DE2148722A1 - Verfahren zur Waermebehandlung von Schienen mit einer hohen Widerstandsfaehigkeit gegen Abnutzung und dadurch hergestellte Schienen - Google Patents

Description

Patentanwälte /-_{o 17} r-c.ι η _Λ^ ~ , ~, Dlpl.-Ing. R. B-ETZsen. 62-17θ6ΐΡ 29· 9· 1971

Dlpl-Inn. K. UA-MPHECHT
Dr.-Inc«. :. ?:i ' Z-. T Z Jr.

München Lf-, Siaincdorfstr. 10

WENDEL - SIDELOR, Hayange (Frankreich)

Verfahren zur Wärmebehandlung von Schienen mit einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und dadurch hergestellte Schienen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung einer gewalzten Schiene aus gekohltem oder schwach legiertem Stahl durch ausgerichtete Strahlen aus einer Mischung von Druckluft mit Sprühwasser (zerstäubtem Wasser). Ein derartiges Verfahren soll die Herstellung von Schienen ermöglichen, die sich durch ihre hohe Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und besonders durch ihre feine Perlitstruktur, die für ihre verbesserten mechanischen Eigenschaften bekannt ist, auszeichnen.

Derart behandelte Schienen werden besonders, aber nicht ausschließlich, für Gleise verwendet, die Kurven aufweisen und/oder erhöhte Achslasten tragen. Die Verwendung von im Gebrauch widerstandsfähigen Schienen verringert im übrigen den Verschleiß, der bei Schienen normaler Qualität (internationale Bezeichnung UIC 860-0) durch die Erhöhung der Geschwindigkeit und der Lasten der Eisenbahnzüge auftritt.

62-(Doss. 715/7I)-KaHdE (1)

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Die bekannten Schienen dieser beiden Arten aus gekohltem Stahl werden im rohen Walzzustand ausgeliefert, nachdem sie gegebenenfalls zuvor in einem Kühlbad kontrolliert abgekühlt wurden, um innere Fehler, die hauptsächlich auf Wasserstoff beruhen, zu vermeiden. Sie weisen im wesentlichen eine Zusammensetzung aus einer Perlit- und einer Perritstruktur auf. Ihre Vickershärten liegen zwischen 215° und 275°·

Es wurden schon zahlreiche Versuche unternommen, um die mechanischen Eigenschaften und die Widerstandsfähigkeit der Schienen gegen Abnutzung zu verbessern. Es sind die unten angeführten vier Verfahren bekannt, die zumindest oberflächlich die Vickershärte über 275° hinaus erhöhen:

1) Die aus gekohltem Stahl gewalzte Schiene wird einer martensitischen Oberflächenhärtung mit Wasser lediglich im Bereich des Schienenkopfes unterworfen und durch den Temperaturausgleich mit dem Rest der Schiene vergütet. Das dadurch erhaltene Produkt weist eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen die Abnutzung auf und ist aber gegen andere Fehler, wie Abblättern, sehr empfindlich.

2) Die gewalzte Schiene wird durch ganzes Versenken einer Härtung in öl unterworfen und zuletzt in einem Ofen vergütet. Dieses Verfahren gewährleistet eine einheitliche Struktur der martensisehen Vergütung, wobei die Widerstandsfähigkeit der Schiene gegen den Verschleiß verbessert und ihr Zustand gegenüber dem Abblättern vertretbar ist. Es ist aber auf jeden Fall teuer und erfordert bedeutende Aufwendungen. Im übrigen sind auch die Strukturen der martensischen Vergütung gegenüber den feinen Perlitstrukturen bei gleicher Härte als weniger widerstandsfähig gegen den Ver-

schleiß bekannt.

5) Die gewalzte Schiene wird in einem Luftgebläse teilweise gehärtet, wobei diese Härtung auf den Schienenkopf beschränkt ist. Diese Behandlung verleiht dem Metall eine feine Perlitoberflächenstruktur. Es ist gegen den Verschleiß und das Abblättern sehr widerstandsfähig. Auf der Oberfläche des Schienenkopfes liegt die Vickershärte in der Größenordnung von 350°, in seinem Innern zwischen 2?0° und 28o°. Der Schienensteg und der Schienenfuß wurden nicht behandelt. Im Schienenkopf treten daher erhöhte Restspannungen auf, die als Folge der Wärmebehandlung eine bedeutsame Biegung der gesamten Schiene hervorrufen. Diese muß also zuvor im entgegengesetzten Sinn gebogen werden, um schließlich gerade herauszukommen. Dies ist aber ein bedeutender Nachteil.

4) Die Schiene wird ganz in einem flüssigen oder gasförmigen Kühlbad gehärtet, das auf konstanter Temperatur gehalten wird. Soweit als möglich erfolgt die gesamte Härtung isotherm zu einer homogenen, feinen Perlit- oder vorzugsweise Bainitstruktur. Um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, kann das Verfahren nur auf sehr dünne Gegenstände angewendet werden, da ja die anfängliche Abkühlgeschwindigkeit plötzlich sehr erhöht und gleichmäßig gehalten werden muß. In^- der Praxis hat die Schiene in ihren drei Teilen (Schienenkopf, Schienensteg und Schienenfuß) Bereiche verschiedener Dicke. Dieses Verfahren kann daher nur näherungsweise verwirklicht werden. Überdies ist es schwierig, eine bestimmte Endstruktur zu erhalten, was besonders dann gilt, wenn-ein gekohlter oder schwach legierter Stahl behandelt wird.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren

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zur Wärmebehandlung gewalzter Schienen aus gekohltem oder schwach legiertem Stahl anzugeben, das nicht die oben genannten Nachteile aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Schiene aus dem Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt und mäßigem Mangangehalt im austenitischen Zustand fortschreitend und mit kontrollierter Geschwindigkeit gleichzeitig an allen ihren Punkten, dem Schienenkopf, dem Schienensteg und dem Schienenfuß, mit Hilfe der Strahlen abgekühlt wird.

Dieses Verfahren gewährleistet eine Schiene mit hohem Widerstand gegen den Verschleiß. Die so behandelte Schiene muß zum Schluß nur noch mit sehr geringem Aufwand ausgerichtet werden.

Überdies wird mit Sicherheit die gewünschte homogene Perlitstruktur erhalten.

Gegenstand der Erfindung ist auch die nach dem Verfahren hergestellte Schiene, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einem stark gekohlten oder schwach legierten Stahl besteht, der eine homogene und feine Perlitstruktur besitzt und der eine Vickershärte von etwa J4O bis 400° aufweist.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren.

Es zeigen:

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Fig. 1 das erfindungsgemäße Verfahren zur Abkühlung der Schiene in schematischer Ansicht;

Fig. 2 eine schematische Teilansicht der Vorrichtungen zur Regulierung einer den Kühlstrahl aussendenden Spritzdüse;

Fig. 5 und 4 Härtungskurven, die die Fähigkeit verschiedener Stahlgüsse erläutern, den gesuchten Zustand durch das erfindungsgemäße Verfahren zu erreichen (Jominy-Kurven);

Fig. 5 und 6 Übergangsdiagramme derselben Stahlgüsse bei fortschreitender Abkühlung;

Fig. 7 und 8 die Verteilung der Vickershärte auf einer Schiene, die nach der Lehre der Erfindung behandelt wurde;

Fig. 9 einen Schnitt durch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Schiene, in den die Bereiche der Entnahme von acht Probekörpern eingezeichnet sind;

Fig.10 eine schematische Ansicht, entsprechend der Fig. 1, die eine Schiene zeigt, welche einer zusätzlichen Abkühlbehandlung unterworfen wird.

Das in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Schiene R, welche durch Walzen hergestellt wurde und welche einen Schienenkopf 1, einen Schienensteg 2 und einen Schienenfuß 3 umfaßt, soll einer Behandlung unterworfen werden. Die Schiene besteht aus hochgekohltem Stahl mit mäßigem Mangangehalt.

Das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dieser Schiene dank der fortschreitenden Abkühlung der warmen

Schiene und des austenitischen Zustandes eine homogene und feine Perlitstruktur zu geben. Mit Hilfe der Abkühlvorrichtung aus dem Luftstrom, dem fein versprühtes Wasser beigegeben ist, wird eine passende Geschwindigkeit des Temperatursturzes, wie in der Figur dargestellt, erreicht. Unter fortschreitender Abkühlung wird der fortschreitende Entzug von Wärme_einheiten mit Hilfe eines äußeren Kühlmittels verstanden (Pig. 5 und 6). Diese Art der Abkühlung, die "fortschreitend" genannt wird, steht im Gegensatz zur isothermen Abkühlung oder allgemeiner zur isothermen Wärmebehandlung, die dall rin besteht, daß der Gegenstand plötzlich auf eine gegebene Temperatur abgekühlt und auf dieser Temperatur solange gehalten wird, bis sich die Umwandlung vollzogen hat. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Gegenstand in einen Ofen oder in ein strömendes flüssiges oder gasförmiges Medium oder in ein Kühlbad gelegt wird.

Der Stahl wird daher zunächst durch Erhöhung der Temperatur über den Umwandlungspunkt ACJ (Fig. 5 und 6) austenitisch gemacht. Dies kann durch induktive Heizung mit niederer Frequenz (um das Innere zu erwärmen) oder durch Heizung mit einer Flamme oder auf andere Weise geschehen.

■ Insbesondere ist es auch möglich:

- die am Ende der Walzwerksanlage erhöhte Temperatur der Schiene auszunutzen, um die erfindungsgemäße Abkühlbehandlung unmittelbar nach dem warmen Walzvorgang vorzunehmen oder

- die gewalzte Schiene sich abkühlen zu lassen, um sie nach einem beliebigen Lagerungszeitraum auf die austenitische Temperatur zu erhitzen.

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Die Schiene R durchquert, wie auch immer der austenitische Prozeß durchgeführt wurde, die Abkühlvorrichtung auf Stützrollen 4 und Lenkrollen 5. Die in der Fig. 1 schematisch dargestellte Abkühlvorrichtung weist Rampen 6 auf, die mit nicht dargestellten Spritzdüsen versehen sind. Diese Spritzdüsen werfen ein Gemisch aus Druckluft und versprühtem Wasser auf die Schiene. Jede einzelne Spritzdüse kann in ihrer Lage, ihrer Orientierung und in der Ausströmungsmenge von Luft und Wasser eingestellt werden. Die Rampen 6, deren Anzahl beispielsweise 9 beträgt, sind symmetrisch zur Symmetrieebene X-X der Schiene um die Schiene R angeordnet und senden Strahlen 7» 7a aus feuchter Luft auf alle Seiten des Schienenkopfes 1, Strahlen 8, 8a auf die beiden Seiten des Schienenstegs 2 und die Oberseite des Schienenfußes 3 und Strahlen 9 auf die Unterseite des Schienenfußes J3·

Die Schiene R durchquert die Abkühlvorrichtung mit einer so bemessenen Geschwindigkeit, daß die Temperatur praktisch ohne Unstetigkeit auf fortschreitende Art bis auf etwa 55O°C gesenkt wird, d.h., daß die Umwandlung vom austenitischen Zustand in die feine Perlitstruktur ganz vollendet ist.

In Fig. 2 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel einer Spritzdüse dargestellt.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist jede Spritzdüse 10 durch eine Klaue 11 festgelegt, die über einen Lagerzapfen 12 drehbar gelagert ist. Der Lagerzapfen 12 ist in das Innere der einen von zwei aufeinander senkrecht stehenden Bohrungen eines Orientiergelenkes 15 eingeführt. Die andere Bohrung ist drehbar auf eine Stange 14 montiert. Der Spritzdüse 10 wird durch biegsame Leitungen 15, 16 über Durchflußmesser 17, 18

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und über Stellhähne 19, 20 Luft und Wasser zugeführt.

Die oben beschriebene Vorrichtung fügt der Schiene praktisch keine Deformation zu, die die Vorrichtunggprade verläßt, wenn sie gerade in sie eintritt und wenn die Heiztemperatur homogen ist.

Die nach der Erfindung behandelte Schiene weist mit anderen Worten keine merkbare Resteinschnürung auf. Sollten tatsächlich Resteinschnürungen vorhanden sein, dann sind sie so klein wie nur möglich. Dies ist ein bedeutender Vorteil dieses Verfahrens.

Ein anderer Vorteil besteht darin, daß die Vorrichtung mit den Spritzdüsen 10 in der Orientierung und der Ausflußmenge einzeln eingestellt werden kann. Dadurch kann lokal die Abkühlgeschwindigkeit an das beliebige Profil einer Schiene R angepaßt werden, die selbst unsymmetrisch sein darf, was bei einer Härtung in einem Kühlbad nicht möglich ist.

Die Schiene R aus gekohltem oder schwach legiertem Stahl weist vorzugsweise außer Eisen die folgende Zusammen-Setzung auf (Gewichtsprozente):

Kohlenstoff 0,75 bis 1,00

Mangan 0,40 bis 1,00

Silicium 0,10 bis 0,90

Schwefel und Phosphor jedes unter 0,050

Chrom 0,01 bis 1,00

Die besondere Eignung dieses Stahls für eine feine Perlitstruktur und für verbesserte und homogene mechanische

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Eigenschaften tritt wie folgt umrissen hervor:

a) durch die Jominy-Härtungskurven entsprechend der französischen Norm A 04-303 für verschiedene Stahlgüsse (vgl. Pig. 3 und 4),

b) durch die Übergangsdiagramme bei fortschreitender Abkühlung, nachdem die austenitische Temperatur von 875⁰C erreicht wurde, für dieselben Stahlgüsse (vgl. Fig. 5 und 6).

Beispielsweise sollen zwei Stahlgüsse A und B die folgenden Zusammensetzungen haben (Gewichtsprozente):

	0	C	Mn	Si	14	0	S	0	P	0	Cr
A	0	,77	0,78	0,	24	0	,021	0	,040	0	,030
B	,95	0,75	0,		,013	,008	,050

Diese Stahlgüsse wurden versuchsweise einer Jominyhärtung unterworfen. Bekanntlich besteht dieser Versuch darin, einen Probekörper genormter Form, der zuvor austenitisiert wurde, mit seiner einen Seite einer Berieselung durch Wasser auszusetzen, unter Bedingungen, wie sie in der französischen Norm AFNOR 04-303 festgelegt sind. Der Abstand d in mm, der auf den Abszissen aufgetragen ist, ist derjenige des Meßpunktes von der berieselten Seite. Auf den Ordinaten sind die Härten HRC, das heißt, die Härten der Rockwellskala C aufgetragen.

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- ίο -

Dem Stahlguß A entspricht die Jominy-Kurve der Fig. 3. Dem Stahlguß B entspricht die Jominy-Kurve der Pig. 4.

Die Jominy-Kurven der Fig. 3 und 4 zeigen, von der gehärteten Seite des Probekörpers aus:

a) einen schmalen martensitischen Bereich einer Rockwellhärte zwischen 58 und 60,

b) einen sehr schmalen Bereich mit gemischter Struktur von martensitischem und perlitischem Zustand, in dem die Härte plötzlich auf 38 bis 42 HRC abfällt,

c) einen ausgedehnten Bereich von perlitischem Zustand, in dem die Härte einen Pseudoabsatz auf dem Niveau von 38 bis 41 HRC für den Gußkörper A (Fig. 3) und auf dem Niveau von 40 bis 48 HRC für den Gußkörper B (Fig. 4) darstellt.

Die Jominy-Kurven der Fig. 3 und 4 zeigen, daß der Probekörper eine große Härte nahe seiner gehärteten Seite und einen sehr kleinen martensitischen Bereich besitzt. Die Härte fällt dann plötzlich ab und senkt sich langsam, je größer die Entfernung von der berieselten Oberfläche ist. Das bedeutet, daß der Probekörper einen ausgedehnten perlitischen Bereich besitzt.

Diese Jominy-Kurven zeigen, daß die gewünschte homogene perlitisohe Struktur erhalten wurde.

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Ebenso beweisen die Ubergangsdiagramme bei fortgesetzter Abkühlung, nachdem der austenitische Zustand bei 900⁰C (Fig. 5) und 88o°C (Fig. 6) erreicht wurde, die Existenz eines ausgedehnten perlitischen Bereiches und die Quasiabwesenheit eines bainitischen Bereiches, In den Fig. 5 und 6 ist auf den Abszissen die Zeit in Sekunden und auf den Ordinaten die Temperatur T in ⁰C aufgetragen. Weiterhin bezeichnen:

A den Austenit,

P den Perlit,

F den Ferrit (Fig. 5) und

C den Zementit (Fig. 6).

In ausgezogenen Linien sind die für das erfindungsgemäße Verfahren charakteristischen Abkühlungskurven dargestellt:

C, für eine mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit von 1O°C pro Sekunde und Cp für eine Abkühlungsgeschwindigkeit von 20⁰C pro Sekunde. Die Kurven C. und Cp sind für schnelle Abkühlungen durch feuchte Luftstrahle unter den in der Fig. 1 dargestellten Bedingungen charakteristisch.

Auf den Seiten der für zwei Abkühlungsgeschwind!gkeiten charakteristischen Kurven C, und C₂ sind gestrichelte Linien gezeichnet: auf der rechten Seite stellen Kurven C' eine langsamere und auf der linken Seite stellt eine Kurve C" eine schnellere Abkühlung dar. Dazu quer verlaufende'und strichpunktierte Linien D, und Dp verdeutlichen die Temperaturen zu Beginn und am Ende der Umwandlungen. Oberhalb der Kurve

D, ist die Struktur des Strahls ganz austenitisch. Zwischen den Kurven D- und Dp findet die Umwandlung statt. Unterhalb der Kurve Dp ist die Struktur nach der Lehre der Erfindung

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für die beiden Stahlgüsse A (Fig. 5) und B (Fig. 6) im wesentlichen perlitisch. Mit den beiden für die Erfindung charakteristischen Abkühlungskurven C, und Cp wird eine hundertprozentige perlitische Struktur für die beiden Stahlgüsse A (Fig. 5) und B (Fig. 6) erhalten.

Bei der Behandlung einer gewalzten Schiene R, die beispielsweise vom Typ Vignole mit 50 kg/m oder mit 60 kg/m ist, mit Abkühlungsgeschwindigkeiten, die zwischen den Abkühlungskurven C. und C₂ der Fig. 5 und 6 liegen, werden über den Querschnitt der Schiene R folgende endgültige Vickershärten erreicht:

350 bis 36O HV₅₀ für den Stahlguß A (d.h., der Versuch

wurde unter einer Belastung von J>0 kg durchgeführt),

380 bis 410 HV₃₀ für den Stahlguß B.

Es ist darauf hinzuweisen, daß selbst im Fall des hochgekohlten Stahlgusses Strukturen aus sehr feinem Perlit ohne freien Zementitund frei von Brüchigkeit erhalten werden, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeiten zwischen den Kurven C, und Cp liegen. Wie die strichpunktierten Kurven D~ in den Fig. 5 und 6 zeigen, sind die Umwandlungen in die perlitische Struktur für beide Stahlgüsse bei einer Temperatur oberhalb von etwa 55O°C abgeschlossen.

Aus diesen Figuren kann leicht abgeleitet werden, daß die Abkühlungsgeschwindigkeiten zwischen 10°C und 20⁰C pro Sekunde liegen, wenn die Temperatur in Beziehung zur Zeit t gebracht wird.

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Die folgenden Beispiele erläutern den Unterschied zwischen der Erfindung (Beispiele 1 und 2) und dem Stand der Technik (Beispiele A bis E).

Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung: Beispiel 1

Dieses Beispiel bezieht sich auf eine Schiene, deren Querschnitt vom Typ Vignole ist. Das Gewicht beträgt 60 kg/m. Die Schiene wurde aus einem Block gewalzt, dessen Analyse folgende Gewichtsprozente ergibt:.

C 0,8l6 #

Mn 0,707 %

Si 0,264 %

S 0,026 %

P 0,055 %

Diese Schiene wurde nach der Lehre der Erfindung unter folgenden Bedingungen behandelt:

- Einführgeschwindigkeit in die Abkühlvorrichtung: 0,72 m/Minute,

- gesamter Ausstoß von unter einem Druck von 3,5 bar zusammengepreßter Luft: 125 Br/Stunde,

- gesamter Ausstoß an Wasser: 1, 2 nr/Stunde,

- Metalltemperatur am Ausgang der Abkühlvorrichtung: 300⁰C,

- zweite Abkühlung: keine.

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Es wurden festgestellt:

- Keine Deformationen in seitlicher Richtung und in der Verbindungsrichtung zwischen Schienenkopf und Schienenfuß.

- Die unter einer Belastung von j50 kg gemessenen Vickershärten HV^₀ sind in der Fig. 7 für zahlreiche Meßpunkte dargestellt. Es ist eine Homogenität der Härten festzustellen, die sich nur wenig zwischen dem Schienenkopf 1 und dem Schienenfuß j5 und zwischen der Oberfläche und

dem Innern der Schiene ändern. Sie bewegen sich zwischen 350 und 400.

- Die mechanischen Eigenschaften an den Probestellen

I bis VIII (siehe Fig. 9) sind in der Tabelle I weiter unten angegeben.

Beispiel 2

Eine Schiene von dem im Beispiel 1 angegebenen Typ und vom selben Stahlguß wird erfindungsgemäß unter folgenden Bedingungen behandelt:

- Einführgeschwindigkeit: 0,96 m/Minute,

- gesamter Ausstoß von zusammengepreßter Luft: 120 nr/Stunde,

- gesamter Ausstoß an Wasser: 0,89 nr/Stunde,

- Metalltemperatur am Ausgang der Abkühlvorrichtung: 400°C,

- zweite Abkühlung: keine

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Es wurden festgestellt:

- Keine Deformationen in beiden Richtungen, weder in seitlicher Richtung, noch in der Verbindungsrichtung zwischen Schienenkopf und Schienenfuß.

- Die Vickershärten bewegen sich zwischen J4o und 590. Sie sind in der Fig. 8 dargestellt. Sie weichen zwischen dem Schienenkopf und dem Schienenfuß und zwischen den Oberflächenzonen und dem Innern der Schiene kaum voneinander ab. Die Struktur ist also homogen.

- Die mechanischen Eigenschaften an den Probestellen I bis VIII (siehe Fig. 9) sind in der Tabelle I weiter unten angegeben.

- Ein Versuch zur Biegung durch Erschütterungen unter
denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 hat keine
Rißbildungen hervorgerufen.

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Tabelle I

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Beispiel	Nummer der Probestelle	EG 0,2 j, (daN/mrrr)	Zw _ (daN/mrn )	L Jg, 5 D
	I	101,3	144,9	12
	II	100, 2	140,8	10,8
	III	98	142,1	9,6
Beisp. 1	IV	103,4	145,8	10
	V	92	l4o,8	8,6
	VI	91,9	131	8,8
	VII	92,3	138,3	11,8
	VIII	85,1	130	12,4
	I	94,8	137,3	11
	II	79	124,4	9,6
Beisp. 2	III IV	94,8 92,7	135,8 135,8	10,8 10,0
	V	84,8	130,0	9,6
	VI	85,3	127,0	11,8
	VII	75,0	120,1	8,8
	VIII	81,2	125,2	9,8

In dieser Tabelle sind die Nummern der erwähnten Probestellen I bis VIII eingetragen. Die zurückbleibende elastische Dehngrenze bei einer Streckung von 0,2$ ist mit EG 0,2

ο
(geraessen in Dekanewton (daN)/mm ), der Zugwiderstand mit

Zw (gemessen in Dekanewton/mm ) und der Prozentsatz der gemessenen Verlängerung auf der Basis der ursprünglichen Länge, die dem fünffachen Durchmesser entspricht, mit L %, 5 D bezeichnet.

Ein Versuch mit einer Stoßbeanspruchung entsprechend der Norm UIC 860-6 (ein Fallklotz von 1000 kg fällt aus 9 Meter Höhe herunter und schlägt in der Mitte eines Abschnitts

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auf, der auf zwei, einen Meter voneinander entfernten Stützen ruht) ergab keine Rißbildung.

Die Tabelle I zeigt an den beiden Beispielen, daß es nach der Lehre der Erfindung möglich ist, Schienen mit den folgenden Eigenschaften ohne Schwierigkeiten herzustellen:

Die elastische Dehngrenze bei einer Streckung von 0,256

liegt bei 75 Dekanewton/mm und darüber.

Der Zugwiderstand beträgt zumindest II5 Dekanewton/mm .

Die Verlängerung bis zum Bruch beträgt zumindest 8#, bezogen auf den fünffachen Durchmesser.

Die angehobenen mechanischen Eigenschaften gewährleisten ein gutes Verhalten der Schiene gegen den Verschleiß und zeigen ein verbessertes Verhalten gegen Ermüdungserscheinungen an. Dies bedeutet eine zusätzliche Sicherheit gegen Fehler, die im Gebrauch auftreten, wie Bruch des Schienenfußes durch wechselnde Durchbiegung, ovale Rostflecken, Abschuppung usw.

Beispiele aus dem Stand der Technik

Für die Beispiele A und B wurden Schienen der gewöhnlichen Qualität und für die Beispiele C, D und E der gegen den Verschleiß widerstandsfähigen Qualität entsprechend der internationalen Bezeichnung UIC 86O-O ausgewählt.

In der Tabelle II ist unten die chemische Analyse des Stahls dieser Schienen und zum Vergleich, die der Beispiele 1 und 2 der Erfindung angegeben.

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Tabelle II

Chemische Analyse des Schienenstahls	Beisp.	C	Mn	t Si höchst.	P höchst.	S höch stens
Qualität und Verarbeitung	A B	0,37 0,55 0,40 0,55	0,70 1,20 0,80 1,20	0,35 0,35	0,08 0,06	0,06 0,06
Normale Quali tät: Thomas Martin	• D E	0,60 0,75 0,50 0,70 0,45 0,60	0,80 1,30 1,50 1,70 1,70 2,10	O O O te te te V» Ui Ui O O O	0,05 0,05 0,03	ο ο ο O *> O O VjJ Ul Ul
Gegen den Ver schleiß wider standsfähige Qualität		0,816	0,707	0,264	0,026	0,035
Erfindung (zum Vergleich) Beispiele Nr. 1 und 2

Die mechanischen Eigenschaften dieser bekannten Schienen der Beispiele A bis E sind für den rohen Zustand nach dem warmen Walzvorgang in der Tabelle III unten zusammen mit den Beispielen 1 und 2 der Erfindung angegeben.

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- 19 Tabelle III

Mechanische Eigenschaften der Schienen

HV

30

EG 0,2 (daN/mrrr)

Zw ρ
(daN/mm )

5D

Beispiele

A,B (normale Qualität

Thomas, Martin) 215-275

,D,E (gegen Verschleiß widerst ands- ι fähige Qualität)

pu

40 - 45

50 - 55

- 85

mindestens

14 mindestens

8-10
mindestens

Erfindung (zum Vergleich)

Beispiel 1 Beispiel 2

550 340

400 390

85-103 75-9^,8

- 145
- I37

8,6 - 12,4 8,8 - 11,8

Ein Vergleich der bekannten Schienen mit den erfindungsgemäßen Schienen ergibt:

Der Zugwiderstand wurde von 90 auf I50 - 145 Dekanewton/ mm , das heißt, um mindestens 50$ erhöht, und zwar bei einer oberen Verlängerung von etwa 8$.

Die elastische Dehngrenze ist von etwa 55 Dekanewton/ram

ο
auf etwa 80 Dekanewton/mm , das heißt, um mehr als 50% ange-

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wachsen.

Sollte die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Schiene R eine kleine Deformation aufweisen, die so entstanden sein kann, daß sie bereits ursprünglich vorhanden oder daß· die Heiztemperatur überhaupt nicht homogen war, so ist es möglich, diese kleine Deformation dadurch zu korrigieren, daß die Schiene R eine zweite Abkühl vorrichtung, wie in der Fig. dargestellt, durchläuft. Diese Vorrichtung ist einfacher als die in Fig. 1 dargestellte. Sie besteht beispielsweise aus vier Rampen 6, die mit einstellbaren Spritzdüsen versehen sind, welche Druckluft, der eventuell Wasser beigegeben ist, entsprechend dem Strahl 7 auf die Oberseite des Schienenkopfes 1, dem Strahl 8b auf die Seiten des Schienenkopfes 1 und des Schienenstegs 2 und auf die Oberseite des Schienenfußes J3 und entsprechend dem Strahl 9 auf die Unterseite des Schienenfußes 5 einströmen lassen. Diese zweite Abkühlvorrichtung hat keine metallurgische Bedeutung. Sie kann jedoch ein mechanisches Ausrichten der Schienen einschränken oder vermeidbar machen.

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Claims (1)

1. 2U8722

   - 21 Pat ent ansprüehe

   1. Verfahren zur Wärmebehandlung einer gewalzten Schiene aus gekohltem oder schwach legiertem Stahl durch ausgerichtete Strahlen aus einer Mischung von Druckluft mit Sprühwasser (zerstäubtem Wasser), dadurch gekennzeich· net, daß die Schiene (R) aus Stahl mit hohem Kohlenstoff- und mäßigem Mangangehalt im austenitischen Zustand fortschreitend und mit kontrollierter Geschwindigkeit gleichzeitig an allen ihren Punkten, dem Schienenkopf (1), dem Schienensteg (2), und dem Schienenfuß (2) mit Hilfe der Strahlen (7, 7aj 8, 8a; 9) abgekühlt wird.

   2» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der Schiene aus einem Stahl mit folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozenten:

   Kohlenstoff 0,75 bis 1,00 %

   Mangan 0,40 bis 1,00 %

   Silicium 0,10 bis 0,90 %

   Schwefel und Phosphor jedes höchstens 0,050 %

   Chrom 0,01 bis 1,00 %

   und nachdem der austenitische Zustand bei einer Temperatur oberhalb von 75O°C, das heißt oberhalb vom Punkt AC3 (Pig. 5 und 6) erreicht wurde, die Schiene kontinuierlich und fortschreitend mit einer mittleren Abkühlgeschwindigkeit zwischen 10⁰C und 20⁰C pro Sekunde bis auf eine Temperatur von höchstens 550⁰C so abgekühlt wird, daß die austenitische Struktur in eine perlitische Struktur überführt wird.

   5- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

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   daß im Fall einer leichten Deformation der Schiene die mit kontrollierter Geschwindigkeit durchgeführte Abkühlung aus einem ersten Abkühlungsvorgang besteht, welcher durch einen zweiten Abkühlungsvorgang vervollständigt wird, bei dem auf die Oberfläche der Schiene Strahlen aus Druckluft, welcher Wasser beigefügt sein kann, mit einem derartigen Durchsatz gerichtet werden, daß die Schiene nach dem zweiten Abkühlungsvorgang gerade ist.

   4. Schiene, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene aus gekohltem oder schwach legiertem Stahl besteht und eine homogene, feine Perlitstruktur aufweist.

   5. Schiene nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine feine Perlitstruktur, die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozenten aufweist:

   Kohlenstoff 0,75 bis 1,00 %,

   Mangan 0,40 bis 1,00 %,

   Silicium 0,10 bis 0,90 %,

   Schwefel und Phosphor., jedes höchstens 0,050 $>, Chrom 0,01 bis 1,00 %,

   und durch die folgenden mechanischen Eigenschaften:

   Vickershärte in der Größenordnung von ^40

   bis 400,

   elastische Dehngrenze

   p bei 0,2Ji Streckung .... mindestens 75 daN/mm ,

   Zugwiderstand mindestens 115 daN/mm ,

   Verlängerung bis zum
   Bruch bei einer Länge
   von fünf Durchmessern.. mindestens

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