DE2030224B2

DE2030224B2 - Steel rails with reduced sensitivity to - brittle fracture

Info

Publication number: DE2030224B2
Application number: DE19702030224
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Ing 4140 Rheinhausen Heller
Original assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG
Current assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG
Priority date: 1970-06-19
Filing date: 1970-06-19
Publication date: 1971-05-27
Also published as: DE2030224A1

Abstract

A short-term heating of a surface layer lying in a rail foot range to temp. between Ac3-point (critical temp.) and 1100 degrees C, followed by cooling which mainly takes place by abducting the heat into the unheated part of the rail cross-section, reduces sensitivity to brittle fracture of rails, particularly naturally hard rail steels, and increases notch impact strength. Pref. heated surface layer runs through temp. range between 1000 to 200 degrees C in 200 to 1000 secs.

Description

Für das Betriebsverhalten von Schienen ist deren Sprödbruchempfindlichkeit von besonderer Bedeutung. The sensitivity to brittle fracture is important for the operational behavior of rails really important.

Die besonders in kalten Wintern verminderte Zähigkeit führt bei den zur Zeit gebräuchlichen Schienen nach den statistischen Auswertungen der Bahnverwaltungen zu einem vermehrten Auftreten von Schienenbrüchen in dieser Jahreszeit. Die Sprödbruchempfindlichkeit nimmt im allgemeinen mit der Zugfestigkeit zu und gewinnt deshalb dort erhöhte Bedeutung, wo im Hinblick auf besondere Fehlererscheinungen (Verquetschungen und Abblätterungen des Schienenkopfes oder vermehrter Schienenverschleiß) statt der üblichen Schienen naturharte oder vergütete Schienen mit erhöhter Festigkeit eingesetzt werden müssen.The reduced toughness, especially in cold winters, leads to the Rails in use at the moment according to the statistical evaluations of the railway administrations to an increased occurrence of broken rails during this time of year. The sensitivity to brittle fracture generally increases with tensile strength and is therefore of greater importance there, where with regard to particular defects (bruising and flaking of the rail head or increased rail wear) instead of the usual rails Naturally hard or tempered rails with increased strength must be used.

Zur Verbesserung der Sprödbruchempfindlichkeit von Schienen wurde bisher ein Vergüten (Härten und Anlassen) des Schienenfußes auf erhöhte Zähigkeit und ein Anlassen des Schienenfußes und Schienensteges vorzugsweise im Temperaturbereich 600 bis 680"C zur Verminderung der Festigkeit empfohlen. To improve the brittle fracture sensitivity of rails up to now a tempering (hardening and tempering) of the rail foot for increased toughness and tempering of the rail foot and rail web, preferably in the temperature range 600 to 680 "C recommended for strength reduction.

Beide Verfahren sind aufwendig und erfordern insbesondere hohe Energiekosten im Betrieb, weil eine große Querschnittsfläche, z. B. der Schienenfuß oder der Schienenfuß -und der Schienensteg, mindestens einmal durchgreifend erwärmt werden müssen. Bei zur Anlaßversprödung neigenden Stählen sind außerdem besondere Vorsichtsmaßnahmen beim Anlassen erforderlich. Both methods are complex and, in particular, require high energy costs in operation because a large cross-sectional area, e.g. B. the rail foot or the rail foot -and the rail web must be thoroughly heated at least once. at In addition, steels that tend to become brittle require special precautionary measures required when starting.

Die Erfindung geht auf die überraschende Beobachtung zurück, daß schon durch ein sogenanntes Stoßglühen - d. h. ein kurzzeitiges Erhitzen einer im Bereich des Schienenfußes liegenden dünnen Oberflächenschicht auf eine Temperatur, die zwischen der Umwandlungstemperatur (Ac3) und einer Temperatur von 1100°C liegt, und nachfolgendes Abkühlen - die Bruchempfindlichkeit der Schienen bemerkenswert vermindert wird. Durch die dadurch bewirkte erhöhte Kerbzähigkeit in der Oberflächenschicht wird nämlich die Bruchauslösung unterdrückt, und es bleiben im Schienenkopf die zur Wechselwirkung Rad/Schiene erforderlichen Eigenschaften erhalten. Die Dicke der kurzzeitig zu erhitzenden Oberflächenschicht soll je nach der zur Anwendung kommenden Wärmestromdichte zwischen 1 und 5 mm betragen. Auch die Dauer des Erhitzens hängt von der zur Anwendung kommenden Wärmestromdichte ab. Sie liegt in einem Bereich zwischen 40 Sekunden und 2 Minuten. Die Abkühlung erfolgt in der Hauptsache durch Ableitung der Wärme in den nicht erhitzten Teil des Schienenquerschnitts. Vorzugsweise kann die erwähnte Oberflächenschicht den Temperaturbereich zwischen 1000 und 200"C in 200 bis 1000 Sekunden durchlaufen. The invention is based on the surprising observation that already by so-called shock annealing - d. H. brief heating of an im The area of the rail foot lying thin surface layer to a temperature which lies between the transition temperature (Ac3) and a temperature of 1100 ° C, and subsequent cooling - the splint sensitivity to breakage is remarkable is decreased. As a result of the increased notch toughness in the surface layer namely, the release of breakage is suppressed, and the Obtain the properties required for the interaction between wheel and rail. The fat the surface layer to be heated briefly should depend on the application coming heat flux density between 1 and 5 mm. Also the duration of the heating depends on the heat flux density used. It lies in one area between 40 seconds and 2 minutes. The main part of the cooling is through Dissipation of heat into the unheated part of the rail cross-section. Preferably the surface layer mentioned can cover the temperature range between 1000 and 200 "C run through in 200 to 1000 seconds.

Das Verfahren nach der Erfindung wurde beispielsweise an Schienen aus Stählen der nachstehenden Zusammensetzung durchgeführt: [O/o] C Si Mn P S N Fe A 0,55 0,30 1,01 0,023 0,019 0,003 Rest B 0,64 0,42 1,61 0,025 0,033 0,004 Rest Die Schienen wurden im Walzzustand durch Erhitzen mit Brennern an der Unterseite des Schienenfußes auf eine Temperatur von etwa 850"C gebracht und dann erkalten gelassen. Es ergab sich, daß die Schiene eine Steigerung der Kerbschlagzähigkeit (DVM-Probe) von 1,5 auf 4,6 kgm/cm2 bei einer Versuchstemperatur von -40"C und von 4,9 auf 8,1 kgm/ cm2 bei einer Versuchstemperatur von +40°C erfahren hatte. Bei der Schiene B wurden die bei -40"C ermittelten Werte der Kerbschlagzähigkeit von 1,6 auf 2,5 kgm/cm2 und die bei + 40"C ermittelten von 4,1 auf 9,5 kgm/cm2 gesteigert. Auch die Zahl der ohne Bruch ertragenen Schläge im Schienenschlagversuch wird durch das Verfahren nach der Erfindung erhöht. The method according to the invention has been applied to rails, for example made of steels of the following composition: [O / o] C Si Mn P S N Fe A 0.55 0.30 1.01 0.023 0.019 0.003 remainder B 0.64 0.42 1.61 0.025 0.033 0.004 remainder The rails were in the as-rolled condition by heating with burners on the underside of the rail foot brought to a temperature of about 850 "C and then allowed to cool calmly. It was found that the rail had an increase in impact strength (DVM sample) from 1.5 to 4.6 kgm / cm2 at a test temperature of -40 "C and from 4.9 to 8.1 kgm / cm2 at a test temperature of + 40 ° C. at of rail B, the values of the notched impact strength determined at -40 "C were 1.6 to 2.5 kgm / cm2 and those determined at + 40 "C increased from 4.1 to 9.5 kgm / cm2. The number of blows endured without breaking in the rail impact test is also determined by the method according to the invention increased.

Die Oberflächenerhitzungkann in an sich bekannter Weise mit den in der Oberflächenhärtung gebräuchlichen Einrichtungen (Induktor oder Gasbrenner), die in ihrer Form dem Schienfuß angepaßt sind, erfolgen, wobei zweckmäßig die Schienen die Erhitzungsapparatur durchlaufen. Da die Abkühlung nach der Erhitzung in der Hauptsache durch die Ableitung der Wärme in den nicht erhitzten Teil der Schienenquerschnitte bewirkt wird, sind besondere Maßnahmen zur Regelung der Abkühlung im allgemeinen nicht erforderlich. The surface heating can be carried out in a manner known per se with the in common surface hardening equipment (inductor or gas burner), which are adapted in shape to the rail foot, take place, the rails expediently pass through the heating apparatus. Since the cooling after heating in the Mainly through the dissipation of the heat in the unheated part of the rail cross-sections caused are special measures to regulate the cooling in general not mandatory.

Das Verfahren nach der Erfindung ist mit Vorteil anwendbar auf naturharte Schienenstähle, die in der Regel eine besondere Wärmebehandlung nicht erfahren. The method according to the invention can be used with advantage on naturally hard Rail steels that usually do not undergo any special heat treatment.

Claims

Patent claims:

1. Process for reducing the susceptibility to brittle fracture of rails, g e k e n nz e i c h n e t d u r c h - a brief heating of one in the area of the rail foot on a surface layer between the Ac3 point and 1100 ° C and subsequent cooling, the cooling in mainly by dissipating the heat into the unheated part of the rail cross-section he follows.

2. The method according to claim 1, characterized in that the heated Surface layer the temperature range between 1000 and 200 "C in 200 to 1000 Seconds.