DE102018125047A1 - Rail of a railway line with mixed passenger and freight traffic and method for its production - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Schienenherstellung, und insbesondere eine Schiene einer Eisenbahnstrecke mit gemischtem Personen- und Güterverkehr und das Verfahren zu deren Herstellung. Im Hinblick auf die geringe Gesamtfestigkeit und Gesamtzähigkeit der mit einem vorhandenen Verfahren hergestellten perlitischen Schiene stellt die Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine Schiene einer Eisenbahnstrecke mit gemischtem Personen- und Güterverkehr bereit, umfassend die folgenden Schritte: a. Warmwalzen eines Stahlknüppels zu einer Schiene, mit einer Endwalztemperatur von 900-1000 °C; b. Blasen eines Kühlmediums auf die obere Fläche des Schienenkopfes, die beiden Seiten des Schienenkopfes und die unteren Stege auf beiden Seiten des Schienenkopfes, wenn die Mitte der oberen Fläche der Schiene auf 800-850 °C luftgekühlt ist, und danach Luftkühlen der Schiene auf Raumtemperatur, nachdem die Mitte der oberen Fläche der Schiene auf 520-550 °C abgekühlt ist. Durch Regulieren der Zusammensetzung des Stahls und Anwenden eines zweistufigen beschleunigten Abkühlens ist die Erfindung imstande, eine Schiene mit besserer Leistung herzustellen, die für eine Eisenbahnstrecke mit gemischtem Personen- und Güterverkehr geeignet ist.The invention relates to the technical field of rail production, and more particularly to a rail of a railway line with mixed passenger and freight traffic and the method for their production. In view of the low overall strength and overall toughness of the pearlitic rail made with an existing process, the invention provides a railway rail production method for a mixed passenger and freight railway comprising the following steps: a. Hot rolling a steel billet into a rail, with a final rolling temperature of 900-1000 ° C; b. Blowing a cooling medium onto the upper surface of the rail head, the two sides of the rail head, and the lower lands on both sides of the rail head when the center of the upper surface of the rail is air cooled to 800-850 ° C and then air cooling the rail to room temperature, after the middle of the upper surface of the rail has cooled to 520-550 ° C. By regulating the composition of the steel and applying two-stage accelerated cooling, the invention is capable of producing a better performing rail suitable for a railway line with mixed passenger and freight traffic.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Schiene, insbesondere eine Schiene einer Eisenbahnstrecke mit gemischtem Personen- und Güterverkehr und das Verfahren zu deren Herstellung.The invention relates to a rail, in particular a rail of a railway line with mixed passenger and freight traffic and the method for their production.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Die rasante Entwicklung der Eisenbahn stellt höhere Anforderungen an die Gebrauchstüchtigkeit der Schiene. Mit der kontinuierlichen Verbesserung des Hochgeschwindigkeitsbahnnetzes Chinas wird eine schrittweise Umgestaltung des Schwerlastverkehrs bei den bestehenden Haupteisenbahnstrecken mit gemischtem Personen- und Güterverkehr vollzogen werden. Der Schwerlastverkehr auf dem Schienenweg wird sich in Richtung eines großen Volumens, einer hohen Achslast und einer hohen Dichte entwickeln. Als Schlüsselkomponente der Eisenbahn sind die Qualität und die Leistung der Schiene eng mit der Transporteffizienz der Eisenbahn und der Verkehrssicherheit verbunden. Mit der Verbesserung der Transportkapazität der Eisenbahn ist das Einsatzmilieu der Schiene immer harscher und komplexer geworden, und alle Arten von Schäden und Ausfällen treten auf. Einige Schienen in Kurven mit geringem Radius weisen Schäden und Ausfälle wie schnellen abrasiven Verschleiß und gleichzeitiges Ablösen auf, was ihre Lebensdauer unvereinbar mit der Nutzungsdauer der Schienen von Hauptstrecken macht, wodurch die weitere Entwicklung des Schienenverkehrs beschränkt wird.The rapid development of the railways puts higher demands on the efficiency of the rail. With the continuous improvement of China's high-speed rail network, a gradual transformation of heavy goods traffic will be carried out on the existing main railway lines with mixed passenger and freight traffic. Heavy rail traffic will develop towards a large volume, a high axle load and a high density. As a key component of the railways, rail quality and performance are closely linked to rail transport efficiency and road safety. As the transport capacity of the railways has improved, the rail milieu has become increasingly harsh and complex, causing all kinds of damage and breakdowns. Some rails in low-radius turns present damage and failures such as rapid abrasive wear and concomitant detachment, making their service life incompatible with the service life of mainline rails, thereby limiting the further development of rail transport.
Derzeit wird das Verfahren der Online- oder Offline-Wärmebehandlung bei perlitischen Schienen hauptsächlich angewendet, um die Leistung der Schiene in Kurven einer Eisenbahnstrecke mit gemischtem Personen- und Güterverkehr zu verbessern. Durch Blasen von Druckluft oder eines Wasser-Luft-Sprühgemisches auf den Schienenkopf der austenitischen Schiene wird der Schienenkopf schnell abgekühlt, und ist imstande, ein verfeinertes und lamellares Perlitgefüge von der Oberfläche des Schienenkopfes bis in eine bestimmte Tiefe auszubilden. Die Festigkeit und Zähigkeit der Schiene können durch Kornverfeinerung synchron verbessert werden, sodass die Verschleißfestigkeit und Kontaktermüdungsbeständigkeit gleichzeitig verbessert werden können. Im Hinblick auf einen beschleunigten Abkühlprozess sind wenige Forschungsberichte zum Einfluss der Kühldüsenausführung auf die Leistung der Schiene im In- und Ausland verfügbar.Currently, the on-line or off-line heat treatment method is mainly applied to pearlitic rails to improve the performance of the rail in curves of a mixed passenger and freight railroad. By blowing compressed air or a water-air spray mixture onto the rail head of the austenitic rail, the rail head is rapidly cooled, and is capable of forming a refined and lamellar pearlitic structure from the surface of the rail head to a certain depth. The strength and toughness of the rail can be improved synchronously by grain refinement, so that the wear resistance and contact fatigue resistance can be simultaneously improved. With regard to an accelerated cooling process, few research reports are available on the influence of cooling nozzle design on the performance of the rail at home and abroad.
Patent
Patent
Patent
Beim Stand der Technik ist die Wärmebehandlung der Schiene hauptsächlich auf die Regelung unterschiedlicher Abkühlgeschwindigkeiten in unterschiedlichen Temperaturbereichen gerichtet, um die Wärmebehandlungsprozesse zu steuern, es wird nicht die verfeinerte Steuerung wie zum Beispiel verschiedenartige Düsenausführung und Blasmethode spezifiziert, deshalb kann keine perlitische Schiene mit hervorragender Festigkeit und Zähigkeit erhalten werden.In the prior art, the heat treatment of the rail is mainly directed to the control of different cooling rates in different temperature ranges to control the heat treatment processes, it does not specify the refined control such as various nozzle design and blowing method, therefore, no perlitic rail excellent in strength and Toughness.
Kurzdarstellung der ErfindungBrief description of the invention
Das technische Problem, das mit der Erfindung gelöst werden soll, ist dieses: Beim Stand der Technik wird das Verfahren unter Anwendung unterschiedlicher Abkühlgeschwindigkeiten in unterschiedlichen Temperaturbereichen für die Wärmebehandlung einer Schiene verwendet, deshalb weist die erhaltene perlitische Schiene eine schlechte Leistung auf.The technical problem to be solved by the invention is this: In the prior art, the method using different cooling rates in different temperature ranges is used for the heat treatment of a rail, therefore, the obtained pearlitic rail has a poor performance.
Das technische Schema der Erfindung zum Lösen des technischen Problems ist das Bereitstellen eines Herstellungsverfahrens für eine Schiene einer Eisenbahnstrecke mit gemischtem Personen- und Güterverkehr, umfassend die folgenden Schritte:The technical scheme of the invention for solving the technical problem is to provide a railway rail production method for a mixed passenger and freight railway, comprising the following steps:
Walzen einer SchieneRolling a rail
Warmwalzen eines Stahlknüppels zu einer Schiene, mit einem Endwalztemperaturbereich von 900-1000 °C;Hot rolling a steel billet into a rail, with a final rolling temperature range of 900-1000 ° C;
Abkühlen der SchieneCooling the rail
Blasen eines Kühlmediums auf die obere Fläche des Schienenkopfes, die beiden Seiten des Schienenkopfes und die unteren Stege auf beiden Seiten des Schienenkopfes, wenn die Mitte der oberen Fläche der Schiene auf 800-850 °C luftgekühlt ist, und danach Luftkühlen der Schiene auf die Raumtemperatur, nachdem die Mitte der oberen Fläche der Schiene auf 520-550 °C abgekühlt ist.Blowing a cooling medium onto the upper surface of the rail head, the two sides of the rail head and the lower lands on both sides of the rail head when the center of the upper surface of the rail is air cooled to 800-850 ° C, and then air cooling the rail to room temperature after the middle of the upper surface of the rail has cooled to 520-550 ° C.
In dem Herstellungsverfahren für die Schiene einer Eisenbahnstrecke mit gemischtem Personen- und Güterverkehr ist die Zusammensetzung der Schiene in Schritt a, in Gewichtsprozent: C: 0,70 % bis 0,85 %, Si: 0,15 % bis 0,60 %, Mn: 0,70 % bis 1,05 %, Cr: 0,15 % bis 0,50 %, mindestens eines von V, Nb und Ti, wobei V: 0,02 % bis 0,10 %, sofern vorhanden, Ti: 0,001 % bis 0,030 %, sofern vorhanden, und Nb: 0,005 % bis 0,08 %, sofern vorhanden, und der Rest: Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.In the railway rail production method for mixed passenger and freight transport, the composition of the rail in step a, in weight percent: C: 0.70% to 0.85%, Si: 0.15% to 0.60%, Mn: 0.70% to 1.05%, Cr: 0.15% to 0.50%, at least one of V, Nb and Ti, wherein V: 0.02% to 0.10%, if present, Ti : 0.001% to 0.030%, if any, and Nb: 0.005% to 0.08%, if any, and the balance: Fe and unavoidable impurities.
In dem Herstellungsverfahren für die Schiene einer Eisenbahnstrecke mit gemischtem Personen- und Güterverkehr ist das Kühlmedium in den Schritten b und c mindestens eines von Druckluft oder Wasser-Luft-Sprühgemisch.In the production process for the rail of a railway line with mixed passenger and freight traffic, the cooling medium in steps b and c is at least one of compressed air or water-air spray mixture.
In dem Herstellungsverfahren für die Schiene einer Eisenbahnstrecke mit gemischtem Personen- und Güterverkehr beträgt die Abkühlgeschwindigkeit in Schritt b 3,0-7,0 °C/s.In the production process for the rail of a railway line with mixed passenger and freight traffic, the cooling rate in step b is 3.0-7.0 ° C / s.
Die Erfindung stellt außerdem eine Schiene einer Eisenbahnstrecke mit gemischtem Personen- und Güterverkehr bereit, mit der Zusammensetzung, in Gewichtsprozent: C: 0,70 %-0,85 %, Si: 0,15 % bis 0,60 %, Mn: 0,70 % bis 1,05 %, Cr: 0,15 % bis 0,50 %, mindestens eines von V, Nb und Ti, wobei V: 0,02 % bis 0,10 %, sofern vorhanden, Ti: 0,001 % bis 0,030 %, sofern vorhanden, und Nb: 0,005 % bis 0,08 %, sofern vorhanden, und der Rest: Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.The invention also provides a Rail of a railway line with mixed passenger and freight traffic, with the composition, in weight percent: C: 0.70% -0.85%, Si: 0.15% to 0.60%, Mn: 0.70% to 1 , 0.05%, Cr: 0.15% to 0.50%, at least one of V, Nb and Ti, wherein V: 0.02% to 0.10%, if present, Ti: 0.001% to 0.030%, if present, and Nb: 0.005% to 0.08%, if any, and the remainder: Fe and unavoidable impurities.
Im Vergleich zum Stand der Technik liegen die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung darin, dass: die Erfindung eine Schiene mit einer speziellen Zusammensetzung verwendet und ein Verfahren des zweistufigen beschleunigten Abkühlens anwendet, weshalb, gegenüber dem vorhandenen Einfachverfahren für die Wärmebehandlung, die in diesem Verfahren hergestellte Schiene eine exzellentere Festigkeit, Härte, Zähigkeit und Verformbarkeit, insbesondere eine viel bessere Festigkeit und Zähigkeit, aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann leicht durchgeführt werden und hat einen geringen Ausrüstungsbedarf, und die hergestellte Schiene einer Eisenbahnstrecke mit gemischtem Personen- und Güterverkehr kann die Gesamtfestigkeit und Gesamtzähigkeit eines Schienenkopfes verbessern und die Lebensdauer unter den gleichen Bedingungen verlängern.Compared with the prior art, the advantageous effects of the invention are that: the invention uses a rail with a special composition and a method of two-stage accelerated cooling, therefore, compared to the existing single method for the heat treatment, the rail produced in this process more excellent strength, hardness, toughness and ductility, in particular a much better strength and toughness, has. The method of the invention can be easily performed and has a low equipment requirement, and the manufactured rail of a mixed passenger and freight railway can improve the overall strength and toughness of a rail head and extend the life under the same conditions.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDetailed Description of the Preferred Embodiments
Die Erfindung stellt ein Herstellungsverfahren für eine Schiene einer Eisenbahnstrecke mit gemischtem Personen- und Güterverkehr bereit, umfassend die folgenden Schritte:The invention provides a railway rail production method for a mixed passenger and freight railway, comprising the following steps:
Walzen einer SchieneRolling a rail
Warmwalzen eines Stahlknüppels zu einer Schiene, mit einem Endwalztemperaturbereich von 900-1000 °C;Hot rolling a steel billet into a rail, with a final rolling temperature range of 900-1000 ° C;
Abkühlen der SchieneCooling the rail
Blasen eines Kühlmediums auf die obere Fläche des Schienenkopfes, die beiden Seiten des Schienenkopfes und die unteren Stege auf beiden Seiten des Schienenkopfes, wenn die Mitte der oberen Fläche der Schiene auf 800-850 °C luftgekühlt ist, und danach Luftkühlen der Schiene auf die Raumtemperatur, nachdem die Mitte der oberen Fläche der Schiene auf 520-550 °C abgekühlt ist.Blowing a cooling medium onto the upper surface of the rail head, the two sides of the rail head and the lower lands on both sides of the rail head when the center of the upper surface of the rail is air cooled to 800-850 ° C, and then air cooling the rail to room temperature after the middle of the upper surface of the rail has cooled to 520-550 ° C.
Die erfindungsgemäße Schiene einer Eisenbahnstrecke mit gemischtem Personen- und Güterverkehr weist die folgende Zusammensetzung, in Gewichtsprozent, auf: C: 0,70 % bis 0,85 %, Si: 0,15 % bis 0,60 %, Mn: 0,70 % bis 1,05 %, Cr: 0,15 % bis 0,50 %, mindestens eines von V, Nb und Ti, wobei V: 0,02 % bis 0,10 %, sofern vorhanden, Ti: 0,001 % bis 0,030 %, sofern vorhanden, und Nb: 0,005 % bis 0,08 %, sofern vorhanden, und der Rest: Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.The rail of a mixed passenger and freight railway line according to the invention has the following composition, by weight: C: 0.70% to 0.85%, Si: 0.15% to 0.60%, Mn: 0.70 % to 1.05%, Cr: 0.15% to 0.50%, at least one of V, Nb and Ti, wherein V: 0.02% to 0.10%, if present, Ti: 0.001% to 0.030 %, if any, and Nb: 0.005% to 0.08%, if present, and balance: Fe and unavoidable impurities.
C ist das wichtigste und kostengünstigste Element, um die Festigkeit und Härte einer perlitischen Schiene zu verbessern und die perlitische Umwandlung zu fördern. Unter den Bedingungen der vorliegenden Erfindung, wenn der C-Gehalt < 0,70 % ist, sind die Festigkeits- und Härtewerte zu gering und die für die Schiene erforderliche Härte und Verschleißfestigkeit können nicht gewährleistet werden; wenn der C-Gehalt > 0,85 % ist, werden Spuren von Sekundärzementit an den Korngrenzen ausgeschieden, selbst wenn eine beschleunigte Abkühlung nach dem Endwalzen angewendet wird, wodurch sich die Zähigkeit und Verformbarkeit der Schiene verschlechtern. Deshalb ist der C-Gehalt innerhalb des Bereiches von 0,70 % bis 0,85 % begrenzt.C is the most important and cost-effective element to improve the strength and hardness of a pearlitic rail and to promote perlitic transformation. Under the conditions of the present invention, when the C content is <0.70%, the strength and hardness values are too low and the hardness and wear resistance required for the rail can not be ensured; When the C content is> 0.85%, traces of secondary cementite are precipitated at the grain boundaries even if accelerated cooling is applied after the finish rolling, thereby deteriorating the toughness and deformability of the rail. Therefore, the C content is limited within the range of 0.70% to 0.85%.
Als mischkristallverfestigendes Element von Stahl ist Si in Ferrit und Austenit vorhanden, um die Festigkeit des Gefüges zu verbessern, währenddessen es die Ausscheidung von voreutektoidem Zementit unterdrücken kann, wodurch die Zähigkeit und Verformbarkeit der Schiene verbessert werden. Unter den Bedingungen der vorliegenden Erfindung, wenn der Si-Gehalt < 0,10 % ist, ist die Löslichkeit im festen Zustand relativ gering, was zu geringen Verfestigungseffekten führt; wenn der Si-Gehalt > 0,60 % ist, verschlechtern sich die Zähigkeit und Verformbarkeit der Schiene und das Biegevermögen der Schiene verschlechtert sich. Deshalb ist der Si-Gehalt innerhalb des Bereiches von 0,10 % bis 0,60 % begrenzt.As a solid solution strengthening element of steel, Si is present in ferrite and austenite to improve the strength of the structure, while suppressing the precipitation of pre-eutectic cementite, thereby improving the toughness and ductility of the rail. Under the conditions of the present invention, when the Si content is <0.10%, the solubility in the solid state is relatively low, resulting in low solidification effects; If the Si content is> 0.60%, the toughness and deformability of the rail deteriorate and the bending ability of the rail deteriorates. Therefore, the Si content is limited within the range of 0.10% to 0.60%.
Mn kann einen Mischkristall mit Fe, unter Verfestigung von Ferrit und Austenit, bilden. Indessen ist Mn ein Carbidbildner und kann, nachdem es in den Zementit eingetreten ist, teilweise das Fe-Atom ersetzen, wodurch die Härte von Carbid verbessert und letztendlich die Härte der Schiene verbessert wird. Unter den Bedingungen der vorliegenden Erfindung, wenn der Mn-Gehalt < 0,70 % ist, ist der Verfestigungseffekt nicht deutlich und die Leistung des Stahls kann durch Mischkristallverfestigung nur leicht verbessert werden; wenn der Mn-Gehalt > 1,05 % ist, ist die Härte des Carbids im Stahl zu hoch und die Zähigkeit und Verformbarkeit verschlechtern sich erheblich; indessen hat Mn einen deutlichen Diffusionseffekt auf Kohlenstoff, wenn im Stahl vorhanden, und die Ausscheidungszone von Mn kann selbst unter Bedingungen der Luftkühlung dennoch B-Gefüge, M-Gefüge und andere abnormale Gefüge ausbilden. Deshalb ist der Mn-Gehalt innerhalb des Bereiches von 0,70 % bis 1,05 % begrenzt.Mn can form a mixed crystal with Fe, with solidification of ferrite and austenite. Meanwhile, Mn is a carbide former and, after entering the cementite, can partially replace the Fe atom, thereby improving the hardness of carbide and ultimately improving the hardness of the rail. Under the conditions of the present invention, when the Mn content is <0.70%, the solidification effect is not remarkable, and the performance of the steel can be improved only slightly by solid solution strengthening; if the Mn content is> 1.05%, the hardness of the carbide in the steel is too high and the toughness and ductility deteriorate considerably; however, Mn has a marked diffusion effect on carbon when present in the steel, and the precipitation zone of Mn can still form B-structure, M-structure, and other abnormal structures even under air-cooling conditions. Therefore, the Mn content is limited within the range of 0.70% to 1.05%.
Als mittlerer Carbidbildner kann Cr mit Kohlenstoff im Stahl mehrere Carbide bilden; indessen kann Cr sogar eine Verteilung der Carbide im Stahl bewirken, die Größe der Carbide verringern und die Verschleißfestigkeit der Schiene verbessern. Unter den Bedingungen der vorliegenden Erfindung, wenn der Cr-Gehalt < 0,15 % ist, weist das gebildete Carbid eine geringe Härte und einen geringen Anteil, und Aggregate in Plattenform auf, auf diese Weise kann die Verschleißfestigkeit der Schiene nicht wirksam verbessert werden; wenn der Cr-Gehalt > 0,50 % ist, besteht eine Anfälligkeit für die Bildung von grobkörnigem Carbid, wodurch sich die Zähigkeit und Verformbarkeit der Schiene verschlechtern. Deshalb ist der Cr-Gehalt innerhalb des Bereiches von 0,15 % bis 0,50 % begrenzt.As a middle carbide former, Cr can form several carbides with carbon in the steel; however, Cr can even cause a distribution of the carbides in the steel, reduce the size of the carbides, and improve the wear resistance of the rail. Under the conditions of the present invention, when the Cr content is <0.15%, the carbide formed has a low hardness and a small proportion, and aggregates in a plate form, in this way, the wear resistance of the rail can not be effectively improved; When the Cr content is> 0.50%, there is a susceptibility to the formation of coarse carbide, which causes the Toughness and deformability of the rail deteriorate. Therefore, the Cr content is limited within the range of 0.15% to 0.50%.
V hat eine geringe Löslichkeit im Stahl bei Raumtemperatur, und wenn V während des Warmwalzens in Austenit-Korngrenzen und anderen Zonen vorliegt, wird es über feinkörniges V-Carbonitrid [V (C, N)] oder zusammen mit Ti im Stahl ausgeschieden, wodurch das Wachstum von Austenitkörnern unterdrückt wird und somit das Korn verfeinert und die Leistung verbessert wird. Unter den Bedingungen der vorliegenden Erfindung, wenn der V-Gehalt < 0,02 % ist, ist die Ausscheidung von V-Carbonitrid begrenzt und die Schiene kann nicht wirksam verfestigt werden; wenn der V-Gehalt > 0,10 % ist, besteht eine Anfälligkeit für die Bildung von grobkörnigem Carbonitrid, wodurch sich die Zähigkeit und Verformbarkeit der Schiene verschlechtern. Deshalb ist der V-Gehalt innerhalb des Bereiches von 0,02 % bis 0,10 % begrenzt.V has a low solubility in steel at room temperature, and when V is in austenite grain boundaries and other zones during hot rolling, it is precipitated through fine grained V carbonitride [V (C, N)] or together with Ti in the steel, causing the Growth of austenite grains is suppressed, thus refining the grain and improving performance. Under the conditions of the present invention, when the V content is <0.02%, the precipitation of V carbonitride is limited and the rail can not be effectively solidified; if the V content is> 0.10%, there is a susceptibility to the formation of coarse carbonitride, which deteriorates the toughness and ductility of the rail. Therefore, the V content is limited within the range of 0.02% to 0.10%.
Die Hauptfunktion von Ti im Stahl ist, die Austenitkörner während des Erwärmens, Walzens und Abkühlens zu verfeinern und letztendlich die Dehnbarkeit und Steifigkeit der Schiene zu verbessern. Wenn der Ti-Gehalt < 0,001 % ist, ist die Menge der in der Schiene gebildeten Carbide äußerst begrenzt. Unter den Bedingungen der vorliegenden Erfindung, wenn der Ti-Gehalt > 0,030 % ist, bildet sich einerseits zu viel TiC, da Ti ein starker Carbonitridbildner ist, wodurch die Härte der Schiene zu hoch wird, und andererseits können überschüssiges TiN und TiC zur Anreicherung der Ausscheidungen führen und grobkörniges Carbonitrid bilden, was die Zähigkeit und Verformbarkeit verschlechtert und die Kontaktfläche der Schiene unter Stoßbelastung rissanfällig macht und zum Bruch führt. Deshalb ist der Ti-Gehalt innerhalb des Bereiches von 0,001 % bis 0,030 % begrenzt.The primary function of Ti in the steel is to refine the austenite grains during heating, rolling and cooling, and ultimately to improve the ductility and rigidity of the rail. When the Ti content is <0.001%, the amount of carbides formed in the rail is extremely limited. On the one hand, under the conditions of the present invention, when the Ti content is> 0.030%, too much TiC is formed because Ti is a strong carbonitride former, thereby making the hardness of the rail too high, and on the other hand, excess TiN and TiC may be added to enrich the TiC Lead precipitates and form coarse carbonitride, which deteriorates the toughness and ductility and makes the contact surface of the rail under impact load susceptible to cracking and leads to breakage. Therefore, the Ti content is limited within the range of 0.001% to 0.030%.
Die Hauptfunktion von Nb im Stahl ist ähnlich der von V, das heißt, die Austenitkörner mit dem ausgeschiedenen Nb-Carbonitrid zu verfeinern und zu bewirken, dass mit dem während des Abkühlprozesses nach dem Walzen gebildeten Carbonitrid eine Ausscheidungsverfestigung erfolgt. Nb kann die Härte der Schiene verbessern, die Zähigkeit und Verformbarkeit der Schiene verbessern und dabei unterstützen, die Erweichung von Schweißverbindungen zu verhindern. Unter den Bedingungen der vorliegenden Erfindung, wenn der Nb-Gehalt < 0,005 % ist, ist die Ausscheidung von Nb-Carbonitrid begrenzt und die Schiene kann nicht wirksam verfestigt werden; wenn der Nb-Gehalt > 0,08 % ist, besteht eine Anfälligkeit für die Bildung von grobkörnigem Carbonitrid, wodurch sich die Zähigkeit und Verformbarkeit der Schiene verschlechtern. Deshalb ist der Nb-Gehalt innerhalb des Bereiches von 0,005 % bis 0,08 % begrenzt.The main function of Nb in the steel is similar to that of V, that is, to refine the austenite grains with the precipitated Nb carbonitride and to cause precipitation strengthening with the carbonitride formed during the cooling process after rolling. Nb can improve the hardness of the rail, improve the toughness and ductility of the rail and help prevent the softening of welded joints. Under the conditions of the present invention, when the Nb content is <0.005%, the precipitation of Nb-carbonitride is limited and the rail can not be effectively solidified; if the Nb content is> 0.08%, there is a susceptibility to the formation of coarse carbonitride, which deteriorates the toughness and deformability of the rail. Therefore, the Nb content is limited within the range of 0.005% to 0.08%.
Das übliche Schmelzverfahren auf dem Fachgebiet wird angewendet, um Stahl für die vorstehende Schiene zu schmelzen: Durchführen des Stranggießens der Stahlschmelze gemäß den vorstehenden Anforderungen an die Zusammensetzung, um einen Stahlknüppel mit dem Querschnitt von 250 mm × 250 mm bis 450 mm × 450 mm herzustellen, Abkühlen des Stahlknüppels, Einbringen des Stahlknüppels in einen Wärmeofen zum Erwärmen auf 1200-1300 °C, Isolieren des Stahlknüppels über eine bestimmte Zeitspanne und Herausnehmen aus dem Ofen, Entfernen von Phosphor mit Hochdruckwasser, und danach Walzen des Knüppels zu einer Schiene mit 50-75 kg/m mit dem erforderlichen Querschnitt durch Universalwalzen oder Rillenwalzen.The conventional melting method in the art is used to melt steel for the above rail: to carry out the continuous casting of the molten steel in accordance with the above compositional requirements to produce a steel billet having the cross section of 250 mm x 250 mm to 450 mm x 450 mm Cooling the steel billet, placing the steel billet in a heating furnace for heating at 1200-1300 ° C, isolating the steel billet for a period of time and removing it from the furnace, removing phosphorus with high pressure water, and then rolling the billet into a rail having 50- 75 kg / m with the required cross-section through universal rollers or grooved rollers.
Derzeit ist das Hauptverfahren zum Durchführen der Wärmebehandlung einer Schiene, ein beschleunigtes Abkühlen des Schienenkopfes der austenitischen Schiene durchzuführen, und die Kühldüsen sind überwiegend auf der oberen Fläche und den beiden Seiten des Schienenkopfes angeordnet. Das wird durch die Merkmale der Schiene bestimmt: Die obere Fläche und eine Seite des Schienenkopfes tragen eine mehrfache komplexe Belastung des Rades, und die Schiene weist einen symmetrischen Querschnitt längs der vertikalen Richtung auf. Beide Seiten können der Belastung des Rades ausgesetzt sein, da ihr Einbauort variiert. Deshalb sollte die Leistung der beanspruchten oberen Fläche und der beanspruchten beiden Seiten des Schienenkopfes höher als die der anderen Teile der Schiene sein.At present, the main method for carrying out the heat treatment of a rail is to perform accelerated cooling of the rail head of the austenitic rail, and the cooling nozzles are mainly arranged on the upper surface and both sides of the rail head. This is determined by the characteristics of the rail: the upper surface and one side of the rail head carry multiple complex loading of the wheel, and the rail has a symmetrical cross-section along the vertical direction. Both sides may be exposed to the load of the wheel as their location varies. Therefore, the power of the claimed upper surface and the claimed two sides of the rail head should be higher than that of the other parts of the rail.
Beim Prozess der beschleunigten Abkühlung der oberen Fläche und der beiden Seiten des Schienenkopfes, beim plötzlichen Abfall der Oberflächentemperatur, überträgt der Kern des Schienenkopfes über die Oberfläche Wärme, die Leistung der Oberfläche des Schienenkopfes darf sich nicht verschlechtern, sondern kann sich stattdessen mit der Freisetzung von latenter Wärme während der Phasenänderung von Perlit verbessern. Das bedeutet, dass die Superkühlung des Kerns des Schienenkopfes während der Phasenänderung abnimmt. Schließlich, bei Raumtemperatur, ist nicht nur die Härte des Kerns des Schienenkopfes deutlich geringer als die der Oberfläche, sondern auch die Zähigkeit ist relativ gering. Die Erfindung wendet das Verfahren des Hinzufügens von Düsen an den unteren Stegen auf beiden Seiten des Schienenkopfes zum Aufblasen von Kühlmedium an. Während der Wärmebehandlung, da sich der Unterschied der Abkühlgeschwindigkeit zwischen dem Kern des Schienenkopfes und der Oberfläche des Schienenkopfes verringert, kann die Phasenumwandlung der Oberfläche des Schienenkopfes bei einer viel geringeren Temperatur beginnen, und die Festigkeit und Zähigkeit der Schiene können weiter verbessert werden. Obwohl die Verbesserung ziemlich begrenzt ist, kann sie dennoch die Gesamtfestigkeit und Gesamtzähigkeit der Stahlschiene wie einer wärmebehandelten Perlitschiene verbessern, wobei die Festigkeit und Zähigkeit bereits die Grenze erreichen.In the process of accelerated cooling of the top surface and the two sides of the rail head, upon sudden drop in surface temperature, the core of the rail head transfers heat across the surface, the performance of the surface of the rail head must not deteriorate, but instead can interfere with the release of improve latent heat during the phase change of perlite. This means that the supercooling of the core of the rail head decreases during the phase change. Finally, at room temperature, not only is the hardness of the core of the rail head significantly lower than that of the surface, but also the toughness is relatively low. The invention applies the method of adding nozzles to the lower lands on both sides of the rail head for inflating cooling medium. During the heat treatment, since the difference in the cooling rate between the core of the rail head and the surface of the rail head decreases, the phase transformation of the surface of the rail head may begin at a much lower temperature, and the The strength and toughness of the rail can be further improved. Although the improvement is quite limited, it can still improve the overall strength and toughness of the steel rail, such as a heat treated pearlite rail, with strength and toughness already reaching the limit.
In der Erfindung, wenn die Schiene auf 800-850 °C luftgekühlt ist, werden die obere Fläche des Schienenkopfes, die beiden Seiten des Schienenkopfes und die unteren Stege auf beiden Seiten des Schienenkopfes mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 3,0-7,0 °C/s auf 520-550 °C abgekühlt.In the invention, when the rail is air-cooled to 800-850 ° C, the upper surface of the rail head, the both sides of the rail head and the lower lands on both sides of the rail head become at a cooling rate of 3.0-7.0 ° C / s cooled to 520-550 ° C.
Während des Abkühlprozesses sinkt die Oberflächentemperatur rasch unter die Wirkung des Kühlmediums, und die Wärme von dem Kern des Schienenkopfes und dem Schienensteg wird kontinuierlich zirkuliert und der Oberfläche des Schienenkopfes und einer bestimmten Tiefe zugeführt, was zu einer Abnahme der Superkühlung des Kerns des Schienenkopfes führt, was eine Verringerung der Festigkeit und Zähigkeit der Schiene bei Raumtemperatur ergibt; wenn das Abkühlen der unteren Stege des Schienenkopfes gleichzeitig angewendet wird, werden neue Wege für Wärmeabgänge bei dem Schienenkopf bereitgestellt, und die Wärmezuführung zu dem Kern des Schienenkopfes wird deutlich verringert, wodurch die Superkühlung des Teils des Schienenkopfes, insbesondere des Kerns des Schienenkopfes, verstärkt wird. Da die Körner des gesamten Schienenkopfes weiter verfeinert werden, weist die Schiene eine exzellentere Gesamtfestigkeit und Gesamtzähigkeit bei Raumtemperatur auf. Wenn sich die Temperatur der oberen Fläche des Schienenkopfes auf 520-550 °C verringert, wird eine Luftkühlung durchgeführt, bis der Schienenkopf die Raumtemperatur erreicht, und Richten, Fehlerprüfung und Bearbeitung usw. werden in späteren Stufen durchgeführt, um die fertige Schiene zu erhalten.During the cooling process, the surface temperature drops rapidly under the action of the cooling medium, and the heat from the core of the rail head and the rail land is continuously circulated and supplied to the surface of the rail head and a certain depth, resulting in a supercooling of the core of the rail head, which results in a reduction in the strength and toughness of the rail at room temperature; when the cooling of the lower webs of the rail head is applied simultaneously, new ways are provided for heat dissipation in the rail head, and the heat input to the core of the rail head is significantly reduced, thereby enhancing the supercooling of the part of the rail head, especially the core of the rail head , As the grains of the entire rail head are further refined, the rail has superior overall strength and toughness at room temperature. When the temperature of the upper surface of the rail head decreases to 520-550 ° C, air cooling is performed until the rail head reaches room temperature, and straightening, error checking and machining, etc. are performed in later stages to obtain the finished rail.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden wie folgt weiter erläutert, das bedeutet jedoch nicht, dass der Schutzumfang der Erfindung wie in den Ausführungsformen beschrieben eingeschränkt wird.The preferred embodiments of the invention will be further explained as follows, but this does not mean that the scope of the invention is limited as described in the embodiments.
Ausführungsformen 1-6: Herstellung einer perlitischen Schiene einer Eisenbahnstrecke mit gemischtem Personen- und Güterverkehr mit dem erfindungsgemäßen VerfahrenEmbodiments 1-6: Production of a perlitic rail of a railway line with mixed passenger and freight traffic with the method according to the invention
Die chemische Zusammensetzung des Stahlknüppels für die perlitische Schiene in den Ausführungsformen 1-6 ist in Tabelle 1 dargestellt:
Tabelle 1: Auflistung der chemischen Zusammensetzung des Stahlknüppels für die perlitische Schiene (%)
Die in der vorstehenden Tabelle dargestellten Stahlknüppel werden alle mit dem folgenden Verfahren zu Schienen mit 60 kg/m gewalzt und abgekühlt:The steel billets shown in the above table are all rolled into rails of 60 kg / m and cooled by the following procedure:
Walzen einer SchieneRolling a rail
Warmwalzen eines Stahlknüppels zu einer Schiene, mit einem Endwalztemperaturbereich von 900-1000 °C;Hot rolling a steel billet into a rail, with a final rolling temperature range of 900-1000 ° C;
Abkühlen der SchieneCooling the rail
Blasen eines Kühlmediums auf die obere Fläche des Schienenkopfes, die beiden Seiten des Schienenkopfes und die unteren Stege auf beiden Seiten des Schienenkopfes, wenn die Mitte der oberen Fläche der Schiene auf 800-850 °C luftgekühlt ist, und danach Luftkühlen der Schiene auf die Raumtemperatur, nachdem die Mitte der oberen Fläche der Schiene auf 520-550 °C abgekühlt ist.Blowing a cooling medium onto the upper surface of the rail head, the two sides of the rail head and the lower lands on both sides of the rail head when the center of the upper surface of the rail is air cooled to 800-850 ° C, and then air cooling the rail to room temperature after the middle of the upper surface of the rail has cooled to 520-550 ° C.
Die Abkühlgeschwindigkeit in den Ausführungsformen 1-6 ist in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2: Abkühlgeschwindigkeit bei unterschiedlichen Verfahren
Referenzbeispiele 1-6: Herstellung einer perlitischen Schiene mit vorhandenen VerfahrenReference Examples 1-6: Preparation of Perlitic Rail Using Existing Methods
Die Zusammensetzung des in den Referenzbeispielen 1-6 verwendeten Stahlknüppels ist die gleiche wie die der Ausführungsformen 1-6, wobei der Stahlknüppel von Referenzbeispiel 1 der gleiche wie der von Ausführungsform 1 ist usw.The composition of the steel billet used in Reference Examples 1-6 is the same as that of Embodiments 1-6, the steel billet of Reference Example 1 being the same as that of Embodiment 1, and so on.
Die Referenzbeispiele 1-6 wenden ein vorhandenes Abkühlverfahren an: Ein Kühlmedium wird nur auf die obere Fläche des Schienenkopfes und die zwei Seiten des Schienenkopfes geblasen, und die Schiene wird auf Raumtemperatur luftgekühlt, nachdem die Oberfläche des Schienenkopfes auf 520-550 °C abgekühlt ist.Referential Examples 1-6 apply an existing cooling method: A cooling medium is blown only on the top surface of the rail head and the two sides of the rail head, and the rail is air-cooled to room temperature after the surface of the rail head is cooled to 520-550 ° C ,
Die Abkühlgeschwindigkeit in den Referenzbeispielen 1-6 ist in Tabelle 3 dargestellt:
Tabelle 3: Abkühlgeschwindigkeit bei unterschiedlichen Verfahren
Luftkühlen der gemäß den Ausführungsformen und den Referenzbeispielen behandelten Schiene auf Raumtemperatur, Entnehmen einer kreisförmigen Doppelschulter-Zugprobe mit d0 = 10 mm, l0 = 5d0 bei 10 mm bzw. 30 mm unterhalb der Oberfläche des Schienenkopfes und Ermitteln von Rp0,2, Rm, A bzw. Z gemäß GB/T 228.1; und Entnehmen einer Charpy-Kerbschlagprobe (U-Form) von 10 mm × 10 mm × 55 mm an der gleichen Position, und Ermitteln der Kerbschlagarbeit gemäß GB/T 229. Außerdem Entnehmen jeweils einer transversalen Probe für die Härteprüfung aus dem Schienenkopf der Schiene bei 10 mm bzw. 30 mm von der Oberfläche des Schienenkopfes ab und Prüfen der Rockwell-Härte jeweils an der oberen Ecke und auf der Mitte der oberen Fläche gemäß GB/T 230.1. Die Prüfpositionen und -verfahren bei den Ausführungsformen und den Referenzbeispielen sind gleich. Die detaillierten Ergebnisse sind in den Tabellen 4 und 5 dargestellt.
Tabelle 4: Mechanische Eigenschaften von Schienen, hergestellt mit unterschiedlichen Verfahren (10 mm unterhalb der Oberfläche des Schienenkopfes)
Es kann aus den vorstehenden Ausführungsformen und Referenzbeispielen geschlossen werden, dass die Ausführungsformen unter Anwendung des erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsverfahrens vergleichbar mit den Referenzbeispielen unter Anwendung des vorhandenen Wärmebehandlungsverfahrens für das Material mit der gleichen chemischen Zusammensetzung sind. In den Ausführungsformen wird das Kühlmedium auf die obere Fläche des Schienenkopfes und die beiden Seiten des Schienenkopfes und die unteren Stege auf beiden Seiten des Schienenkopfes geblasen, nachdem die wärmebehandelte Schiene auf 800-850 °C luftgekühlt ist, und die Schiene wird erneut luftgekühlt auf die Raumtemperatur, nachdem die Mitte der oberen Fläche der Schiene mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 3,0-7,0 °C/s auf 520-550 °C abgekühlt ist. Dagegen wendet das vorhandene Verfahren das Einfachverfahren für die Wärmebehandlung der oberen Fläche des Schienenkopfes und der beiden Seiten des Schienenkopfes mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 3,0-7,0 °C/s an. Die Ergebnisse des Vergleichs in den Tabellen 4 und 5 zeigen, dass die Festigkeit, Härte, Zähigkeit und Verformbarkeit des Teils in 10 mm unterhalb der Oberfläche des Schienenkopfes bei dem erfindungsgemäßen Verfahren etwas höher als die der Referenzbeispiele sind; noch wichtiger ist, dass die Festigkeit und Zähigkeit des Teils bei 30 mm unterhalb der Oberfläche des Schienenkopfes deutlich höher als die bei dem vorhandenen Wärmebehandlungsverfahren sind. Somit kann gefolgert werden, dass das Hinzufügen des beschleunigten Abkühlens der unteren Stege des Schienenkopfes die Gesamtfestigkeit und Gesamtzähigkeit des Schienenkopfes verbessern und die Lebensdauer unter den gleichen Bedingungen verlängern kann.It can be concluded from the above embodiments and reference examples that the embodiments using the heat treatment method of the present invention are comparable to the reference examples using the existing heat treatment method for the material having the same chemical composition. In the embodiments, the cooling medium is blown onto the upper surface of the rail head and both sides of the rail head and the lower lands on both sides of the rail head after the heat-treated rail is air-cooled to 800-850 ° C, and the rail is air-cooled again Room temperature after the center of the upper surface of the rail has cooled to 520-550 ° C at a cooling rate of 3.0-7.0 ° C / s. In contrast, the existing method uses the simple method for heat treatment of the top surface of the rail head and both sides of the rail head at a cooling rate of 3.0-7.0 ° C / s. The results of the comparison in Tables 4 and 5 show that the strength, hardness, toughness and deformability of the part 10 mm below the surface of the rail head in the method of the present invention are slightly higher than those of the Reference Examples; more importantly, the strength and toughness of the part at 30 mm below the surface of the rail head are significantly higher than those in the existing heat treatment process. Thus, it can be concluded that adding the accelerated cooling of the rail head lower lands can improve the overall strength and toughness of the rail head and prolong the life under the same conditions.
Die Erfindung stellt eine Schiene einer Eisenbahnstrecke mit gemischtem Personen- und Güterverkehr und das Verfahren zu deren Herstellung bereit. Mit der gleichen Zusammensetzung und dem gleichen Herstellungsverfahren kann das Verfahren die Festigkeit und Zähigkeit einer Schiene verbessern. Das Produkt ist für eine Eisenbahnstrecke mit gemischtem Personen- und Güterverkehr geeignet.The invention provides a rail of a railway line with mixed passenger and freight traffic and the method for their production. With the same composition and manufacturing method, the method can improve the strength and toughness of a rail. The product is suitable for a railway line with mixed passenger and freight traffic.
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