gewissen Anzahl von Längeneinheiten, die entlang der Schiene markiert worden sind-, hat gezeigt, daß die partiellen Restdehnungen;, die für jede Längeneinheit gemessen wurden, konstant und völlig gleich der gesamten Restdehnung der Schiene sind. Es wurden keinerlei Effekte einer örtlichen Einschnürung über die Länge der Schienen festgestellt. Die Verminderung der Höhe ist über die gesamte Länge der Schienen gleichförmig, desgleichen die Verminderung der Breite des Fußes. Die geringen Änderungen der beobachteten Abmessungen werden,wie im Fall des Richtens durch Rollen, im voraus durch eine geeignete Kalibrierung im Walzwerk kompensiert. Dies ermöglicht die Einhaltung der Vorschriften für die Abmessungstoleranzen

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mindestens ebenso leicht wie beim Richtverfahren mittels Rollen. Bei dem zuletzt genannten Verfahren bleiben trotzdem sämtliche Unregelmäßigkeiten der Abmessungen erhalten, denn die Enden behalten die ursprünglichen Abmessungen aus dem Walzvorgang bei·

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf Eisenbahnschienen mit extrem niedrigen Restspannungen« Diese Art von Schienen ist bis zur Stunde unbekannt»

Claims

1. Verfahren zum Richten von Eisenbahnschienen, gekennzeichnet dadurch, daß man die Schienen (1) einer Zugspannung aussetzt, die oberhalb der 0r,2 %-Dehngrenze von Stahl liegt und eine vollständige plastische Verformung der gesamten Schiene (1) bewirkt.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß man die Schienen (1) einer solchen Zugspannung aussetzt;, daß nach deren Aufhebung eine Restdehnung von mindestens 0,3 % zurückbleibt.

3» Verfahren nach den Punkten 1 und/oder 2;, gekennzeichnet dadurch, daß man die Schienen (1) einer solchen Zugspannung aussetzt, daß nach deren Aufhebung eine Restdehnung von höchstens 1,5 % zurückbleibt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1 bis 3.> gekennzeichnet dadurch, daß man die Schienen (1) einer solchen Zugspannung aussetzt, daß nach deren Aufhebung eine Restdehnung zwischen 0,5 und 0,7 % zurückbleibt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß man die Schienen (1) zunächst einem Richtvorgang mittels Rollen und nachfolgend einem Richtvorgang mittels einer solchen Zugspannung aussetzt, daß eine Restdehnung oberhalb von 0,3 % zurückbleibt.

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6. Gerichtete Eisenbahnschiene nach Punkt 1, bestehend aus einer Schienenstahlsorte mit einer Zugfestigkeit R kleiner oder gleich 1000 N/mm > gekennzeichnet dadurch, daß die Schiene (1) nach dem Richten innere Restspannungen,

2 kleiner als _+ 50 N/mm , besitzt.

7, Gerichtete Eisenbahnschiene nach Punkt 1 aus einer Schienenstahlsorte mit einer Zugfestigkeit R arößer als 1000 N/mm , gekennzeichnet dadurch, daß die Schiene (1) nach dem Richten innere Restspannungen, kleiner als

2
+ 100 N/mm , besitzt.

- Hierzu 6 Seiten Zeichnungen -