DE1178880B - Verfahren zur Herstellung von staehlernen ver-schleissfesten, naturharten Einstoffschienen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von staehlernen ver-schleissfesten, naturharten EinstoffschienenInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: C21d
Nummer:
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Anmeldetag:
Auslegetag:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
Deutsche KL: 18 c-7/14
H 43947 VI a/18 c
21. Oktober 1961
1. Oktober 1964
21. Oktober 1961
1. Oktober 1964
Die zunehmenden Anforderungen, denen der Eisenbahnoberbau ausgesetzt ist, haben unter anderem
dazu geführt, daß in der Praxis des Eisenbahnbetriebes vieler Länder in steigendem Maße Schienen
mit erhöhter Verschleißfestigkeit verwendet werden. Am häufigsten gelangen naturharte Einstoffschienen,
deren Festigkeit über dem ganzen Querschnitt mindestens bei 90 kg/mm2 liegt, zur Anwendung, da bekannt
ist, daß Schienen bei einer Härte von 250 BE, entsprechend einer Zugfestigkeit von etwa 90 kg/mm2,
ein erhebliches Ansteigen des Verschleißwiderstandes aufweisen.
Demgegenüber spielen in der Praxis Schienenarten, bei denen die erhöhte Verschleißfestigkeit durch
andere Maßnahmen, wie Härtung des Schienenkopfes nach dem Walzen, Verbundguß oder Legieren des
Schienenstahls mit entsprechenden Mengen von Chrom, Vanadium, Mangan usw., erzielt wird, eine
verhältnismäßig geringe Rolle.
Die Herstellung von derartigen verschleißfesten, naturharten Einstoffschienen erfolgt üblicherweise
durch Auswalzen von gegossenen Schienenblöcken, zumeist in einer Hitze.
Ein erheblicher Nachteil der vorerwähnten naturharten Einstoffschienen von etwa 90 kg/mm2 Mindestfestigkeit
besteht darin, daß sie bei üblicher Herstellungsweise zu Spannungsrissen im Inneren des
Schienenquerschnittes, auch Flocken genannt, neigen, die sich zu den betriebsgefährlichen Querbrüchen mit
nierenförmigem Aussehen — kurz »Nierenbrüchen« — erweitern. Eine wesentliche Ursache dieser Spannungsrißbildung
ist das Vorhandensein bestimmter, im Stahl gelöster Wasserstoffmengen.
Zur Vermeidung von Flockenrissen in flockenempfindlichen Kohlenstoffstählen wird häufig eine
Arbeitsweise angewendet, die darin besteht, daß der fertiggewalzte Stahl nach dem letzten Warmwalzstich
von irgendeiner Temperatur oberhalb von 200° C auf unter 100° C mit einer bestimmten Mindestdauer
sehr langsam abgekühlt wird. Für eine derartige verzögerte und gesteuerte langsame Abkühlung des
fertiggewalzten Gutes sind Ofeneinrichtungen erforderlich, die erheblichen Raumbedarf in Anspruch
nehmen und beträchtliche Kosten verursachen.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, flockenfreien Stahl durch Vergießen im Vakuum zu erhalten.
Auch diese Arbeitsweise ist sehr aufwendig.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren anzugeben, das die Nachteile der vorbekannten
Arbeitsmethoden vermeidet und nach dem verschleißfeste, naturharte Einstoffschienen, insbesondere
solche von etwa 90 kg/mm2 Mindestfestigkeit, Verfahren zur Herstellung von stählernen verschleißfesten,
naturharten Einstoffschienen
Anmelder:
Hüttenwerk Oberhausen Aktiengesellschaft,
Oberhausen (RhId.), Essener Str. 66
Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Rudolf Graef, Oberhausen (RhId.)
frei von Spannungsrissen und Flocken und den sich daraus ergebenden Nierenbrüchen auf wirtschaftliche
Weise hergestellt werden können.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von stählernen verschleißfesten, naturharten, von
Spannungsrissen bzw. Flocken freien Einstoffschienen, insbesondere solchen von etwa 90 kg/mm2 Mindestfestigkeit,
durch Auswalzen von gegossenen Schienenblöcken in mehr als einer Hitze und gesteuerte
Abkühlung des Halbproduktes. Die Erfindung besteht darin, daß die abgegossenen Schienenblöcke zu Vorblöcken
vorgewalzt und die Vorblöcke während eines nach Tagen zählenden Zeitraumes, von der Walztemperatur
gesteuert, allmählich auf 200° C abgekühlt und danach wieder auf Walztemperatur gebracht
werden, woraufhin das Walzgut fertiggewalzt wird. Vorzugsweise wird hierzu das Walzgut nach
dem Wiedererwärmen auf Walztemperatur zu einem weiteren Zwischenprodukt verwalzt, verputzt, wiederum
erhitzt und zu Schienen ausgewalzt.
Die Erfindung beruht unter anderem auf der Erkenntnis, daß das Entstehen von Nierenbrüchen mit
großer Sicherheit und auf wirtschaftliche Weise vermieden werden kann, wenn eine in bestimmter Weise
geregelte Abkühlung bereits am Halbzeug vorgenommen wird. Eine thermische Behandlung zur Beseitigung
der Flocken und ihrer Folgen wird also, im Gegensatz zu den bekannten Vorschlägen, nicht in
der Schlußphase der Herstellung, am Fertigprodukt, sondern an dem Zwischenprodukt vorgenommen.
Bisher galt als gesicherter Stand der Technik die Auffassung, daß eine der Flockenbildung entgegenwirkende
langsame und geregelte Abkühlung am Fer-
409 689/224
tigprodukt vorgenommen werden müsse, da die Wirksamkeit der Methode der langsamen Abkühlung
am Halbprodukt einerseits nicht gewährleistet sei und andererseits die Abkühlzeiten bei den größeren Querschnitten
des Halbproduktes betrieblich untragbar lang seien.
Im allgemeinen wird man das erfindungsgemäße Verfahren dadurch verwirklichen, daß Stahlblöcke
mit folgender Richtanalyse
Kohlenstoff 0,45 bis 0,75 °/o
Silicium 0,07 bis 0,50%
Mangan 0,8 bis 2,1 %
Phosphor maximal 0,05 °/i>
Schwefel maximal 0,05 %
Rest Eisen
in der ersten Hitze zu Vorblöcken verwalzt werden, deren Querschnitt zweckmäßigerweise den vierten bis
sechsten Teil des Querschnittes des ursprünglichen Blockes beträgt, die Vorblöcke in walzwarmem Zustand
einer Warmhaltevorrichtung zugeführt und in dieser gesteuert abgekühlt werden, woraufhin die
weitere Verarbeitung erfolgt, wie oben beschrieben. Die gesteuerte Abkühlung kann in mehreren Stufen
durchgeführt werden, vorzugsweise so, daß die Vorblöcke in einer ersten Abkühlstufe während etwa
6 Stunden von etwa 1050 auf 500° C und danach in etwa 24 Stunden auf 200° C abgekühlt werden. Es
empfiehlt sich, bei der gesteuerten Abkühlung die erforderliche Mindestabkühldauer t bis zum Erreichen
der Abkühltemperatur J1 in dem Intervall von 800
bis 200° C nach folgender Tabelle einzurichten:
Abkühltemperatur
I1 in ° C
I1 in ° C
800 bis 700
700 bis 600
600 bis 500
500 bis 400
400 bis 300
300 bis 200
700 bis 600
600 bis 500
500 bis 400
400 bis 300
300 bis 200
Erforderliche
Mindestabkühldauer
bis zum Erreichen von t\
Zeit (/) in Minuten bis zur jeweiligen
Endtemperatur Je 10° c
10
20
40
160
760
2260
10
10
20
120
600
1500
Die angegebenen Zeiten bei der stufenweisen Abkühlung und die Mindestabkühldauer lassen sich
variieren, wenn nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung die Abkühlung in einer wasserstoffarmen
oder wasserstofffreien Atmosphäre oder unter vermindertem Druck durchgeführt wird.
Im folgenden wird für den Stahl der oben angegebenen Richtanalyse die vorstehende Arbeitstabelle
für das Abkühlen von Schienenvorblöcken in erweiterter Form angegeben, die auf üblicherweise in den
Vorblöcken vorhandene Wasserstoffgehalte Bezug nimmt:
Abkühltemperatur
Z1Ia0C
Z1Ia0C
Bis zum Erreichen von ti
aus dem Vorblock-
querschnitt ausgeschiedene
Wasserstoffmenge
HA in cm3
Gesamt
je 100° C Bis zum Erreichen von ii
durch Diffusion
abtransportierbarer Wasserstoff
aus dem Vorblockquerschnitt
aus dem Vorblockquerschnitt
H0 in cm'/h
Erforderliche
Mindestabkühldauer
bis zum Erreichen von /1
Zeit (i) in Minuten bis zur jeweiligen | Endtemperatur j
10° c
800 bis 700
700 bis 600
600 bis 500
500 bis 400
400 bis 300
300 bis 200
700 bis 600
600 bis 500
500 bis 400
400 bis 300
300 bis 200
200 255 290 310 318 319
55
35
20
1100
350
120
10
0,8
0,04
350
120
10
0,8
0,04
10
20
40
160
760
2260
10
10
20
120
600
1500
Praktisch besonders wichtig ist die in dieser Arbeitstabelle zum Ausdruck kommende, verlangsamte
Abkühlung im Temperaturbereich von 450 bis 200° C, in dem die Wasserstoffdiffusion verlangsamt
ist, aber noch schädliche, bei schneller Abkühlung zur Flockenbildung ausreichende Wasserstoffmengen
frei werden können. Für diesen Temperaturbereich sind nach der Erfindung für den angewendeten Vorblockquerschnitt
mindestens 24 Stunden angesetzt.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren, insbesondere aus Stählen der angegebenen Richtanalyse, verschleißfeste Einstoffschienen
hergestellt werden können, die von Spannungsrissen bzw. Flocken frei sind. Das erfindungsgemäße
Verfahren zeichnet sich durch große Einfachheit aus; zudem ist das Auswalzen dieser Schienen
in mehr als einer Hitze mit verzögerter Abkühlung des Halbproduktes insofern günstig, als es ein im
Interesse der äußeren Beschaffenheit der Schienen erforderliches Inspizieren und Verputzen des Halbproduktes
möglich macht, was im Fertigungsablauf wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung von stählernen, verschleißfesten, naturharten, von Spannungsrissen
bzw. Flocken freien Einstoffschienen, insbesondere solchen von etwa 90 kg/mm2 Mindestfestigkeit,
durch Auswalzen von abgegossenen Schienenblöcken in mehr als einer Hitze unter Anwen-
dung einer gesteuerten Abkühlung, dadurch
gekennzeichnet, daß die gegossenen Schienenblöcke zu Vorblöcken vorgewalzt und die
Vorblöcke während eines nach Tagen zählenden Zeitraumes gesteuert allmählich auf 200° Cabgekühlt
sowie danach wieder auf Walztemperatur gebracht werden, woraufhin das Walzgut fertiggewalzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgut nach dem Wieder- ι ο
erwärmen auf Walztemperatur zu einem weiteren Zwischenprodukt verwalzt, verputzt, wiederum
erhitzt und zu Schienen ausgewalzt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gegossenen
Schienenblöcke zu Vorblöcken vorgewalzt werden, deren Querschnitt den vierten bis sechsten
Teil des Querschnittes des ursprünglichen Blockes beträgt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorblöcke in walzwarmem
Zustand einem Warmhalteofen zugeführt und in diesem gesteuert abgekühlt werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte Abkühlung
in mehreren Stufen durchgeführt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorblöcke in einer
ersten Abkühlstufe während etwa 6 Stunden von etwa 1050 auf 500° C und danach in etwa
24 Stunden auf etwa 200° C abgekühlt werden.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der gesteuerten
Abkühlung die erforderliche Mindestabkühldauer t bis zum Erreichen der Abkühltemperatur
ij nach folgender Tabelle eingerichtet wird:
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung in
einer wasserstofffreien oder -armen Atmosphäre oder unter vermindertem Druck durchgeführt
wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorblöcke mit der folgenden Richtanalyse der gesteuerten Abkühlung
unterworfen werden:
Kohlenstoff 0,45 bis 0,75%
Silicium 0,07 bis O,5O°/o
Mangan 0,8 bis 2,1%
Phosphor maximal 0,05%
Schwefel maximal 0,05%
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