DE1947950B2

DE1947950B2 - Verfahren zum haerten von schienen

Info

Publication number: DE1947950B2
Application number: DE19691947950
Authority: DE
Inventors: Jacques Pomey
Original assignee: USINOR SA
Current assignee: USINOR SA
Priority date: 1968-12-30
Filing date: 1969-09-23
Publication date: 1971-10-28
Also published as: DE1947950A1; CS167889B2; BE730539A; LU58644A1; FR1600086A; US3658602A; CA923799A; GB1216801A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Härten von Stahlschienen im Wirbelbett.

Es ist bekannt, daß das Härten von Stahlschienen in einem durch ein Gas aufgewirbelten pulverförmigen Feststoff durchgeführt werden kann. Es ist auch bekannt, dieses Wirbelbett auf eine bestimmte Temperatur zu erhitzen, um die jeweils gewünschte Härtung zu erreichen. Als pulverförmige Feststoffe dienen feuerfeste Oxyde, wie z. B. Korund, Kieselerde, Zirkon, kieselsaure Tonerde und Silicoaluminat. Als gasförmiges Wirbelmittel wird stets Luft verwendet, um den Härteprozeß wenig aufwendig zu gestalten. Die durch die Aufwirbelung gebildeten Medien besitzen bekanntlich eine hohe Wärmeleitfähigkeit, die eine gute Gleichmäßigkeit der Temperatur gewährleistet. Es ist des weiteren bekannt, daß die Wärmeübergangszahl an der Grenzfläche zwischen dem Stahl und dem gewirbelten pulverförmigen Medium verhältnismäßig hoch ist.

Es wurde versucht, auf alle Parameter des Mediums einzuwirken, um diese Wärmeübergangszahl weiter zu verbessern. Es sind z. B. so verschiedenartige pulverförmige Medien wie Glas, Bronze und Kupfer vorgeschlagen worden, und man hat festgestellt, daß die optimalen Werte der Wärmeübergangszahl die gleiche Größenordnung bei all diesen Medien aufweisen, während das Aluminium oder das Blei geringere Werte besaßen. In der Praxis wird nur die Tonerde als Härtungsmedium verwendet und als Variante das von Luft aufgewirbelte Korund. Bekanntlich liegt das Abkühlungsvermögen dieses Härtemediums zwischen dem des Öls und der Luft.

Aus der USA.-Patentschrift 3 053 704 sind Wirbelmedien aus Metallpulvern, wie z. B. Chrom, Eisen, Nickel, Molybdän, Wolfram und Ferrosilizium bekannt, die jedoch bei der Abkühlung von Schienen infolge zu geringer Wärmeleitfähigkeit keine für einen raschen Produktionsablauf befriedigende Abkühlungsgeschwindigkeiten erbringen.

Eine weitere Besonderheit der pulverförmigen Medien besteht darin, daß sie im Ruhestand und vor allem in nicht zusammengepreßtem Zustand nach Beendigung des Wirbelvorgangs isolierende Eigenschaften aufweisen, nämlich geringe Wärmeleitfähigkeit und niedrige Wärmeübergangszahl an der Grenzfläche fester Stahl/pulverförmiges Medium im Ruhestand. Daraus ergibt sich, daß die pulverförmigen Medien durch einen sehr großen Unterschied bezüglich dieser beiden thermischen Eigenschaften bei der Wirbelung und der Ruhelage gekennzeichnet sind. Die Folge ist, daß bei einer komplizierten Form der zu härtenden Teile oder bei großen Flächen, deren Berührungsflächen zur Horizontalen geneigt sind, das pulverförmige Produkt sich auf diesen Stücken ruhig absetzen kann und an diesen Stellen den Wärmeaustausch beträchtlich verringert. Somit ergibt sich bei diesen pulverförmigen Medien in der Regel die Gefahr einer ungleichen Abkühlung mit all ihren Folgen.

Es wird jedoch in der französischen Patentschrift 1 458 175 gezeigt, daß diese Eigenschaft bei der Vergütung von Schienen genutzt werden kann, indem die Schiene horizontal und um 180° gedreht eingesetzt wird, und zwar so, daß der Kopf unten liegt und der Fuß eine horizontale Ebene bildet, auf der sich das pulverförmige Material im Ruhestand in Spitzkegelform absetzt. Durch diese Bedingungen wird versucht, die Wärmeabfuhr des Kopfes und des Fußes so auszugleichen, daß Verzerrungen vermieden werden. Bei einem gewirbelten pulverförmigen Medium aus Korund und Luft wurde jedoch ermittelt, daß das angestrebte Ergebnis überschritten wird, denn der Kopf kühlt sich im Gegensatz zum Abkühlungsvorgang unter üblichen Bedingungen schneller ab als der Fuß. Es stellt sich somit die Frage nach einem Medium mit Zwischeneigenschaften, mit dem erreicht wird, daß zu jedem Zeitpunkt des Kühlvorgangs Gleichheit zwischen der mittleren Temperatur des Fußes und der des Kopfes besteht, so daß die Schiene ohne Verzerrung gehärtet wird und nach der Behandlung ihre Geradlinigkeit immer noch so gut ist, daß ein Richten nicht erforderlich ist.
Es war beim gegenwärtigen Stand der Kenntnisse und im Vergleich zum Medium Korund-Luft kein pulverförmiges Wirbelhärtemedium für Stahl bekannt, das sowohl eine größere Abkühlungsgeschwindigkeit als auch eine geringere Verformung der Schienen durch das Härten gewährleistet. Diese Aufgäbe ist besonders schwierig, da diese beiden Eigenschaften sich in der Regel widersprechen, denn durch eine raschere Abkühlung wächst die Anisothermie des zu härtenden Stücks und infolgedessen erhöht sich die A Gefahr einer Verformung.

Durch langwierige und kostspielige Forschungsarbeit ist es gelungen, diese Probleme mit Hilfe eines Härteverfahrens im pulverförmigen Wirbelbett von Stahlschienen zu lösen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schienen in einem auf eine Temperatur von 100 bis 500° C eingestellten Wirbelbett gekühlt werden, dessen pulverförmige Metallteilchen mit Wasserdampf aufgewirbelt werden.

Als pulverförmige Medien kommen vor allem Metallpulver aus Chrom, Eisen, Nickel und/oder die Legierungen dieser Metalle, wie Ferrochrom, Ferrosilizium, Ferronickel, Eisenaluminium und Chrom-Nickel-Legierungen in Frage.

Die Vorteile der Erfindung zeigen sich an den folgenden Vergleichsversuchen: Als Metallpulver diente einerseits Korund einer Korngröße von etwa 0,1 mm und andererseits Chrompulver einer Korngröße von 0,08 bis 0,18 mm. Die Aufwirbelung erfolgte im ersten Fall mittels Luft und im zweiten Fall mittels Wasserdampf. Das Wirbelbett wird auf eine Temperatur von μ

175° C eingestellt und unter günstigen Wirbelbedin- ™ gungen betrieben.

Der Behälter zur Aufnahme des aufzuwirbelnden Mediums besitzt eine kreiszylindrische Form und weist folgende Abmessungen auf: 600 mm Durchmesser (Innendurchmesser), 400 mm Höhe des Wirbelbetts.

Die Stahlprüfstücke sind Rundstähle von 60 mm Durchmesser und 300 mm Länge. Sie bestehen aus eutektoidem, kohlenstoffhaltigem Stahl C = 0,85%, Mn = 0,3%, Si = 0,3%. Zwei Thermoelemente sind in der Weise eingesetzt, daß die Schweißstelle im halben Durchmesser, gemessen an der Endfläche, liegt; die eine ist in Achsrichtung, die andere in der Nähe der Oberfläche angebracht. Die Prüfstücke werden entweder in senkrechter oder in waagerechter Stellung gehärtet. Im letzten Fall befindet sich das an der Oberfläche angebrachte Thermoelement in der Nähe des Punktes mit senkrechter Berührungsfläche.
Jedes Stahlstück wird bei 900° C austenitisiert. Die Aufheizdauer im Muffelofen beträgt 45 Minuten und die Zeit, in der die Temperatur konstant gehalten wird, 30 Minuten (Gesamtzeit 75 Minuten). Das Prüfstück wird anschließend im gewirbelten pulverförmigen Me-

dium bei 175° C gehärtet, und es werden die Temperaturen in Abhängigkeit von der Zeit aufgezeichnet.

Die Abkühlungszeiten werden entweder von der Ausdrückzeit (900° C) oder aber von dem Zeitpunkt an gerechnet, in dem das Thermoelement 800° C anzeigt. Die Abkühlungszeiten werden für die verschiedenen Temperaturen im Inneren des Prüfstücks (650, 600, 500, 400° C) ermittelt. Die von 800° C an bestimmten Zeiten sind genauer.

Das Zeichen t, das diese Zeit in Minuten angibt, wird mit einer Kennzahl 1 oder 2 belegt, je nachdem, ob die Härtung in dem Medium Korund-Luft oder in dem Medium Chrom-Wasserdampf erfolgt. Es werden die Unterschiede und relativen Erfolgszahlen in Prozent berechnet. Die Ergebnisse werden in den Tabellen I, II, III und IV wiedergegeben. Sie betreffen die waagerecht angeordneten Prüfstücke mit Thermoelement in der Mitte, die senkrecht angeordneten Prüfstücke mit Thermoelement im Inneren und die senkrecht angeordneten Prüfstücke mit Thermoelement an der Oberfläche der Prüfstücke.

	Korund- Luft	Chrom- Wasser- dampf	h-h	100 ^k _f ^h h
	ti	h
von 800 bis 650° C	3,3	2	1,3	39
600° C	3,9	2,2	1,7	44
500° C	4,7	2,9	1,8	38
400° C	6,5	4	2,5	39

Tabelle I

	Korund- Luft	Chrom- Wasser dampf	h-ti	100 -±—i- %
	h	h
von 900 bis 650° C	4,4	3	1,4	32
600° C	5	3,6	1,4	28
500° C	6,5	4,8	1,7	26
400° C	7,4	6,1	1,3	17¹A
von 800 bis 650° C	3,2	2,1	1,1	34
600° C	3,8	2,7	1,1	30V₂
500° C	5,3	3,9	1,4	26
400° C	6,2	5,2	1	16

Tabelle II

	Korund- Luft	Chrom- Wasser dampf.	J₁-C₂	mn ^f' *²
	ti	k		h
	1,7	1,4	0,3
von 900 bis 650° C	2,8	2,2	0,6	- 17V₂ .
600° C	5,1	3,8	1,3	21
500° C	6,1	4,4	1,7	25
400° C	1,2	0,6	0,6	27
von 800 bis 650° C	2,3	.1,4	0,9	50
600° C	4,6	3	1,6	39V₂
500° C	5,6	3,8	1,8	35
400° C	32

45

50

	C	Tabelle III	Chrom- Wasser dampf	h-h	inn ^£l ~ ^tz	26
	C	Korund- Luft	h		h	32
	C	ti	2,8	1		29
	C	3,8	3	1,4	31
von 900 bis 650°	4,4	3,7	1,5
600°	5,2	4,8	2,2
500°	7,0
400°

Tabelle IV

	Korund- Luft	Chrom- Wasser dampf	h-h	irin h h	25
	k	ti		h	32
	2	1,5	0,5		33
von 900 bis 650° C	3,4	2,3	1,1	36
600° C	5,1	3,4	1,7	40
500° C	6,9	4,4	2,5	52
400° C	1,5	0,9	0,6	39
von 800 bis 650° C	2,9	1,7	1,2	40V₂
600° C	4,6	2,8	1,8
500° C	6,4	3,3	3,1
400° C

25 Da die Erhitzung der Prüfstücke jeweils im Muffelofen und mit einer recht langen Erhitzungsdauer erfolgt, ist die Oxydierung an der Oberfläche nicht unbeträchtlich, so daß sich die Wärmeübergangszahl senkt und die relativen Unterschiede zwischen den einzelnen Abkühlungsmedien verringert werden. Trotzdem bleibt der Erfolg sehr ausgeprägt und beweist den Vorteil des Mediums Chrom-Wasserdampf.
Die relativen Erfolge in Prozent sind

100

40

beim übergang vom Medium Korund-Luft zum Medium Chrom-Wasserdampf in der Tabelle V wiedergegeben.

Tabelle V

Die Werte von

100 A

werden von einer Temperatur von 800° C an berechnet.

	Ausrichtung des Zylinders	senkrecht	innen	Oberfläche innen	Oberfläche	II	III	IV
	waagerecht	Lage des Thermoelements	Bezug auf die vorangehenden Tabellen	50	44	52
	I	39	40	45,4
55	34
	26,5

6o Optimaler Wert...
Mittlerer Wert....

Man sieht, daß der Erfolg recht beträchtlich ist. Bei Stählen mit C = 0,85% und Mn = 1,85% reicht der übergang vom Medium Korund-Luft zum Medium Chrom-Wasserdampf aus, um von einer zu 70% perlitischen Struktur zu einer vollständig gehärteten martensitischen Struktur zu gelangen (je nach Wunsch

entsprechend der Tauchzeit vor der endgültigen Abkühlung auf Umgebungstemperatur).

Als Beispiel sei angeführt, daß Rundstähle mit denselben Abmessungen wie vorstehend, jedoch mit 2 Stahlhärten aus legiertem Stahl A und B bei 900⁰C bei einer Gesamterhitzungsdauer von 75 Minuten austenitisiert wurden. Sie wurden senkrecht in dem pulverformigen gewirbelten Medium Chrom-Wasserdampf bei 170° C gehärtet, 4 Minuten getaucht und anschließend in ruhiger Luft abgekühlt. Nach einem Schnitt in der Mitte eines Rundstahls wurden die Härten längs des Querschnitts gemessen. Diese wird in Rockwelleinheiten (Rc-Kegel) ausgedrückt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle VI wiedergegeben.

Tabelle VI
Rockwell-Härte Rc nach Härten des Stahls

% Mn
% Cr .
% W..

l?c-Härte an der Oberfläche

jRc-Härte im Inneren .

Zusammensetzung des Stahls
A B

1,05
1,80

0,3

55 bis 51
57

1,05
0,35
1,30

0,35
55 bis 53

Man sieht, daß die Härteschwankungen längs des Radius sehr gering sind und denen entsprechen, die man normalerweise unter Berücksichtigung zufälliger Schwankungen bei einem Kokillenstahl oder Stabstahl erreichen kann.

Dieselben Stähle A und B, die unter denselben Bedingungen austenitisiert und anschließend in ein Medium Korund-Luft bei 170° C getaucht wurden, nehmen die Härtung nicht an. Die .Rc-Härte bleibt zwischen 28 und 36 im Inneren und 30 und 40 auf der Oberfläche.

Es wurden Versuche mit selbsthärtendem Stahl durchgeführt, um in dem betreffenden Temperaturbereich keine »Glattstellungen« zu haben. Es wurde an Prüfstücken derselben Größe mit einem Thermoelement im Inneren gearbeitet, und die Prüfstücke wurden in senkrechter Lage gehärtet. Die Austenitisierung erfolgte jeweils bei 900° C, und während des Härtens wird die Temperatur aufgezeichnet und die Zeiten bis zur Erreichung einer Temperatur entweder von 700 oder von 800° C vermerkt. Es werden verglichen: das Härten mit Luft und mit öl — in beiden Fällen bei Umgebungstemperatur — sowie das Härten im pulverförmigen Medium Chrom-Wasserdampf bei 140° C. Die Ergebnisse sind in Tabelle VII wiedergegeben:

Tabelle VII

Medium

Art

Luft

Chrom-Wasser
dampf .,

öl

Temperatur

ro

28

140
28

übergang von

900 auf 700° C I 900 auf 500° C Zeit (in Minuten)

340

60
50

1060

120
100

Man sieht, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit des

pulverförmigen Mediums, das mit Wasserdampf bei einer Temperatur von 140° C gewirbelt wird, der eines Ölbades bei Umgebungstemperatur sehr nahe kommt, was ein bemerkenswertes Ergebnis darstellt.

Des weiteren ermöglicht die Erfindung nicht nur die Verbesserung der Abkühlungskapazität des Mediums und dadurch der Härteeigenschaften des Stahls, sondern auch eine Vermeidung der Anisothermie und die bei der Härtung auftretenden Verformungen bei Schienen, die gemäß französischem Patent 1 458 157 behandelt worden sind.

Bei Abkühlung einer Schiene unter den üblichen Bedingungen in freier Luft kühlt der Fuß, dessen Oberfläche doppelt so groß ist wie die des Kopfes, erheblich schneller ab. Zwischen dem Kopf und dem Fuß hat diese Anisothermie Unterschiede sowohl bei den thermischen Kontraktionen bei der Abkühlung als auch der Ausdehnung bei der Transformation zur Folge. Da die verschiedenen Teile starr miteinander verbunden sind, ergeben sich daraus Spannungen, die sich durch Fließen im Bereich der oberen Temperaturen mehr oder weniger geben, die jedoch bei niedrigen Temperaturen bei denen das Metall starr ist, ständige Verformungen zur Folge haben. Bekanntlich kühlt die Schiene beim Verlassen der Walze auf einem Rost und nimmt bei der dabei erfolgenden Verformung die Form einer Säbelklinge an. Um der Ausbildung der Kurve zu begegnen, wird die Schiene während dieser Abkühlung in der Weise geklammert, daß sie geradlinig gehalten wird. Die thermischen Kontraktionen gleichen sich im Bereich der hohen Temperaturen durch Fließen nach anderen Bereichen aus, während gegen Ende des Abkühlungsvorgangs der Stahl »erstarrt«, so daß die Richtung der verbleibenden Spannungen durch die letzten Augenblicke der Abkühlung gegeben ist. Da sich der Kopf als letzter abkühlt, neigt er zur Kontraktion, und da er dies nicht tun kann, wird er der Sitz von Dehnungsspannungen.

Wenn nach dem Abkühlen die Klammern entfernt werden, zieht sich der Kopf zusammen und verformt die Schiene elastisch bis zum inneren Gleichgewicht der Spannungen. Die Lauffläche des Kopfes wird konkav und die Stützfläche des Fußes konvex.

Wird die Schiene gehärtet und nicht in ruhiger Luft abgekühlt, so wächst natürlich die Anisothermie in dem Material ebenso, wie die Verformungen stärker werden. Um nun sowohl das Härten zu gewährleisten als auch die räumliche Anisothermie während des Abkühlungsvorgangs zu beseitigen, wurden die folgenden Versuche durchgeführt, die die Bedeutung der Erfindung unterstreichen.

Es wurden 30 cm lange Schienenstücke aus Thomasstahl des Typs SNCF Vignole (französische Staatsbahn) mit einem Gewicht von 50 kg/m ausgewählt. An jedem Teilstück wurde ein Thermoelement durch Heißlötung und ein weiteres im Inneren des Fußes angebracht. Diese Teile wurden bei 900° C gleichzeitig austenitisiert und in verschiedenen Medien gehärtet.

Von einer Ausnahme abgesehen, wurden die Schienen horizontal in um 180° C gedrehter Lage gehärtet. Der Rollweg auf dem unteren Teil .und der Fuß bilden dabei eine horizontale Ebene. Die einzige Ausnahme bestand in einem senkrechten Eintauchen der Schiene.

Es wurden die Abkühlungskurven aufgezeichnet. Diese Kurven erfassen die Zeit, nach der die mittlere Temperatur zwischen beiden Thermoelementen 500° C erreicht wurde, den Temperaturunterschied zwischen

den beiden Thermoelementen und die am stärksten erhitzte Seite. Die Ergebnisse sind auf Tabelle VIII wiedergegeben.

Tabelle VIII	Lage der Schiene	Härtemedium	Tem pera tur ⁰C	Zeit*) in Min.	Absolute	Λ m
	waagerecht	Beschaffen heit	25	14	Tempera turdifferen zen**) (⁰Q	Am stärksten erhitzte Seite***)
waagerecht	ruhige Luft	25	5	75	Kopf
waagerecht	Korund-Luft	175	6,5	170	Fuß
waagerecht	Korund-Luft			110	Fuß
	Chrom-
	Wasser	175	5,5
waagerecht	dampf			6	Fuß
	Chrom-
	Wasser	140	5
senkrecht	dampf			7	Fuß
	Chrom-
	Wasser	175	2,5
dampf		155	Kopf

IO

*) Zeit, nach der das Mittel der Temperaturen beider Thermoelemente 500° C beträgt.
**) Differenz zwischen den beiden Thermoelementen nach dieser

Zeit.
***) Nach dieser Zeit.

Es lassen sich aus den vorangehenden Ausführungen bzw. der Tabelle folgende Schlüsse ableiten:

—Im Durchschnitt kühlt das staubförmige, gewirbelte Medium Chrom-Wasserdampf bei derselben Temperatur von 175° C rascher ab als das Medium Korund-Luft.

—Im Mittel kühlt das Medium Chrom-Wasserdampf bei 140° C genauso rasch wie das Medium Korund-Luft bei Umgebungstemperatur ab.

—Der Kopf der Schiene, der bei einer Masse derselben Größenordnung wie die des Fußes nur eine in etwa halb so große Fläche aufweist, kühlt weniger rasch ab als der Fuß bei natürlicher Abkühlung in freier Luft (die gleiche Feststellung trifft für die Schiene beim Verlassen der Walze zu) und bei senkrechter Lage im pulverförmigen, mit Wasserdampf bei 175° C gewirbelten Chrommedium. Der Unterschied ist am größten bei . diesem letzteren Medium, denn es kühlt in der kürzesten Zeit und trägt der auf das Profil zurückgehenden Asymmetrie Rechnung.
—Wenn die Schiene waagerecht und um 180° C gedreht in einem pulverförmigen Medium gehärtet wird, ist die Richtung des Temperatur-Unterschieds umgekehrt. Dies ist auf die Böschung des Pulvers im Ruhestand zurückzuführen, das sich auf der horizontalen oberen Fläche des Fußes absetzt.

—Bei dieser Stellung der Schiene ist der Temperaturunterschiedbeim Medium Chrom-Wasserdampf weit geringer als beim Medium Korund-Luft, und zwar unabhängig von der Temperatur dieser Medien.

—Bei dieser Stellung der Schiene ist der Temperaturunterschied bei dem Medium Korund-Luftbei 175° C geringer als beim Medium Korund-Luft bei Umgebungstemperatur.

—Bei dieser Stellung der Schiene., und bei Anwendung des Mediums Chrom-Wasserdampf bleibt der Temperaturunterschied gering, und zwar unabhängig davon, ob das Medium auf 175 oder 140°C erhitzt ist. - ,..- ■
— Somit läßt sich sagen, daß bei einer um 180° gedrehten Schiene in waagerechter Lage das Medium Chrom-Wasserdampf, bei 140°C die Temperaturunterschiede beseitigt und dabei für eine sehr starke Abkühlung-Tsqrgt. Kein bekanntes Medium weist diese bemerkenswerte Eigenschaft auf. - ,..-. ,

Die vorangehenden Versuche.- betreffen Schienen aus der laufenden Fabrikation mit C =f 0,45%, Mn = 1,5%, so daß bei diesen Medien der Stahl nicht gehärtet wird. Aus den Abkühlungskurven ist die thermische Anomalie oder die auf die peflitische UJmformung zurückführende Glättung zu ersehen. Selbst^ verständlich verschwindet sie vollständig bei Stählen mit größerem Karbidgehalt und höherer Legierung wie denen der Tabelle VI.

Es sei noch bemerkt, daß jedesmal dann, wenn eine Anisothermie vorliegt, eine Verformung der Schiene erfolgt und daß nur das Eintauchen in das neue gewirbelte pulverförmige Medium Chrom-Wasserdampf in waagerechter Lage der um 180° gedrehten Schiene nach vollständiger Abkühlung auf Umgebungstemperatur eine geradlinige, verformungsfreie Schiene ergibt, wenn bei Beginn des Eintauchens der Schiene die Temperatur homogen war.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß das gewirbelte pulverförmige Medium Chrom-Wasserdampf diese zweifache Eigenschaft besitzt, die zugleich paradox und widersprüchlich anmutet und die darin besteht, eine raschere Abkühlung der eingetauchten Teile zu bewirken und Verformungen bei einwandfrei ausgerichteten Schienen zu vermeiden.

Mit anderen Worten, dieses Medium besitzt zwei Eigenschaften, nämlich eine weit höhere Härtefähigkeit, und es vermeidet Verformungen, wie sie sonst beim Härten von Schienen auftreten. Darüber hinaus besitzt es eine ausreichende Härtefähigkeit für diejenigen Stahllegierungen, die in einem Medium Korund-Luft sich nicht härten lassen, wobei Verformungen beim Härten entfallen.

Weitere Versuche, über die an dieser Stelle nicht berichtet wird, da die Ergebnisse sich mit denen des pulverförmigen Mediums Chrom-Wasserdampf decken, haben gezeigt, daß das Chrom durch eines der bereits eingangs erwähnten Metalle ersetzt werden kann.

Im Rahmen der Erfindung kann der Wasserdampf durch ein aus der Reaktion von Methan, Erdgas oder Kokereigas mittels überschüssigem Wasserdampf entstandenes Gas ersetzt werden, das neben Wasserdampf herstellungsbedingte Verunreinigungen an Wasserstoff und Kohlendioxyd und gegebenenfalls Stickstoff und/oder Spuren von Kohlenoxyd enthält. Wenn, nämlich dem Dampf eine kleine Menge Methan z. B.. in Form von Erdgas oder Kokereigas zugesetzt wird und wenn gemäß den folgenden Formeln die Umwandlung des Methans im heißen Zustand, vonstatten geht, wobei die Reaktion 1 sich von links nach rechts entwickelt,

CH₄+2H₂O

CO₂+ 4 H₂ (1)

und schließlich diese Produkte wie folgt mit Wasser

• 109 544/129

Claims

im Gleichgewicht stehen: CO2 + H2 ^= CO + H2O (2) so verläuft dann bei Vorhandensein eines großen Wasserdampfübe'rschusses die vorstehende Reaktion 2 von rechts nach links, so daß nur Kohlenoxydspuren vorhanden sind. Bei dieser bekannten Reaktion verbessert ein zwischen dem Wasserdampf vor seinem Eintritt in den Reaktor und dem aus dem Reaktor austretenden Gas vorgesehener Wärmeaustauscher die Wärmebilanz.' Die Umwandlung kann in katalytischem, gewirbeltem pulverförmigem Medium aus Nickel und durch Erhitzen über in dieses Medium eingetauchte Rohre vorgenommen werden, wie ebenfalls bekannt ist. Es braucht keine Trennung der Reaktionsprodukte vorgenommen zu werden, so daß das Verfahren störungsfrei verläuft und in sehr einfachen Vorrichtungen durchgeführt werden kann. Es reicht der Zusatz geringer Mengen, an Methan, Erdgas oder Kokereigas aus, um mit geringem Aufwand ein an Wasserdampf reiches Gasgemisch zu erhalten, das stark verbesserte Abkühlungseigenschaften aufweist. Zur Frage der Temperatur des Wirbelbettes ist abschließend zu bemerken, daß für das Verfahren alle für die metallurgische Behandlung angestrebten Temperaturen zwischen 100 und 5000C in Betracht kommen. Es kann dies z. B. eine Temperatur sein, die nur wenig über der Temperatur Ms zu Beginn der martenisitischen Umwandlung des betreffenden Stahls liegt, wenn eine abgestufte martenisitische Härtung bei einem Mindestmaß an Verformung und Restspannungen durchgeführt werden soll. Es kommt auch eine etwas niedrigere Temperatur in Frage, wenn die kri- 20 tische Härtegeschwindigkeit dies erfordert. Wenn eine isotherme Umwandlung beabsichtigt ist, kann die Temperatur etwa 420°C betragen, die z. B. der maximalen Umwandlungsgeschwindigkeit entspricht, die jedoch je nach Stahlzusammensetzung leicht verändert werden kann. Eine Temperatur zwischen 420 und 5000C kann auch angewandt werden, wenn eine ■geringere Härte als im vorangehenden Fäll erreicht werden soll. ■Patentansprüche:

1. Verfahren zum Härten von Schienen durch Abschrecken derselben in einem aus Metallpulver bestehenden Wirbelbett, dadurch gekennzeichnet, daß die Schienen in einem auf eine Temperatur von 100 bis 500⁰C eingestelltem Wirbelbett gekühlt werden, dessen pulverförmige Metallteilchen mit Wasserdampf aufgewirbelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallpulver solche aus Chrom, Eisen, Nickel und/oder die Legierungen dieser Metalle, wie Ferrochrom, Ferrosilizium, Ferrönickel, Eisenaluminium und Chrom-Nickel-Legierungen dienen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus der Reaktion von Methan, Erdgas oder Kokereigas mittels überschüssigem Wasserdampf entstandenes Gas verwendet wird, das neben Wasserdampf herstellungsbedingte Verunreinigungen an Wasserstoff und Kohlendioxyd und gegebenenfalls Stickstoff und/ oder Spuren von Kohlenoxyd enthält.

ORIGINAL INSPSCTeO