DE19837311C2 - Radreifen oder Vollräder für Radsätze von Schienenfahrzeugen - Google Patents

Radreifen oder Vollräder für Radsätze von Schienenfahrzeugen

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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/34—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tyres; for rims

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Radreifen oder Vollräder von Schienenfahrzeu­ gen.
Im Hochgeschwindigkeitssystem Rad-Schiene haben schon seit vielen Jahren Bemühungen bestanden, die Qualität der Radreifen oder Vollräder zu verbes­ sern. Insbesondere die Ausgangsunrundheit der neuen Radreifen und Vollrä­ der, ihr hoher ungleichmäßiger Verschleiß, der die Ausgangsunrundheit noch vergrößert hat, sowie die nicht homogenen Gefügeeigenschaften des Stahls waren Anlaß für viele Untersuchungen und Verbesserungsversuche. Verwiesen wird dazu auf den Technischen Bericht TV 9410 A der Deutschen Bahn AG vom Dezember 1997 mit den darin angegebenen Untersuchungsberichten älte­ ren Datums.
Aus den Schriften DE 42 34 192 und aus EP 0717123 sind Lösungen zur Aus­ wahl eines optimierten Radwerkstoffes im Rad-Schiene-System bekannt.
In der europäischen Norm Entwurf prEN 13262 (Juni 1998) Bahnanwendun­ gen-Radsätze und Drehgestelle-Räder-Produktanforderung sind europaweit die einzusetzenden Stähle für Radreifen und Vollräder festgelegt worden. Trotz dieser Norm sind die eingangs genannten Probleme wie ungleichmäßiger Ver­ schleiß, zu hoher Verschleiß, Rißneigung und Inhomogenitäten im Stahlgefüge nicht gelöst worden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Verwendung eines Stahls für Radreifen oder Vollräder von Schienenfahrzeugen aufzuzeigen, der hinsichtlich Ver­ schleiß, Rißneigung, thermischer Belastbarkeit, homogenen Gefügeeigen­ schaften, sowie Eignung für hohe dynamische Belastungen eine verbesserte Lösung darstellt.
Die Lösung dieser Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs angegeben.
Die Erfindung liegt darin, daß überraschend festgestellt wurde, daß ein Wälzla­ gerstahl (AISI S2), der bisher nur in einem Randgebiet der Wälzlagertechnik eingesetzt wurde, und zwar der Wälzlagerung von Bohrköpfen für Tiefboh­ rungen zur Gewinnung von Erdgas und Erdöl, deutlich bessere Materialeigen­ schaften im Radreifen oder Vollrad aufweist als die dort verwendeten und ge­ normten Stähle.
Dieser Stahl (AISI S2) wurde so modifiziert, dass bei dickwandigen Radreifen oder Vollrädern die gleichen Materialeigenschaften vorliegen wie bei dünn­ wandigen Wälzlagerringen.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Stahls ist im Anspruch angegeben. Dieser Stahl besitzt einen hohen Verschleißwiderstand und eine hohe Warmfe­ stigkeit. Diese Werte liegen deutlich über den Werten der bisher eingesetzten Stähle. Einen wesentlichen Einfluß hierbei haben die Elemente Si und Mn. Hierbei muß das Verhältnis von Si/Mn = 1,8 bis 2,2 betragen. Bei den Stählen in den oben genannten Schriften und der Europanormung wird dieses Verhält­ nis umgekehrt angegeben. Dadurch werden die oben genannten Vorteile nicht erreicht.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Stahls gemäß Anspruch ist auch durch hohe mechanische Belastbarkeit gekennzeichnet. Die einzelnen Kenn­ größen erreichen hierbei folgende Werte:
Streckgrenzenverhältnis Rp0,2/Rm < 0,7,
Streckgrenze Rp0,2 = 750 . . 800 N/mm2,
Zugfestigkeit Rm = 900 . . 1050 N/mm2,
Dehnung (A5) < 15%,
Kerbschlagarbeit < 50 Joule (DVM-Probe).
Diese guten Werte werden durch die Elemente C, Si, Mn, Mo und V, die in dem genau aufeinander abgestimmten Verhältnis liegen müssen und niedrige Mas­ senbestandteile der Elemente P und S enthalten, erreicht.
Um einen gleichmäßigen Gefügezustand und gute und gleichmäßige Durch­ härtbarkeit über den Umfang und Querschnitt zu erreichen, sollen die Elemente V, Mo, Cr und Mn in den angegebenen engen Grenzen liegen. Das Verhältnis dieser 4 Elemente beträgt:
V : Mo : Cr : Mn von 1 : 1,8 bis 2,4 : 3,2 bis 3,8 : 4,2 bis 4,8.
Eine bevorzugte Kombination für die Verwendung des erfindungsgemäßen Stahls ist:
Si/Mn = 2;
V : Mo : Cr : Mn = 1 : 2,4 : 3,4 : 4,5
Daraus resultiert eine bevorzugte chemische Zusammensetzung von:
C = 0,5%; Si = 1,3%; Mn = 0,7%; P < 0,01%; S < 0,01%; Cr = 0,5%; Cu = 0,15%; Mo = 0,4%; Ni = 0,2%; V = 0,15%
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Stahls wurde in Grundlagenversuchen getestet, wobei sich der deutliche Vorsprung gegenüber dem verwendeten genormten Stahl für Radreifen und Vollräder bestätigte.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Stahls bewirkt gegenüber den ge­ normten Stählen bei neuen Radreifen oder Vollrädern deutlich höhere zuläs­ sige Flächenpressungen (Faktor 1,6), eine höhere Streckgrenze, eine bessere Warmfestigkeit und einen höheren Verschleißwiderstand (Faktor 5) bei besse­ ren Zähigkeitseigenschaften, gleichmäßigem Verschleiß und homogeneren Gefügeeigenschaften.

Claims (1)

1. Radreifen oder Vollräder für Radsätze von Schienenfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß ein modifizierter Wälzlagerstahl mit folgender Zu­ sammensetzung (chemische Zusammensetzung in Masse %) verwendet wird:
C: 0,45 bis 0,55%,
Si: 1,2 bis 1,3%,
Mn: 0,6 bis 0,7%,
P: < 0,01%,
S: < 0,01%,
Cr: <= 0,5%,
Cu: <= 0,15%,
Mo: 0,3 bis 0,4%,
Ni: <= 0,2%,
V: 0,11% bis 0,16%
und Eisen mit herstellungsbedingten Verunreinigungen als Rest,
wobei das Verhältnis Si/Mn = 1,8 bis 2,2 und
das Verhältnis V : Mo : Cr : Mn = 1 : 1,8 bis 2,4 : 3,2 bis 3,8 : 4,2 bis 4,8 beträgt.
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