DE2148722B2

DE2148722B2 - Verfahren zur Wärmebehandlung einer gewalzten Schiene

Info

Publication number: DE2148722B2
Application number: DE2148722A
Authority: DE
Inventors: Pierre Joseph Bouvard; Pierre Georges Gilloppe
Original assignee: SACILOR - ACIERIES ET LAMINOIRS DE LORRAINE HAYANGE (FRANKREICH)
Current assignee: SACILOR - ACIERIES ET LAMINOIRS DE LORRAINE HAYANGE (FRANKREICH)
Priority date: 1970-10-02
Filing date: 1971-09-29
Publication date: 1975-04-24
Also published as: LU63984A1; ZA716349B; AT323224B; DE2148722A1; FR2109121A5; BE772926A; GB1370144A

Description

Überdies ist es schwierig, eine bestimmte Endstruktur eeranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläu-

zu erhalten, was besonders dann gilt, wenn ein ge- tvrt; darin zeigt

kohlter oder schwach legierter Stahl behandelt wird. Fig. 1 das erfindungsgemäße Verfahren zur Ab-

5. Die Schiene wird ringsum in einem Ölbad kühlung der Schiene in schematischer Ansicht,

abgekühlt und bei Bedarf vorher einer Abkühlung nur 5 F i g. 2 und 3 Härtungskurven, die die Fähigkeit

des Schienenkopfes mit einem Wasser-Luft-Gemisch verschiedener Stahlgüsse erläutern, den gesuchten

aus Sprühdüsen unterworfen (DT-OS 15 58 008). Zustand durch das erfindungsgemäße Verfahren zu

Diese Vorkühlung des Schienenkopfcs ermöglicht es, erreichen (Jominy-Kurven),

die Temperatur der Schiene vor dem Hintritt in das F i g. 4 und 5 Umwandlungsdiagramme derselben

Hauptkühlbad etwas zu senken, und verbessert die io Stahlgüsse bei fortschreitender Abkühlung,

Härtungsbedingungen. Nachteilig sind hierbei der F i g. 6 und 7 die Verteilung der Vickershärte auf

erhöhte Aufwand, der sich durch die Behandlung in je einer Schiene, die nach der Lehre der Erfindung

zwei getrennten Verfahrensschritten mit verschiedenen behandelt wurde,

Vorrichtungen ergibt, und die martensitische Ober- F i g. 8 einen Schnitt durch eine nach dem erfin-

flächenhärtung. 15 dungsgemäßen Verfahren behandelte Schiene, in den

Eine Abkühlung von Schienen in mehreren Stufen die Bereiche der Entnahme von acht Probekörpern

durch verschiedene Abschreckmedien ist auch aus der eingezeichnet sind,

DT-AS 11 39 480 bekannt. F i g. 9 eine schematische Ansicht, entsprechend

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das der F i g. 1, die eine Schiene zeigt, welche einer zusätz-

Verfahren der eingangs genannten Art so auszu- 20 liehen Abkühlbehandlung unteiworfen wird,

bilden, daß man in möglichst einfacher Weise Schienen Das in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel

mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und einer Schiene R, weiche durch Walzen hergestellt

verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung wurde und einen Schienenkopf 1, einen Schienensteg 2

bei möglichst homogenem Gefüge erhält. und einen Schienenfuß 3 umfaßt .soll einer Behandlung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch 25 unterworfen werden. Die Schiene besteht aus hochge-

gelöst, daß die Schiene von oberhalb des Ac₃-Punktes kohltem Stahl mit mäßigem Mangangehalt,

gleichzeitig an allen Punkten ihrer Kontur durch Das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht

ausgerichtete Strahlen aus einer Mischung von Di uck- darin, dieser Schiene dank der fortschreitenden

luft und Sprühwasser kontinuierlich und fortschreitend Abkühlung der warmen Schiene und des austeni-

so abgekühlt wird, daß das austenitische Gefüge in ein 30 tischen Zustandes eine homogene und feine Perlit-

homogenes feinperlitisches Gefüge mit einer Vickers- struktur zu geben. Mit Hilfe des Luftstroms, wie in

härte von mindestens 330 kp/mm² überführt wird. der Figur dargestellt, dem fein versprühtes Wasser

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß allein beigegeben ist, wird eine passende Abkühlungs-

durch ein allseitiges Besprühen der Schiene mit einer geschwindigkeit erreicht (F i g. 4 und 5). Diese

Druckluft-Sprühwasser-Mischung und die dadurch 35 kontinuierliche Abkühlung steht im Gegensatz zur

erzielte kontinuierliche und fortschreitende Abkühlung isothermen Wärmebehandlung, die darin besteht, daß

von oberhalb des Ac₃-Punktes ein homogenes fein- der Gegenstand plötzlich auf eine gegebene Temperatur

perlitisches Gefüge mit einer Vickershärte von min- abgekühlt und auf dieser Temperatur so lange gehalten

destens 330 kp/mm² im gesamten Schienenquerschnitt wird, bis sich die Umwandlung vollzogen hat. Dies

erhältlich ist, wenn die Zusammensetzung des Stahls 40 kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der

in den genannten Grenzen gewählt wird. Dies beruht Gegenstand in einen Ofen oder in ein strömendes

auf einem derartigen Umwandlungsverhalten eines flüssiges oder gasförmiges Medium oder in ein KUhI-

solchen Stahls, daß durch die unterschiedlichen Massen bad gelegt wird.

von Schienenkopf, -fuß und -steg beim allseitigen Der Stahl wird daher zunächst durch Erhöhung

Besprühen keine unterschiedlichen Gefügezustände auf- 45 der Temperatur über den Umwandlungspunkt Ac₃

treten, d. h., daß der Stahl einen flach verlaufenden (Fig. 4 und 5) austenitisiert gemacht. Dies kann

Teil der Jominy-Kurve aufweist. durch induktive Heizung mit niederer Frequenz (um

Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet eine das Innere zu erwärmen) oder durch Heizung mit einer

Schiene mit hohem Widerstand gegen den Verschleiß. Flamme oder auf andere Weise geschehen.

Die so behandelte Schiene muß zum Schluß nur noch 50 Insbesondere ist es auch möglich:

mit sehr geringem Aufwand ausgerichtet werden. _{die am Ende der Walzwerksan}|_{age er}höhte Tem-

In Weiterbildung der Erfindung kann man das _{ur der Schiene auszunutzen um die er}fin-

nachtragl.che Ausrichten der Schiene auch dadurch dungsgemäße Abkühlbehandlung unmittelbar aus

überflüssig machen daß zur Vermeidung einer leichten _{Jer Wa},_zhitze vorzunehmen, oder

Krümmung der Schiene die Abkühlung nach der 55 _rfje ,_{zte Schjene sich abkühlen zu lassen}

Bildung des feinperlibschen Gefuges durch Ansprühen _{um sje nach ejner beIiebi} Lagerungszeit auf

mit Strahlen unterschiedlicher Intensität aus Druckluft, _{dje austenitische} Temperatur zu erhitzen,
der Wasser zugemischt sein kann, gesteuert wird.

Gegenstand der Erfindung ist weiter die Anwendung Die Schiene/? durchquert, wie auch immer der

des erfindungsgemäßen Verfahrens, gegebenenfalls 60 ausienitische Prozeß durchgeführt wurde, die Abkühl-

einschließlich der genannten Weiterbildung, auf eine vorrichtung auf Stützrollen 4 und Lenkrollen 5. Die

gewalzte Schiene aus einem Stahl, der zusätzlich in der F i g. 1 schematisch dargestellte Abkühlvor-

0.01 bis 1,00% Chrom enthält, mit der Maßgabe, daß richtung weist Sprühleisten 6 auf, die mit nicht

die Schiene von einer Temperatur oberhalb von 75O°C dargestellten auf die Schienen gerichtete Spritzdüse!!

mit einer mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit zwi- 65 versehen sind. Jede einzelne Spritzdüse kann in ihrer

sehen 10 und 20grd/s auf eine Temperatur von Lage, ihrer Orientierung und in der Ausströmungs-

höchstens 55O⁰C abgekühlt wird. menge von Luft und Wasser eingestellt werden. Die

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung Sprühleisten 6, deren Anzahl beispielsweise neun

beträgt, sind symmetrisch zur Symmetrieebene X-X der Schiene um die Schiene R angeordnet und senden Strahlen 7, la aus feuchter Luft auf alle Seiten des Schienenkopfes 1, Strahler. 8, 8a auf die beiden Seiten des Schienenstegs 2 und die Oberseite des Schienenfußes 3 und Strahlen 9 auf die Unterseite des Schienenfußes 3.

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

Die oben beschriebene Vorrichtung fügt der Schiene praktisch keine Deformation zu, wenn sie gerade in sie eintritt und wenn die Temperaturverteilung in der Schiene beim Eintritt homogen ist.

Die nach der Erfindung behandelte Schiene weist mit anderen Worten keine merkliche Restspannungen auf. Dies ist ein bedeutender Vorteil dieses Verfahrens.

Ein anderer Vorteil besteht darin, daß die Vorrichtung mit den Spritzdüsen 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 Zusammensetzung auf (Gewichtsprozente):

Kohlenstoff 0,75 bis 1,00

Mangan 0,40 bis 1.00

Silizium 0,10 bis 0,90

Schwefel und Phosphor jedes unter 0,050

Chrom 0,01 bis 1,00

Die besondere Eignung dieses Stahis für eine feine Perlitstruktur und für verbesserte und homogene mechanische Eigenschaften tritt wie folgt umrissen hervor:

a) durch die Jominy-Härtungskurven entsprechend der französischen Norm A 04-303 für verschiedene Stahlgüsse (vgl. F i g. 2 und 3),

b) durch die Umwandlungsdiagramme bei fortschreitender Abkühlung, nachdem die austenitische Temperatur von 875°C erreicht wurde, für dieselben Stahlgüsse (vgl. F i g. 4 und 5).

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

0,77
0,95

Mn

0,78
0,75

Si

0,14
0,24

0,021 0,013

0,040 0,008

0,030 0,050

Diese Stahlgüsse wurden versuchsweise einer Jominy-Härtung 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 i/in mm, der auf den Abszissen aufgetragen ist, ist derjenige des Meßpunktes von der berieselten Seite. Auf den Ordinaten sind die Härten HRC aufgetragen.
Dem Stahlguß A entspricht die Jominy-Kurve der F i g. 2.

Dem Stahlguß B entspricht die Jominy-Kurve de* F i g. 3.

Die Jommy-Kurven der F i g. 2 und 3 zeigen, von ίο der gehärteten Seite des Probekörpers aus:

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

b) einen sehr schmalen Bereich mit gemischte! 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. 2) und auf dem Niveau vkn 40 bis 48 HRC für den Gußkörper B (F i g. 3] darstellt.

Der ausgedehnte perlitische Bereich in beiden Proben zeigt, daß dieses Gefüge in einem weiten Bereich von Abkühlungsgeschwindigkeiten bzw. Wandstärken auftritt.

Ebenso beweisen die Umwandlungsdiagramme bei

kontinuierlicher Abkühlung nach Austenitisierung bei 900 (Fig. 4) und 88O⁰C (Fig. 5), daß die Abkühlungsgeschwindigkeit zur Erzeugung eines perlitischen Bereiches in weiten Grenzen variiert werden kann und die Quasiabwesenheit eines bainitischen Bereiches. In den F i g. 4 und 5 ist auf den Abszissen die Zeit in Sekunden und auf den Ordinaten die Temperatur Fin ⁰C aufgetragen. Weiterhin bezeichnen:

A den Austenil,
P den Perlit,

F den Ferrit (F i g. 4) und
Fc₃ C den Zementit (F i g. 5).

In ausgezogenen Linien sind die für das erfindungsgemäße Verfahren charakteristischen Abkühlungskurven dargestellt: C₁ für eine mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit von 10 grd/s und C₂ für eine Abkühlungsgeschwindigkeit von 20 grd/s. Die Kurven

C₁ und C₂ sind für schnelle Abkühlungen durch feuchte Luftstrahlen unter den in der F i g. 1 dargestellten Bedingungen charakteristisch.

Auf den Seiten der für zwei Abkühlungsgeschwindigkeiten charakteristischen Kurven C₁ und C₂ sind

gestrichelte Linien gezeichnet: auf der rechten Seite stellen die Kurven C eine langsamere und auf dei linken Seite stellt eine Kurve C" eine schnellere Abkühlung dar. Dazu quer verlaufende und strichpunktierte Linien D₁ und D₂ verdeutlichen die Tempe-

raturen des Beginns und des Endes der Umwandlungen Oberhalb der Kurve O₁ ist die Struktur des Strahls ganz austenitisch. Zwischen den Kurven D₁ und D₁ findet die Umwandlung statt Unterhalb der Kurve D. ist die Struktur nach der Lehre der Erfindung für die

beiden Stahlgüsse A (Fig. 4) und B (Fig. 5) im wesentlichen perlitisch. Mit den beiden für die Erfindung charakteristischen Abkühlungskurven C₁ und C₁ wird eine hundertprozentige perlitische Struktur für du

beiden Stahlgüsse A (F i g. 4) und B (F i g. 5) erhalten.

Bei der Behandlung einer gewalzten Schiene R mit einem Gewicht von 50 kg/m oder mit 60 kg/m mit Abkühlungsgeschwindigkeiten, die zwischen den Abkühlungskurven C₁ und C₂ der F i g. 4 und 5 liegen, werden über den Querschnitt der Schiene R folgende Vickershärten erreicht:

330 bis 360 HV₃₀ für den Stahlguß A, 380 bis 410 HV₃₀ für den Stahlguß B.

Es ist darauf hinzuweisen, daß selbst im Fall des hochgekohlten Stahlgußes Strukturen aus sehr feinem Perlit und frei von Brüchigkeit erhalten werden, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeiten zwischen den Kurven C₁ und C₂ liegen. Wie die strichpunktierten Kurven D₂ in den F i g. 4 und 5 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 und 20° C pro Sekunde liegen, wenn die Temperatur in Beziehung zur Zeit / gebracht wird.

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 Eisenbahnschiene. Das Gewicht beträgt 60 kg/m. Die Schiene wurde aus einem Block gewalzt, dessen Analyse folgende Gewichtsprozente ergibt:

C 0,816%

Mn 0,707%

Si 0,264%

S 0,026%

P 0,035%

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

Einführungsgeschwindigkeit in die Abkühlvorrichtung: 0,72 m/Minute,

gesamter Ausstoß von Luft unter einem Druck von 3,5 bar: 125 m³/Stunde,
gesamter Ausstoß an Wasser: 1,2 m³/Stunde, Schienentemperatur am Ausgang der Abkühlvorrichtung: 300°C,
zweite Abkühlung: keine.

Es wurden festgestellt:

55

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

Die Vickershärten HV₃₀ sind in der F i g. 6 für zahlreiche Meßpunkte dargestellt. Es ist eine Homogenität der Härten festzustellen, die sich nur wenig zwischen dem Schienenkopf 1 und dem Schienenfuß 3 und zwischen der Oberfläche und dem Innern der Schiene ändern. Sie bewegen sich zwischen 350 und 400.

Die mechanischen Eigenschaften an den Probestellen 1 bis VIII (s. F i g. 8) sind in der Tabelle I weiter unten angegeben.

Beispiel 2

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

Einführgeschwindigkeit: 0,96 m/Minute,
gesamter Ausstoß von verdichteter Luft:
120 m³/Stunde,

gesamter Ausstoß an Wasser: 0,89 m³/Stunde, Schienentemperatur am Ausgang der Abkühlvorrichtung: 400° C,
zweite Abkühlung: keine.

Es wurden festgestellt:

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

Die Vickershärten bewegen sich zwischen 340 und 390. Sie sind in der F i g. 7 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. 8) 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.

Tabelle I

	Nummer	σ 0,2	(daN/mm²)	<5_S
Beispiel	der Probe	(daN/mm¹)	144,9	(%)
	stelle	101,3	140,8	12
1	I	100,2	142,1	10,8
	II	98	145,8	9,6
	III	103,4	140,8	10
	IV	92	131	8,6
	V	91,9	138,3	8,8
	VI	92,3	130	11,8
	VII	85,1	137,3	12,4
	VIII	94,8	124,4	11
2	I	79	135,8	9,6
	II	94,8	135,8	10,8
	III	92,7	130,0	10,0
	IV	84,8	127,0	9,6
	V	85,3	120,1	11,8
	VI	75,0	125,2	8,8
	VII	81,2		98
	VIII

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

509 517/219

Die CT_Oi2-Grenze bei einer Streckung von 0,2% liegt bei 75 daN/mm* und darüber.

Die Zugfestigkeit beträgt zumindest 115 daN/mm².

Die Bruchdehnung (5₅ beträgt zumindest 8%.

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

10

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 860-0 ausgewählt.

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

Tabelle II Chemische Analyse des Schienenstahls

Qualität und Verarbeitung

Beispiele

Si
höchst.

höchst.

S
höchstens

Normale Qualität:
Thomasstahl

Martinstahl

Gegen den Verschleiß widerstandsfähige Qualität

Erfindung (zum Vergleich)

A B

C D

1 und 2

0,37 0,55 0,40 0,55

0,60 0,75 0,50 0,70 0,45 0,60

0,816

0,80 1,30 1,30 1,70 1,70 2,10

0,35
0,35

0,50
0,50
0,30

0,264

0,08
0,06

0,05
0,05
0,03

0,026

0,06
0,06

0,05
0,05
0,03

0,035

Die mechanischen Eigenschaften dieser bekannten Schienen der Beispiele A bis E sind für den warmgewalzten Zustand in der Tabelle III zusammen mit den Beispielen 1 und 2 der Erfindung angegeben.

Tabelle III
Mechanische Eigenschaften der Schienen

Ein Vergleich der bekannten Schienen mit den erfindungsgemäßen Schienen ergibt:

Die Zugfestigkeit wurde von 90 auf 130 bis 145 daN/mm², d.h., um mindestens 40% erhöht, und zwar bei einer Dehnung von etwa 8%.

Beispiele	HV30	σ 0,2 (daN/mm¹)	f&*N/mnW	P S₁ (%)
A, B
(nor
male
Quali
tät) ..	215 bis 275	40 bis 45	70 bis 85	minde
				stens 14
C, D, E	>275	50 bis 55	minde	minde
			stens 90	stens
				8 bis 10
Erfin
dung
(zum
Ver gleich) 1 ...
2 ...	350 bis 400	85 bis 103	130 bis 145	8,6 bis 12,4
340 bis 390	75 bis 94,8	120 bis 137	8,8 bis 11,8

Die ff_O2-Grenze

ist von etwa 55 daN/mm² auf d. h., um mehr als 50% ange-

etwa 80 daN/mm*

45 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

so überhaupt nicht homogen war, so ist es möglich, diese kleine Deformation dadurch zu korrigieren, daß die Schiene R eine zweite Abkühlvorrichtung, wie in der Fig. 10 dargestellt, durchläuft. Diese Vorrichtung ist einfacher als die in F i g. 1 dargestellte. Sie besteht

beispielsweise aus vier Sprühleisten 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 Sb auf die Seiten des Schienenkopfes 1 und des

Schienenstegs 2 und auf die Oberseite des Schienenfußes 3 und entsprechend dem Strahl 9 auf die Unterseite des Schienenfußes 3 einströmen lassen. Diese zweite Abkühlvorrichtung hat keine metallurgische Bedeutung. Sie kann jedoch ein mechanisches Ausrichten der Schienen einschränken oder vermeidbar machen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

ι ²

sammensetzung aus einer Perlit- und einer Ferritstruk-

Patentansprüche· tür auf. Ihre Vickershärten liegen zwischen 215 und

275 kp/mm².

1. Verfahren zur Wärmebehandlung einer ge- Außer Schienenstählen mit 0,60 bis_CJ 73% Kohlenwalzten Schiene aus einem Stahl mit 0,75 bis 1,00% 5 stoff, 0,8 bis 1,3 % Mangan, bis zu 0,5 / Sihzium, bis Kohlenstoff, 0,40 bis 1,00% Mangan, 0,10 bis zu je 0,05% Phosphor und Schwefel (^erkstoff. 0,90% Silizium, höchstens je 0,050% Schwefel Handbuch .Stahl und Eisen« [1965] S Q 41-1 bis 41-3J und Phosphor, Rest Eisen und herstellungsbedine- bzw. den genannten Zusätzen und 0 5 bis 1,75 Chrom ten Verunreinigungen durch Abkühlen aus dem (DT-AS 12 39 110) ist auch ein Schienenstahl bekannt austenitischen Zustand, dadurch gekenn- io (US-PS 28 30 897), der neben h.sen 0,67 bis 0,8_v;/ zeichnet, daß die Schiene von oberhalb des Kohlenstoff, 0,7 bis 1,0% Mangan, 0,55 bis 0,63% Ac₃-Punktes gleichzeitig an allen Punkten ihrer Silizium, bis zu 0,04% Phosphor und bis zu 0,07% Kontur durch ausgerichtete Strahlen aus einer Schwefel enthält.

Mischung von Druckluft und Sprühwasser konti- Es wurden schon zahlreiche Versuche unternommen,

nuierlich und fortschreitend so abgekühlt wird, 15 um die mechanischen Eigenschaften und die Wider-

daß das austenitische Gefüge in ein homogenes Standsfähigkeit der S-.hienen gegen Abnutzung zu

feinporlitisches Gefüge mit einer Vickershärte von verbessern. Es sind die unten angeführten Verfahren

mindestens 330 kp/mm² überführt wird bekannt, die zumindest oberflächlich die Vickershärte

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- über 275 kp/mm² hinaus erhöhen:

zeichnet, daß zur Vermeidung einer leichten 20 1 Die aus gekohltem Stahl gewalzte Schiene wird

Krümmung der Schiene die Abkühlung nach der einer martensitischen Oberflächenhärtung mit Wasser

Bildung des feinperlitischen Gefüges durch An- lediglich im Bereich des Schienenkopfes unterworfen

sprühen mit Strahlen unterschiedlicher Intensität und durch den Temperaturausgleich mit dem Rest

aus Druckluft, der Wasser zugemischt sein kann, der Schiene vergütet. Das dadurch erhaltene Produkt

gesteuert wird. 25 weist eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen die

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 Abnutzung auf, ist aber gegen andere Fehler, wie oder 2 auf eine gewalzte Schiene aus einem Stahl, Abblättern, sehr empfindlich.

der zusätzlich 0,01 bis 1,00% Chrom enthält, mit 2. Die gewalzte Schiene wird durch ganzes Ver-

der Maßgabe, daß die Schiene von einer Tempe- senken einer Härtung in Öl unterworfen und zuletzt

ratur oberhalb von 750 C mit einer mittleren 30 in einem Ofen vergütet. Dieses Verfahren gewährleistet

Abkühlungsgeschwindigkeit zwischen 10 und eine einheitliche Struktur der martensitischen Ver-

20grd/s auf eine Temperatur von höchstens gütung, wobei die Widerstandsfähigkeit der Schiene

550° C abgekühlt wird. gegen den Verschleiß verbessert wird und ihr Zustand

gegenüber dem Abblättern vertretbar ist. Es ist aber

35 auf jeden Fall teuer und erfordert bedeutende Aufwendungen. Im übrigen sind auch die Strukturen der

martensitischen Vergütung gegenüber den feinen

Perlitstrukturen bei gleicher Härte als weniger widerstandsfähig gegen den Verschleiß bekannt.

40 3. Die gewalzte Schiene wird in einem Luftgebläse

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur teilweise gehärtet, wobei diese Härtung auf den Wärmebehandlung einer gewalzten Schiene aus einem Schienenkopf beschränkt ist. Diese Behandlung verStahl mit 0,75 bis 1,00% Kohlenstoff, 0,40 bis 1,00% leiht dem Metall eine feine Perlitoberflächenstruktur. Mangan, 0,10 bis 0,90% Silizium, höchstens je 0,050% Es ist gegen den Verschleiß und das Abblättern sehr Schwefel und Phosphor, Rest Eisen und herstellungs- 45 widerstandsfähig. Auf der Oberfläche des Schienenbedingten Verunreinigungen durch Abkühlen aus kopfes liegt die Vickershärte in der Größenordnung dem austenitischen Zustand. von 350 kp/mm², in seinem Innern zwischen 270 und Ein derartiges Verfahren soll die Herstellung von 280 kp/mm². Der Schienensteg und der Schienenfuß Schienen ermöglichen, die sich durch ihre hohe werden nicht behandelt. Im Schienenkopf treten daher Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und besonders 50 erhöhte Restspannungen auf, die als Folge der durch ihre feine Perlitstruktur, die für ihre ver- Wärmebehandlung eine bedeutsame Biegung der besserten mechanischen Eigenschaften bekannt ist, gesamten Schiene hervorrufen. Diese muß also zuvor auszeichnen. im entgegengesetzten Sinn gebogen werden, um Derart behandelte Schienen werden besonders, aber schließlich gerade herauszukommen. Dies ist aber nicht ausschließlich, für Gleise verwendet, die Kurven 55 ein bedeutender Nachteil.

aufweisen und/oder erhöhte Achslasten tragen. Die 4. Die Schiene wird ganz in einem flüssigen oder Verwendung von im Gebrauch widerstandsfähigen gasförmigen Kühlbad gehärtet, das auf konstanter Schienen verringert im übrigen den Verschleiß, der Temperatur gehalten wird. So weit wie möglich bei Schienen normaler Qualität (internationale Be- erfolgt die gesamte Härtung isotherm zu einer homozeichnung UIC 860-0) durch die Erhöhung der 60 gencn, feinen Perlit- oder vorzugsweise Bainitstruktur. Geschwindigkeit und der Lasten der Eisenbahnzüge Um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, kann das auftritt. Verfahren nur auf sehr dünne Gegenstände angewen-Die bekannten Schienen dieser beiden Arten aus det werden, da ja die anfängliche Abkühlgeschwindiggekohltem Stahl werden im rohen Walzzustand aus- keit plötzlich sehr erhöht und gleichmäßig gehalten geliefert, nachdem sie gegebenenfalls zuvor in einem 65 werden muß. In der Praxis hat die Schiene in ihren Kühlbad kontrolliert, abgekühlt wurden, um innere drei Teilen (Schienenkopf, Schienensteg und Schienen-Fehler, die hauptsächlich auf Wasserstoff beruhen, fuß) Bereiche verschiedener Dicke. Dieses Verfahren zu vermeiden. Sie weisen im wesentlichen eine Zu- kann daher nur näherungsweise verwirklicht werden.